materiale si tehnologii folosite la executarea matritelor de injectat

Universitatea Politehnica din Timioara

Facultatea de Mecanic

Departamentul Ingineria Materialelor i Fabricaiei

PROIECT DE DIPLOM

COORDONATOR: STUDENT:

prof.dr.ing. Budu Victor Alecsa Valerian

Timioara, 2012

Universitatea Politehnica din Timioara

Facultatea de Mecanic

SPECIALIZAREA INGINERIA MATERIALELOR

PROIECT DE DIPLOM

MATERIALE I TEHNOLOGII FOLOSITE LA EXECUIA MATRIELOR DE INJECIE

COORDONATOR: STUDENT:

prof.dr.ing Budu Victor Alecsa Valerian

Timioara, 2012

UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN TIMIOARA FACULTATEA DE MECANIC DEPARTAMENTUL INGINERIA MATERIALELOR I FABRICAIEI DOMENIUL: INGINERIA MATERIALELOR

SPECIALIZAREA: INGINERIA MATERIALELOR

Aprobat,

EF DEPARTAMENT conf. dr. ing. Mircea NICOAR

DATA: 19.03.2012

PLAN DE ACTIVITATE

pentru elaborarea proiectului de diplom

Nume i prenume absolvent:

Cadrul didactic conductor (conductori):

Tema proiectului:

Data primirii temei:

Termenul de predare a proiectului:

Obiectivele proiectului:

Elemente iniiale furnizate de conductor:

Structura proiectului (structura standard; justificarea unei structuri

speciale):

Cerinele pentru fundamentarea teoretic (enumerarea problemelor care vor fi rezolvate):

Cerinele pentru dezvoltarea temei (enumerarea problemelor care vor

fi rezolvate, inclusiv indicarea

desenelor obligatorii):

Alte cerine (termene intermediare, bibliografie obligatorie, etc.):

Data:

Semntura conductorului/semnturile conductorilor proiectului de diplom,

Project Resume Alecsa Valerian SIM 2012

Project Resume

The project entitled Materials and technologies used in injection moulds is based on

the theoretical study of injection molds, with focus on the materials used and the fabrication

technology of the assembly components. The structure of the license project is composed of six

chapters in a logical and clear order, the chapters are in the order necessary to fully understand

the theme analyzed.

Chapter I introduces the reader into the ideas and the theme of the project. It is in fact a

short presentation of the entire work done; the chapter also presents the main subject and proves

the importance of the ideas chosen.

Chapter II called Injection technology introduces basic notions regarding plastic

injections processes. The chapter presents the injection principle and focuses on the details of the

problems and difficulties that appear during the injection process. At the end of the chapter, a

general construction of an injection mold is presented, with all its element components and a

general description of the functionality of the assembly.

Chapter III entitled Materials used in injection molds focuses on the materials used

for manufacturing the mold components but also presents the materials which are usually

injection using plastic injection technology. The chapter contains a classification of the material

classes used in general for mold components. At the end of the chapter there is a table with

recommendations regarding the correct use of materials regarding certain parts of the mold.

Chapter IV called Material selection for molds presents a particular case study of a

materials selection for a injection mold cavity, which is the essential part in an injection mold.

This chapter contains all the phases of a selection process. First the general requirements needed

are presented, then the part is studied to see were and what is needed regarding the material

properties, the selections ends with defining the material property matrix and with the selection

process itself.

Chapter V Manufacturing technology of injection molds is a continuation of the

selection chapter and focuses on the technological process used in the production of injection

molds: turning, milling, machining, EDM.

Chapter VI draws conclusions regarding the project done.

Rezumatul lucrrii Alecsa Valerian SIM 2012

Rezumatul lucrrii

Lucrarea de fa intitulat Materiale si tehnologii folosite la matriele de injecie se

bazeaz pe studiul teoretic privind matriele de injecie, cu accent pe partea de materiale folosite

i tehnologia de execuie a componentelor matriei. Ea este structurat pe cinci capitole ntr-o

ordine logic i clar, iar capitolele sunt n ordinea necesar ntelegerii depline a temei prezentate

Capitolul I este un capitol de introducere care conine o scurt prezentare a lucrrii fr a

detalia ideile prezentate n lucrare. Capitolul prezint tema proiectului, structura proiectului

evideniind relaia dintre capitole i pune accent pe importana temei alese.

Capitolul II intitulat Tehnologia injectrii introduce noiuni de baz din domeniul

injectrii maselor plastice. El prezint principiul injectrii i detaliaz fenomenele care apar n

timpul procesului de injecie propriu-zis, fenomene legate att de dificultile care apar n timpul

umplerii unei matrie ct i legate de curgerea materialului prin matrie. Capitolul se incheie cu o

scurt prezentare a unei construcii generale de matria de injectat cu toate elementele

componente, alturi de explicaii legate de funcionarea acesteia.

Capitolul III numit Materiale folosite la matriele de injecie pune accent pe partea

de materiale folosite att pentru parte de elemente constructive dar i pe parte de materiale

folosite la injecie. Prima parte a capitolului prezint tipurile de materiale plastice care sunt cele

mai des folosite pentru injecie, capitolul continu cu o clasificare a claselor de materiale folosite

pentru construcia tuturor elementelor componente din ansamblul matriei, aceast parte include

i un tabel de recomandri privind alegerea materialelor corecte.

Capitolul IV numit Selecia materialelor pentru matrie reprezint un caz concret de

selecie a materialului pentru o cavitate de injecie, element principal ntr-o matri. Acest

capitolul cuprinde toate etapele unei selecii de material i anume: consideraii generale privind

cazul studiat, analiza constructiv i funcional, definirea matricei de proprieti de material i

alegerea propriu-zis a materialului.

Capitolul V intitulat Tehnologia de execuie a matrielor de injectat este o

continuare a capitolului de selecia i pune accent pe partea de fabricaie i mai ales pe partea de

procese tehnologice folosite precum: achierea, electroeroziunea, etc.

Capitolul VI este un capitol final care trage concluzii cu privire la lucrarea scris.

Materiale si tehnologii folosite la matriele de injecie Alecsa Valerian SIM 2012

3

CUPRINS

Capitolul Titlul Pagina

Cuprins 3

I. Introducere 4

II. Tehnologia Injectrii 2.1 Principiul injectrii 2.2 Condiii de formare 2.3 Umplerea matriei 2.4 Curgerea materialului n matri 2.4.1 Orientarea macromoleculelor n matri 2.4.2 Fronturi de curgere restricii i ezitri 2.4.3 Linii de ntlnire 2.5 Matrie de injectat, consideraii generale

5 22 5

6

9

11

13

15

17

20

III. Materiale folosite la construcia matrielor de injectat 3.1 Materiale termoplastice folosite la injectare 3.2 Materiale folosite la construcia elementelor componente ale matrielor

3.2.1 Oeluri

3.2.1.1 Oeluri de uz general 3.2.1.2 Oeluri de cementare 3.2.1.3 Oeluri de nitrurare 3.2.1.4 Oeluri pentru clire 3.2.1.5 Oeluri de mbuntire 3.2.1.6 Oeluri inoxidabile 3.2.2 Metale i aliaje neferoase 3.2.2.1 Cuprul si aliajele sale 3.2.2.2 Aluminiul si aliajele sale 3.2.2.3 Aliaje antifriciune 3.2.3 Materiale nemetalice

3.3 Recomandri

23 32 23

24

24

24

25

26

27

28

28

29

29

30

30

30

30

IV. Selecia materialelor pentru matrie 4.1 Consideraii generale 4.2 Analiza constructiv i funcional 4.3 Definirea matricei de proprieti a materialelor 4.4 Alegerea materialului

33 46 33

34

37

43

V. Tehnologia de execuia a matrielor 5.1 Principii de baz 5.2 Debitarea semifabricatelor

5.3 Ciclul tehnologic de elaborare si producere a semifabricatelor

5.4 Prelucrri prin achiere 5.5 Prelucrarea prin electroeroziune

5.6 Modelarea cavitii de injecie

47 61 47

48

49

51

56

59

VI. Concluzii 62

Bibliografie 63

Anexe 64 - 72

Capitolul I - Introducere Alecsa Valerian SIM 2012

4

Capitolul I INTRODUCERE

Lucrarea de fa este o lucrare din domeniul injeciei maselor plastice i anume mai

precis Materiale i tehnologii folosite la executarea matrielor de injecie. Avnd legtur

direct cu specializarea Ingineria Materialelor domeniul matrielor de injectare este un

domeniu actual de dezvoltare pe plan mondial. Procedeul de injecie este cel mai larg procedeu

industrial de obinere a articolelor din materiale plastice. Aplicaiile variaz de la piese mari cum

sunt cele folosite n industria automobilelor, la obiecte mult mai mici ca de exemplu componente

electromecanice.

Structurat n mare pe cinci pri, proiectul pune accent n primul rnd pe materialele

folosite la fabricarea matrielor de injecie, el este construit n jurul seleciei materialelor pentru o

cavitate de injecie, cavitate care reprezint partea activ a unei matrie i n acelai timp una

dintre prile componente cele mai importante din ansamblul constructiv.

La ora actual tendina este de a folosii materiale din cadrul oelurilor inoxidabile i

oelurilor aliate de scule. Lucrarea de fa prezint o alternativ la varianta clasic, care este tot

mai des folosit i anume: bronzurile de beriliu. Avantajele folosirii acestor aliaje de cupru sunt

conductivitatea termic excelent i rezistena la coroziune, ambele superioare oricrui oel

inoxidabil sau oel de scule. Obiectivul oricrei firme industriale este de a mrii ct mai mult

productivitatea proceselor tehnologice, aspect garantat de folosirea aliajelor de cupru, deoarece

la injecie, timpul necesar unui ciclu de injecie depinde direct de timpul necesar rcirii

materialului plastic topit n cavitatea matriei. Aceasta rcire poate fii drastic mbuntit dac

se folosete un material cu o conductivitate superioar. Trebuie menionat de asemenea c

bronzurile de beriliu au proprieti de rezisten apropiate celor mai rezistente oeluri folosite la

fabricarea cavitilor.

Capitolele sunt structurate astfel nct sa prezinte nti bazele teoretice ale procesului de

injecie, fenomenele i probleme care pot aprea n timpul procesului. Urmeaz apoi o prezentare

a materialelor folosite pentru elementele componente ale matriei. n capitolul al IV-lea se face

apoi selecia propriu-zis a materialului cu toate etapele necesare unei selecii corecte. Ultimul

capitol prezint procesele tehnologice folosite pentru fabricarea matrielor.

