Témata
Reklama

Vnitřní napětí v plastovém výrobku

Vstřikované plastové výrobky mají různou úroveň vnitřního (zbytkového) napětí. Vnitřní napětí ovlivňuje kvalitu výrobku, především pak jeho pevnost, rozměrovou přesnost a u transparentních dílů vznik případných vzhledových vad.

Simulační software Cadmould 3D-F německé firmy Simcon GmbH poskytuje tři různé metody pro posouzení vnitřního napětí: napětí von Mises (k dispozici jsou buď maximální napětí von Mises nebo napětí von Mises v různých vzdálenostech po tloušťce stěny od jejího povrchu), hydrostatické napětí a dvojlom. Vyhodnocení vnitřních napětí předchází a doplňuje ještě simulační výpočet momentálních smykových napětí.

Reklama
Reklama
Reklama
Maximální napětí von Mises, detail konstrukce

Vznik napětí v plastovém dílu

Napětí mezi částicemi taveniny vzniká již během plnicí fáze vstřikovacího procesu ve vtokovém systému a ve tvarové dutině vstřikovací formy. Je způsobeno orientací makromolekul ve směru proudění taveniny a rozdílnou rychlostí proudění jednotlivých vrstev polymerní taveniny vzhledem k průměru kanálu nebo tloušťce stěny dílu. Plastové taveniny vykazují různou odolnost vůči takto vytvářenému napětí. Pokud by došlo k výraznějšímu přestoupení limitní hodnoty po relativně delší dobu působení napětí, pak by hrozilo například nebezpečí narušení makromolekul doprovázené vznikem vzhledových vad a zhoršením mechanických vlastností u konečného výrobku.

Kritická místa

Přestoupení limitních hodnot napětí může nastat v zakončení horké trysky včetně jejího ústí, v poddimenzovaných studených vtokových kanálech, ještě pravděpodobněji v zúžených ústích vtoků do tvarové dutiny formy (především u bodových a tunelových vtoků), ve slabších stěnách dílu a v místech, kde se výrazně zvýší rychlost proudění taveniny (například v místech posledního plnění tvarové dutiny). Počítačovou analýzou lze odhalit oblasti nepřijatelně vysokého napětí a navrhnout různé konstrukční úpravy: použít jiný typ horké trysky, zvětšit velikost ústí vtoku, změnit tloušťku stěn dílu, odstranit kritické ostré hrany na konstrukci atd.

Střední hydrostatické napětí

Vliv vstřikovací rychlosti

Rovněž vstřikovací rychlost má vliv na hodnotu smykového napětí a vnitřních napětí. Jak příliš pomalé vstřikování, tak také příliš rychlé vstřikování může vést ke vzniku nežádoucí úrovně napěťových hodnot. O nežádoucí úrovni zde mluvíme proto, že naopak určitá míra napětí se podílí na vytváření tepla v proudící tavenině, snižuje gradient poklesu teploty taveniny a pomáhá tak k lepšímu naplnění tvarové dutiny materiálem. Vhodná rychlost proudění – a tedy potřebná úroveň napětí – zajistí také obvykle rovnoměrnější distribuci teplot taveniny.

Vnitřní zbytkové napětí

Zatímco smykové napětí vzniká především ve fázi vstřikování, vnitřní (zbytkové) napětí je důsledkem celého vstřikovacího procesu. Vnitřní napětí zůstává uzavřeno v plastovém dílu i po jeho výrobě a ovlivňuje mechanickou pevnost dílu, sklon k dodatečným deformacím (například při zvýšené aplikační teplotě) a jak bylo výše uvedeno, v některých případech ovlivňuje i vzhledové vlastnosti (transparentní díly). Vnitřní napětí může způsobit nečekané problémy. Plastové výrobky, samostatné nebo zabudované do výrobních sestav, začnou např. po určité provozní době v některém místě praskat. Tyto praskliny jsou často způsobeny právě vnitřním napětím.

