Defecte injectare mase plastice

UNIVERSITATEA TRANSILVANIA DIN BRAŞOVFACULTATEA DE ŞTIINŢA ŞI INGINERIA MATERIALELOR

Catedra de Ingineria Materialelor şi Sudării

CERCETĂRI PRIVIND ÎMBUNĂTĂŢIREA CALITĂŢII ŞI PERFORMANŢELOR UNOR REPERE DIN MATERIALE

PLASTICE AVANSATE CU APLICAŢII ÎN CONSTRUCŢIA DE AUTOVEHICULE

RESEARCH ON IMPROVING THE QUALITY AND PERFORMANCE OF ADVANCED PLASTIC PARTS WITH

APPLICATIONS IN AUTOMOTIVE ENGINEERING

-Rezumatul tezei de doctorat--Summary of the PhD Thesis-

Ing. DAN IULIAN FLORICEL

Conducător ştiinţific:Prof. Dr. Ing. Cornel Eugen ŞERBAN

Doctorand: Ing. Dan Iulian FLORICEL

Braşov2010

MINISTERUL EDUCAŢIEI CERCETĂRII, TINERETULUI ŞI SPORTULUI

UNIVERSITATEA TRANSILVANIA DIN BRAŞOV

BRAŞOV, B-dul EROILOR, Nr. 29, 500036

Tel. 0268413000, Fax +40-0268410525

D-nei / lui………………………………………………………………………………………………

COMPONENŢAComisiei de doctorat

Numită prin Ordinul Rectorului Universităţii Transilvania din Braşov,Nr. 4157 din 23.07.2010

PREŞEDINTEProf. Univ. Dr. Ing. Mircea Horia ŢIEREANDECAN – Facultatea de Ştiinţa şi Ingineria MaterialelorUniversitatea „Transilvania” din Braşov

CONDUCĂTOR ŞTIINŢIFICProf. Univ. Dr. Ing. Cornel Eugen ŞERBANUniversitatea „Transilvania” din Braşov

REFERENŢI ŞTIINŢIFICIProf. Univ. Dr. Ing. Rami SABANUniversitatea „Politehnică” din Bucureşti

Prof. Univ. Dr. Ing. Adrian DIMAUniversitatea Tehnică „Gheorghe Asachi” din Iaşi

Prof. Univ. Dr. Ing. Nicolae TRIFUniversitatea „Transilvania” din Braşov

Data, ora şi locul susţinerii publice a tezei de doctorat: 30 septembrie 2010, ora 1600, Colina Universităţii, corp I,

sala I I(unu) 6.

EVENTUALELE APRECIERI ŞI OBSERVAŢII ASUPRA LUCRĂRII VĂ RUGĂM SĂ LETRANSMITEŢI ÎN TIMP UTIL PE ADRESA UNIVERSITĂŢII TRANSILVANIA DIN BRAŞOV

SAU PE ADRESA DE E-MAIL:[email protected]

Rezumat teză Dan Iulian Floricel

1

CUPRINS

Cap.1. OBIECTIVELE TEZEI……………………………………………………... 3/5Cap.2 STADIUL ACTUAL AL UTILIZĂRII MATERIALELOR POLIMERICE

AVANSATE CU VIZIBILITATE ÎN INDUSTRIA DE AUTOVEHICULE 6/72.1 Utilizarea materialelor plastice în construcţia de autovehicule………... 6/72.2 Fundamentarea utilizării materialelor plastice şi compozite…………… 8/72.3 Aplicaţii ale materialelor plastice pentru repere auto…………………… 9/8

2.3.1 Aeratoare, conducte de aspiraţie…………………………………… 10/-2.3.2 Panouri exterioare şi interioare …………………………………….. 12/-2.3.3 Barele de protecţie…………………………………………………… 16/-2.3.4 Sisteme optice – blocuri de lumini, ferestre auto………………… 17/-2.3.5 Sisteme de siguranţă : airbag, centura de siguranţă şi sistemul

pedalier………………………………………………………………. 20/-2.3.6 Scaune şi banchete………………………………………………….. 21/-2.3.7 Protecţie şi ornamente roţi………………………………………….. 21/-

2.4 Materiale plastice uzuale în construcţia de repere pentru autovehicule 22/82.5 Concluzii…………………………………………………………………….. 26/-

Cap.3 TEHNOLOGII DE FORMARE TERMICĂ A MATERIALELOR TERMOPLASTICE…………………………………………………………. 27/10

3.1 Formarea prin presare……………………………………………………... 27/103.2 Formarea prin turnare…………………………………………………….. 30/113.3 Termoformarea……………………………………………………………... 31/113.4 Formarea prin injecţie……………………………………………………… 33/12

3.4.1 Procesul de injecţie………………………………………………….. 33/123.4.2 Factori de calitate a produselor injectate …………………………. 38/123.4.3 Instalaţia de injecţie………………………………………………….. 40/133.4.4 Parametri procesului de injecţie……………………………………. 45/133.4.5 Uzura matriţelor de injecţie………………………………………….. 47/143.4.6 Defectele pieselor injectate şi corecţiile acestora………………… 48/14

3.5 Consideraţii teoretice la transferul termic, în procesul de injecţie…….. 51/153.5.1 Transferul de căldură………………………………………………… 52/163.5.2 Mecanismele transferului de căldură ……………………………... 52/-3.5.3 Transferul de căldură - mărimi caracteristice……………………... 53/163.5.4 Transfer de căldură prin conductivitate……………………………. 54/-3.5.5 Ecuaţia diferenţială a distribuţiei temperaturilor într-un mediu

imobil…………………………………………………………………. 55/-3.5.6 Transfer de căldura prin conductivitate în regim staţionar………. 58/-3.5.7 Transferul de căldura convectiv…………………………………….. 60/173.5.8 Ecuaţia diferenţială a transferului termic convectiv………………. 62/-3.5.9 Dinamica fluidelor reale……………………………………………… 67/-3.5.10 Ecuaţiile de mişcare ale fluidelor în regim turbulent……………. 70/-

3.6 Concluzii…………………………………………………………………….. 71/17Cap.4 CONTRIBUŢII LA PROIECTAREA REPERELOR DIN MATERIALE PLASTICE…………………………………………………………………………...

73/19

4.1 Elaborarea designului pieselor din materiale plastice………………….. 73/19


2

4.2 Condiţii de proiectare ale materialelor termoplastice…………………… 75/194.3 Deformarea reperelor……………………………………………………… 85/204.4 Performanţe şi condiţii constructive……………………………………… 87/204.5 Proiectarea CAD a reperului realizat prin injecţie cu matriţa

experimentală……………………………………………………………...97/22

4.6 Concluzii…………………………………………………………………….. 103/26Cap. 5 CONTRIBUŢII LA PROIECTAREA MATRIŢEI DE INJECŢIE………. 105/25

5.1 Realizarea prototipului virtual al matriţei…………………………………. 105/255.2 Realizarea modelelor 3D ale semi-matriţelor……………………………. 107/265.3 Verificarea modelului numeric al matriţei experimentale………………. 110/285.4 Analiza rezultatelor şi discuţii……………………………………………... 113/295.5 Concluzii…………………………………………………………………….. 115/30

Cap.6 EXPERIMENTĂRI ŞI REZULTATE………………………………………. 116/306.1 Prezentarea soluţiilor experimentale de răcire pentru matriţele de

injecţie ………………………………………………………………………..116/30

6.2 Analiza numerică a curgerii fluidului de răcire pentru cele doua soluţii constructive experimentale………………………………………………… 119/33

6.3 Determinare numerică a dinamicii fluidului de răcire…………………… 122/356.4 Evaluarea eficienţei transferului de căldură a sistemelor de răcire…… 124/376.5 Construcţia matriţei experimentale……………………………………….. 130/406.6 Efectuarea injecţiilor experimentale……………………………………… 135/426.7 Rezultate experimentale…………………………………………………… 138/436.8 Concluzii ……………………………………………………………………. 144/-

Cap.7 CONCLUZII FINALE, CONTRIBUŢII PERSONALE, DEZVOLTĂRI VIITOARE ŞI POSIBILITĂŢI DE VALORIFICARE A REZULTATELOR……. 147/46

Bibliografie………………………………………………………………………. 151/50Anexa 1. Producţia globală estimată de autovehicule în perioada 2009…. 157/-Anexa 2. Abrevierile celor mai uzuale materiale plastice…………………... 159/-Anexa 3. Desen de ansamblu matriţă………………………………………… 161/-

Anexa 4. Desen de execuţie semi-matriţă fixă………………………………. 162/-Anexa 5. Desen de execuţie semi-matriţa mobilă…………………………... 163/-Anexa 6. Desen de execuţie capac semi-matriţă mobilă…………………… 164/-Anexa 7. Desen de execuţie reper injectat…………………………………... 165/-


3

CONTENTS

Cap.1.THESIS OBJECTIVES………………………………………………... 3/5Cap.2 PRESENT STAGE OF KNOWLEDGE OF USE OF ADVANCED

POLYMERIC MATERIALS IN AUTOMOTIVE INDUSTRY……………. 6/72.1 Using plastics in automotive constructions…………………….………... 6/72.2 Backgorund of plastics and composites use……..……………………… 8/72.3 Applications of plastic parts in cars constructions….…………………… 9/8

2.3.1 Air intake manifolds, air ducts….…………………………………… 10/-2.3.2 Ineterior and exterior panels… …………………………………….. 12/-2.3.3 Bumpers………….…………………………………………………… 16/-2.3.4 Lights systems, glazing…………………………………………… 17/-2.3.5 Safety systems: airbag, safety belts and

pedals……………..…………………………………………………. 20/-2.3.6 Seating…………….………………………………………………….. 21/-2.3.7 Wheels and wheel trim…..………………………………………….. 21/-

2.4 Common plastics in the construction for motor vehicles 22/82.5 Conclusions……………………………………………………………….. 26/-

Cap.3 THERMOPLASTIC MATERIALS THERMOFORMING PROCESSES………………………………………………………………. 27/10

3.1 Compression molding……………………………………………………… 27/103.2 Molding……………….…………………………………………………….. 30/113.3 Thermoforming.…………………………………………………………..... 31/113.4 Injection molding………………………………………………………….… 33/12

3.4.1 Injection process…………………………………………….……….. 33/123.4.2 Injected products quality factors ………………………...…………. 38/123.4.3 Injection machine…………………………………………………….. 40/133.4.4 The injection process parameters.…………………………………. 45/133.4.5 Injection mold wear………………………………………….……….. 47/143.4.6 Injected parts errors and their corrections………………………… 48/14

3.5 Theoretical background on injection process heat transfer………..….. 51/153.5.1 Heat transfer………..………………………………………………… 52/163.5.2 Heat transfer mechanisms…………. ……………………………... 52/-3.5.3 Heat transfer – characteristics……………………………………... 53/163.5.4 Heat transfer by conductivity………….……………………………. 54/-3.5.5 Differential equations of temperature distribution on a moveless

environment…………………………………………………………. 55/-3.5.6 Stationary heat transfer conductivity……………………….………. 58/-3.5.7 Convective heat transfer…………………………………………….. 60/173.5.8 Differential convective heat transfer equation…….………………. 62/-3.5.9 Real fluids dynamics…………………………………………………. 67/-3.5.10 Equations of motion of fluid in the turbulent state………………. 70/-

3.6Conclusions………………………………………………………………….. 71/17Cap.4 CONTRIBUTIONS TO THE PLASTIC PARTS DESIGN ……………... 73/19

4.1 Designing with plastic parts……………………………………………….. 73/19


4

4.2 Design requirments of thermoplastics……………….…………………… 75/194.3 Parts distortions……..……………………………………………………… 85/204.4 Performances and structural conditions.………………………………… 87/204.5 CAD design of the injection molded part, with the experimental mold . 97/224.6 Conclusions..……………………………………………………………….. 103/26

Cap. 5 CONTRIBUTIONS TO INJECTION MOLD DESIGN…………………. 105/255.1 Mold’s virtual prototyping……………….…………………………………. 105/255.2 3D models building of the halve-moldes…………………………………. 107/265.3 Verification of the numerical model of the experimental mold..………. 110/285.4 Analysis results and discussions………………………………………... 113/295.5 Conclusions……………………………………………………………….. 115/30

Cap.6 EXPERIMENTS AND RESULTS…………………………………………. 116/306.1 Presentation of experimental cooling solutions for injection molds.….. 116/306.2 Numerical analysis of cooling fluid flow, for the second experimental

constructive solution……...………………………………………………… 119/336.3 Numerical determination of cooling fluid dynamics..…………………… 122/356.Evaluation of heat transfer efficiency of cooling systems………………… 124/376.5 Experimental mold construction………………………………………….. 130/406.6 Making experimental injections…………………………………………… 135/426.7 Experimental results…………………………………..…………………… 138/436.8 Conclusions…………………………………………………………………. 144/-

Cap.7 FINAL CONCLUSIONS, ORIGINAL CONTRIBUTIONS AND FUTURES EMPOWERING OF RESULTS………………………………………. 147/46

Bibliography……………………………………………………………………. 151/50Annex 1. Estimated global prodution of motor vehicles during 2009….. 157/-Annex 2. Most common abbreviations of plastics…………………………... 159/-Annex 3. Mold assembly drawing….………………………………………… 161/-

Annex . Fixed halve-mold drawing……………………………………………. 162/-Annex 5. Mobile halve-mold drawing………………………………………... 163/-Annex 6. Mobile halve-mold cover drawing…………….…………………… 164/-Annex 7. Injected part drawing…………...…………………………………... 165/-


5

Cap.1 OBIECTIVELE TEZEI

Utilizarea de materiale plastice în construcţia de autovehicule a cunoscut o mare dezvoltare în ultimele doua decenii, aducând o serie largă de beneficii în optimizarea unei palete largi de componente precum şi dezvoltarea de noi produse.