Capitolul II Tehnologia injectrii Alecsa Valerian SIM 2012

5

Capitolul II TEHNOLOGIA INJECTRII

2.1. Principiul injectrii

Procesul de injectare este un fenomen ciclic, fiecare ciclu fiind format din mai multe

operaii. Realizarea unei piese injectate presupune urmtoarele operaii:

- alimentarea materialului (dozarea);

- nclzirea i topirea materialului n cilindrul mainii;

- nchiderea matriei;

- introducerea materialului topit sub presiune n matri;

- solidificarea i rcirea materialului din matri;

- deschiderea matriei;

- eliminarea piesei injectate din matri;

Simplificat, realizarea prin

injectare a unei piese poate fi urmrit

n Figura 2.1.[1] Materia prim sub

form de granule se introduce n plnia

de alimentare 8, de unde cade n

cilindrul de injectare 5. Materialul

plastic ajuns n cilindrul de injectare

este transportat de ctre melcul 7, n

timpul micrii de rotaie, spre capul

cilindrului, unde se gsete duza de

injectare 4. Micarea de rotaie a

melcului se realizeaz cu ajutorul

sistemului de angrenare 9. n timpul

transportului granulele ajung n stare de

topitur ca urmare a frecrilor, precum

i a nclzirii cilindrului de ctre

corpurile de ncalzire 6. Materialul plastic topit este mpins sub presiune n matria de injectat 2,

de ctre melcul 7, ca urmare a presiunii exercitate de sistemul de acionare 10.

Figura 2.1 Schema de principiu a injectrii[1]

a injectarea materialului n matri; b solidificarea i rcirea topiturii; c deschiderea matriei i aruncarea reperului din matri 1 platoul mobil; 2 matri; 3 platoul fix; 4 duza mainii; 5 cilindru; 6 corp nclzire; 7 melc; 8 plnie de alimentare; 9

sistem de antrenare n micare de rotaie; 10 sistem de acionare n micare de translaie; A pies injectat


6

Dup solidificarea i rcirea materialului n matri, platoul mobil 1 al mainii de injectat

se ndeprteaz de platoul fix 3. Astfel matria se deschide i ca urmare a acionrii sistemului de

aruncare al matriei, piesa injectat A este aruncat din matri.

Injectarea materialelor plastice este un proces ciclic care cuprinde operaii care nu sunt

perfect delimitate. Astfel, plastifierea termic a polimerului ncepe naintea deschiderii matriei

i evacurii produsului. Reprezentnd grafic micarea melcului i a matriei n cursul procesului

de injectare se obine diagrama din Figura 2.2 [1]

Figura 2.2. Diagrama reprezentnd deplasarea melcului i a matriei n procesul de injectare [1] tu timp de umplere matri; tul timp de presiune ulterioar; tr timp de rcire td timp de

demulare

ntregul proces de injectare poate fi cuprins n urmtoarele trepte de procese:

- plastifierea;

- umplerea matriei;

- compactizarea;

- rcirea i demularea.

2.2. Condiii de formare

Principalii factori care determin procesul de formare a materialelor termoplastice:

- proprieti chimice, fizice i de curgere ale materialului termoplastic n

condiiile specifice procesului de injectare;

- regimul temperaturilor;

- regimul presiunilor;


7

- durata necesar formrii

Procesele chimice, fizice i

termodinamice sunt determinate

pentru desfurarea procesului de

injectare. Proprietile polimerilor

amorfi sau cristalini sunt diferite.

Topirea materialului termoplastic se

face prin transmiterea cldurii de la

peretele cilindrului de material sau

prin transformarea prin friciune a

energiei mecanice n energie

termic. Cu ct temperatura

materialului termoplastic este mai

ridicat cu att acesta este mai fluid,

matria se umple mai uor, iar timpii

de injectare se reduc. Temperatura

matriei este hotrtoare n faza de rcire-solidificare a reperului. Msurnd temperaturile locale

n mai multe puncte, din interiorul cilindrului de injectare i a matriei n timpul unui ciclu, se

poate reda sub forma unui grafic, dinamica temperaturii materialului termoplastic de-a lungul

cilindrului i a matriei Figura 2.3 [1]

Materialul plastic ce alimenteaz maina de injectat la timpul t0 n punctul de coordonat

l1, are temperatura T1. n interiorul mainii, la timpul t1, are loc nclzirea la temperatura Tc i

plastifierea. Topitura, pe parcursul stadiului de umplere, curge n cilindrul i duza mainii,

coordonatele (l3 l4) i se nclzete ca urmare a transformrii energiei mecanice n cldur pn

la temperatura Ts. Temperatura i vscozitatea topiturii n timpul umplerii matriei, timpul t1-t3

se modific puin numai n interiorul matriei (l4 - l10) pe cnd n maina de injectat temperatura

rmne constant (l1 l4). n stadiile de rcire, dup umplerea matriei, timpii t3 t11,

temperatura materialului din matri scade mult. Descreterea temperaturii are loc i n canalele

de curgere (l3 l5) iar la un timp de rcire foarte mare, timp t11, poate avea loc chiar i n

cilindrul mainii.

Figura 2.3 Temperaturile locale ale polimerilor pe

parcursul injectrii[1]

1 cilindru; 2 duz; 3 matri; Tc Temperatur de curgere; Ts Temperatur de solidificare.


8

n timpul procesului de injectare

se dezvolt o serie de fore care

exercit presiuni importante asupra

materialului termoplastic. Procesul

poate fi urmrit n Figura 2.4[1]

Presiunea exercitat de melc transport

materialul plastic topit din camera

cilindrului mainii, prin duza i

canalele matriei, pn n matri pentru umplerea cavitii acesteia. Presiunea din matri atinge

valori maxime la sfritul cursei melcului i depinde de fora exercitat de melcul-piston,

vscozitatea polimerului i rezistena hidraulic a traseului.

Se definesc urmtoarele noiuni:

presiunea exterioar pe care reprezint presiunea exercitat asupra materialului

plastic n cilindrul mainii de injectat

presiunea interioar pi care reprezint presiunea din cavitatea matriei.

Presiunea interioar este mai mic dect cea exterioar datorit pierderilor de presiune care apar

la trecerea materialului prin duza mainii, duza matriei, reeaua de injectare, pereii piesei

injectate

presiunea ulterioar pul care reprezint presiunea exercitat de melc asupra

materialului din cavitatea matriei. Aceast presiune compenseaz contracia rezultat n urma

rcirii materialului.

presiunea de sigilare ps definit ca presiunea exercitat asupra materialului

plastic n cavitatea matriei n momentul solidificrii culeei (corespunztor punctului de sigilare)

presiunea interioar

remanent pr, care reprezint presiunea din

piesa injectat n momentul nceperii

deschiderii matriei. Dup sigilare materialul

se contract datorit rcirii i n consecin

presiunea scade, fr ns a atinge o valoare

egal cu zero.

Reprezentarea grafic a dependenei

dintre presiunea din matri i timpul de

injectare, definete curba caracteristic a

ciclului de injectare Figura 2.5[1]

. Ciclul de

Figura 2.4 Schema simplificat a injectrii pentru punerea n eviden a presiunilor[1]

1 matri; 2 cilindru; 3 melc; 4 cilindru hidraulic; pi presiune interioar; pe presiune exterioar; ph presiune

hidraulic

Figura 2.5 Ciclul de injectare[1]

pi presiunea interioar; ps presiunea de sigilare; pi max presiunea interioar maxim; pr presiunea remanent


9

injectare se desfoar dup cele patru stadii distinctive. Umplerea matriei are loc de la t0 la t2. n

prima parte (0 1) presiunea rmne constant, iar apoi n momentul umplerii crete brusc la

valoarea pi (poriunea de curb 0 2).

n stadiul de compactizare, polimerul se rcete i volumul scade. Se aplic presiunea

ulterioar care determin introducerea unor noi cantiti de topitur. Se ajunge pn la o valoare

maxim a presiunii interioare pimax, dup care presiunea va scdea pn la valoarea presiunii de

sigilare p2 (2 4).

Rcirea se caracterizeaz printr-o scdere mai lent a presiunii ca urmare a solidificrii (4-

5). La sfritul stadiului, matria se deschide i piesa este evacuat din matri. Presiunea

remanent din punctul 5 trebuie sa fie mai mare dect presiunea mediului, pentru a asigura

dimensiunile piesei.

Durata de formare depinde de caracteristicile polimerului, de dimensiunile obiectului

injectat i de sistemul de rcire al matriei. Durata de formare determin productivitatea mainii i

calitatea pieselor injectate. Un element important n determinarea duratei de formare l constituie

raportul dintre greutatea piesei injectate i capacitatea de plastifiere a agregatului.

2.3. Umplerea matriei

n urma multiplelor cercetri efectuate asupra curgerii topiturilor termoplaste din matri,

se poate face astzi o imagine destul de clar asupra procesului de umplere a matriei, aceast

umplere are loc n conformitate cu Figura 2.6[1], materialul plastic ptrunde n cavitatea matriei

prin orificiul de intrare x i curgerea se

realizeaz conform figurii, zona avansat

avnd frontul de curgere n form de

parabol. Prile exterioare ale materialului

termoplastic topit n contact cu pereii reci ai

matriei, se solidific formndu-se astfel n

matri un strat marginal termoizolant.

Pentru materialul aflat sub presiune, canalul

de curgere nu mai este format din conturul matriei, ci de stratul marginal ntrit. Stratul

marginal, ca efect al temperaturii pereii matriei, are viteza de forfecare mai mic dect stratul

interior, care are viteza de forfecare mai mare. Astfel, ntre interior i exterior apar viteze de

Figura 2.6 Umplerea cavitii matriei[1] x intrare material plastic topit; a strat marginal

solidificat; b profilul vitezelor; c front de curgere.


10

deformare diferite, care determin un front de curgere conform Figurii 2.6[1] numit si efect

Fountain.

Stratul marginal din matri este cu att mai gros, n punctul de observaie cu ct raportul

de cldur al topiturii este mai mic, respectiv cldura care ia natere prin forfecare este mai

mic. Deoarece topitura pierde pe parcursul de curgere o parte din cldur, pentru punctele mai

ndeprtate de culeea de injectare, raportul de cldur n unitatea de timp este mai mic i stratul

marginal mai gros dect n apropierea de injectare. Hotrtor pentru solidificarea materialului

plastic topit nu este drumul parcurs, ci timpul, astfel la o cretere a grosimii stratului marginal, la

deprtare de culee, apare curgerea lent. La piesele injectate cu perei foarte subiri apare o

cretere important a rezistenei de umplere a matriei n cazul unor viteze reduse de umplere.

Piesele injectate se caracterizeaz, datorit problemelor de umplere a matriei, dup

raportul drum de curgere i grosimea de perete. Cu ct umplerea matriei are loc ntr-un timp

mai scurt, cu att mai mare poate fi raportul dintre drumul de curgere i grosimea de perete.

Pentru ca materialul termoplastic s poat curge prin canalele reduse ale reelei i pentru o

umplere mai rapid a cuibului, se impune creterea presiunii de injectare. Odat cu mrirea

presiunii vscozitatea crete, ceea ce determin scderea vitezei de deformare. Curgerea

materialului se face laminar, chiar i la creterea presiunii, datorit creterii vscozitii care

mpiedic curgerea turbulent.

Unei creteri a vitezei de umplere i se impune ns, n afar necesarului creterii de

presiune urmtoarele trei efecte:

- nclziri prin forfecare n duz, care pot duce la degradri ale materialului plastic

- naterea unei orientri macromoleculare n piesa injectat, care poate provoca

anizotropii cu efecte asupra caracteristicilor mecanice i optice.

- greuti n eliminarea aerului din cuib, ceea ce poate duce la fenomene de ardere pe

suprafaa piesei injectate

Pentru realizarea umplerii matriei n bune condiii, mainii de injectat i se impun mai

multe condiii:

- necesitatea folosirii ntregii capacitaii hidraulice si de reglare

- datorit caracterului expres i nestaionar al procesului de curgere, viteza de avans al

melcului crete la nceputul umplerii de la zero la o vitez final i trebuie sa scad din


11

nou sub form de salt la zero n clipa n care frontul de curgere a ajuns la captul

drumului de curgere.

- presiunile ridicate ale topiturii din capul melcului, necesare procesului de curgere, nu

au voie sa se manifeste ca presiuni statice, interne, dup terminarea umplerii matriei ,

deoarece s-ar provoca o supranclzire sau o suprainjectare a reperului.

- la scderea vitezei de injectare scade i eficiena de transport a melcului ca urmare a

creterii pierderilor (circuit invers de topitur n canal, pierderi peste flancul spirei,

etc.)

Astfel, pentru un reper dat, pentru fiecare vitez de injectare se impune un reglaj al cursei

de dozare a melcului.

Umplerea matriei determin hotrtor proprietile reperului astfel:

- influeneaz starea de orientare macromolecular

- influeneaz temperatura topiturii, mai ales n zonele ndeprtate de locul de injectare

- indirect are influen asupra compactizrii i asupra proprietilor reperului, deoarece

efectul de compactare este cu att mai puternic cu ct este mai scurt timpul de umplere

al matriei

2.4. Curgerea materialului in matri

Calitatea piesei

injectate ca factor principal de

caracterizare a procesului de

injectare este direct dependent

de fenomenul de umplere al

cavitii matriei. Problemele

de umplere ale cuibului

matriei depinde n cea mai

mare msur de capacitatea de curgere a materialului plastic. Aceast nsuire este determinat

de testul spiral (spirala Griffits).

ntr-o matri de injectat care are cavitatea n form de spiral, de seciune semicircular,

se injecteaz material plastic n centrul spiralei. Cellalt capt al spiralei comunic cu atmosfera.

n condiiile date, topitura curge din duza mainii de injectare n centrul spirei i apoi prin

Figura 2.7 Lungimi de spirale Griffits pentru un polistiren[1]


12

canalul spiral, pe o anumit lungime, pn la ncetarea curgerii ca urmare a rcirii progresive.

Lungimea drumului de curgere este dependent de grosimea pereilor, temperatura materialului

topit ce se injecteaz, temperatura peretelui matriei, presiunea de injectare, viteza de avans a

melcului. Influena temperaturii materialului plastic topit asupra lungimii de curgere poate fi

observat n Figura 2.7[1]

La materialele termoplastice amorfe are loc, n condiii de prelucrare date, o cretere a

lungimii drumului de curgere o dat cu creterea grosimii spiralei Figura 2.8[1]

Figura 2.8 Lungimea drumului de curgere n matria cu spirala Griffits pentru polistiren de uz general (stnga) i polistiren rezistent la oc (dreapta) [1]

Acelai lucru este valabil i pentru materialele

termoplastice semicristaline. Pentru unele materiale

termoplastice speciale se constat ns o cretere a

lungimii de curgere n form de spiral odat cu

creterea grosimii Figura 2.9[1]

Lungimile cilor de curgere n funcie de

condiiile de prelucrare i de grosimea pereilor ce se

obin prin testul spiralei, sunt valori orientative pentru

proiectantul i executantul de matrie care nu pot gsii

rspuns la ntrebrile referitoare la:

- grosimea minim de perete pentru un drum de curgere dat

- cuibul matriei poate fi umplut printr-un singur punct de injectare sau prin mai multe

- dac presiunea de injectare a matriei este suficient pentru umplerea cuibului.

Figura 2.9 Lungimea drumului de

curgere in matri cu spiral pentru un poliacetat (Ultraform)

[1]


13

Grosimea pereilor piesei injectate nu poate

fii orict de mic, ea depinznd de capacitatea de

curgere a materialului i de lungimea pe care

aceasta o parcurge. De aceea este important s se

cunoasc grosimea de perete necesar pentru un

parcurs de curgere determinat, pentru a evita astfel

dificultile ce pot aprea la fabricaie. Lungimea

de parcurs a materialului este n funcie de

temperatura materialului, de viteza de injectare, de

sinuozitatea drumului parcurs n matria i de

presiunea de injectare. Productorii de materiale

termoplastice ofer diagrame pentru calculul

grosimii de perei (Figura 2.10[1]). n procesul de

curgere a materialului plastic n cavitatea matriei

apar o serie de fenomene i factori de influen

asupra calitilor, respectiv defectelor pieselor

injectate:

- orientarea materialului n timpul curgerii; - locul injectrii i numrul locurilor de injectare; - fronturi de curgere, restricii i ezitri; - linii de ntlnire; - starea suprafeei cavitii.

2.4.1. Orientarea macromoleculelor materialului plastic

n timpul procesului de umplere a cuiburilor matriei,

lanurile macromoleculare ale polimerului se orienteaz pe

direcia curgerii, iar fenomenele de relaxare ce se manifest

apoi au mare importan asupra calitii piesei injectate

Figura 2.11[1]

. Orientarea macromoleculelor se realizeaz de la locul injectrii ctre sfritul

curgerii n direcie radial (Figura 2.11.a[1]). n masa de material injectat apar tensiuni interne

diferite dup relaxare, ntre punctul de injectare si punctele cele mai ndeprtate de punctul de

Figura 2.10 Diagrama drum curgere grosime de perete pentru diferite

materiale termoplaste.[1]

1 PC-ABS (Baylend); 2 CAB (Cellidor); 3

PA6 (Durethan); 4 PBTP (Pocan); 5 ABS (Novodur); 6 PC (Macrolon)

Figura 2.11 Orientarea

macromoleculelor n timpul

procesului de curgere[1]

: a orientarea macromoleculelor n

timpul curgerii; b deformarea piesei injectate dup relaxare


14

injectare. Ca urmare a acestor tensiuni apar fenomene de deformare n piesa injectat (Figura

2.11.b[1]

).

Proprietile fizico-mecanice ale unei piese injectate

sunt determinate n cea mai mare parte de orientarea

macromoleculelor materialului termoplastic n timpul

injectrii. n Figura 2.12[1] este prezentat o pies injectat

dreptunghiular realizat prin injectare pelicular lateral.

Dac se preleveaz dou probe diferite din aceeai zone i se

supun la ncercarea la impact Izod, se observ c o prob

rezist mai mult dect cealalt (proba A este mai rezistent)

n cazul injectrii unei piese dreptunghiulare

contracia pe direcia curgerii x1, direcia de orientare a

macromoleculelor, este mai mic dect contracia x2

perpendicular pe direcia de curgere (Figura 2.13[1])

Cunoscnd tendinele de orientare macromolecular i

sensul liniilor de curgere, proiectantul de matrie proiecteaz

forme optimizate de curgere (Figura 2.14[1]

). Realizarea

unor piese ce favorizeaz curgerea elimin din start zone de stagnare si turbulen a curgerii.

Figura 2.13 Contracia piesei injectate n funcie de orientarea macromolecular[1]

A dimensiunile piesei n timpul injectrii; B dimensiunile piesei dup relaxare;

x1 contracia piesei dup direcia de curgere x2 contracia piesei pe direcia perpendicular curgerii

Figura 2.14 Proiectarea formei piesei n

funcie de curgere[1] a geometrie necorespunztoare pentru curgere; b

geometrie favorabil curgerii; R1,R2 raze de curbur; A1 zona moart; A2 - zona

moart diminuat constructiv.

Figura 2.12 Orientarea

macromoleculelor determin rezistene mecanice diferite n

piesa injectat[1] a piesa injectat; b proba A supus la rezisten de impact Izod; c proba B supus la rezisten de impact Izod;

F fora de impact a pendulului.


15

2.4.2. Fronturi de curgere. Restricii si ezitri

Ideal la umplerea cavitaii matriei de injectat, ar fii ca prin intermediul punctului de

injectare s se realizeze o umplere simultan a celor mai ndeprtate zone ale cavitii matriei.

Practic acest lucru este greu de realizat.

De exemplu, n Figura 2.15[1]

este prezentat

umplerea unei caviti dreptunghiulare printr-un

singur punct de injectare plasat central. Astfel

materialul termoplastic se distribuie sub form de

fronturi de curgere circulare spre pereii laterali ai

cavitii matriei. Cel mai naintat front de curgere are

de strbtut pn la cei patru perei distanele x1 si y1

(Figura 2.15.a[1]

). Dup un timp de curgere, frontul

cel mai naintat atinge pereii A si B ai matriei,

pereii C si D fiind nsa la distana y2 (Figura

2.15.b[1]

). Umplerea complet a cuibului se face

conform Figurii 2.15.c[1]

fronturile de curgere fiind

orientate dup direciile prezentate in figura.

Situaia umplerii poate fii mbuntit pentru

acelai spaiu de injectare schimbnd punctul de

injectare n dou puncte sau trei puncte. n Figura

2.16.a[1]

umplerea cavitii se realizeaz prin dou

puncte astfel nct dup ce fronturile avansate ajung la

pereii A si B pn la pereii C i D i pn la linia de

ntlnire mai rmne distana x. n Figura 2.16.b[1]

fronturile de curgere ating pereii A i B simultan cu

pereii C i D realiznd i liniile de ntlnire.

Exist mai multe teorii privind umplerea

matrielor, una din teorii presupune propagarea umplerii

sub form de und, astfel nct fiecare punct al vechii unde (front de curgere) poate fii

considerat punct de start al unor unde elementare circulare. Aceste unde elementare n totalitate

Figura 2.15 Umplerea unui cuib de

matri dreptunghiular printr-un punct de injectare

[1]

a,b,c stadii de umplere; x1,y1,y2 distane pn la pereii laterali ai matriei; A,B,C,D

pereii matriei.

Figura 2.16 Umplerea unui cuib

dreptunghiular prin 2 sau 3 puncte

de injectare[1]

a,b variante de umplere; x distana pn

la perete i pn la ntlnirea fronturilor; A,B,C,D pereii matriei; X linie de

ntlnire.


16

determina noul front de curgere (Figura

2.17[1]

). Distana dintre cele fronturi, frontul

vechi si frontul nou este egal cu raza R de

cretere a fiecrei unde elementare.

La umplerea cuibului se pot ivi i

cazuri n care apar obstacole (poansoane) de

diferite forme i dimensiuni. n acest caz

obstacolul determin o umbra, umbr care

modific sistemul de umplere din spatele obstacolului

Figura 2.18[1]

. Pentru astfel de cazuri imaginea

umplerii are loc conform Figurii 2.19[1]

. Punctul P din

zona obstacolului, unde vectorul de umplere este

tangent la obstacol, devine punct al vechiului front, de

unde se creeaz noi unde pentru fronturile noi din

zona umbrit. Un beneficiu special al metodei de

realizare al imaginii umplerii este realizat la umplerea

unor caviti cu grosimi diferite pe zone.

Pentru un anumit interval de timp t se respect

relaia:

unde l este rata de avans a fiecrui front, h

este nlimea cavitii matriei.

Aceast relaie exprim c raportul ntre rata de

cretere a frontului de curgere l i nlimea h a matriei n

diferite regiuni este

aceeai n acelai interval

de timp t. Imaginea

umplerii pentru 2 caviti

diferite injectate din

centru este prezentat n

Figura 2.20[1]

Figura 2.17 Metodologia de cretere a fronturilor de curgere

[1]

a injectare punctiform central; b injectare pelicular lateral; FV front vechi; FN front nou; UE unde

elementare; R raza undelor elementare.

Figura 2.18 Umplerea unor caviti cu obstacole

[1]

a,c injectare pelicular lateral; b injectare punctiform; I punct de injectare.

Figura 2.19 Imaginea umplerii

la o matri cu diferite forme geometrice de obstacole

[1]

a injectare pelicular lateral; b injectare punctiform; P,P1,P2 puncte

de cretere a undelor. Figura 2.20 Imaginea umplerii

la umplerea a dou caviti[1] a nlime constant; b nlime

diferit; I punct de injectare.


17

Foarte multe piese injectate sunt realizate cu perei

de grosimi diferite. Acest lucru ar trebui evitat, dar nu

ntotdeauna este posibil. Pereii cu grosimi diferite conduc

la dificulti suplimentare la umplerea matrielor. Acest

lucru este demonstrat n Figura 2.21[1]

. Piesa are o zon

central de grosime mic, nconjurat de o ram in form

de U de grosime mai mare.

Injectarea lateral n ram determin o curgere mai rapid prin ram i o curgere mai

nceat n zona central. n zona central se manifest tendina de solidificare a fronturilor

avansate de curgere. Curgerea mai nceat n zona central d imaginea unei ezitri a frontului

de curgere.

Cnd se injecteaz, printr-un dig, ntr-o

cavitate de grosime mare poate s apar

fenomenul de jet liber. La producerea

fenomenului de jet liber materialul plastic curge

n spaiul de grosime mare fr a forma frontul

de curgere fountain. Aderena jetului la perete este

mic, acesta se rcete rapid fr s se mai produc

sudura cu straturile de material nvecinate Figura

2.22[1]

. Proprietile mecanice si chimice ale piesei

injectate rezultate vor avea de suferit.

Fenomenul de jet liber nu trebuie

minimalizat. Se poate aciona asupra formei i

dimensiunii digului sau prin obstrucii n drumul

frontului de curgere Figura 2.23[1]

2.4.3. Linii de ntlnire

Liniile de ntlnire sau planurile de ntlnire se formeaz n timpul procesului de umplere

cnd materialul plastic topit curge din direcii diferite i se recombin n piesa injectat

Figura2.24[1]

. Fenomenul de jet liber conduce de asemenea, la formarea de linii de ntlnire.

Liniile de ntlnire sunt asemntoare unor mici crpturi, mai mult sau mai puin

vizibile, inacceptabile din considerente estetice pentru mai multe aplicaii. Mai important este

Figura 2.21 Umplerea unei

matrie cu punerea n eviden a fenomenului de ezitare [1]

Figura 2.22 Producerea unui jet liber[1]

Figura 2.23 Metode constructive de

eliminare a fenomenului de jet liber[1] a,b soluii constructive; 1 miez obstacol; R

raza de racordare a digului cu cuibul.


18

nsa c local scade rezistena mecanic a piesei

injectate. De aceea proiectantul trebuie s acorde

atenie deosebit urmtorilor factori: seleciei

materialului, proiectrii piesei, proiectrii matriei i

conditilor de injectare.

Zona slab a liniei de injectare este atribuit

mai multor factori:

- incompleta difuzie a macromoleculelor celor

dou fronturi;

- nefavorabila orientare i solidificare a lanurilor

macromoleculelor sau a fibrelor;

- existena unor crestturi n forma de V n

suprafaa de ntlnire;

- prezena substanelor strine la interfaa de

ntlnire.

Se poate studia o seciune printr-o pies injectat

unde se manifest fenomenul de linie de ntlnire

(suprafa de ntlnire) Figura 2.25[1]. Se observ c n

interiorul piesei exist o zon central A cu o legtur

puternic ntre cele dou straturi care s-au ntlnit. n

aceast zon lanurile macromoleculelor au difuzat ntre

cele dou fronturi. Spre exterior exist dou zone B cu

legtura slab unde exist suprafeele de ntlnire a celor

dou fronturi unde nu s-a produs difuzarea lanurilor

macromoleculare. La suprafaa exterioar a piesei, n

zona de ntlnire C se observ crpturi n forma de V.

Apariia linilor de ntlnire este cauzat de folosirea mai multor puncte de injectare la o

pies Figura 2.26[1]. Liniile de ntlnire pot aprea i n cazul n care se folosete un punct de

injectare, dar fronturile de curgere nconjoar un miez sau un miez se aeaz n calea frontului

de curgere Figura 2.27[1]

Figura 2.24 Modalitatea de ntlnire

a dou fronturi de curgere[1] a nu se produce difuziunea fronturilor; b fronturile realizeaz o difuziune parial; c completa difuziune a fronturilor; x linie de

ntlnire.

Figura 2.25 Seciune pentru punerea n eviden a zonei

suprafeei de ntlnire[1] A zon central cu legtura; B zon cu legtura slab; C zon de ntlnire n V


19

Liniile de ntlnire se pot crea i n cazul

unor bosaje indiferent c exist un punct de

injectare sau mai multe puncte de injectare Figura

2.28[1]

Plasarea unui miez sau mai multor miezuri

care formeaz guri ntr-o pies injectat necesit

o atenie deosebit pentru proiectantul de pies i

matri (Figura 2.29[1]). n cazul unui singur miez

se formeaz o singur linie de ntlnire Figura 2.29.a[1],

dar pentru mai multe miezuri se formeaz mai multe linii

de ntlnire ntre miezuri Figura 2.29.b[1]. n zona liniei

de ntlnire rezistena mecanic a piesei este redus i de

aceea se acord atenie distanei dintre miezuri, mrimii

i numrului acestora. Rezistenele mecanice pe zone

pentru cele dou cazuri se pot urmri n Fig. 2.29[1]

Exista mai multe posibiliti de a influena linia de

ntlnire, linie care determin o rezisten mecanic

zonal mult redus (dimensiunea digului, numrul

digurilor, tipul digului, temperatura materialului plastic,

temperatura matriei). Folosirea calculatorului ofer

posibiliti noi de concepie a matriei astfel nct

efectele negative a linilor de ntlnire sa fie diminuate.

Se ofer nsa i alte soluii constructive pentru

eliminarea linilor de sudur (Figura 2.30[1]) Astfel, la

injectarea lateral printr-un punct al piesei injectate apare

linia de ntlnire ca urmare a fronturilor care nconjoar

miezul central Figura 2.30.a[1]

. Pentru aceasta se

construiete un adaos A unde fronturile se ntlnesc,

astfel nct linia de ntlnire se elimin din pies

Figura 2.26 Apariia linilor de ntlnire[1] a injectare prin 2 puncte; b injectare prin 4

puncte.

Figura 2.27 Linii de ntlnire in

jurul miezurilor[1]

a miez central; b miez in calea frontului de curgere.

Figura 2.28 Linii de ntlnire in

jurul bosajelor[1]

a dou fronturi principale de curgere; b

un front principal de curgere i un front secundar de curgere.

Figura 2.29 Rezistena mecanic n zona liniilor de ntlnire

[1]

a un singur miez; b mai multe miezuri; efort unitar de traciune, zonal


20

Figura 2.30.b[1]

. La zona de ntlnire a mai

multor fronturi pot aprea zone nchise unde aerul

este comprimat, ceea ce determin zone

neumplute Figura 2.31[1]

. n acest caz se apeleaz

la sisteme de ventilaie.

Starea suprafeei cuibului i miezului

matriei influeneaz fenomenul de curgere a materialului plastic.

Prezenta unor rugoziti pronunate rezultate din prelucrare perturb

curgerea, dar n acelai timp influeneaz procesul de scoatere a piesei

injectate din matri. Suprafeele canalelor de curgere, a digului,

precum i suprafetele poansonului i cuibului se lustruiesc n direcia

curgerii pentru a facilita curgerea.

2.5. Matrie de injectat consideraii generale

Figura 2.32 Tipurile principale de matrie de injectat[1] a injectare perpendicular pe planul de separaie; b injectare n planul de separaie; c injectare special (bicomponent); 1 matri; 2,3 cilindrii de injectare; x planul de separaie al matriei.

Matria este subansamblul mecanic care are rolul de a imprima materialului plastic o

anumit form cu dimensiuni bine determinate. Proiectarea i executarea corect matrielor de

injectat condiioneaz realizarea unor randamente ridicate la prelucrarea prin injectare.

Varietatea deosebit de mare a pieselor injectate din material plastice a condus la elaborarea unor

soluii constructive i tehnologice specifice att n domeniul proiectrii ct i n cel al execuiei

matrielor de injectat. Matrie pentru injectat materiale termoplastice sunt constituite n principiu

Figura 2.31 Zona de

ntlnire a mai multor

fronturi de curgere[1]

Figura 2.30 Soluie constructiv pentru eliminarea efectului de linie de ntlnire

[1]

a soluie constructiv clasic; b soluie constructiv mbuntit; X linie de ntlnire.