Dvojlom – analyzovaný díl vykazuje výrazný dvojlom v silnostěnných částech tvaru.

Simulační strukturní (mechanické) analýzy vyhodnocující pevnost plastových dílů nebo pevnost celých sestav dílů mohou selhat v těch případech, když do výpočtů kromě konstrukčních a zátěžových parametrů a případné orientace skleněných vláken není zahrnuta napěťová složka. K přenosu napěťových veličin vypočítaných softwarem Cadmould 3D-F do strukturálních analýz lze použít výpočtový modul Cadmould 3D-F Converse. Na obrázcích jsou znázorněny příklady vypočítaných vnitřních napětí: hodnoty maximálního napětí von Mises po tloušťce stěny a střední hydrostatické napětí ve stejné části výrobku.

Napěťový dvojlom

Cadmould 3D-F vypočítává také napěťový dvojlom. Dvojlom je rozptyl paprsku světla při průchodu anizotropním materiálem. Dvojlom mohou však vykazovat i izotropní materiály, pokud jsou mechanicky namáhané nebo se v jejich taveninách vytváří napětí při proudění a následném chladnutí během vstřikovacího procesu. Výpočet dvojlomu nás bude zajímat především při vstřikování čoček, krytů světel a dalších optických výrobků. Úkolem simulačních analýz může být minimalizace velikosti napěťového dvojlomu, a to návrhem konstrukčních úprav dílu, změnou polohy vtoku nebo úpravou technologie.

Simulace vnitřních napětí je velmi důležitá, protože u vstřikovaných výrobků nejsou napětí rozpoznatelná, pokud nejde o transparentní díly. Jestliže zjistíme nežádoucí hodnoty vnitřních napětí, měli bychom se pokusit snížit je uplatněním různých konstrukčně-technologických zásahů a tím zvýšit kvalitu vstřikovaných výrobků.

Ing. Jiří Gabriel

Plasty Gabriel
gabriel@cadmould.cz
www.cadmould.cz

Reklama
Vydání #1,2
Kód článku: 130142
Datum: 13. 02. 2013
Rubrika: Trendy / Plasty
Autor:
Firmy
Související články
Plasty a robot – jde to dohromady?

Žijeme v době, kdy nás plasty provázejí na každém kroku. Možná si ani neuvědomujeme, kde všude nám pomáhají, kde nás ovlivňují. Od tužky či propisky přes klávesnici, u které sedíme skoro každý den, po stravování a umělohmotné vařečky, které nahradily ty dřevěné, jež používaly naše babičky. Snažíme se usnadnit si život. Těžké díly ze železa vyměnit za lehčí, plastové. Stejně tak i tvůrci softwaru se snaží zjednodušit výrobu.

První plnobarevná stolní 3D tiskárna

Společnost Mcor představila jako první na světě plnobarevnou stolní 3D tiskárnu Mcor ARKe a klade si za cíl dostat tuto 3D tiskárnu do každé kanceláře či učebny.

Zavedení nového softwaru zefektivnilo konstrukci forem

Společnost Dramco Tool & Die Co. z Grand Islandu se specializuje na výrobu komplexních vstřikovacích forem pro automobilový a spotřební průmysl. S ohledem na potřebu upgradovat a změnit systém konstrukce a výroby forem za účelem zvýšení efektivity začala hledat systém, který by umožňoval rychlou konstrukci forem, automatizaci některých procesů a umožňoval práci jak s objemovými tělesy, tak s volnými plochami.

Související články
Příprava pracovníků pro výrobu technologií vstřikování plastů

Následující příspěvek představuje jeden ze způsobů přípravy pracovníků ve firmách, jejichž hlavní pracovní náplní je technologie vstřikování plastů

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Efektivní vývoj plastových dílů a vstřikovacích forem

V mnoha odvětvích – včetně automobilového průmyslu, zdravotnických technologií nebo spotřebního zboží – představuje proces vstřikování do forem nejpoužívanější a ekonomicky nejvýhodnější metodu výroby plastových dílů. Zásadní je zde povědomí, jak návrh jednotlivých dílů ovlivní jejich vyrobitelnost, a naopak – a to ještě před zahájením výroby. Řešení nabízí konstrukční simulace.