În calitate de autor al acestei lucrări de doctorat, în perioada elaborării ei amefectuat un stagiu de pregătire de doi ani în Germania, la o companie de proiectare a componentelor din mase plastice pentru industria contractoare de autovehicule rutiere. Prin participarea activă la cercetarea şi dezvoltarea de componente din mase plastice, am făcut o serie de observaţii, de natură practică, ce deschid posibilităţi de îmbunătăţire a calităţii şi performanţelor, acelor componente ale autovehiculelor, realizate din mase plastice prin formare termică în matriţe. Astfel, în urma unor observaţii obiective şi din considerente de natură practică, s-a născut necesitatea, transpusă în realitate, de efectuarea prezentului studiu de cercetare.Direcţiile de cercetare urmărite în cadrul acestei teze sunt următoarele:

A. Cercetări privind conceperea şi dezvoltarea unui sistem performant de răcire a matriţelor de injecţie, având următoarele obiective propuse:

- conceperea şi dezvoltarea unui sistem alternativ de răcire a matriţelor de injecţie, care să îmbunătăţească randamentul acestora precum şi calitatea transferului termic;

- crearea unui model virtual al unei matriţe, care să includă sistemul experimental de răcire;

- efectuarea de studii privind curgerea fluidului de răcire în sistemul experimental de răcire;

- matriţele sunt scule supuse unor solicitări conjugate intense, ale temperaturii şi presiunii. Se va efectua analiza numerică a efectelor acestor solicitări asupra stabilităţii geometrice a cavitaţii matriţei precum şi a reperelor obţinute;

- analizarea transferului termic convectiv, între polimerul topit şi suprafaţa cavitaţii matriţei de injecţie precum şi între pereţii canalelor de curgere şi a fluidului de răcire;

- efectuarea de analize numerice, pentru optimizarea transferului termic între fluidul de răcire, din perspectiva tipului de curgere (laminară respectiv turbulentă);

- validarea experimentală a analizelor numerice prin construirea unei matriţe de injecţie cu sistem de răcile experimental;

- producerea prin injecţie a unei serii de prototipuri din doua tipuri de răşini polimerice;

- analizarea calităţii prototipurilor realizate sub aspect mecanic şi vizual.B. Cercetări privind optimizarea proiectării reperelor din mase plastice, cu

obiectivele următoare:- analizarea si definirea cerinţelor în proiectarea pieselor din materiale

plastice; - optimizarea proiectării reperelor din mase plastice, pentru îmbunătăţirea

proprietăţilor mecanice, prin utilizarea „designului inteligent”;- Îmbunătăţirea proiectării unor caracteristici geometrice pentru îmbunătăţirea

calităţii suprafeţelor de suport;


6

- proiectarea asistată de calculator a unui reper pentru producerea prin injecţie cu matriţa experimentală;

- prezentarea şi utilizarea instrumentelor CAD de analiza a validităţii reperelor injectate.

Lucrarea este împărţită în şapte capitole şi anexe, încercând să ofere o imagine de ansamblu a utilizării materialelor plastice, a proiectării de componente din materiale polimerice, cu preponderenţă în industria constructoare de autovehicule, precum şi a producerii prin injecţie, alături de defectele ce pot apărea în producerea acestora şi a soluţiilor aferente.

Primul capitol al lucrării, prezintă direcţiile de cercetare abordate precum şi obiectivele prezentei lucrări.

În capitolul doi se prezintă stadiul actual al utilizării materialelor plastice în producerea de componente, subansamble şi ansamble pentru o paletă largă de aplicaţii în construcţia de autovehicule, precum şi aplicaţii ale celor mai răspândite răşini polimerice.

În capitolul trei sunt prezentate operaţiile de bază în producerea matriţelor de injecţie a maselor plastice, precum şi principalele procedee de formare termică a maselor plastice ce presupun utilizarea de matriţe. În acest capitol se pune accent pe procedeul de injecţie al maselor plastice, fiind analizate principalele caracteristici ale procesului de injecţie precum regimul temperaturilor şi regimul presiunilor. Tot în acest capitol sunt prezentate relaţiile matematice care definesc procesele de transfer de căldură, precum şi cele care descriu dinamica curgerii fluidelor.

Capitolul patru prezintă contribuţiile autorului la optimizarea proiectării pieselor din materiale plastice, pentru a obţine cele mai bune rezultate şi pentruevitarea greşelilor uzuale care pot fi foarte costisitoare. În acest capitol se mai prezintă proiectarea şi validarea reperului obţinut prin injecţie cu matriţa experimentală.

În capitolul cinci, am prezentat prototiparea virtuală a matriţei experimentale. Se prezintă de asemenea, rezultatele analizei numerice ale prototipului virtual al matriţei, la solicitarea conjugată a presiunii şi temperaturii.

Capitolul şase prezintă experimentele desfăşurate pentru validareasimulărilor numerice realizate, la fiecare din obiectivele propuse, precum şi validarea experimentală a acestora.

În capitolul şapte, fiind ultimul capitol al lucrării, am prezentat concluziile generale precum şi contribuţiile originale şi direcţiile viitoare de cercetare.

La baza elaborării prezentei lucrări, se află un vast studiu bibliografic, precum şi activitatea practică desfăşurată în domeniul cercetat.

În anexe, sunt prezentate desenele de execuţie a matriţei experimentale de injecţie, realizate pe baza prototipului virtual şi date statistice.

Bibliografia de la final cuprinde 141 de referinţe, de titluri şi autori, a căror lucrări valoroase, au stat la baza elaborării prezentei lucrări de doctorat.


7

Cap.2 STADIUL ACTUAL AL UTILIZĂRII MATERIALELOR POLIMERICE AVANSATE CU VIZIBILITATE ÎN INDUSTRIA DE AUTOVEHICULE

2.1 Utilizarea materialelor plastice în construcţia de autovehicule Prezentul studiu are ca rol determinarea stadiului actual al utilizării materialelor plastice la construcţia autoturismelor excluzând-o însa pe cea a autoutilitarelor.

În general, creşterea utilizării de mase plastice se remarcă la elementele structurale exterioare, precum bara paraşoc, dar şi la conductele de alimentare cu combustibil, echipamentele electrice şi electronice. Ponderea utilizării de mase plastice pentru componente de interior a atins deja maturitatea, iar în acest caz creşterea utilizării este mult mai ponderată.

Cea mai importantă creştere o întâlnim în cazul policarbonatului datorită elementelor optice atât funcţionale cât şi de design. O altă creştere importantă o reprezintă utilizarea răşinilor termoreactive, armate cu fibra de sticlă, pentru elementele structurale de exterior. Cumulate, acestea au o pondere medie de 30% din total.

Poliamidele cunosc o mare expansiune în utilizare datorită proprietarilor mecanice excelente cumulând în medie 22%.

Poliolefinele, precum polipropilenele respectiv, polietilenele au înregistrat o creştere de 10 % în utilizare la construcţia de repere interioare şi exterioare.Separat, varietăţi de polietilena de înaltă densitate PEHD se întâlnesc tot mai des în conductele de alimentare cu combustibili precum şi pentru diverse componente în compartimentul motor, înregistrând o creştere de până la 10%.

Poliesterii termoplastici sub forma de amestecuri cu aplicabilitate în componentele electronice ale autovehiculelor au o medie de 10%. La rândul lor, poliesterii nesaturaţi în aplicaţii exterioare, înregistrează o creştere în acestă perioadă de peste 10%.2.2 Fundamentarea utilizării materialelor plastice şi compozite

O data cu expansiunea utilizării produselor din materiale plastice au apărut şi dificultăţi în protejarea mediului înconjurător deoarece, producerea lor este însoţită de emisii de noxe, iar reciclarea acestora pentru a se face eficientă trebuie realizată prin dezasamblare şi sortare pe categorii de material a deşeurilor.Recente evoluţii din sectorul polipropilenelor va asigura poziţia prioritară acestui grup de materiale plastice în aplicaţiile auto. Polipropilena cu grad ridicat de cristalinitate (HCPP), cu o rigiditate îmbunătăţită, este acum folosită în aplicaţiile interioare ale autovehiculelor, precum şi în aplicaţii din compartimentul motor, fără a fi nevoie pentru a adăuga la 10%-20% talc.Datorită progreselor înregistrate de proprietăţile materialelor plastice, barele paraşoc pot fi produse cu grosime de 2.4 - 2.6 mm, în scădere, de la aproximativ 3,2 mm, oferind astfel o reducere a costurilor semnificative precum şi o reducere a greutăţii.

Policarbonaţii cunosc cea mai largă dezvoltare în exploatare, datorită comportamentului de rigiditate la amprentare, prin extinderea aplicaţiilor şi la componente, precum parbrizul şi luneta.


8

2.3 Aplicaţii ale materialelor plastice pentru repere autoSpectrul de aplicabilitate al materialelor plastice, în construcţia de componente auto este foarte larg. Funcţiile îndeplinite de aceste piese sunt dintre cele mai diverse precum: de design – decoraţiunile interioare şi exterioare, de control şi comandă – componentele tabloului de bord, structurale – plafon, consolă mediană, de siguranţă – centurile de siguranţă, airbagurile etc.Principalele aplicaţii ale materialelor plastice în industria auto sunt următoarele:2.3.1 Aeratoare, conducte de aspiraţie2.3.2 Panouri exterioare şi interioare 2.3.3 Barele de protecţie2.3.4 Sisteme optice – blocuri de lumini, ferestre auto2.3.5 Sisteme de siguranţă : airbag, centura de siguranţă şi sistemul pedalier2.3.6 Scaune şi banchete2.3.7 Protecţie şi ornamente roţi

2.4 Materiale plastice uzuale în construcţia de repere pentru autovehicule

Polietilena (PE)Polietilena este un polimer produs din monomerul etilenă, în trei forme de

bază:- Polietilena de joasa densitate sau LDPE- Polietilena cu densitatea liniară scazuta: LLDPE- Polietilena de inalta densitate: PEHD

În aplicaţiile auto HDPE este folosit aproape exclusiv, pentru că, este ieftină, prezintă o bună rezistenţă chimică şi rezistenţă la impact, având o rigiditate echitabilă. Cele mai uzuale aplicaţii sunt pentru rezervoarele de combustibil, realizate prin turnarea, prin suflare din HDPE cu masă moleculară ridicată, precum şi pentru conductele de admisie a combustibilului. O altă aplicaţie des întâlnită la autovehicule sunt contraaripile de protecţie ale roţilor.Polipropilena (PP)

Propilena este monomerul de bază din care este produsă polipropilena prin procedeul de catalizare Ziegler-Natta. Polipropilena prezintă o mai bună rezistenţă la căldură decât polietilena. Această proprietate, alături de costul redus, un modul de elasticitate superior şi posibilitatea de a obţine o serie de variante îmbunătăţite, face ca polipropilena să fie unul din cei mai răspândiţi polimeri utilizaţi în industria auto. Acrilonitril-butadiena-stirenul (ABS)

ABS-ul este un grup de copolimeri, în care monomerii de stiren şi acrilonitril, sunt „grefaţi” cauciucului sintetic polibutadienă. Componenta acrilonitril conferă o bună rezistenţă copolimerului la agresiuni chimice, iar componenta polibutadienă îi conferă o rezistenţă ridicată mecanică la şoc. Datorită, cauciucului sintetic, rezistenţa la radiaţiile ultraviolete este redusă.

Cele mai răspândite aplicaţii ale ABS-ului la interior, sunt componente precum: console, torpedouri, componente al sistemului de climatizare, carcase ale sistemului audio etc., iar la exterior, întâlnim: grile de radiator, capace de roţi, carcase de oglinzi sau blocuri optice de semnalizare spate.


9

Poliamida (PA) Principalele tipuri disponibile şi utilizate în construcţia de automobile sunt PA6 şi PA6.6 şi mai noul apărut pe piaţă PA4.6.

PA6, PA6.6 şi PA4.6 sunt higroscopice, prin urmare, absorb umezeala şi trebuie să fie atent uscate înainte de prelucrare, pentru a evita degradarea lor. Poliamidele, prezintă în general, o bună stabilitate termică chiar şi când sunt solicitate mecanic. Aceste comportament poate fi substanţial îmbunătăţit prinarmarea cu fibră de sticlă.

Aplicaţii uzuale ale poliamidelor se întâlnesc la capacele motoarelor, carcase de filtre de aer, mecanisme ale instrumentelor de bord, etc.Polibutilena tereftalată (PBT)

PBT este produs din fibre de poliester. Este un termoplast semi-cristalin, având un punct de topire ridicat, dar o slabă stabilitate dimensională la solicitari mecanice, la temperaturi medii şi înalte. Prin armarea cu fibră de sticlă, se îmbunătăţesc atât modulul de elasticitate, precum şi stabilitatea dimensională la temperaturi ridicate. Cel mai răspândit mod de utilizare al PBT este prin armarea cu fibre de sticlă.

Datorită proprietăţilor foarte bune de izolator electric, aplicaţiile cele mai vast utilizate ale PBT, sunt pentru producerea de conectori electrici, cutii de relee şi sigurante auto, dar şi pentru mânerele portierelor, haioanelor, etc [35].Poliacetalul (POM)

Poliacetalul este disponibil în două forme de bază: homo-şi copolimer.Rezistenţa chimică la acizi şi baze alacaline este limitată, însă,

comportamentul chimic faţă de combustibilii auto este excelent; acest fapt determină, utilizarea acestuia în construcţia de carcase pentru pompe de combustibil, senzori, etc.

Poliacetatul prezintă o bună sudabilitate şi în mod uzual, la confecţionarea de rezervoare,cele două semi-forme (superioară şi inferioară) obţinute prin injecţie, sunt sudate cu placa încălzitoare [35].Răşinile epoxidicePoliuretanul (PU)Este o răşină termoreactivă, cu o gamă largă de aplicaţii pentru construcţia de componente auto.

Unul din cei mai răspândiţi compuşi poliuretanici în construcţia de repere auto este Polieter poliolul. Acest compus, este utilizat aproape în mod exclusiv, pentru producerea de maşini auto, bare de protecţie şi panouri prin procesul de injecţie reactivă (RIM) [35]. Reperele produse din această răşină, prezintă o bunăstabilitate dimensională la temperaturi ridicate, precum şi o excelenţă rezistenţă mecanică de impact la temperaturi scăzute.

2.5 Concluzii


10

Cap.3 TEHNOLOGII DE FORMARE TERMICĂ A MATERIALELOR TERMOPLASTICE

3.1 Formarea prin presareFormarea prin presare se realizează într-o matriţă prin aplicarea unei presiuni

stabilite asupra polimerului adus la temperatura de înmuiere. Sub acţiunea temperaturii, polimerul capătă plasticitatea necesară, iar presiunea îl distribuie în cavitatea de formare a matriţei.

Procesul format se menţine în matriţă, sub presiune, un anumit timp, după care se deschide matriţa şi se scoate piesa finită.

Căldura pentru plastifiere se transmite prin pereţii matriţei, presiunea, temperatura şi timpul de presare fiind principalii parametri ai procesului.

Utilajul, presa pentru presarea directă, preia forţa de presiune de la un dispozitiv hidraulic. În procesul tehnologic de obţinere a unui produs se indică valoarea presiunii (presiunea specifică), după care operatorul îşi reglează presiunea în agregatul hidraulic, cunoscând că presiunea specifică acţionează pe aria proiectată a piesei presate, pe platanul presei, fiind evident egală cu forţa ce rezultă din acţiunea presiunii hidraulice asupra ariei pistonului sau :

(3.1)

unde P – este presiunea hidraulica [daN/cm²]; Psp – presiunea specifica [daN/cm²]; Apr – aria piesei finite proiectate pe planul de separaţie [cm²]; Ap – suma ariilor pistoanelor hidraulice [106].

Cunoscând presiunea specifică impusă materialului de presare, forma piesei şi diametrul pistonului de acţionare a platanului mobil al presei, se poate calcula presiunea hidraulică necesară presării, presiune indicată pe manometrul de la sistemul de lichid hidraulic.

Modificarea presiunii în timpul unui ciclu de presare, la procedeul de presare directă, este prezentă în figura 3.2.

În unele procese se prevede o fază suplimentară de deschidere a matriţei pentru îndepărtarea aerului (faza de degazare); numărul de fază de degazare poate ajunge, pentru unele repere pretenţioase, până la numărul de trei.

Fig. 3.2 Schema unui ciclu de presare


11

Pp – este presiunea în cilindrul hidraulic la plastifiere; Pu – presiunea în cilindrul hidraulic la solidificare; T1 – timpul de plastifiere; T2 – timpul de solidificare; G – începutul solidificării.

3.2 Formarea prin turnare

Turnarea este un procedeu de obţinere a unor repere cu secţiuni groase (pline) sau goale în interior (cave) din compuşi polimerici cu ajutorul matriţelor de formare.

După umplerea matriţei cu fluidul polimeric are loc polimerizarea, reticularea sau gelifierea.

Turnarea, urmată de polimerizare, este folosită la obţinerea materialelor transparente, ca de exemplu PMMA ce se toarnă în forma de sticlă. Plăcile obţinute sunt folosite îndeosebi ca geamuri [38].

Turnarea, urmată de gelifiere, este folosită în cazul dispersiilor vinilice, prin acest procedeu obţinându-se o gama variată de articole (jucării, şoşoni, mingii, mulaje pentru turnarea gipsului, folosite la rândul lor ca modele la acoperirea cu răşini termorigide).

3.3 TermoformareaProcesul este specific materialelor termoplastice şi constă în deformarea unui

semifabricat polimeric, încălzit la temperatura de înmuiere.Formare prin ambutisare constă în presarea unei folii termoplaste, după o

prealabilă încălzire, într-o matriţă rece. Procedeul este folosit şi la presarea unei folii reci într-o matriţă încălzită. Principiul este redat în figura 3.3.

Matriţa închisă

Canale de aerisire

Matrita seminegativă -fixă

Cadru elastic de pozitionare

Matrita semipozitivă - mobilă

Raşină termoreactivă

Matrita deschisă

Fig. 3.3 Principiul termoformării


12

3.4 Formarea prin injecţie3.4.1 Procesul de injecţie

Prelucrarea prin injecţie reprezintă procesul tehnologic prin care materialul pe baza de compuşi macromoleculari, adus în stare de curgere, este introdus, sub presiune, într-o matriţă de formare. După umplerea matriţei, materialul este menţinut sub presiune şi întărit prin răcire în cazul termoplastelor şi prin încălzire în cazul polimerilor termoreactivi.

Avantajele formării prin injecţie constă în posibilitatea obţinerii unor obiecte cu forme complicate şi mărimi diferite, dintr-o gamă foarte largă de polimeri. Operaţiile sunt automate, iar maşinile au randament ridicat.

Formarea prin injecţie este un proces ciclic, fiecare ciclu cuprinde operaţiile:- dozarea materialului;- încălzirea şi topirea acestuia în cilindrul maşinii;- închiderea matriţei;- introducerea topiturii, sub presiune, în interiorul matriţei;- solidificarea şi răcirea topiturii;- deschiderea matriţei;- scoaterea produsului injectat.Reprezentarea grafică a relaţiei dintre presiunea în matriţă şi timpul de injecţie

este o curbă caracteristică ciclului de injecţie, figura 3.6 [106].

Fig. 3.6 Diagrama ciclului de injecţie3.4.2 Factori de calitate a produselor injectate

Calitatea superioară a produselor injectate este determinată îndeosebi de doi factori:

a-contracţia polimerului; b-tensiunile interne ale produsului injectat.


13

Tensiunile interne din produsul finit ( accentuate de prezenţa umpluturii în răşină ) sunt atenuate prin injectarea în matriţa deschisă, care se închide după terminarea procesului de injecţie. Acest procedeu de prelucrare se numeşte injecţie-compresie.

O altă particularitate, la injectarea răşinilor termorigide, constă în necesitatea termoizolării culeei, spre deosebire de culeele de la injectarea polimerilor termoplastici care trebuiesc să fie încălzite. Presiunile de injecţie ale materialelor termorigide sunt de ordinul a 800-7000 daN/cm2.

3.4.3 Instalaţia de injecţieMatriţa este subansamblul maşinii de injecţie ce are rolul de a imprima

polimerului o anumită formă, cu dimensiuni prestabilite. Matriţa are mai multe părţi componente şi anume: partea de formare, de ghidare, de aruncare etc. figura 3.8[103].

Partea de formare, la rândul ei, este constituită din două sau mai multe placi, din miezuri, bacuri şi pastile de formare. În plăcile de formare se găsesc cavităţile; ele formează suprafaţa exterioara a produsului.

Fig. 3.8 Matriţa pentru formarea prin injecţie

1 –este partea fixă a matriţei; 2 - partea mobilă a matriţei; 3 – canale de încălzire-răcire cu agent termic; 4 – punctul de contact cu capul de injecţie al cilindrului; 5 –canalul principal de alimentare; 6- duza matriţei; 7- canale secundare de alimentare a cuiburilor; 8- prag de sigilare la intrarea în cuib; 9- cuib; 10 – ghidaje; 11 – placa aruncătoare; 12 – aruncătoare pentru scoaterea produsului din matriţă; 13 – coloana de reţinere.3.4.4 Parametri procesului de injecţie

În figura 3.10 [80] este prezentată principial schema maşinii pentru injecţia răşinilor termorigide. Ca polimer este folosită o răşină fenolică, plastifiată cu un agregat de tip melc-piston.


14

Fig 3.10 Diagrama pentru injecţia răşinilor termorigide3.4.5 Uzura matriţelor de injecţie

Matriţa este subansamblul cel mai supus uzurii datorită vitezelor mari a curgerii topiturii prin reţeaua de injecţie în cuiburi, a regimurilor ciclice de încălzire-răcire, a presiunilor foarte mari (de ordinul zecilor de bari), a şocurilor mecanice şi termice repetate etc.

În timpul funcţionarii unei matriţe, părţile active (plăcile de formare, poansonul) pot fi înlocuite sau rectificate pe măsura uzurii lor şi a ieşirii din toleranţele dimensionale impuse.

Mărirea perioadei de funcţionare a matriţei depinde şi de întreţinerea acesteia în timpul funcţionarii, precum şi de evitarea apariţiei defectelor specifice operării necorespunzătoare a maşinii de injecţie.

3.4.6 Defectele pieselor injectate şi corecţiile acestora

Complexitatea procesului de injecţie, prin dependenţa de o multitudine de factori, creează premisele apariţiei unei game largi de defecte. Fiecare defect, are la origine una sau mai multe cauze specifice. În funcţie de defectul său, defectele specifice constatate, se iau măsurile corespunzătoare pentru corecţia acestora.

Matriţa

Posibile cauze şi corecţii ale acestora:

General:

Creşteţi valoarea:

Scădeţi valoarea:

Schimbaţi valoarea:

Schimbaţi valoarea:(în mod crescător)

Schimbaţi valoarea:(în mod descrescător)

x

↑

↓

↕

▲

▼

Pre

siu

nea

de

in

jecţ

ie

Tim

pu

l d

e

me

nţi

ner

e a

p

res

iun

iiT

em

per

atu

ra

cili

nd

rulu

i

Înc

ălzi

rea

du

zei

Ro

taţi

a

mel

culu

iV

itez

a d

e

inje

cţie

Pre

siu

nea

din

sp

ate

le

mel

culu

i.

Pre

siu

nea

de

p

last

ifie

reP

last

ifie

rea

Te

mp

erat

ura

m

atri

ţei

Fo

rţa

de

st

rân

ger

eV

itez

a d

e

des

chid

ere

a m

atri

ţei

sau

vi

teza

de

aru

nca

reT

imp

ul

de

în

ch

ider

e al

m

atri

ţei


15

Defecte ale piesei injectate Pre

siu

ne

de

inje

cţie

Pre

siu

ne

de

me

nţi

ner

e

Umplere incompleta a matriţei ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑Bavura ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↑

Aruncare greoaie a piesei ↓ ↓ ↓ ↓ ↕Deformare cu distrugere a piesei în timpul

aruncării↓ ↓ ↑

Adâncitura, gol în piesa ↑ ↑ ↑ ↑Bule de aer ↓ ↑

Deformare e piesei după aruncare ↓ ↓ ↕ ↕ ↑Deformare datorita presiunii interne ↓ ↓ ↓ ↓ ↓

Rips ↓ ↓ ↕ ↓ ↑Suprafaţa ondulată ↑ ↑ ↑ ↑ ↕ ↑ ↑ ↑Suprafaţa exfoliată ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑Puncte de arsura ↑ ↑ ↑ ↕ ↑ ↕

Strălucire insuficienta ↕ ↕ ↕

Decolarea închisă la culoare (degradaţie termica)

↓ ↓ ↓ ↓ ↓

Benzi negre ↕ ↓ ↓ ↓ ↓Goluri de aer, goluri cu arsuri ↓ ↓

Linii de sudura ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑

Cap 3.5 Consideraţii teoretice la transferul termic, în procesul de injecţieUniformitatea distribuţiei temperaturii în procesul de injecţie al maselor plastice are un impact major asupra productivităţii procesului şi asupra calităţii reperelor injectate.

O soluţie care să răspundă acestei cerinţe, este propusă în prezenta lucrare. Un sistem de răcire proiectat pentru o mai bună preîncălzire a matriţei în faza de preinjecţie, respectiv de răcire a acesteia în faza ulterioară injecţiei care asigură un control şi o uniformitate superioară sistemelor clasice de răcire.

Fig.3.11 Fazele unui ciclu de injecţieÎn figura 3.11 [112] este prezentată structura unui ciclu de injecţie raportată la

timp. Fazele ciclului de injecţie se desfăşoară în următoarea ordine:


16

închidere matriţă; poziţionarea duzei de injecţie; umplere cavitate; menţinere; retragere duza de injecţie în poziţia “zero”; solidificarea topiturii; deschidere matriţă; extragere piesă.

3.5.1 Transferul de căldurăTransferul de căldura în interiorul unui corp sau de la un corp la altul, este condiţionat de o diferenţă de temperatură care reprezintă forţa motoare sau potenţialul procesului.

3.5.2 Mecanismele transferului de căldură

3.5.3 Transferul de căldură - mărimi caracteristiceTransferul de căldură se realizează atât timp cât forţa motoare este diferită

de zero, adică atâta timp cât între doua corpuri sau între doua puncte ale aceluiaşi corp, există o diferenţă de temperatură.

Ecuaţia care exprima fluxul de căldură transferat prin conductivitate, înregim staţionar se numeşte Legea Fourier [81]:

(3.8)

Fluxul de căldură transferat prin conductivitate este proporţional cu aria secţiunii normală la direcţia transferului, A şi cu gradientul de temperatura, Daca mediul material prin care se transferă căldura este un corp solid, atunci mecanismul transferului de căldură este conductivitatea termică, iar ecuaţia care dă distribuţia temperaturilor în corp, este ecuaţia diferenţială a conductivităţii termice. Această ecuaţie exprima legea conservării căldurii, care se aplică asupra unui volum elementar al unui mediu imobil (solid).

Ecuaţia generală de bilanţ termic se exprimă prin relaţia:

(3.14)

Ecuaţia generală de bilanţ se aplică unui volum de formă paralelipipedică, figura 3.13:

Acumularea după fiecare direcţie se determină aplicând relaţia generală pentru direcţia respectivă:

TQλ A

l

¶= - × ×

¶

/T t¶ ¶

Fluxul de caldura Fluxul de caldura Fluxul de caldura

acumulat in intrat in elementul de iesit din elementul de

elementul de volum volum prin conductivitate volum prin conductivitate

é ù é ù é ùê ú ê ú ê ú= -ê ú ê ú ê úê ú ê ú ê úë û ë û ë û


17

(3.15)

(3.16)

(3.17)

(3.18)Fig.3.13 Element de volum paralelipipedic3.5.7 Transferul de căldura convectiv

Transferul termic convectiv apare datorită mişcării macroscopice a fluidelor, sub formă de turbioane sau de curenţi. Cele două cazuri limită ale transferului convectiv:

· convecţia liberă (naturală)· convecţia forţată.

În ambele cazuri, mişcarea fluidului este guvernată de legile transferului de impuls.În regim laminar, transferul de căldură după normala la direcţia de curgere,

decurge preponderent prin conductivitate.În regim turbulent determinant, este transferul de căldură, care se face

simultan cu mişcarea elementelor macroscopice de fluid. Transferul de căldură va fi cu atât mai intens, cu cât regimul de curgere va fi

mai puternic turbulent.

Fig.3.17 Curgerea laminarăŢinând cont de criteriul Grashof, ecuaţia criterială (3.77) completa capătă

forma generală:(3.81)

unde, Re este dată de criteriul lui Reynolds, Pr criteriul lui Prandtl (3.76), Gr criteriul lui Grashof (3.80) iar G1,G2 .. sunt criterii de similitudine geometrică.3.6 Concluzii

Materialele termoplastice se realizează utilizând procese complexe de formare termică precum: presarea, turnarea, termoformarea, precum şi injecţia.

x

x

y

z

ac x xΔx

ac xΔx x

ac yΔy y

ac zΔz z

T TQλ ΔyΔz λ ΔyΔz

x x

T TQλ λ ΔyΔz

x x

T TQλ λ ΔxΔz

y y

T TQλ λ ΔxΔy

z z

+

+

+

+

¶ ¶æ ö= - × - - ×ç ÷¶ ¶è ø¶ ¶æ ö= -ç ÷¶ ¶è ø

æ ö¶ ¶= -ç ÷¶ ¶è ø

¶ ¶æ ö= -ç ÷¶ ¶è ø

( )1 2Nu Re, Pr, Gr, G , G ,...f=


18

Procedeul de formare prin injecţie, s-a dezvoltat foarte mult datorită fabricării unor maşini de injectat foarte performante, ce conţin, integrate, sisteme electronice de comandă, control şi detecţie a erorilor parametrilor procesului de injecţie. Avantajele formării prin injecţie constau în posibilitatea obţinerii unor obiecte cu forme complexe, de mărimi diferite, dintr-o gamă largă de materiale polimerice.Calitatea superioară a produselor injectate este determinată în special de doi factori: contracţia polimerului şi de tensiunile interne al produsului injectat.

Injecţia răşinilor termorigide solicită o urmărire atentă a regimului temperaturilor pentru a se evita reticularea răşinii în cilindrul de transfer. Dacă la injectarea răşinii temperatura acesteia este prea joasă, topitura va curge lent datorită vâscozităţii ridicate, iar dacă temperatura este prea ridicată, polimerul se întăreşte prea rapid, ceea ce poate duce la umplerea incompletă a cavitaţii matriţei.

O altă particularitate, la injectarea răşinilor termorigide, constă în necesitatea termoizolării culeei, spre deosebire de culeele de la injectarea polimerilor termoplastici care trebuiesc să fie încălzite. Presiunile de injecţie ale materialelor termorigide sunt de ordinul a 800-7000 [daN/cm2].

Matriţa are un regim de temperatură deosebit de important, deoarece,temperatura medie a matriţei determină viteza de răcire a topiturii, iar temperatura matriţei stabileşte durata ciclului de injecţie. O temperatură mai scăzută măreşte productivitatea maşinii, dar sub o anumită valoare, calitatea pieselor devine necorespunzătoare. Constanţa parametrilor de temperatură ai matriţei asigură o calitate uniformă a produselor injectate.

Aparatura de măsură şi control cuprinde măsurarea şi reglarea adaptivă a temperaturii, presiunii sistemului hidraulic şi al timpilor ce formează ciclul de injecţie. Există de asemenea, contoare pentru numărarea numărului de piese injectate, de depistare a rebuturilor şi de înregistrarea a parametrilor de proces. Sistemul de comandă şi control integrat compară valorile măsurate cu ajutorul senzorilor şi în cazul detectării de abateri de la parametrii prescrişi corectează automat parametrii de proces, fie prin ridicarea/scăderea temperaturii sau presiunii de injecţie.

Parametri procesului de injecţie sunt specifici fiecărui tip de polimer injectat. La injectarea materialelor termoplaste, temperatura nu mai este un parametru critic decât pentru polimerii termosensibili. Stabilirea regimului temperaturii în cilindru şi în matriţă depinde esenţial de natura polimerului, de vâscozitatea impusă topiturii în sistem şi de temperatura minimă la care piesa injectată se scoate din matriţă. În cazul injecţiei de răşini termoreactive este diferit de regimul polimerilor termoplastici, datorită fenomenului de reticulare ce are loc la temperaturi mai ridicate. Alături de temperaturi, regimul presiunilor permite controlul curgerii polimerului, a vitezelor şi productivităţii ale maşinii de injecţie.

În timpul funcţionării unei matriţe, părţile active (plăcile de formare, poansonul) pot fi înlocuite sau rectificate pe măsura uzurii lor şi a ieşirii din toleranţele dimensionale impuse. Metalele şi aliajele din care se construiesc matriţele au rezistenţe mecanice mari, iar suprafeţele de lucru sunt uzinate astfel încât să


19

prezinte o rezistenţă maximă la corodare, erodare, obţinută prin nitrurare, carburare, carbo-nitrurare, cromare dură etc.

Complexitatea procesului de injecţie, prin dependenţa de o multitudine de factori, creează premisele apariţiei unei game largi de defecte. Fiecare defect, are la origine una sau mai multe cauze specifice. În funcţie de defectul său, defectele specifice constatate, se iau măsurile corespunzătoare pentru corecţia acestora.

Pentru obţinerea unor piese prin injecţie de bună calitate, fără defecte şi cu o fiabilitate ridicată, este necesară respectarea şi controlul electronic al tuturor fazelor ciclului de injecţie.

Urmărind transferul de căldură, atât cu ajutorul aparatelor de măsură şi control, cât şi matematic, prin modelarea pe un volum elementar de solid, se pot determina factorii influenţi şi controlabili într-un proces de injecţie. Analiza transferului termic convectiv se realizează prin utilizarea unor modele matematice (bazate pe ecuaţii diferenţiale) sau pe baza unor teorii statistice, folosind ecuaţiicriteriale, dacă rezolvarea analitică a ecuaţiilor diferenţiale care descriu transferul convectiv de căldură este imposibilă.

Cap.4 CONTRIBUŢII LA PROIECTAREA REPERELOR DIN MATERIALE PLASTICE

Acest capitol este structurat în două părţi, după cum urmează:în prima parte, am prezentat şi exemplificat, metodele de optimizare ale proiectării reperelor din mase plastice, cu scopul îmbunătăţirii performanţelor acestora, precum şi de obţinere a unui nivel calitativ superior, ce ţine în special de proiectare şi mai puţin de procesare.În partea a doua, am prezentat proiectarea şi verificarea asistată de calculator (CAD) a reperului realizat cu matriţa experimentală, în scopul validării studiului de optimizare a sistemului de răcire al matriţelor de injecţie a maselor plastice.

4.1 Elaborarea designului pieselor din mase plasticeDefinirea cerinţelor impuse piesei, Solicitările mecanice, Solicitările termice,Expunerea la agenţi chimici, Proprietăţi electrice, Agresiuni meteorologice, Radiaţii, Aspectul estetic, Ciclul de viaţă estimat, Toleranţe dimensionale, Procesarea, Volumul de producţie, Constrângerile de cost.

4.2 Condiţii de proiectare ale materialelor termoplasticeProcesul de proiectare a reperelor din materiale termoplastice necesită o bună înţelegere a proprietăţilor fizico-chimice specifice fiecărui material, în diferite condiţii de exploatare.Contracţia excesivă poate fi cauzată de o serie de factori:

- presiunea de menţinere ineficientă;- timp de menţinere sub presiune, sau răcire prea scurtă;- solidificarea topiturii în canalul de injecţie prea rapidă;- temperatura de topire a polimerului prea înaltă;- temperatura matriţei prea înaltă.

În figura 4.8 este prezentat efectul specific fiecărui parametru al procesului de injecţie asupra contracţiei volumică.


20

Fig. 4.8 Relaţii între parametrii procesului de injecţie şi contracţie

4.3 Deformarea reperelorÎn cazul în care contracţia are loc izotropic, piesa nu se va deforma, ci pur şi

simplu se va micşora; deformarea poate fi considerată ca fiind o abatere a suprafeţei piesei injectate de la geometria proiectată.Deformarea este rezultatul contracţiei diferenţiate a materialului piesei injectate datorate tensiunilor reziduale. Variaţii ale contracţiei pot fi cauzate de orientarea lanţurilor moleculare, variaţii de temperatură la răcire între diferite părţi ale piesei, presiune diferenţiată raportată la volumul piesei.Influenţa designului asupra deformării

Geometria asimetrica (de exemplu, o placă cu un număr mare de nervuri, care sunt aliniate într-o singură direcţie sau pe o singură parte) va avea o răcire neuniformă, ceea ce va produce o contracţie diferenţială, care poate duce la deformarea piesei. Răcirea ineficientă a peretelui pe partea cu nervuri provoacă o răcire mai lentă a materialului pe acea parte, ceea ce poate duce la deformarea piesei (figura 4.13).

Fig. 4.13 Deformare datorită geometriei asimetrice

4.4 Performanţe şi condiţii constructiveNervurile sunt caracteristici geometrice sub forma unor proeminenţe pe

suprafaţa interioară sau exterioară a reperelor, cu rolul creşterii rezistenţei precum şi al rigidităţii acesteia. In figura 4.14 sunt prezentate caracteristicile dimensionale precum şi raporturile dintre ele, necesare la proiectarea corectă a nervurilor.


21

Fig. 4.14 Dimensionarea nervurilor

Prin folosirea de nervuri diagonale se îmbunătăţeşte semnificativ comportamentul piesei la solicitări de torsiune. Deşi cea mai bună soluţie constructivă pentru solicitarea la torsiune este cea cu nervură diagonală dublă (fig. 4.17 –profil 6) ,acesta poate ridica probleme la răcire precum şi la extracţia piesei din matriţă. În tabelul 4.1, sunt prezentate valori numerice care exprimă eficienţa profilelor constructive, din figura 4.17, în funcţie de tipul de solicitare aplicat.

Fig. 4.17 Analiza comparativă de profile pentru solicitări la încovoiere şi torsiune

T- grosime perete

t- grosimea bazei nervurii, t=<0,5T

h- înaltimea nervurii, h>=3T

r – raza, r >=0,25-0,5T

Ø – unghi de extracţie, Ø>= 0,5°

S- distanţa minimă între nervuri, S>=2T


22

Guseele pot fi considere un caz particular al nervurilor. Rolul guseelor este de întărire (rigidizare) a colţurilor, pereţilor laterali sau a bosajelor. Acestora li se aplică aceleaşi reguli generale de proiectare ca şi nervurilor.

Bosajele sunt caracteristici geometrice ale pieselor injectate care au ca rol oferirea unei baze de montaj, respectiv fixare mecanică a cel puţin două componente ale unui ansamblu între ele.

Găurile sunt caracteristici ce se pot realiza cu pini sau prin integrare în semi-formele matriţei. Găurile străpunse pot fi mai uşor realizate, deoarece pinul poate acţiona din oricare dintre cele două semi-forme.

Razele de racordare. În designul pieselor din materiale plastice produse prin injecţie se vor evita pe cât posibil muchiile ascuţite, în special cele interioare.

Subtăierile sunt caracteristici ale pieselor din mase plastice injectate, care nu se pot obţine în direcţia de formare şi necesită utilizarea unor scule mobile în interiorul matriţelor, care se retrag din cavitate, înainte de deschiderea matriţei pentru extragerea piesei.

4.5 Proiectarea CAD a reperului realizat prin injecţie cu matriţa experimentalăÎn continuare prezint etapele de proiectare şi verificare ale reperului realizat

prin injecţie cu matriţa experimentală. Am realizat etapele de proiectarea şiverificare cu aplicaţia DASSAULT CATIA V5.

Fig. 4.28 Interfaţa modului de proiectare a suprafeţelor

În prima etapă de construcţie, am schiţat profilului de revoluţie al reperului proiectat. Prin aplicarea funcţiei SHAFT (figura 4.29) a fost obţinut corpul tronconic al piesei, prin revoluţia schiţei după axa Z.


23

Fig. 4.29 Corpul tronconic al reperuluiAm realizat o grosime constantă a peretelui piesei de injectat utilizând

funcţia SHELL, în care am stabilit şi grosimea de 2,5mm (figura 4.30). Prin proiectarea parametrică, se asigura modificarea rapidă a dimensiunilor a caracteristicilor geometrice ale piesei

Fig. 3.30 Stabilirea grosimii pereteluiAm adăugat doua caracteristici, având forma geometrică a epruvetelor de

încercare la tracţiune pentru a uşura efectuarea de încercări mecanice ale reperului obţinut prin injecţie (figura 3.31). Aşa cum se poate observa din figura 3.31, dimensiunile acestora sunt: Ltotal=100mm, l=10mm, g=2,5mm. Zona calibrată pentru solicitarea la tracţiune are o lungime de 76 mm.

Fig. 3.31 Integrarea caracteristici pentru încercări mecanice


24

Ultima etapă în construcţia piesei, constă în integrarea unei caracteristici ce va servi ca suport pentru canalul de injecţie, materialul rămas în urma injecţiei în acest canal, având numele de culee (figura 3.32).

Fig. 3.32 Culee canal injecţie

Verificarea modelului. Pentru stabilirea modului de construcţie al cavitarilor matriţei de injecţie, trebuie în prealabil determinat planul de separaţie optim, precum şi direcţia de tragere.