21

din 2 pri principale: semimatria din partea duzei de injectare i semimatria din partea

aruncrii. Matria este fixat pe platourile de prindere ale mainii de injectat.

Majoritatea matrielor lucreaz folosind injectarea materialului plastic printr-un orificiu cu

ax perpendicular pe planul de separaie. n cazul unor injectri speciale (injectare bicolor i

tricolor) injectarea se face att perpendicular pe planul de separaie ct i n planul de separaie

Figura 2.31[1]

2.5.1. Construcia i funcionarea matrielor de injectat

n funcie de forma geometric a piesei, de natura i caracteristicile materialului plastic,

de tipul mainii de injectat, exist o mare varietate constructiv de matrie de injectat.

n Figura 2.33[1] este prezentat o matri de injectat cu 2 cuiburi care cuprinde elemente

constructive caracteristice acestui ansamblu constructiv. Matria de injectat se monteaz pe

platourile de prindere ale mainii de injectat prin intermediul celor 2 plci de prindere 4 i 13 care

se fixeaz cu ajutorul unor bride sau uruburi de fixare. Centrarea matriei pe platourile mainii se

realizeaz cu ajutorul inelelor de centrare 28 (pe partea mobil) i 19 (pe partea fix). Inelele de

centrare sunt prinse n plcile de prindere ale matriei cu ajutorul uruburilor 3.

Materialul plastic topit din duza mainii de injectat ajunge n duza 18 a matriei de injectat

i prin intermediul reelei de injectare la cuiburile matriei. Piesa injectat se formeaz n cuibul

format de poansonul 17 i pastilele 15 i 16. Dup ntrirea materialului plastic n matri, ca

urmare a rcirii plcilor matriei, prin intermediul circuitului de rcire matria se deschide n

planul de separaie X. Piesa injectat ntrita ca urmare a contraciei pe poansonul 17, rmne

solidar cu partea mobil a matriei mpreun cu reeaua de injectare, reinut de buca

extractoare 20. Tija de aruncare 1 este tamponat de o tija fix de pe maina de injectat i

sistemul de aruncare este acionat determinnd micarea plcii de aruncare 5, plcii

portarunctoare 6, arunctoarelor 26, arunctorului central 25 i a tijelor reaductoare 24.

Plcile arunctoare i portarunctoare sunt fixate cu ajutorul uruburilor 7. Tija de

aruncare 1 este ghidat de buca central 2 i este nurubata n placa arunctoare 5. Piesa

injectat este aruncat din matria de arunctoarele tip tift 26, iar reeaua de ctre arunctorul

central 25.

La nchiderea matriei tijele de aruncare 24 lovesc tifturile tampon 22 determinnd

revenirea la poziia iniial a ntregului sistem de aruncare. Plcile matriei sunt prinse cu ajutorul


22

uruburilor 27 i sunt centrate cu ajutorul tifturilor 21. Centrarea celor 2 semimatrie se

realizeaz cu ajutorul coloanelor de ghidare 14 i a bucelor de ghidare 12.

Figura 2.32 Matri de injectat cu dou cuiburi[1] 1 tija de aruncare; 2 buca de conducere; 3 urub; 4 plac de prindere; 5 plac arunctoare; 6 plac portarunctoare; 7 urub; 8 plac distanier; 9 plac suport; 10,11 plac de formare; 12 buc de ghidare; 13 plac de prindere; 14 coloan de ghidare; 15,16 pastil; 17 poanson; 18

duz de injectare; 19 inel de centrare; 20 buc central; 21 tift; 22 tift tampon; 23 urub; 24 tift arunctor; 25 arunctor central; 26 arunctor; 27 urub; 28 inel de centrare.

Capitolul III Materiale folosite la construcia matrielor Alecsa Valerian SIM 2012

23

Capitolul III MATERIALE FOLOSITE LA CONSTRUCIA

MATRIELOR DE INJECTAT

3.1. Materiale termoplastice folosite la injectare

Materialele termoplaste folosite la injectare, reprezentate n Figura 3.1[2], pe o structurare

pe vertical sunt mprite n trei categorii: polimeri de larg consumaie, tehnopolimeri, i

superpolimeri, aria mai mare sau mai mic n care sunt marcai simboliznd i rspndirea

acestora pe piaa.

Polimerii de larg consumaie, ocupnd cel mai mare segment pe pia, sunt acele materiale

care nu necesit echipamente speciale pentru injectare, fiind destinate aplicaiilor din domeniul

bunurilor de larg consum, jucrii, articole de grdin sau de baie. Temperatura de utilizare este in

general sub 100oC.

Tehnopolimerii sunt destinai realizrii de piese tehnice ce trebuie sa aib proprieti fizice,

chimice sau electrice ridicate, i sunt destinate industriei electrice, electrotehnice, i de

automobile. Necesit echipamente auxiliare (usctoare, utilaje echipate cu uniti de injecie

rezistente la abraziune). Temperatura de utilizare este cuprins ntre 100oC 150oC

Superpolimerii sau polimerii de nalta performan sunt destinai injeciei de piese de nalt

tehnicitate destinate nlocuirii pieselor tradiionale realizate din metal sau aliaje metalice. Au pre

de cost ridicat i necesit

echipamente special (usctoare,

uniti de injecie nalt

rezistene la abraziune i

coroziune, aparate de

termostatare a matriei).

Procesarea necesit temperaturi

ale materialului i a matriei

mari, iar piesele trebuie s aib

proprieti mecanice, termice i

chimice foarte ridicate nsoite

de o foarte bun precizie Figura 3.1 Reprezentarea materialelor termoplaste injectate[2]


24

dimensional, temperatura de utilizare este n general peste 150oC

Materialele termoplaste se mpart n dou categorii: materiale amorfe i materiale

semicristaline. Exist o grup special de materiale, elastomeri termoplastici, cu caracteristici

asemntoare cu a materialelor amorfe, materiale care cu toate c nu fac parte din grupa

termoplastelor sunt proprii prelucrrii prin injectare.

3.2. Materiale folosite la construcia elementelor componente ale unei matrie

Injectarea pieselor din materiale termoplastice n matri presupune folosirea mai multor

tipuri de material: oeluri, aliaje neferoase, materiale nemetalice. La serii de fabricaie mari, de la

aproximativ 5000 pn la cteva milioane de buci, se utilizeaz de obicei oelul.

3.2.1. Oeluri

Un oel pentru construcia matrielor de injectat trebuie s ndeplineasc din punct de

vedere al fabricaiei, urmtoarele condiii: prelucrabilitate bun, calitate bun a suprafeei,

tratamente termice simple, deformaii reduse, posibiliti de deformare la rece (n cazuri speciale).

Oelurile folosite la fabricarea matrielor pot fii mprite n urmtoarele grupe:

- oeluri de uz general

- oeluri de cementare

- oeluri pentru nitrurare

- oeluri pentru clire

- oeluri pentru mbuntire

- oeluri inoxidabile

3.2.1.1. Oeluri de uz general

Oelurile de uz general pentru construcii, sunt uor prelucrabile prin achiere, se sudeaz

bine, au rezistena si tenacitatea corespunztoare. Tablele din aceste oeluri se pot debita prin

tiere oxiacetilenica fr ca marginile tiate s se caleasc. Aceste oeluri pot fii utilizate n

condiii bune pentru confecionarea diferitelor plci ale matrielor care nu vin in contact cu

materialul plastic, cum ar fii placa de prindere, placa intermediar, plac distanier. Pentru a


25

asigura rezistena necesar la solicitarea prin compresiune de regul se utilizeaz marca de oel

OL60. Pentru matriele mai mici cu solicitri mai reduse, pot fii utilizate si mrcile OL42 i

OL50. Din aceste oeluri se mai pot confeciona i alte piese ca: uruburi de fixare, dopuri filetate,

prelungitoare,supori, etc.

3.2.1.2. Oeluri de cementare

Sunt oeluri cu coninut redus de carbon (0,07 0,18%). Prin carburarea suprafeei

exterioare, coninutul de carbon crete la 0,8 0,9% adncimea stratului carburat fiind cuprins

ntre 0,5 1,2 mm. Dup clire stratul exterior devine foarte dur (58 62 HRC) avnd rezistena

mare la uzur, pstrnd n acelai timp tenacitatea miezului. La utilizarea otelurilor de cementare

se ine seama de dou procedee de prelucrare: prelucrarea prin achiere i presarea la rece.

Oeluri pentru cementare folosite la prelucrarea prin achiere. Practic, pentru prelucrarea

prin achiere se pot utiliza toate oelurile de cementare. Datorit faptului c matriele de injectat

lucreaz n condiii grele de exploatare vor fii alese acele oeluri de cementare care pe lng o

suprafa dur i rezistena la uzur n urma clirii, asigur deformabilitate minim i o rezistena

corespunztoare a miezului chiar i pentru matrie de dimensiuni mari.

n aceast categorie se utilizeaz att oelurile carbon de calitate pentru cementare ct i

oelurile aliate pentru cementare. Pentru confecionarea coloanelor de ghidare, a bucelor de

ghidare, a coloanelor nclinate, etc. se recomand oelul carbon de calitate OLC15.

Pentru cuiburile matriei, poansoane i alte piese ale matriei supuse la solicitri mari se

recomand oeluri aliate pentru cementare.

Datorit solicitrilor locale mari la compresiune i ncovoiere la serii de piese injectate

este necesar ca piesele matriei s aib pe lng o duritate superficial ridicat pentru a rezista la

uzur i maximum de tenacitate n miez. Pentru aceasta se execut un tratament termic de

mbuntire, a structurii miezului, respectiv o dubl clire. Oelurile recomandate pentru acest

lucru sunt: 18MnCr10, 10CrNi15, 21MoCr12, 20MoNi35, 18MoCrNi13, 13CrNi30.

Toleranele mici indicate pentru reperele injectate impun n unele cazuri oeluri care n

urma tratamentului termic au o deformare minim, cum ar fii: 21TiMnCr12, 28TiMnCr12,

16CrNiW10. Aceste oeluri fiind cu granulaie fin pot fii supuse tratamentelor termice simple

dup cementare i sunt indicate pentru piese greu solicitate.


26

Oeluri pentru cementare care se prelucreaz prin deformare la rece. Aceste oeluri se

recomand atunci cnd se construiesc matrie cu mai multe cuiburi i cnd suprafeele cuiburilor

sunt greu de realizat prin achiere. Pentru realizarea cuiburilor prin presare la rece se folosete un

poanson din oel rezistent la presiuni avnd forma cuibului ce urmeaz a fii realizat.