Aditivní a hybridní výroba 3D tiskem

Rychlý rozvoj 3D tisku v posledních letech nejenže zpřístupnil tuto technologii spotřebitelům, ale také umožnil nové typy aditivní a hybridní výroby.

Virtuálně na veletrh

Svět se nám doslova před očima přelévá do online prostoru. To, že se na internet přesune mnoho služeb a komodit bylo jasné už od rozšíření a zvýšení dostupnosti internetu široké veřejnosti. Letošní pandemická situace však tento přerod ještě více umocnila. Ostatně i v průmyslu nás již několik posledních let doprovázejí hesla jako Internet věcí, digitalizace, big data, cloud apod. Oblíbené semináře a konference dostaly virtuální podobu a koncem listopadu si také 17 vystavovatelů a okolo 300 návštěvníků vyzkoušelo první virtuální odborné B2B setkání s názvem Výroba forem 2020.

Rodinné podnikání v přesné strojařině

Brněnská firma VKV Horák se zabývá konstrukcí, vývojem a výrobou přístrojové mechaniky, přípravků, jednoúčelových strojů, forem pro vstřikování plastů, lití polyuretanových dílů a vakuovému tváření plastů. S jejím zakladatelem, panem Zdeňkem Horákem, jsme si povídali o aspektech podnikání v českém prostředí, o vzdělávání, kvalitě škol, průmyslu budoucnosti.

Automatická optimalizace plastového výrobku, formy a vstřikovacího procesu

Virtuální a reálná optimalizace procesu vstřikování plastů Varimos (Virtual And Real Injection Moulding Optimisation System) je expertní systém německé firmy Simcon GmbH. Sestává ze dvou základních částí – virtuální a reálné.

3D tisk nabízí příležitosti pro byznys

Bouřlivý rozvoj v oblasti 3D tisku a aditivní výroby a „demokratizace“ tohoto odvětví vytvořily prostor pro nové obchodní příležitosti. Ty sahají od domácích hobby strojů k potenciální výstavbě budov s pomocí 3D tisku ve vesmíru.

Žíhání termoplastů

Moderní nauka o plastech v mnoha směrech vychází z nauky o kovech. Příkladem je žíhání, jeden ze způsobů tepelného zpracování. Společným účelem žíhání kovů i plastů je pomocí řízených teplotních změn dosáhnout rovnovážných stavů struktury a tím i cíleně ovlivňovat vlastnosti.

Makroplasty versus mikroplasty

Plasty se staly nenahraditelným materiálem sloužícím téměř všem oblastem lidské činnosti. V poslední době se pozornost odborníků i veřejnosti soustřeďuje na zcela nový ekologický fenomén, zvaný mikroplasty. Ve smyslu ekologické terminologie je pak možné výrobky z plastů označovat jako makroplasty.

Plasty a kompozity v inovaci strojírenských výrobků

Plasty a kompozity s polymerní matricí přinesly revoluci v materiálových přístupech ke konstrukci strojírenských výrobků a zařízení. Nepřetržitě probíhající materiálové inovace v oblasti plastů a kompozitů spoluvytvářejí inovativní řešení ve strojírenství. Reagují na potřeby strojírenského průmyslu a stávají se kontinuálním procesem s jasnou perspektivou do budoucna.

Horké trysky jako nový standard

Studené plnicí kanály doprovázejí odvětví vstřikování plastů od prvopočátku. I dnes často vypadá tento způsob plnění dutiny jako ten nejjednodušší a nejelegantnější. Proč má tedy smysl zabývat se aplikací horkých trysek i do malých sérií a malých forem? Srovnejme oba způsoby plnění a porovnejme ekonomické přínosy.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit