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
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
Principy konstrukce plastových výlisků

Rychlý vývoj moderních 3D CAD systémů způsobil evoluční krok v návrhu produktů, jehož výsledkem jsou organičtější formy se vzrůstající složitostí. Cílem tohoto článku je zaměřit se na nové konstrukční principy a jejich dopad na obrábění a výrobní procesy.

Budoucnost v simulacích vstřikování plastových dílů

Přesnost predikce budoucí kvality plastových dílů a forem pomocí simulačního softwaru pro vstřikování se stále zvyšuje. Je to dáno zejména využitím stále dokonalejších výpočetních technik a modelů. Zároveň roste šíře nabízených modulů pro různé technologie vstřikování.

Návrh plastového dílu a jeho optimalizace

Vstřikování polymerů je pružná výrobní metoda pro výrobu tenkostěnných plastových dílů. Vstřikování umožňuje v automatickém cyklu vyrobit komplexní geometrii dílu při nízké energetické spotřebě a krátkém časovém cyklu. Komplexností geometrie je myšlena nejenom výroba jednotlivých dílů, ale také sdružení několika dílů do jednoho celku. Tímto způsobem lze minimalizovat náklady na montáž a zároveň také minimalizovat vady vzniklé při montáži.

Související články
Modelování kompozitních materiálů a struktur

I když v současnosti zaznamenáváme výrazný nárůst aplikací kompozitních materiálů v automobilovém průmyslu, simulace kompozitních struktur stále představují velkou výzvu. Simulační software Digimat nabízí unikátní přístup v této oblasti simulací a umožňuje dosáhnout dosud nebývalé přesnosti predikcí.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Optimalizace ziskovosti plastového výlisku

Expertní systém CalcMaster 7.2 pracující na principu odražené vlny vnáší nové možnosti do procesu nabídky a poptávky pro formy na plasty a lehké kovy.

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.

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.

Investice do softwaru pro formařinu se vrátila do měsíce

Společnost Formaplex Limited se sídlem ve Velké Británii se zabývá převážně vývojem a výrobou hliníkových a ocelových vstřikovacích forem pro firmy z oblasti automobilového a leteckého průmyslu. Její investice do softwaru VISI Flow se vrátila už po prvním měsíci používání.

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.

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

Problematika vstřikování plastových dílů pro automobily

Příspěvek popisuje podmínky pro výrobu vstřikovaných plastových dílů pro automobily včetně vznikajících problémů a navazuje na článek Snížení rizika vzniku vad při vstřikování plastových dílů, který byl uveřejněn v příloze Plasty časopisu MM Průmyslové spektrum č. 3/2014 (viz též www.mmspektrum.com/140312). Autor vychází z dlouholeté zkušenosti ve firmě Plast Form Service I. M., která se výrobou těchto dílů zabývá již od roku 1998.

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.

Nový materiál ASA pro 3D tisk v osmi různých barvách

Společnost MCAE Systems, oficiální distributor firmy Stratasys, rozšířila nabídku materiálů pro 3D tisk o nové digitální materiály a také o termoplast ASA dostupný v osmi barvách. ASA nyní nabízí nejširší barevnou škálu ze všech materiálů pro technologii FDM.

Efektivní vývoj plastových dílů

Vstřikování plastů je v řadě odvětví převládajícím a cenově nejvýhodnějším způsobem výroby různých dílů a výrobků. Největší výzvou přitom je znalost toho, jak se konstrukce daného dílu projeví na jeho vyrobitelnosti, a naopak, a to již před samotným zahájením výrobního procesu. Důležitou roli tu proto mohou sehrát simulační technologie.

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