Posibilitatea prelucrrii prin presare la rece a diferitelor oeluri va fii stabilit prin

rezistena obinut dup recoacerea de nmuiere i prin existen unei granulaii feritice fine.

Structura de recoacere trebuie s fie lipsit de perlit lamelar. Duritatea oelului trebuie s fie

sczut si s permit prelucrarea unor amprente adnci, fr recoacerea intermediar.

Ca regul se menioneaz c un oel poate fi bine prelucrat pe adncime cnd produsul

1,25 HB 300 kgf/mm2. Cu ct diferena ntre 1,25 HB i 200 kgf/mm2 este mai mare, cu att se

pot prelucra cuiburi mai mici a valorilor de mai sus cuiburile prelucrate prin presare la rece

trebuie sa fie mai mici. Pentru presare la rece sunt recomandate urmtoarele mrci de oeluri:

OLC10, OLC15, 15Co8. Oteluri OLC10 i OLC15 n stare normalizat au o duritate de 120

140 HB, pretndu-se uor presrii la rece pentru cuiburi mici, fr recoacere intermediar.

Dup cementare, clire i revenire, se obine un miez i o rezisten de 42 50 kgf/mm2,

o duritate n miez de 110 140 HB i n stratul cementat o duritate de minimum 58HRC. Din

analiza acestor date rezult ca aceste oeluri se pot utiliza pentru piese cementate prelucrate prin

deformare la rece, care nu necesit proprieti de mare rezistena la miez.

Se execut n general cuiburi n pastile montate n plci cu locauri multiple, plcile clite

prelund eforturile de compresiune la nchiderea matriei, iar cuiburile prelund efectul de uzur

i presiune materialului plastic.

Oelul aliat 15Co8 datorit duritii n stare recoapt se poate prelucra uor prin deformare

plastic la rece, avnd n acelai timp caracteristici mai bune n miez dect oelurile carbon. Dup

cementare clire i revenire se obine o duritate n miez de 300HB, iar n strat o duritate de 54

62 HRC.

3.2.1.3. Oeluri de nitrurare

Preteniile dimensionale i rezistena ridicat la uzur impuse matrielor de injectat sunt

satisfcute de folosirea n construcia cuiburilor a oelurilor de nitrurare. Rezistena la uzur a

acestor oeluri poate atinge 1050 HV. Pentru nitrurare se folosete oelul aliat 38MoCrAl9 i

38MoCr11 care n urma tratamentului de mbuntire primete o duritate n miez de 300 370


27

HB, iar dup nitrurare se obine o duritate n stratul superficial de 850 1050 HV.

Pentru matriele de injectare sunt suficiente adncimi de nitrurare de pn la 0,3mm.

Matriele nitrurate, datorit stratului dur i subire, sunt sensibile la tratamente inadecvate.

Unele materiale termoplastice (policarbonai) reacioneaz cu oelurile aliate cu aluminiu,

astfel c rezult o schimbare a culorii materialului, din acest motiv injectarea acestor materiale

nefiind recomandat. Duritatea optim i rezistena maxim la uzur se obine la oelurile

nitrurate n gaz, nu pe suprafaa piesei, ci cu cteva sutimi de milimetru n adncime, stratul

superficial este foarte sfrmicios. Acest strat se va ndeprta prin lustruire, dup ce n prealabil a

fost prevzut la prelucrarea prin achiere, pentru a se putea menine cotele precise solicitate de

matria respectiv.

3.2.1.4. Oeluri pentru clire

La injectarea unor piese care necesit inserii metalice n oelurile de cementare pot aprea

degradri din cauza suprasolicitrilor locale, ca urmare a introducerii greite a inserilor. n aceste

cazuri se folosesc oeluri pentru clire. De asemenea, n cazul matrielor de injectat cu cuiburi

plate se recomand tot oelurile pentru clire, n cazul cuiburilor cu configuraii complicate, se

folosete prelucrarea prin electroeroziune dup tratament termic. Solicitrile mari la care sunt

supuse aceste piese necesit obinerea unei structuri foarte fine care se realizeaz prin alegerea

unei temperaturi minime de clire i meninerea scurt la aceste temperaturi.

n construcia matrielor de injectat, ca oeluri pentru clire, se folosesc oelurile carbon de

scule: OSC6, OSC9, OSC10, OSC11, OSC12. Aceste oeluri au clibilitate mic. La diametre

(grosimi) mai mari de 5 mm duritatea scade brusc sub 60 HRC la 2 4 mm distan de suprafa.

Aceste oeluri nefiind recomandate pentru execuia sculelor cu grosimi mai mari de 20 25 mm,

vor fi folosite la piese ca: buce de ghidare, buce de conducere, buca central, arunctoare

tubulare, poansoane de dimensiuni mici. Piesele de forme complicate executate din aceste oeluri

se clesc n dou medii (clire ntrerupta) sau li se aplic o clire n trepte (izoterm). Aceste

procedee reduc riscul deformrilor i al apariiei fisurilor.

De asemenea n construcia matrielor de injectat, ca oeluri pentru clire, se folosesc oeluri

aliate pentru scule cu adncime de clire mare: 200Cr120, 97MnCrW14. Aceste oeluri ofer

pieselor o suprafa foarte dur i n acelai timp o mare rezisten n miez. Se recomand pentru

matrie cu adncimea cuibului mare i cu o precizie ridicat, prezentnd deformaii foarte mici n


28

urma tratamentului termic. Oelul 200Cr120 este ledeburitic i are caracteristici i tratament

termic deosebit de al altor oeluri. La acest oel, pentru ca dimensiunile pieselor dup clire i

revenire s nu difere de cele iniiale (n stare recoapta) se recomand aplicarea unei cliri de la

1050 1060oC urmat de o revenire la 475 500oC. Dup o prim revenire la 475oC se msoar

dimensiunile i numai dac mai este necesar o cretere a acestora se repet revenirea,

descompunnd o nou porie de austenit rezidual.

3.2.1.5. Oeluri de mbuntire

O serie de motive ca: imposibilitatea eliminrii deformaiilor, lipsa utilajelor de rectificare a

profilelor complicate i de corectare a gurilor, necesitatea executrii cuiburilor direct n placa de

formare a matriei, au dus la necesitatea folosirii oelurilor de mbuntire. Dup degroarea prin

achiere, piesele se clesc i se revin nalt obinndu-se o duritate de 250 350 HB, alegerea

duritii fcndu-se dup posibilitatea de finisare. Atunci cnd toleranele pieselor fabricate o

permit se pot face dup clire reveniri joase, duritile obinute fiind mai ridicate, dup care

urmeaz doar operaia de lustruire. Avantajele utilizrii acestor materiale sunt: rapiditatea n

executarea matriei, eliminarea riscului apariiei deformrilor dup tratamentul termic,

posibilitatea executrii de remedieri la matria n cazul n care nu s-au obinut dimensiunile dorite

de la prima ncercare.

Oelurile de mbuntire recomandate pot fii oelurile carbon de calitate OLC45, OLC55,

OLC66. Oelurile carbon de calitate se utilizeaz n stare mbuntit pentru piese de matri:

plci de formare n care se monteaz cuiburi sau poansoane, plci arunctoare i portarunctoare,

plci tampon, etc.

Oelurile aliate pentru mbuntire pot fi: 41MoCr11, 50VCr11, etc. Oelurile 41MoCr11

se utilizeaz pentru piesele puternic solicitate cu seciune mare, de mbuntire. Prin clire i

revenire se obine 270 320 HB. Oelul 50VCr11 se recomand pentru seciuni medii sub 50

mm. Sunt supuse unor regimuri de funcionare, au rezisten la uzur i sunt elastice. Dup

mbuntire se obine 300 400 HB.

3.2.1.6. Oeluri inoxidabile sau anticorozive

n cazul prelucrrii materialelor plastice care pot ataca chimic matria, pentru evitarea

acestui neajuns, se pot folosi dou metode: cromarea dur a suprafeelor care vin n contact cu


29

materialul termoplastic sau executarea pieselor respective din oeluri inoxidabile.

Nu pentru toate configuraiile de piese se poate aplica cromarea. De asemenea exist

pericolul exfolierilor, mai ales la piesele subiri solicitate la ncovoiere. n acest caz se recomand

utilizarea oelului inoxidabil.

Stabilitatea la coroziune se realizeaz print-un coninut de crom de minimum 12%. Prin

adaos de molibden, vanadiu i cobalt se mbuntete nesemnificativ stabilitatea la coroziune.

Tenacitatea acestor oeluri trebuie n foarte multe cazuri mbuntit, n funcie de tipul matriei,

prin revenire. La temperaturi nalte de revenire se nrutete stabilitatea la coroziune.

3.2.2. Metale i aliaje neferoase

n cazul n care se impun unele condiii deosebite legate de coroziune i conductibilitate

termic se folosesc metale i aliaje neferoase.

3.2.2.1. Cuprul si aliajele sale

Alamele sunt aliaje Cu-Zn cu coninut de zinc de 30 45%. Au o bun conductibilitate

termic si de aceea se recomand pentru construcia de duze punctiforme, att la matriele de

injectat cu antecamer ct i la matriele cu canale nclzite. n unele cazuri se folosesc la

executarea unor pastile greu de realizat din oel i care nu pot fii rcite n bune condiii. Se

prelucreaz uor. Alama se folosete de asemenea, la confecionarea miezurilor pentru rcirea

intense a poansoanelor.

Bronzurile sunt aliaje ale cuprului cu staniul. Ele se caracterizeaz printr-o bun rezisten

la coroziune n aer i ap, o rezisten ridicat la uzur i durificare important prin deformare la

rece. Sunt folosite bronzurile de beriliu care prezint caracteristici mecanice ridicate, rezisten

mare la coroziune, sudabilitate bun i uoar prelucrabilitate prin achiere, elasticitate ridicat.

Bronzurile cu beriliu se folosesc la confecionarea torpedourilor duzelor deschise pentru matrie

cu canale nclzite i la confecionarea poansoanelor rcite special.

Cuprul este un metal cu slab prelucrabilitate prin achiere i de aceea, n stare pur, nu se

folosete dect sub forma de vergele, la temperaturi poansoanelor cu d 5 mm, folosind foarte

buna s proprietate de conductibilitate termica.