În acest scop am utilizat funcţia Reflect line, a softului de proiectare, pentru a genera în funcţie de direcţia de tragere specificată (în acest caz, axa Z), conturul planului de separaţie.

Fig. 4.33 Determinare plan de separaţieAm mai determinat unghiul de extracţie şi analizat grosimea pereţilor piesei:

Fig. 4.34 Determinarea unghiului de extracţie


25

a. b.Figura 4.35 Analiza comparativa grosime perete

4.6 ConcluziiDeformarea reperele depinde de materiale de adaos, procesul de răcire

precum şi de caracteristicile geometrice pe care le înglobează. În cazul polimerilor armaţi cu fibră de sticlă, deformarea piesei apare datorită contracţiei diferenţiate între direcţia de curgere şi cea transversală la solidificare.

Obţinerea unor performanţe optime ale reperelor injectate, depinde atât de materialul ales precum şi de caracteristicile geometrice ale piesei. Soluţia optimă constructivă, este de integrare a unor caracteristici geometrice precum: nervuri, gusee, bosaje etc., care îmbunătăţesc considerabil caracteristicile mecanice, fără o creştere substanţială a costurilor de materiale, de producţie sau a greutăţii reperului final. Acest mod de proiectare se numeşte „Design inteligent”.

Cap. 5 CONTRIBUŢII LA PROIECTAREA MATRIŢEI DE INJECŢIE

5.1 Realizarea prototipului virtual al matriţei

Acesta se poate realiza cu ajutorul unei largi varietăţi de aplicaţii CAD (Computer Aided Design) precum Dassault Catia, Solidworks, ProEngineering, Unigraphics, Autodesk Inventor, Varicad etc. Aceste aplicaţii permit crearea unui model virtual tridimensional al reperului, subansamblului sau ansamblului, care se doreşte a fi produs. Mai mult decât o reprezentare grafică, aceste aplicaţii permit o evaluare a diverselor proprietăţi fizico-mecanice precum şi a posibilelor interacţiuni între diverse componente în cazul ansamblelor.


26

În figura 5.1 este prezentata interfaţa aplicaţiei CAD, CATIA V5, în care a fost proiectată matriţa experimentală de injecţie. Structura celor două versiuni constructive analizate, arată că diferenţele constructive apar doar la semi-matriţa mobilă.

Fig. 5.2 Prototip virtual ansamblu matriţa şi reper injectat

În figura 5.2, prezint modelul tridimensional virtual pentru matriţa experimentală de injecţie, respectiv pentru reperul ce se doreşte a se obţine în urma procesului de injecţie, sub forma unui ansamblu explodat, realizat în modulul Assembly Design al aplicaţiei CATIA V5.5.2 Realizarea modelelor 3D ale semi-matriţelor

În figura 5.3 este prezentată semi-matriţa fixă, componentă a matriţei experimentale construite.


27

Fig. 5.3 Semi-matriţă fixă

Semi-matriţa mobilă conţine un sistem de răcire optimizat pentru geometria piesei, dimensionat corespunzător. Cel mai important element constructiv al acestei matriţe experimentale, îl reprezintă sistemul integrat de răcire inovator.

Fig. 5.5 Proiectarea canalelor de răcire

În figura 5.5 se prezintă modul de dispunere al canalelor de răcire în raport cu cavitatea matriţei experimentale.

În varianta clasică se execută canalele de răcire prin utilizarea unor burghie lungi, prevăzute cu o gheară specială în vârf.

Această metodă este dificilă, deoarece în cazul unor dimensiuni mari ale matriţei, burghiele trebuiesc să fie foarte lungi şi se pot distruge uşor. Mai mult, în


28

cazul unor construcţii de genul celei prezente, în care forma piesei este tronconică, sau în cazul unei construcţii geometrice spaţiale mai complexe ale piesei, sistemul de răcire poate deveni foarte complex şi dificil de realizat, costisitor şi chiar şi ineficient.

Fig. 5.6 Sistem inovator de răcire

Sistemul de răcire unicat al acestei matriţe constă în împărţirea semi-matriţei mobile în doua placi asamblate între ele prin şuruburi zincate. În figura 5.6 este indicat distribuitorul de fluid de răcire 1 în canalele de răcire 2, fluidul este ulterior colectat prin inelul colector 3 şi evacuat prin canalul 4. Rolul distribuitorului este de uniformizare a distribuţiei fluidului de răcire pompat prin canalul de admisie pentru a asigura o cădere de presiune uniformă pe toate canalele de răcire şi astfel pentru realizarea unei răciri cât mai uniforme.

5.3 Verificarea modelului numeric al matriţei experimentaleÎn prima etapă am studiat efectul termic asupra stabilităţii geometrice a

matriţei, ulterior am aplicat şi efectul mecanic de presare, studiind efectul conjugat al acestora. Schimbarea geometriei matriţei la solicitării influenţează în mod direct geometria reperului injectat.

Majoritatea matriţelor de injecţie sunt construite din oţeluri aliate speciale. Aceste oţeluri au în compoziţie un procent redus de carbon, sub 0,3% şi o serie de elemente de aliere precum Cr ~2%, Mn ~1,5%, Mo ~0,7%, Ni ~1%, care le conferă bune proprietăţi fizico-mecanice şi chimice iar elemente însoţitoare cu efect dăunător precum S şi P sunt sub 0,02%.

Mărcile P20 / W1.2311 / W1.2312 / W1.2738 fac parte din familia de oţeluri utilizate frecvent pentru construcţia de matriţe de injecţie şi au durităţi tipice în intervalul 29-33 HRC, distribuite în mod uniform în secţiune.


29

Caracteristicile tipice, mecanice ale acestor oteluri de scule sunt urmatoarele: rezistenţă la rupere Rt = 965-1030 MPa, rezistenţă la alungire Rm = 827-862 MPa,alungirea la rupere A = 20.0%, modulul de elasticitate = 205GPa, rezilienţa KCU = 27.1-33.9 J.5.4 Analiza rezultatelor şi discuţii

În prima simulare numerică a fost analizată doar încărcarea termică asupra semi-matriţei mobile. Analiza a fost realizată pentru două materiale de construcţie a matriţei experimentale: aliajul de aluminiu EN AW 2007 şi marca de oţel aliat W1.2311. Valoarea temperaturii aplicate pe suprafaţa cavitaţii (figura 5.9), esteT0=433K (temperatura tipica de topire a PP), analiza numerica am efectuat-o în regim tranzitoriu conform cu relaţiile (5.2 şi 5.3) pe o durată δts.=20s.

Fig. 5.9 Interfaţa de introducere a parametrilor simulării

Aşa cum se poate observa în figura 5.10a, deformaţia maximă la matriţa de aluminiu apare la peretele exterior şi înregistrează o valoare maximă de 0,295mm, dar la peretele interior valoarea maximă atinsă este de 0,15mm.

Fig. 5.10 Deformaţia în scară logaritmică a matriţei a) EN AW 2007, b)W1.2311 sub solicitare termică


30

În figura 5.10b, deformaţia maximă la matriţa din oţel, apare de asemenea la peretele exterior, cu o valoare maximă de 0,142mm. Spre deosebire de matriţa de aluminiu, la matriţa din oţel, impactul termic este aproape în egală măsură la fel de mare şi la peretele cavitaţii, fapt care se datorează conducţiei termice mai reduse a oţelului.

La a doua simulare numerică, temperatura ambientală Tamb a fost luată ca referinţă pentru determinarea dilataţiei.

Fig. 5.11 Deformaţia în scară logaritmică a matriţei a) EN AW 2007, b)W1.2311 sub solicitare conjugată temperatură/presiune

5.5 Concluzii

Prima etapă pentru realizarea unui reper constă în proiectarea unui prototip care să ţină cont de toate cerinţele funcţionale, dimensionale, tehnologice, de design, cost şi volum al producţiei.Toate aceste condiţii se pot realiza pe calculator utilizând aplicaţii CAD pentru construcţia virtuală a modelului precum: CATIA, SOLIDWORKS; PRO ENGINEERING, UNIGRAPHICS etc.,şi se pot simula utilizând aplicaţii speciale precum: ANSYS, VISI, COMSOL, MOLDFLOW etc.Aceste aplicaţii permit o evaluare a diverselor proprietăţi fizico-mecanice precum şi a posibilelor interacţiuni între diverse componente în cazul subansamblelor şi ansamblelor ce pot fi evaluate din orice unghi se doreşte, de asemenea acestea pot fi secţionate virtual pentru o mai bună înţelegere a lor.CAP.6 EXPERIMENTĂRI ŞI REZULTATE

6.1 Prezentarea soluţiilor experimentale de răcire pentru matriţele de injecţie a maselor plastice

În cadrul acestui capitol am studiat două variante constructive ale sistemului experimental de răcire a matriţelor de injecţie. Pentru a evidenţia atuurile şi deficienţele sistemului inovator de răcire, sunt prezentate spre comparaţie două variante uzuale de răcire.


31

Conceptul de răcire al matriţelor de injecţie prin divizarea semi-matriţei mobile în doua plăci, în care una conţine cavitatea matriţei şi canalele sistemului de răcire, prelucrate prin aşchiere după conturul cavitaţii, este analizat în doua variante constructive.

Varianta constructiva A prezentata in figura 6.1 constă în uzinarea canalelor de răcire, în plane paralele cu planul de separaţie al matriţei. Canalele sunt paralele şi echidistante, pentru a se asigura un transfer termic optim.

Fig. 6.1 Secţiune YZ matriţă

1 – semi-matriţa fixă ( include miezul, duza de injecţie şi canalul de injecţie);2 – semi-matriţa mobila ( include cavitatea şi canalele de răcire);3 – capacul semi-matriţei mobile (include canalele de admisie, defulare a fluidului de răcire şi canalele de distribuţie a fluidului de răcire);4 – piesa injectată (cavitate);5 – garnitura din cauciuc pentru etanşarea subansamblului;6 – canal de admisie/defulare al fluidului de răcire;7 – canal de distribuţie a fluidului de răcire;8 – canale de răcire.


32

Fig. 6.2 Vedere izometrica a variantei de răcire A

În vederea izometrica din figura 6.2 se observă ca atât canalele de admisie şi refulare, precum şi canalele de distribuţie a fluidului de răcire sunt uzinate în capacul semi-matriţei mobile. Pentru uzinarea acestei variante de răcire, este necesară programarea a patru axe ale unei freze cu comanda numerică.

Varianta constructiva B prezentată in figura 6.3, constă în uzinarea canalelor de răcire după generatoarea miezului matriţei de formă tronconică.

Fig. 6.3 Secţiune XZ matriţă


33

1 – semi-matriţa fixă ( include miezul, duza de injecţie şi canalul de injecţie);2 – semi-matriţa mobilă ( include cavitatea, canalele de răcire, canalul colector şi zona de uniformizare a distribuţiei fluidului de răcire);3 – capacul semi-matriţei mobile (include canalul de admisie al fluidului de răcire);4 – culeea piesei injectate (canal de injecţie);5 – garnitura din cauciuc de etanşare;6 – canal de admisie al fluidului de răcire;7 – inel de colectare al fluidului de răcire;8 – canale de răcire.

Fig. 6.4 Vedere izometrică a variantei de răcire B

În figura 6.4 se observă poziţionarea canalelor de admisie, în capacul semi-matriţei, iar cel de defulare în corpul cavităţii. Aceasta variantă constructivă, asigură un transfer termic optim, deoarece canalul de răcire este paralel cu peretele cavităţii, asigurând o grosime constantă de material metalic între topitură şi fluidul de răcire.6.2 Analiza numerică a curgerii fluidului de răcire pentru cele doua soluţii constructive experimentaleAnaliza curgerii pentru varianta A

În figura 6.5 se observa, conform rezultatelor analizei de curgere a fluidului de răcire, că în canalele intermediare, fluidul de răcire are o viteza de curgere mai mare decât in canalele extreme. Valorile vitezei de curgere ale fluidului de răcire, înregistrate în canalele intermediare sunt de aproximativ 0,9 m/s iar in cele extreme de aproximativ 0,45 m/s. Prin extragerea neuniformă a căldurii din cavitate pot să apară deformaţii ale piesei la extragerea din matriţă.


34

Fig. 6.5 Evaluarea vitezei de curgere prin canelele de răcireÎn figura 6.6 sunt analizate performanţele canalelor de distribuţie, respectiv

de colectare a fluidului de răcire.

Fig. 6.6 Evaluare distribuţiei fluidului de răcire in canalele de curgereAnaliza curgerii pentru varianta B

Analizând rezultatele simulării numerice a curgerii fluidului de răcire pentru varianta B de răcire (figura 6.7) , se remarcă următoarele caracteristici:


35

Fig. 6.7 Evaluarea vitezei de curgere prin canelele de răcire- distribuţia fluidului de răcire in canalele de curgere se realizează mult mai

echilibrat comparativ cu varianta constructivă A. În acest fel se asigură o extracţie uniformă a căldurii de-a lungul canalelor de răcire.

- plaja de valori a vitezelor de curgere a fluidului de răcire este mult mai vasta decât in cazul variantei constructive A. Acest fapt se datorează divizării frontului de curgere in noua canale de curgere.

Fig. 6.8 Evaluarea numerica a distribuţiei fluidului de răcire6.3 Determinare numerică a dinamicii fluidului de răcire

Prin analiza numerică a dinamicii curgerii, am studiat tipul de curgere al fluidului în sistemul de răcire. Scopul a constat în determinarea gradului de turbulenţa al curgerii fluidului pe întreg circuitul de răcire. Pentru efectuarea analizei numerice am utilizat aplicaţia COMSOL Multiphysics.


36

Fig. 6.10 Interfaţa de introducere a datelor pentru simularea curgerii

Fig. 6.12 Liniile de curgere ale fluidului de răcire

În modelul numeric prezentat în figura 6.12 se poate observa orientarea perpendiculară a liniilor de curgere faţă de direcţia frontului de curgere a fluidului de răcire în canale, ceea ce sugerează o curgere turbulentă.


37

În figura 6.13 se observă ca valoarea minimă a acestuia, este de 5052, ceea ce înseamnă că fluidul prezintă o curgere turbulentă complet dezvoltată. Ecuaţiile matematice ce definesc curgerea turbulentă au fost prezentate în subcapitolul 3.5.9

Fig. 6.13 Valori Reynolds pe întreg circuitul de răcire6.4 Evaluarea eficienţei extracţiei de căldură a sistemelor de răcire

Pe baza rezultatelor obţinute în urma analizării dinamicii fluidului de răcire, am făcut o analiză a eficienţei extracţiei de căldură a sistemelor experimentale de răcire, folosind aplicaţia de simulare numerică Autodesk Moldflow. Pentru o evaluare corectă a rezultatelor, am desfăşurat o analiză comparativă cu două sisteme uzuale de răcire. În continuare sunt prezentate rezultatele comparative ale performanţelor tuturor sistemelor de răcire analizate.

a. b.Fig. 6.14 Analiza eficienţei sistemelor experimentale de răcire

A. Variaţia timpului de răcire În continuare am studiat variaţia timpului de răcire, pentru a determina

diferenţa de timp necesară trecerii în faza solidă a topiturii, în oricare din regiunile piesei injectate, în raport cu timpul mediu de solidificare al topiturii în întreg volumul piesei. Elementele de volum cu valori pozitive pe scala alăturată figurii, se vor solidifica mai târziu decât media, iar cele cu valori negative, se vor solidifica mai


38

devreme. Valoarea medie a timpului de solidificare, este zero pe scală si reprezentata grafic pe suprafaţa piesei, în culoarea verde.

a. b.Fig. 6.17 Variaţia timpului de răcire a topiturii polimerice în întreg volumul piesei: a –

varianta uzuală de răcire, b – varianta experimentală de răcire

B. Variaţia temperaturii Analizând variaţia temperaturii topiturii în întreg volumul cavitaţii matriţei, se

remarcă o diferenţă a temperaturii dintre diferite zone ale piesei. Această variaţie de temperatură este mai mare în cazul sistemului uzual de răcire ale matriţei analizat, decât cea în cazul sistemului experimental de răcire.

a. b.Fig. 6.18 Variaţia temperaturii în întreg volumul piesei


39

C. Estimarea duratei atingerii temperaturii de extracţieDimensionarea sistemului de răcire, alături de strategia poziţionării acestuia

în raport cu geometria cavitaţii matriţei, influenţează în mod direct durata de timp necesară, atingerii temperaturii la care piesa poate fi extrasă din matriţă. În figura 6.19 se prezintă comparativ, estimările numerice ale duratelor de timp necesare atingerii temperaturii de extracţie.

a. b.

c.

Fig.6.19 Durata estimativă de atingere a temperaturii de extracţie a piesei

D. Estimarea contracţiei volumetrice la extracţiePe baza simulărilor de transfer termic efectuate, am efectuat analiză

estimativă a contracţiilor termice ale fiecărei regiuni din reperul injectat. În funcţie de sistemul de răcire utilizat, valoarea contracţiilor este raportată la volumul întregii piese.


40

a. b.

c.Fig. 6.20 Contracţia volumetrica estimativă la extracţie

6.5 Construcţia matriţei experimentale

În scopul validării experimentale a rezultatelor obţinute, prin simulările numerice efectuate ale proceselor de transfer termic, am realizat o matriţa experimentală conform prototipului prezentat în capitolul 5.

Materialul ales pentru confecţionarea acestei matriţe este aliajul aluminiului EN AW 2007. Acest aliaj, nu este unul specific construcţiei de matriţe, având un cost mai redus comparativ cu cele utilizate în mod uzual în construcţia de matriţe.

În tabelul 6.1 sunt prezentate o serie de aliaje ale aluminiului, utilizate în construcţia de matriţe, precum şi două din caracteristicile fizice de bază, duritatea şi conductivitatea termică. De asemenea, în tabel sunt prezentate tipurile de matriţe care se construiesc în funcţie de proprietăţile mecanice ale acestora.


41

Tabel 6.1

MarcaDuritate tipică

[HB]Conductivitate termică

[W/m*K]

Matriţe de productivitate ridicată

Alumold (7050) 180 180

Hokotol (7050) 180 180

7075 150 130

Matriţe uzuale

2024 120 121

6056 115 164

6061 95 166

Duramold (2618 turnată) 81 142-164

M-1 (2618 turnată) 81 142-164

Matriţe pentru prototipuri

Duramold 5 (5083 70 109-140

Max 5 (5083) 60 109-140

Aliajul aluminiului EN AW 2007 [AlCu4PbMgMn] prezintă următoarele caracteristici:

Fig. 6.28 Vedere miez şi cavitate matriţă

În figura 6.28 sunt prezentate părţile funcţionale ale matriţei, în speţă miezul şi cavitatea acesteia. În planul de separaţie al matriţei, aflată în zona centrală a figurii 6.28, se remarcă poziţionarea sub nivelul suprafeţei cele patru şuruburi de fixare a capacului semi-matriţei mobile.


42

6.6 Efectuarea injecţiilor experimentale

Procesul de injecţie l-am desfăşurat pe o maşina de tip Battenfeld UNILOG 4000. Am injectat, pe rând, doua tipuri de polimeri termoplastici: ABS si PP.

Fig. 6.30 Panou de comandă al maşinii de injecţie

Panoul de comanda al maşinii de injectie, prezentat în figura 6.30, oferă posibilitatea programării parametrilor procesului de injectie, precum şi urmărirea evoluţiei acestora, pe întreg parcursul încercărilor pentru determinarea celor optimi. Prin indexarea pas cu pas, a valorilor parametrilor principali ai procesului de injecţie şi efectuarea de încercări, au fost determinaţi parametri optimi de injecţie.

a. b.

Fig. 6.31 Extragerea reperelor injectate a) ABS , b) PP

Operaţia de dozare. Pentru stabilirea dozajului (a cantităţii necesare de material pentru umplerea completa a cavitaţii matriţei), au fost realizate injecţii succesive, însoţite de creşterea graduala a cantităţii de material injectate prin mărirea cursei şnecului.Astfel, prin indexarea cu 10mm a cursei şnecului, pornind de la o cursă iniţială de 20mm, s-a obţinut în cinci etape, la o lungime a cursei de 60mm umplerea


43

completa a cavităţii. În figura 6.32b este prezentat comparativ, gradul de umplere al cavitaţii, raportat la durata injecţiei.

Fig. 6.32 Gradul de umplere al cavitaţii in funcţie de timpul de injecţieÎn figura 6.33 este prezentat profilul curbei presiunii de injecţie, care atinge după trei secunde valoare maximă de 45 [MPa], acesta fiind momentul în care cavitatea matriţei a fost complet umplută.

Fig. 6.33 Profilul presiunii de injecţie

6.7 Rezultate experimentale

A. Analiza macroscopică

Pre

siun

e [M

Pa]

Timp [s]

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

40,00

45,00

50,00

0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 12,00 14,00 16,00


44

Incluziunile de gaze. Prin simularea numerică a procesului injecţie, a fost estimată apariţia defectelor de tip incluziuni de gaze. Pe baza geometriei cavitaţii şi a fronturilor de curgere în timpul injecţiei, au fost localizate, numeric, zonele cu risc mare de apariţie a acestor defecteContracţiile. În figura 6.35 sunt prezentate zonele, estimate numeric, ca având un risc ridicat de apariţie al defectelor de tip contracţii.

Fig. 6.35 Estimarea apariţiei defectelor de tip contracţiiLiniile de sudură sunt zonele unde două fronturi de curgere a topiturii

converg. Unghiul de convergenţă poate să fie mare, de până la 180 de grade, caz în care apare convergenţa frontală, respectiv poate apărea la unghiuri mici, când fronturile curg alăturat şi determină apariţia unei convergenţe marginale. Prezenţa acestor linii de sudură, indică o alterare a proprietăţilor structurale ale piesei, precum şi a calităţilor estetice ale acestora.

Deşi sunt considerate defecte şi se recomandă evitarea pe cât posibil a apariţiei liniilor de sudură, de cele mai multe ori acest lucru este imposibil. Orice piesă care conţine cel puţin o caracteristică geometrică precum găurile sau are mai multe puncte de injecţie va prezenta acest tip de defect.

Se recomandă, în cazul pieselor structurale, proiectarea geometriei de aşa natură, astfel încât zona de convergenţă a fronturilor de curgere să nu se afle într-o zonă a piesei ce va fi solicitată intens mecanic.

În cazul unei ponderi majoritare a factorului estetic se recomandă, proiectarea de aşa natură a piesei, astfel încât aceste defecte să apăra în locuri mai puţin vizibile, prin integrarea de caracteristici geometrice de tipul nervurilor sau al bosajelor, care pot devia frontul de convergenţă al liniilor de curgere în zone convenabile ale reperului injectat.


45

a.

b. c.Fig. 6.36 Liniile de sudură

Datorita prezenţei în geometria reperului injectat, a unor decupaje, fapt de a determinat divizarea fronturilor de curgere, iar ulterior convergenţa acestora, a determinat apariţia liniilor de sudură. Având o geometrie simetrică după planul Y0Z, este uşor de estimat locul geometric de convergenţă a fronturilor de curgere. În figura 6.36a se disting curbele ce definesc geometria liniilor de sudură, care sunt poziţionate relativ la mijlocul zonelor plane din zona superioară a reperului. În conformitate cu rezultatul simulării numerice, în figura 6.36b şi c, se disting liniile de sudură, în cazul ambelor tipuri de polimeri injectaţi. În cazul piesei produse din ABS (figura 6.36b), datorită vâscozităţii mai ridicate a acestei răşini, zona de sudură este mai puternic conturată.B. Evaluarea abaterilor dimensionale ale epruvetelor

Analizând valoare maximă procentuală a contracţiei pentru fiecare răşină, care determinată experimental este de până la 2,5%, iar estimată numeric de până la 9% la atingerea fazei solide în întreg volumul piesei (figura 6.38), se observă că rezultatele experimentale depăşesc estimările analizelor numerice în sens pozitiv.


46

Fig. 6.38 Estimare numerică a valorilor contracţiilor în punctele de control

Cap.7 CONCLUZII FINALE, CONTRIBUŢII ORIGINALE, VALORIFICAREA REZULTATELOR

Concluzii generalePrezentul studiu are ca rol determinarea stadiului actual al utilizarii

materialelor plastice la construcţia autoturismelor. Accelerarea dezvoltării tehnice pe parcursul anilor 1990, a înregistrat progrese considerabile în îmbunătăţireaperformanţele şi proprietăţile materialelor plastice, care au condus la mărirea sferei de aplicabilitate. Spre exemplu, a crescut numărul de componente din mase plastice utilizate în compartimentul motor, unde condiţiile de exploatare sunt mult mai solicitante decât a celor din habitaclul autovehiculului.

Principalele motive pentru care masele plastice au pătruns în industria auto sunt, greutatea redusă precum şi libertatea stilistică oferită designerului. Prin înlocuirea multor componente metalice ale, pornind de la sistemele aeratoare până la panouri şi a alte repere, cu piese din materiale plastice, care au o greutate mult redusă, a permis creşterea performanţelor autovehiculelor. Ulterior, în timpul crizelor petrolului, când preţul carburantului a urcat, avantajul unui vehicul mai uşor care consumă mai puţin combustibil a crescut considerabil. Consumul redus de combustibil înseamnă şi un grad redus de poluare, care, în oraşele supraaglomerate, cu trafic intens, este mai mult decât o necesitate.

Pe lângă aspectele tehnice, un autovehicul trebuie sa aibă stil. Acesta se realizează prin formă, culoare şi personalitate, utilizând materiale plastice care prezintă gama larga de proprietăţi mecanice, fizice şi optice, precum aşa numita „atingere de catifea”. Materialele plastice au deschis practic nenumărate posibilităţi de obţinere a produsului dorit.


47

Datorita creşterii complexităţii tehnice a componentelor şi a sistemelor, precum şi datorita nivelului ridicat de resurse financiare necesare efectuării de către companii de activităţi de cercetare şi dezvoltare, a apărut necesitatea raţionalizării în industria componentelor auto. Rezultă că cele mai de succes companii furnizoare de componente auto, sunt acelea care dispun de resursele financiare necesare, tehnice şi manageriale prin care pot să îşi asume o poziţie de conducere într-un grup de produse şi apoi pe pieţele necesare, pentru a disipa costurile prin asigurarea unui randament maxim de producţie si desfacere.

La baza realizării de repere din materiale plastice se află procese complexe de formare termică precum: presarea, turnarea, termoformarea, injecţia şi altele.Avantajele formării prin injecţie constau în posibilitatea obţinerii unor obiecte cu forme complexe, de mărimi diferite, dintr-o gamă largă de materiale polimerice.Calitatea superioară a produselor injectate este determinată în special de doi factori: contracţia polimerului şi de tensiunile interne al produsului injectat.

Regimul de temperatură al matriţei este deosebit de important, deoarece,temperatura medie a matriţei determină viteza de răcire a topiturii, iar temperatura matriţei stabileşte durata ciclului de injecţie. O temperatură mai scăzută măreşte productivitatea maşinii, dar sub o anumită valoare, calitatea pieselor devine necorespunzătoare. Prin menţinerea constantă a parametrilor de temperatură ai matriţei asigură o uniformizare a calităţii produselor injectate. Parametri procesului de injecţie sunt specifici fiecărui tip de polimer injectat iar stabilirea regimului temperaturii în cilindru şi în matriţă depinde esenţial de natura polimerului, de vâscozitatea impusă topiturii în sistem şi de temperatura minimă la care piesa injectată se scoate din matriţă. Urmărind transferul de căldură, atât cu ajutorul aparatelor de măsură şi control cât şi prin modelarea matematică, se pot determina factorii cei mai importanţi într-un proces de injecţie şi impactul lor asupra calităţii produsului finit. Analiza transferului termic convectiv se realizează prin utilizarea unor modele matematice sau pe baza unor teorii statistice, folosind ecuaţiicriteriale.

Procesul complex prin care sunt proiectate pieselor din materiale plastice este fundamentat pe o gamă largă de cerinţe precum: funcţia piesei, cerinţele de material, condiţii de exploatare, solicitările mecanice şi termice, expunerea la diverşi agenţi chimici, proprietăţile electrice, stabilitatea la acţiunea radiaţiilor ultraviolete, aspectul estetic, ciclul de viaţă estimat, toleranţele dimensionale, condiţiile de procesare,volumul de producţie precum şi costurile de producere ale piesei şi a matriţei de injecţie. Caracteristicile geometrice au o influenţă majoră asupra deformaţiilor postprocesare, deoarece prin forma lor împiedică o răcire uniformă şi eficientă, provocând răcirea diferenţiată între două sau mai multe părţi ale piesei. Soluţia optimă constructivă pentru unor performanţe optime ale reperelor injectate, este de integrare a unor caracteristici geometrice precum: nervuri, gusee, bosaje etc., care îmbunătăţesc considerabil caracteristicile mecanice, fără o creştere substanţială a costurilor de materiale, de producţie sau a greutăţii reperului final. Acest mod de proiectare se numeşte „Design inteligent”.

Uniformitatea distribuţiei temperaturii în procesul de injecţie al maselor plastice are un impact major asupra productivităţii procesului şi asupra calităţii reperelor injectate.


48

Răcirea neuniformă a piesei conduce la apariţia de contracţii şi deformări ale pieselor injectate. Pentru o reducere a duratei unui ciclu de injecţie, este necesar un sistem eficient de răcire. Pentru a menţine dimensional toate reperele dintr-o serie în parametrii toleraţi, este necesar un proces de răcire identic la fiecare ciclu de injecţie.

Conceptul experimental de răcire al matriţelor de injecţie, prezentat în această lucrare, constă în divizarea semi-matriţei mobile în două plăci, în care una conţine cavitatea matriţei şi canalele sistemului de răcire iar cealaltă are rol de capac.Optimizarea eficienţei extracţiei de căldură din matriţă depinde în mod direct de dinamica curgerii fluidului de răcire. În cazul în care fluidul de răcire prezintă o curgere laminară, eficienţa extracţiei de căldură va fi redusă, dar în cazul curgerii turbulente, eficienţa răcirii are valori optime. Pentru ca un sistem de răcire sa fie eficient, trebuie ca diferenţa între temperatura de intrare a lichidului de răcire în circuitul de răcire al matriţei şi temperatura acestuia la ieşire să fie mai mică de 2°C.

Validarea experimentală a rezultatelor obţinute, pe baza simulărilor de transfer termic, de analiză estimativă a contracţiilor termice ale fiecărei regiuni din reperul injectat ca urmare a variaţilor de temperatură şi implicit a timpilor de răcire pentru fiecare zonă efectuate am constat eficienţa superioară, a sistemului experimental de răcire. Observaţia macroscopică, a reperelor obţinute prin injecţie, a relevat lipsa defectelor de tip incluziuni de gaze sau arsuri la 90% din piesele viabile obţinute din polipropilenă şi la 100% la cele din ABS. Analizând valoareamaximă procentuală a contracţiei pentru fiecare răşină am remarcat că rezultatele experimentale au depăşit estimările analizelor numerice în sensul obţinerii unor deformaţii datorate contracţiilor la răcire mult inferioare celor calculate numeric prezentând o calitate optimă.

Contribuţiile originale In concordanţă cu obiectivele propuse, în urma finalizării cercetărilor au fost

prezentate o serie de soluţii originale în domeniul abordat. Dintre cele mai semnificative contribuţii originale ale autorului se prezintă următoarele:- am definit un set de cerinţe, care fundamentează proiectarea riguroasă a

pieselor din materiale plastice; - am studiat şi elaborat un set de reguli, pentru optimizarea proiectării pieselor

din materiale plastice produse prin injecţie;- am exemplificat conceptul de „proiectare inteligentă a materialelor plastice” prin

utilizarea de caracteristici geometrice, pentru îmbunătăţirea performanţelor pieselor, ca alternative la utilizarea unor materiale mai performante dar şi mai scumpe. De asemenea, prin utilizarea de caracteristici geometrice precum nervurile, guseele sau pliurile, se poate evita mărirea secţiunii pereţilor pieselor, reuşind astfel obţinerea de performanţe similare, dar cu un consum mai redus de material, costuri mai mici şi o greutate mai mică a reperelor. Astfel, se îmbunătăţeşte considerabil calitatea pieselor, evitând apariţia defectelor datorate contracţiei termice, pe fondul secţiunilor groase, sau a divizării frontului de curgere a topiturii polimerice;


49

- am proiectat asistat de calculator un reper pentru injectare în matriţa experimentală;

- am prezentat câteva din instrumentele aplicaţiei CAD de verificare a corectitudinii modelul virtual creat, precum analiza unghiului de extragere a reperului din matriţă, determinarea planului de separaţie şi de evaluare a variaţiei grosimii peretelui piesei;

- am conceput o matriţă experimentală cu un design original de formă cilindrică care se auto-centrează, permiţând astfel construcţia şi operarea matriţei, fără a fi necesară integrarea de coloane de ghidaj ;

- am creat un model CAD, cu aplicaţia CATIA V5, pentru producerea prototipului matriţei experimentale. Acest model a stat la baza prelucrării mecanice prin aşchiere cu o freză cu comandă numerică a matriţei experimentale;

- am conceput un sistem unic de control al temperaturii matriţelor de injecţie a materialelor plastice care aduce o serie de avantaje precum: uniformizează extracţia de căldură din matriţă, reduce complexitatea constructivă a sistemelor de răcire pentru aplicaţii cu geometrii complexe, permite realizarea canalelor de răcire cu scule de frezare uzuale, evitând astfel folosirea de burghie speciale care sunt scumpe şi au o durată scurtă de utilizare, precum şi de eficientizare a transferului termic prin păstrarea constantă a grosimii peretelui matriţei între cavitare şi canalele de răcire;

- am efectuate analize numerice, de curgere a fluidului pentru diferite variante constructive ale sistemului de răcire inovativ. În acest scop am utilizat aplicaţiaANSYS;

- am efectuat analize numerice ale dinamicii fluidului, analizând gradul de turbulenţă al curgerii fluidului pe întreg circuitul de răcire al matriţei;

- am efectuate o gama largă de simulări numerice pentru optimizarea procesului de injecţie utilizând aplicaţii precum Autodesk Moldflow şi Visi Vero;

- am efectuat analiza deformaţiilor corpului matriţei la solicitările termice ca urmare a transferului termic dintre topitura injectată şi pereţii metalici ai matriţei.

- am studiat efectul compresiei hidraulice la închiderea matriţei în timpul procesului de injecţie asupra stabilităţii dimensionale a acesteia.

- am efectuat analiza efectului conjugat al solicitărilor termice şi mecanice asupra stabilităţii geometrice a matriţei. Pentru fizice conjugate am utilizataplicaţia COMSOL MULTYPHISYCS;

- am construit o matriţa prototip, pentru validarea experimentală a rezultatelor simularilor numerice;

- am produs epruvete prin injecţia a două răşini polimerice termoplastice, polipropilena şi ABS, larg utilizate în construcţia de componente pentru autovehicule.

- am efectuat analize macroscopice ale epruvetelor, evidenţiind liniile de curgere ale topiturii precum şi proprietăţile fizice ale acestora.

Valorificarea rezultatelor şi direcţii de cercetare viitoareLa baza prezentei cercetări, a stat un stagiu practic de doi ani efectuat de

autor în Germania, la o firma de proiectare a componentelor din mase plastice


50

pentru industria auto, în special pentru concernul Mercedes-Benz. Plecând de la observaţiile realizate, ca urmare a activităţii practice desfăşurate, a apărutoportunitatea efectuării prezentului studiu. Scopul iniţial al studiului a fost de prevenire a apariţiei defectelor pieselor produse prin injecţie, ce devin vizibile în faza de prototipare sau de serie „0“ datorită unor erori de proiectare. Astfel prin efectuarea unei proiectări judicioase se reduc costurile de reparaţie sau modificare ale matriţelor de injecţie, respectiv se pot evita amânările succesive ale termenelor de livrare. Ulterior, scopul iniţial de a aduce îmbunătăţiri pornind de la faza de proiectare a fost dezvoltat până la faza de producţie, prin elaborarea sistemuluiinovativ de răcire prezentat în lucrare.

Pe baza rezultatelor cercetărilor efectuate, autorul a elaborat, susţinut şi publicat un număr de 23 de lucrări ştiinţifice ( 3 în curs de publicare), dintre care 12 ca prim autor. Trei dintre lucrări sunt cotate ISI.

Rezultatele obţinute, datorită caracterului practic al cercetării, au un potenţial economic ridicat şi oferă posibilitatea efectuării de noi studii, pentru o şi mai bună optimizare, prin creşterea randamentului sistemului de răcire, precum şi a calităţii acestuia.

Bibliografie selectivă4. *** Http://Www.Chemie-Am-

Auto.De/Kunststoffe/Kunststoffe.Pdf7. *** Http://Www.Dow.Com/ Designing With Termoplastics8. *** Http://Www.Draexlmaier.De, Neue Dimensionen Für

Rohstoffe Im KFZ-Interieur,200437. Brydson J.A. Plastics Materials - Seventh Edition, ISBN 0-7506-4132-

0199938. Cheremisinoff N.P. Hanbook Of Engineering Polymeric Materials,ISBN 0-8247-

9799-X199739. Chevalier Y.,

Rete L.Mecanique Des Materiaux - Supports Visueles Du Cours1995

40. Crawford R.J. Plastics Engineering, Third Edition ISBN 0-7506-3764-12004

42. Dima A., Minea A

Reducing Oxide Layer On Alcu25mg Treated Parts Through Improving Heat Transfer REVISTA METALURGIA INTERNATIONAL Vol. XIII(10): Pag. 5-8 ISSN 1582-22142008 Cotată ISI

44. Dima D.E., S.A. Design And Optimization Of Conformal Cooling Channels In Injection Moulding Tools Journal Of Materials Processing Technology 164-165 Pag 1294-1300, 2005

47. Dumitrescu C., Saban R.

Physical Metallurgy Heat Treatments, Editura Fair Partners Ltd.Bucuresti,2005

50. Feldman D. Tehnologii De Prelucrare A Polimerilor. Prelucrarea Materialelor Plastice, Institutul Politehnic Iasi – 1977,

52. Floricel D.I. Defecte Ale Îmbinărilor Materialelor Plastice, Revista RECENT 06/2006 ISSN 1582-0264, 2006

53. Floricel D.I., Serban C.E., Stanciu G.

„Analytical Study Of Geometric Stability Of Plastics Injection Moulds On Coupled Stress-Strain With Thermal-Expansion Loads” Revista Metalurgia International 2010 – ISSN 1582-2214 - Special Issue No.9 → În Curs De Publicare;

54. Floricel D.I., Trif I.N.

Flexible Cell For Reservoirs Welding BRAMAT 2005 ISBN 937-635-454-7


51

55. Floricel D.I., Trif I.N., Serban C.E.

Modern Technologies Of Joining Plastic Material Pipes International Conference “Technology And Quality For Sustained Development 2006 – ISBN:973-720-03507 -May 25-27 Bucuresti

56. Floricel D.I., Trif I.N.

“Cercetari Privind Influenta Vibratiilor Mecanice Ale Bratului Robotic Asupra Calitatii Cordonului De Sudura.Atenuarea Acestora.” 20-22 Septembrie 2006 Brasov - Conferinþa ASR "Managementul Calitatii In Domeniul Sudarii In Contextul Aderarii României La Uniunea Europeana"

57. Floricel D.I., Trif I.N., Serban C.E.

“Evolutia Echipamentelor De Sudare Cap La Cap A Tevilor Din Materiale Plastice.” 20-22 Septembrie 2006 Brasov -Conferinþa ASR "Managementul Calitatii In Domeniul Sudarii In Contextul Aderarii României La Uniunea Europeana"

58. Floricel D.I.,Trif I.N.

„Dispozitiv Mobil Cu Rezonanta Magnetica Nucleara Pentru Defectroscopiea Imbinarilor Conductelor De Polietilena”Lucrarile Conferintei Internationale A ASR SUDURA 2007 26-28 Sept. Timisoara ISSN 1843-4738. Pag. 233-242

59. Floricel D.I., Serban C.E., Dozescu S.

„Thermoplastic Piping Systems For Biotech Water Applications BRAMAT 2007” International Conference On Material Science And Engineering February 22-24 Brasov Romania. 3.33 Pag. 248,2007

60. Floricel D.I., Galea A.,Feraru L.,Uncu I., Trif I.N.

Adaptive Trajectory Optimizing Of Welding Robots For Molds Reconditioning RAEEE Recent Advances In Electrical And Electronics Engineering – Hamirpur India Dec ISBN 978-93-80043-62-3 Pag 541,2009

61. Floricel D.I., Serban C.E.,

„Innovative Cooling Design For Plastic Injection Molds Concept Sistem De Racire Inovativ Pentru Matritele De Injectie Mase Plastice” Revista De Materiale Plastice Nr.3 Septembrie 2010 ISSN 0025/5289 → În Curs De Publicare;

62. Floricel D.I., Trif I.N., Gaftoneanu V.

„Joining Fiber Optics -I- Manufacturing Technology BRAMAT 2007” International Conference On Material Science And Engineering February 22-24 2007 Brasov Romania. 3.32 Pag. 247

63. Floricel D.I., Trif I.N., Gaftoneanu V.

„Joining Fiber Optics -Ii- Manufacturing Technology BRAMAT 2007” International Conference On Material Science And Engineering February 22-24 Brasov Romania. 3.33 Pag. 248, 2007

64. Fulchiron R.,S.A. Analysis Of Pressure Effect On The Crystallization Kinetics Of Polypropylene: Dilatometric Measurements And Thermal Gradient Modelling J. Macromol. Sciphys. Vol. (3-4) Pag 297-314 , 2001

65. Galea A., Feraru L., Floricel D.I., Trif I.N.

Reconditioning Of Surfaces Subjected To Intense Wear Of Pallets From The Rotors Of Coal Grinding Mills Used In Thermoelectric Industry Through Laser-Hybrid Process International Conference For Engineering Design Sofia ISSN 1313-7530 Pag 68, Nov 2009

66. Galea A., Floricel D.I., Trif T., Tanco C., Trif I.N.

Using Artificial Intelligence To Control The Welding Processes RAEEE Recent Advances In Electrical And Electronics Engineering – Hamirpur India ISBN 978-93-80043-62-3 Pag 198, Dec 2009

67. Geana L., Trif I.N., Floricel D.I.

The Welding Process Automatisation Of The Medium Reservoirs BRAMAT 2005 ISBN 937-635-454-7

71. Iclanzan T. Plasturgie. Tehnologia Prelucrarii Materialelor Plastice,2003


52

72. Ionesc, Muscel, S.A.

Proiectarea Matritelor Pentru Produse Injectate Din Materiale Plastice Editura Tehnica–Bucuresti 1987

73. Iordache F.,S.A Modelarea Si Simularea Proceselor Dinamice De Transfer Termic ISBN:973-685-427-2

76. Joni N., Trif I.N.

Sudarea Robotizata Cu Arc Electric- Editura Lux Libris Brasov (ISBN- 973-9458-48-X) Editia II Revizuita2005

79. Karian H.G. Handbook Of Polypropylene And Polypropylene Composites,ISBN: 0-8247-1949-21999

80. Kazmer D. Injection Mold Design Engineering, ISBN-10: 15699041702007

81. Lewis R.W.,S.A. Fundamentals Of The Finite Element Method For Heat And Fluid Flow ISBN 0-470-84788-32004

83. Lucian M. Mecanica Fluidelor - Curs Online Universitatea Politehnica Bucuresti, Http://Www.Hydrop.Pub.Ro/Mandreadoc.Htm

84. Lungu M.,S.A. Utilaje Pentru Prelucrarea Polimerilor Institutul Politehnic Iasi – 1980

87. Malloy R. Plastic Part Design For Injection Molding,ISBN: 1-56990-129-51994

90. Mihail R. Prelucrarea Materialelor Plastice, Editura Tehnica –Bucuresti 1963

91. Mihalcu M. Materiale Plastice Armate, Editura Tehnica 198692. Minea A.,

Dima A.Transfer De Masa Si Energie - 294 Pag. Ed.Tehnica Stiintifica Si Didactica Cermi Iasi ISBN 973-667-115-12005

93. Minea A., Dima A.

Experimental Studies On Structure Profile Of Cast Alluminum Alloys Analele Univ. Dunarea De Jos Galati Anul 12 Nr.1 Pp. 66-70 ISBN 1453-083X2005 Indexata In CSA.

94. Misca Materiale Polimerice,2002

101. Popescu R.M. Tehnologia Materialelor Editura Lux Libris Brasov2001 ISBN 973-9428-23-1

102. Popescu R.M.,Popescu D.M.

Stiinta Si Tehnologia Procesarii Si Prelucrarii Materialelor Editura Lux Libris Brasov ISBN 978-973-9458-84-92009

104. Rees H. Mold Engineering, Second Edition ISBN: 97815699032231995

106. Rosato D.V.,S.A. Injection Moulding Handbook-Third Edition2003110. Rusu M.,S.A. Tehnologii De Prelucrare A Polimerilor Vol.I Iasi1995111. Saban R. Studiul Si Ingineria Materialelor Editura Didactica Si

Pedagogica Bucuresti1995112. Saifullah A.B.M.,

S.A.Optimum Cooling Channels Design And Thermal Analysis Of An Injection Moulded Plastic Part Mould Materials Science Forum Vols. 561-565 Pag 1999-20022007

116. Seltea C. Materiale Plastice In Constructia De Masini, Editura Tehnica – Bucuresti 1966

117. Serban E.C. Stiinta Materialelor Metalice Editura Lux Libris Brasov2003 ISBN 973-9428-63-0

119. Seres I. Matrite De Injectat In Exemple, Ed. De Vest – Oradea120. Stanciu G.,

Serban C.E., Marmadiu A., Floricel D.I.

„Research On The Influence Of Factors On The Plastic Deformation” Revista Metalurgia International 2010 – ISSN 1582-2214 – Special Issue No.9 → În Curs De Publicare;

121. Stefanescu D., S.A. Transfer De Caldura Si Masa - Teorie Si Aplicatii,1983122. Technik J. Injection Mold Cooling Configuration, ACTA TECHNICA

CORVINIENSIS


53

123. Tierean M.H., Eftimie L., Baltes L.

Materials Science Editura Universitatii “Transilvania” Brasov2006 ISBN 973-635-684-1

124. Trif I.N., Floricel D.I.

Manufacturing Technology Through Robotized Welding Of Oil Reservoirs International Conference “Sudarea In Romania In Pragul Aderarii La Uniunea Europeana“ (2004 –ISBN 973-8359-33-3) - 28 – 30 Septembrie 2005.

125. Trif I.N., Joni N., Floricel D.I.

Procedee De Sudare Cu Arc Electric Robotizabile Sesiunea – Creativitate Inventica Robotica EdX- 14 Iunie 2005 Brasov


Design Criterions In Complex Robotized Technology International Conference - Technology And Quality For Sustained Development 2006 – ISBN:973-720-03507 -May 25-27 Bucuresti


Design And Manufacturing Assisted By Computer Of Robotized Welded Reservoirs THE 5TH INTERNATIONAL SCIENTIFIC CONFERENCE ON NAVAL TECHNOLOGIES TEHNONAV 2006 ISSN - 1223-7221 © 2006 Ovidius University Press


COMPLEX ROBOTIZED WELDING TEHNOLOGY Proceedings Of The IIW International Conference WELDING &MATERIALS TECHNICAL ECONOMIC AND ECOLOGICAL ASPECTS 01-08 July 2007 Dubrovink Croatia ISBN 978-953-7518-00-4. Pag. 719-724

129. Trif I.N.,Floricel D.I., Galea A., Trif T.

„Sudarea Robotizata A Platformelor De Ridicat” Buletinul AGIR No. 1 2010 ISSN 1224-7928

130. Trif I.N., Floricel D.I., Cosma C.

„A New Generation Of Arc-Welding Robots BRAMAT 2007”International Conference On Material Science And Engineering February 22-24 2007 Brasov 03/06 Pag. 221

133. Xu X.,S.A. The Design Of Conformal Cooling Channels In Injection Moulding Toolingpolymer Engineering And Science41 Pag 1269-12722001


54

Rezumat

Materialele plastice sunt parte integrantă a vieţii cotidiene. Ele se regăsesc într-o mare varietate de obiecte ce ne înconjoară fără a conştientiza adeseori acest lucru. Întâlnim materiale plastice, sub diferite forme, simple sau compozite în multe obiecte precum: pixuri, vesela de camping, computerele, componente auto sau aerospaţiale. Ele ne aduc confort, caracter practic, dau libertate creativităţii de formă şi culoare a obiectelor, în anumite situaţii sporesc siguranţa, ca exemplu centurile de siguranţa auto sau bara de protecţie a autovehiculelor sau care reduc nivelul de poluare al mediului, prin reducerea greutăţii şi implicit al consumului autovehiculelor.

O vedere de ansamblu asupra utilizării globale actuale a materialelor plastice şi a compozitelor din plastic în industria constructoare de autovehicule,precum şi schimbările care sunt prognozate să apară în viitorul apropiat, permit înţelegerea ponderii şi a valorii utilizării acestor materiale inovative în progresul major înregistrat de această ramură a industriei. O dată cu creşterea cererii de piese din mase plastice, alături de mărirea spectrului de utilizare, fiecare aspect legat de calitate, productivitate şi reducerea costurilor a devenit imperativ.

Numitorul comun al calităţii, productivităţii şi eficienta costurilor în producerea de mase plastice este procesul răcire. Prin proiectarea judicioasa a sistemelor de răcire al matriţelor, se poate îmbunătăţi calitatea pieselor precum şi reducerea duratei ciclurilor de producţie. Împreună conduc la reducerea necesarului energetic şi implicit la reducerea costurilor globale de producţie

Abstract

Plastics parts are part of everyday life. They are found in a wide variety of objects that surround us without even be aware of this often. We meet plastics in various forms, simple or composite in many objects such as pens, camping tools, computers, auto parts and even in airplanes. They bring us comfort, practicality, creativity , they give freedom of color and shape of objects, in some cases they increase safety, such as automobile safety belts or car bumper, or reduce environmental pollution by reducing the total weight and hence consumption of motor vehicles.

An overview of current global use of plastics and plastic composites in the automotive industry, and changes which are expected to occur in the near future, allow to fully understand the proportion and value of innovative use of materialsand of the significant progress this branch of industry has made. With increasing demand for plastic parts, along with broadening of their use, every aspect of quality, productivity and reducing costs has become imperative.

The link between quality, productivity and cost efficiency in producing plastic is the cooling process. Intelligent design of the plastic parts and the cooling system of the mould enables higher quality products alongside reducing the injection cycle duration. Together, they lead to reduced energy needs and thereby reduced overall production costs


55

FLORICEL Dan Iulian

DATE PERSONALE :

Numele: FloricelPrenumele: Dan IulianData nasterii: 22.01.1978Cetăţenie: RomânăContact: [email protected]

DATE DE CONTACT:

Adresa: str. Pavilioanelor CFR, nr.1, bl.10, etj. 2, ap. 8, Braşov, jud. BraşovTelefon: 004 0722 462 357

STUDII:

2005–2010 – Universitatea Transilvania din Braşov, Ştiinţa şi Ingineria Materialelor. Tema tezei de doctorat: “Cercetări privind îmbunătăţirea calităţii şi performanţelor unor repere din materiale plastice avansate cu aplicaţii în construcţia de autovehicule”, conducător ştiinţific Prof. Univ. Dr. Ing. Cornel Eugen ŞERBAN.2005–2007 - Universitatea Transilvania din Braşov, Ştiinţa şi Ingineria Materialelor. Diplomă de Master, Ingineria sudării în limba engleză.1999-2004 - Universitatea Transilvania din Braşov, Ştiinţa şi Ingineria Materialelor. Diplomă de Inginer, proiectul cu tema „Sudara robotizata a revervoarelor de dimensiuni medii” fiind elaborat printr-o bursa de mobilitate Erasmus/Socrates la Ecole Nationale Superieure d’Arts et Métiers, Franţa.

EXPERIENŢĂ PROFESIONALĂ

2005-2007/2009-2010 Doctorand cu frecventă, Universitatea Transilvania din Braşov, fac. Ştiinţa şi Ingineria Materialelor, cat. Ingineria Materialelor şi Sudării.2007-2009 CAD Konstruktion Medeck, Stuttgart, Germania, inginer proiectant componente auto din materiale plastice pentru Mercedes-Benz.

ACTIVITATE ŞTIINŢIFICĂ

23 lucrări ştiinţifice publicate, 12 ca prin autor, 3 cotate ISI în curs de publicare.

COMPETENŢE

Limbi străine (scris/vorbit/citit):Engleza (avansat/avansat/avansat)Franceza(mediu/mediu/avansat)Germană(mediu/mediu/avansat)Cunoştiinţe IT solide: sisteme de operare, reţele de calculatoare, programare,Aplicaţii CAD (CATIA, SOLIDWORKS, IDEAS, ProE, Inventor), simulari numerice (COMSOL; ANSYS; MOLDFLOW, VISI VERO ) etc.


56

FLORICEL Dan Iulian

PERSONAL INFORMATIONS :

Surname: FloricelFirst name: Dan IulianBirthdate: 22.01.1978Nationality: RomanianContact: [email protected]

ADDRESS:

Adresa: str. Pavilioanelor CFR, nr.1, bl.10, etj. 2, ap. 8, Braşov, jud. BraşovTelefon: 004 0722 462 357

STUDIES:

2005–2010 – Transilvania Univeristy of Braşov, Faculty of Material Science and Engineering.The theme of PhD thesis : “Research on improving the quality and performance of advanced plastic parts with applications in automotive engineering”, scientific supervisor Prof. Univ. Dr. Ing. Cornel Eugen ŞERBAN.2005–2007 - Transilvania Univeristy of Braşov, Faculty of Material Science and Engineering. Master Diploma, Welding engineering in english.1999-2004 - Transilvania Univeristy of Braşov, Faculty of Material Science and Engineering. Dipl. engineer, the theme of the project „Robotized welding of medium size reservoirs” , which was developped during a Erasmus/So scholarship at Ecole Nationale Superieure d’Arts et Métiers, France.

WORK EXPERIENCE

2005-2007/2009-2010 Assistant proffesor, Transilvania University of Braşov, faculty of Material Science and Engineering, department of Materials and Welding Engineering.2007-2009 CAD Konstruktion Medeck, Stuttgart, Germania, plastic parts design engineer, mostly for Mercedes-Benz projects.

SCIENTIFIC ACTIVITY

23 lucrări ştiinţifice, 12 ca prin autor, 3 cotate ISI în curs de publicare.

COMPETENŢE

Foreign languages (written/spoken/reading):Engleza (advanced/advanced/advanced)French (medium/medium/advanced)German (medium/medium/advanced)Solid IT knowledge: operating systems, computer networks, programming,CAD applications (CATIA, SOLIDWORKS, IDEAS, ProE, Inventor), numerical simulations (COMSOL; ANSYS; MOLDFLOW, VISI VERO ).

Defecte injectare mase plastice

Documents

Transcript of Defecte injectare mase plastice