30

3.2.2.2. Aluminiul si aliajele sale

n construcia matrielor de injectat se folosesc aliaje ale aluminiului cu zinc, cupru,

magneziu i crom, elemente care mbuntesc considerabil calitile de rezisten la traciune i

duritate. Se folosesc aliaje de aluminiu la confecionarea cuiburilor pentru matrie de prob, la

execuia unor plci de aruncare expuse la accidente prin nchiderea bacurilor. Unele aliaje

speciale ale aluminiului cu rezistenta ridicata se pot folosi i la execuia unor matrie cu cuiburi

foarte complicate. Un aliaj recomandat pentru matrie de injectat este AlZnMgCu0,5

3.2.2.3. Aliaje antifriciune

Sunt aliaje cu rezisten bun la frecare. Rezistena la frecare depinde de un numr mare

de factori: presiune, ungere, vitez de rotaie, natura mediului de contact. Aliajele antifriciune au

un punct de topire relativ sczut (220 300oC) i ca atare pot fii uor turnate. Dou grupe de

aliaje antifriciune sunt mai rspndite: aliaje antifriciune pe baza de Sn (80 90%) i aliaje

antifriciune pe baza de Pb (75 80% Pb)

3.2.3. Materiale nemetalice

Se folosesc mai puin la confecionarea elementelor matrielor. Pentru realizare unor piese

de prob se pot confeciona cuiburi de mici dimensiuni din rini epoxidice cu oel (compozit).

Pentru confecionarea miezurilor de rcire ale poansoanelor, pentru racorduri de rcire diferite, se

pot folosi materiale plastice precum: poliamida, ABS.

3.3. Recomandri[1][2]

Tabelul 3.1: Oteluri recomandate pentru construcia elementelor matrielor[1][2]

Denumirea elementului matriei Marca oelului

Placa de prindere, placa intermediara, placa distanier OL60; OLC45

Placa portpoanson, suport pentru pastile, placa arunctoare,

placa portarunctoare, inele de centrare

OLC45; OLC55;

50VCr11; 41MoCr11.

Prile active n contact direct cu materialul plastic (placa de

formare, poanson, pastila, bac)

200Cr120; 90VMn18;

97MnCrW14; OLC15; OSC8;

OSC10


31

Prile active pentru injectarea materialelor plastice cu aciune

coroziv

20Cr130

40Cr130

Prile active care trebuie s aib deformare minim la

tratamente termice

30MoCrAl9

33MoCr11

Coloana de ghidare, coloana inclinat, cam crlig OLC15; 15Cr8; 18MnCr10

Duza, buca de ghidare, buca de conducere, buca central OSC8; OSC10

Tija de aruncare, tija filetat, placa tampon, tija tampon OLC45; OLC55; 50VCr11

tift de aruncare, extractor pentru culee, tift de centrare, tift

tampon, tift reaductor

97MnCrW14

Tabelul 3.2 Oeluri recomandate pentru matrie[1][2]

C45W3 Construcii generale de matrie. Nu se folosete la plcile de

formare

X210Cr12 Pentru placi de formare rezistente la uzur

X42Cr13 Pentru placi de formare rezistente la uzur i coroziune

21MnCr15 Pentru placi de formare la matriele de talie mic i mijlocie

115CrV3 Pentru arunctoare i pastile

29CrMoV9 Pentru matrie mari cu deformaii mici i rezistente la uzur

40CrMnMo7

47CrMo4

Pentru matrie mari, foarte bune la polizare, condiionat la

coroziune

40CrMnMoS8-6 Pentru matrie mari, foarte bune la polizare, condiionat la

coroziune, prelucrabilitate mai bun dect materialul 40CrMnMo7

X36CrMo17 Pentru plci de formare, rezistent la coroziune, recomandat pentru

PVC

X6CrMo4 Deformabil la rece, numai ntrit la coroziune

X38MoV5-1 Recomandat pentru plcile de formare a tehnopolimerilor,

prelucrabilitate bun

X40CrMoV5-1 Recomandat pentru plcile de formare a tehnopolimerilor

X40CrMoVS5-1 Recomandat pentru plcile de formare


32

X220CrVMo12-2 Pentru pastile rezistente la coroziune

X155CrVMo12-1 Pentru pastile, stabil la lefuiri, rezisten la presiune, foarte tenace

100MnCrW4 Pentru pastile, stabil la lefuiri

X165CrMoV12 Pentru pastile, ru conductoare de cldura.

54NiCrMo6 Pentru matrie de talie medie i mic

X3NiCoMoTi18-9-5 Oeluri special clite martensitice

54NiCrMoV6 Pentru matrie mari

55NiCrMoV5

56NiCrMoV7 Pentru matrie mari, duze, distribuitoare de canale nclzite

55NiCr10 Pentru piese care necesit tenacitate ridicat

14NiCr14 Pentru pastile cu gravuri fine

60NiCrMoV12-4 Pentru matrie de talie medie si mic

X19NiCrMo4 Pentru matrie medii si mari, distribuitoare de canale nclzite

X45NiCrMo4

X35CrMo17 Pentru materiale plastice cu agresivitate chimic: duroplaste sau

PVC

X5CrNiCuNb17-4-4 Pentru placue de presiune la distribuitoarele cu canale nclzite

34CrAlNi4 Pentru construcii generale de matrie.

Figura 3.2 Reprezentarea unei caviti de injectat[3]

Capitolul IV Selecia Materialelor pentru matrie Alecsa Valerian SIM 2012

33

Capitolul IV SELECIA MATERIALELOR PENTRU MATRIE

4.1. Consideraii generale

Procesul de selecia a materialelor se face n continuare pe un caz concret a unei prti

componente dintr-o matri de injecie. Ca referin se va considera un caz particular de cavitate

interioar utilizat de firma SIPA Engineering pentru injecie de material PET [4]. Selecia se

face n concordanta cu cerinele i solicitrile care apar n procesul de injecie i ea se focalizeaz

pe alegerea unui material care s mreasc productivitatea ntregului ansamblu prin mbuntirea

conductivitii termice a materialului cavitii.

Injectare materialului plastic are loc n 2 etape, iniial 95% din plasticul topit este forat la

viteze i presiuni mari n matri urmnd ca ceilali 5% din material s fie injectai la viteze i

presiuni mai mici pentru a compensa contracile care apar n urma rcirii. Presiunea trebuie

meninut n continuare pentru a nu aprea contracii la rcire.[5]

Timpul de rcire este cel mai important aspect al procesului de injecie deoarece el

influeneaz direct productivitatea matriei. Rcirea trebuie s fie rapid pentru a evita

cristalizarea materialului. Dac materialul este n stare cristalin acesta si pierde proprietile de

transparen. Pe de alt parte o rcire insuficient va face ca materialul s se deformeze la

manevrarea ulterioar a semifabricatului i chiar s se lipeasc de sistemul de prindere care

manevreaz produsul dup injecie. O rcire rapid va asigura starea amorfa i n acelai timp va

reduce timpul unui ciclu de injecie prin urmare va crete productivitatea.[5][6]

Materialul actual folosit pentru cavitate este un oel inoxidabil martensitic X40Cr14

Tabelul 4.1. Material: X40Cr14 [ AISI 420, DIN 1.2083, THYROPLAST 2083 ] [8][9]

Compoziie chimic

Element C Si Mn P S Cr Mo V Fe

Min [%] 0.36 - - - - 12.50 - - rest

Max [%] 0.42 1.00 1.00 0.030 0.030 14.50 - -

Proprieti fizice

Rezistena mecanic 1900 MPa Densitatea 7700 kg/m3

Limita la curgere 1200 MPa Modulul de elasticitate 210 GPa

Duritate 54 HRC Conductivitate termic 22 W/mK

Rezistena la oboseal foarte bun [4/5] Cldura specific 460 J/kgK

Achiabilitate foarte bun [4/5] Dilataia termic 20-200 10.510-6 mm

Capacitatea de lustruire foarte bun [4/5] Rezistena la coroziune foarte bun [4/5]


34

(denumit i 1.2083 sau THYROPLAST 2083, o denumire comercial a otelului 1.2083)[7].

Principalele avantaje ale materialului sunt rezistena mecanic foarte ridicat (1900 MPa i 1200

MPa limit la curgere) i duritatea mare (52 56 HRC) n urma tratamentelor termice[8][9].

Combinaia aceast de caracteristici mecanice ofer materialului o rezisten foarte mare la uzur

i la oboseal, iar duritatea mare ofer de asemenea i o capacitate ridicat de lustruire, cerin

necesar funcionalitii matriei de injecie, calitatea suprafeei semifabricatului injectat

depinznd direct de calitatea suprafeei cavitii n care s-a fcut injecia. Principalul dezavantaj a

acestui material este conductivitatea termic sczuta care crete mult timpul necesar unui ciclu de

injectare. n Tabelul 4.1 sunt prezentate principalele caracteristici ale materialului[8][9].

Principala problem care apare n timpul rcirii este faptul c deii rcirea cu ap este

foarte eficient, i ea permite apei s rceasc cavitatea extrem de rapid, cavitatea nsi nu este

capabil s transfere cldura suficient de rapid. Cldura trebuie s treac de la plasticul topit, prin

pereii cavitii pan la canalele de rcire, prin urmare rezult c timpul de rcire depinde direct

de capacitatea materialului cavitii de a transmite cldura.

4.2. Analiza constructiv i funcional

Piesa considerat are o geometrie complex (Figura 4.1) datorit necesitii evacurii ct

Figura 4.1 Reprezentare 3D a cavitii de injecie n vedere izometric (stnga) i seciune izometric (dreapta)[Anexa 2]


35

mai rapide a cldurii dar i a cerinelor funcionale i de prindere a cavitii n placa de prindere.

Cavitatea este fixat n placa de prindere prin nite uruburi, n aceasta plac se afla i

canalele de rcire cu ap (Figura 4.2). Materialul plastic se injecteaz de jos din punctul de

injectare. n interiorul cavitii se afl miezul de rcire care are acelai rol cu cavitatea, de a rcii

materialul topit care este injectat, i de a da form semifabricatului. Miezul este gol pe interior

pentru a permite rcirea cu ap prin mijlocul miezului. n partea de sus se afl aa-numitele neck

ring care sunt compuse din 2 jumti, aceste neck ringuri dau forma gtului viitoarei sticle.

Figura 4.2 Construcia unei matrie de injectat preforme [Anexa7]

Cele dou jumti se asambleaz n timpul ciclului de injectare i sunt strnse cu ajutorul

unui profil conic, profil care exist i pe cavitate i pe neck ring. Astfel cele 2 jumti se strng

perfect i intr n cavitate n partea de sus, asigurnd nchiderea complet a formei care va fii


36

injectat. Deasupra de neck ring, pentru o mai bun strngere dar i pentru o rcire suplimentar,

se mai afl un inel de prindere care are de asemenea o form conic care face pereche cu cele

dou jumti ale neck ringului. Se poate observa ca att cavitatea ct i neck ringul i placa de

prindere au toate canale de rcire pentru a putea fi rcite cu ap (Figura 4.2).

Solicitrile care apar n timpul funcionrii sunt predominant de oboseala. Astfel cavitatea

este supus la presiuni ridicate alternante n timp (Figura 4.3.c). De asemenea exist solicitri de

uzur n partea superioar unde se nchid cele dou jumati neck ring (Figura 4.3.a).

Figura 4.3 Tipurile principale de solicitri care apar n timpul funcionrii[Anexa2]


37

Acestea intr n contact de fiecare dat cnd matri se nchide, prin urmare trebuie s reziste la

tensiuni superficiale mari. O alt cerin necesar este cea de rezisten la coroziune, att la

plastic topit ct i la ap. (Figura 4.3.b)

4.3. Definirea matricei de proprieti a materialelor

n urma analizei funcionale a piesei rezult principalele proprieti necesare:

Limita la curgere piesa trebuie s reziste la presiuni mari care apar n timpul procesului

de injecie, rezisten la uzur i la deformaie. Daca limita la curgere este mare, piesa va

suporta o tensiune mai mare nainte de a se deforma plastic. Rezistenta mecanic sau

rezistena la rupere este direct proporional cu limita la curgere de aceea se consider c

rezistena mecanic este inclus deja n aceast proprietate.

Duritate rezistena la solicitri de contact este important, apar uzuri i alte solicitri

superficiale. Duritatea crescut crete rezistena la uzur i la oboseal de asemenea

permite o lustruire mai bun a suprafeelor active, care necesit o lustruire ct mai bun.

Aceast proprietate depinde n primul rnd de material i de structura materialului nsa ea

poate fii mbuntit prin tratamente termice superficiale i acoperiri dure.

Rezistena la oboseal piesa este supus la oboseal datorit ciclurilor care au loc la

presiuni foarte mari de fiecare dat cnd matria se nchide i ncepe injectarea, prin

urmare exist o solicitare ciclic n timp. Cerinele funcionale ale matrielor implic un

numr foarte mare de cicluri n timpul funcionrii piesei, de aceea rezistena n timp la

solicitri de oboseal a cavitii este critic pentru funcionarea corect a ntregului

ansamblu al matriei de injecie.

Rezistena la coroziune materialul trebuie s prezinte o rezisten mare la coroziune n

plastic topit i n ap. Suprafaa interioar a cavitii este n contact direct cu plasticul

topit, iar suprafeele exterioare ale cavitii sunt rcite cu ap, prin urmare necesit o

rezisten ridicat la coroziune n ap. Dac suprafaa piesei ncepe s corodeze, ea si va

pierde caracteristicile superficiale de rezistena la uzur, oboseal i alte proprieti

precum calitatea suprafeelor lustruite.

Achiabilitate geometria complex a piesei presupune un grad mare de achiere prin

diverse tipuri de procese tehnologice, de asemenea se va folosii eroziunea electric. Prin

urmare este necesar ca materialul sa se poate achia uor i rapid, cu un grad sczut de


38

uzur la scula cu care se achiaz. Productivitatea depinde de timpul necesar fabricrii

piesei.

Conductivitatea termica reprezint abilitatea materialului de a transmite cldura rapid

de la materialul plastic topit pn la apa de rcire prin pereii cavitii. Dac

conductivitatea este mare, timpul necesar rcirii semifabricatului este mic iar

productivitatea matriei crete din cauza c timpul necesar unui ciclu de injectare scade,

timp care este un factor important al productivitii. O conductivitate ridicat va scdea de

asemenea i temperatura cavitii, aceasta conduce la creterea eficienei sistemului de

rcire.

Cldura specific aceast proprietate combinat cu o conductivitate ridicat poate

reduce i mai mult timpul necesar rcirii. O cldur specifica mare nseamn c materialul

poate absorbii mai mult energie termic nainte de a-i schimba temperatura, aceasta

combinat cu o transmitere rapid a cldurii va mbuntii i mai mult rcirea matriei.

Capacitatea de lustruire Suprafeele active ale cavitii trebuie s aib o calitate a

suprafeei foarte bun, nsemnnd s prezinte o lustruire oglind, pentru a realiza acest

lucru este necesar o lustruire extrem de fin. O astfel de suprafa va mbuntii de

asemenea rezistena la oboseal i uzur dar i la coroziune. Abilitatea de a lustruii ct

mai bine suprafaa depinde de duritate i de achiabilitate. Calitatea suprafeei afecteaz n

mod direct i calitatea piesei injectate.

Pentru a putea ncepe selecia propriu-zis trebuie mai nti sortate proprietile

considerate dup importanta lor, pentru a face acest lucru se consider un tabel de decizii care

compar fiecare proprietate n parte cu celelalte, dou cate dou. Se face apoi suma deciziilor

pozitive pentru fiecare proprietate n parte i se sorteaz proprietile dup importanta lor.

Fiecrei proprieti i-se asociaz apoi un factor de pondere care va fii utilizat ulterior n procesul

de selecie a materialului optim (Tabelul 4.2[4] si Tabelul4.3[4]).

Numrul total de decizii care se face este dat de formula:

n urma deciziilor luate rezult factorii de pondere pentru fiecare proprietate.


39

Conductivitatea termic este considerat ca fiind cea mai important, aceasta proprietate

este necesar pentru mrirea productivitii ntregului ansamblu din care face parte cavitatea

considerat. S-a dat fiecrei decizii valoarea 1 n tabel pentru aceasta proprietate.

A doua proprietate considerat este cldura specific care o considerm mai puin

important dect conductivitatea termic, asta din motiv c fr o conductivitate termic ridicat,

cldura specific ridicat nu este util. Cnd o comparm cu rezistena la oboseal aceast

proprietate este mai puin important deoarece rezistena la oboseal este o cerina extrem de

important pentru funcionarea corect n timp a cavitii.

Rezistena la coroziune a materialului este mai puin important dect conductivitatea

termic i cldura specific, pentru c s-a considerat aceste dou proprieti ca fiind mai

importante pentru productivitatea cavitii. Limita la curgere i duritatea sunt de asemenea mai

importante dect rezistena la coroziune. nsa cnd se compar aceast proprietate cu

achiabilitatea s-a considerat ca stabilitatea la coroziune este mai important deoarece este inutil

sa putem achia materialul uor, ca mai apoi el sa fie corodat din cauza unei rezistene sczute la

coroziune. Capacitatea de lustruire este mai important deoarece se tie c o suprafa curat i

lustruit va fii mult mai rezistent la coroziune. n comparaie cu rezistena la oboseal, s-a

considerat rezistena la coroziune, ca fiind mai important din motiv c o suprafaa care a fost

corodat, va pierde mult din rezistena la oboseal, prin urmare aceast proprietate este

dependent de rezistena la coroziune a materialului, este tiut faptul c fisurarea prin oboseal va

ncepe de cele mai multe ori chiar la suprafaa piesei unde poate aprea o fisur prin coroziune.

Urmtoarea proprietate luat n considerare este limita la curgere a materialului. Cnd este

comparat cu rezistena la coroziune, limita la curgere este mai important deoarece aceasta

proprietate ne d principala caracteristic de rezistena mecanic. n comparaia cu duritatea s-a

considerat c aceast proprietate s fie mai puin important deoarece duritatea determin

rezistena la presiuni de contact i la solicitri pe suprafaa piesei, care este n acest caz mai

important dect rezistenta la rupere prin solicitri de ntindere sau compresiune. Proprietatea de

rezisten este mai important dect achiabilitatea i abilitatea de lustruire deoarece, deii aceste

dou proprieti sunt importante, ele nu pot lafel de importante dect rezistena mecanic care

reprezint o caracteristic mecanic de baz.


40

Tabelul 4.2 Tabelul de decizii cu factorii de pondere corespunztori[4]

Tabelul 4.3 Tabelul de decizii cu factorii de pondere corespunztori[4]


41

Duritatea materialul este o alt cerin important care e luat n considerare, ea are patru

decizii pozitive n tabelul de decizii. Aceast proprietate este mai important dect rezistena la

coroziune, limita la curgere i abilitatea de lustruire deoarece o duritatea mare este necesar

pentru a crea o suprafa lustruit foarte fin.

Achiabilitatea i capacitatea de lustruire sunt proprieti care au fost luate n considerare

dar nu sunt lafel de importante ca celelalte proprieti de aceea ele au un factor de pondere mai

sczut dect proprietile importante.

Rezistena la oboseal este una dintre cele mai importante proprieti i este critic n rolul

funcional al cavitii, piesa este expus la cicluri de oboseal i prin urmare aceast proprietate a

fost considerat ca fiind foarte important n selecia materialului.

Exist i un numr de proprieti care au fost eliminate dar puteau fii luate n considerare.

Aceste proprieti au fost ignorate, deoarece nu au fost considerate ca fiind destul de importante

pentru a fii folosite n procesul de selecie a materialului optim.

Coeficientul de dilataie termic a fost iniial luat n considerare (Tabelul 4.2[4]), dar a fsot

eliminat ulterior, deoarece are un efect foarte sczut n acest caz concret. Dilataia materialului n

urma nclzirii este de ordinul 10-6 mm n intervalul de temperatur luat n considerare n procesul

de injecie. n plus selecia include n principal aliaje de cupru care au tendina de a se rci mult

mai rapid i prin urmare ele ajung la o temperatur mult mai mic cnd se nclzesc n urma

injeciei.

Rigiditatea materialului este o cerin important pentru o cavitatea de injecie, ns

aceast proprietate depinde n primul rnd de geometria piesei i nu neaprat de material, n plus

valoarea care se i-a de obicei n considerare pentru a definii rigiditatea, i anume modulul de

elasticitate, este o valoare care e aproape tot timpul constant cnd se compara materiale din

aceeai clas, prin urmare aceasta proprietate a fost eliminat i nu este luat n considerare.

Tenacitatea materialului, sau abilitatea de a rezista la ocuri, este o alt proprietate care nu

a fost luat n considerare din motiv c piesa considerat nu este expus aproape deloc la ocuri,

cavitatea este fixat n placa de prindere i singurul soc prezent n timpul funcionarii este n

momentul cnd se nchide matria, iar cele dou jumti care formeaz gtul (neck ring) intr n

contact cu partea superioar a cavitii, n plus acest lucru se ntmpl la viteze mici.

Densitatea materialului a fost de asemenea eliminat, valoarea proprietii este constant

pentru fiecare tip de material i are o importan sczuta n cazul piese considerate.


42

materiale si tehnologii folosite la executarea matritelor de injectat

Documents