POLITECHNIKA WARSZAWSKA

PRZETWÓRSTWO TWORZYW

SZTUCZNYCH

PROJEKT

TYTUŁ:

FORMA WTRYSKOWA

DO PRODUKCJI NOŻY

JEDNORAZOWYCH

Prowadzący: dr inż. Adrian Lewandowski

Projekt wykonała: Małgorzata Szydło

Grupa: ID-IP-51

1. CEL PROJEKTU

Celem pracy było wykonanie projektu formy wtryskowej służącej do wyrobu noży

jednorazowych. Projekt uwzględnia wszystkie niezbędne czynniki, takie jak zadana wielkość
produkcji czy termin realizacji zamówienie. Obejmuje także dobór wtryskarki, z którą forma
będzie współpracować.

2. DANE WYJŚCIOWE

Parametr

Oznaczenie

Wartość

Objętość wypraski

V

5,04 cm

3

Ciężar właściwy tworzywa

ρ

1,05

𝑔

𝑐𝑚

3

Masa wypraski

g

4,8 g

Rzut wypraski na powierzchnię podziału formy

A

2320 mm

2

Największa grubość ścianki wypraski

s

1,5 mm

Rodzaj tworzywa

PS

Polistyren

3. CHARAKTERYSTYKA WTRYSKIWANEGO TWORZYWA

POLISTYREN - (-[CH2CH(C6H5)]n-) − polimer z grupy poliolefin otrzymywany jest

w procesie polimeryzacji styrenu, pochodzącego zwykle z procesu katalitycznego

odwodornienia etylobenzenu bądź z procesu Halcon-Oxirane lub z rafinacji ropy naftowej.

Czysty polistyren jest bezbarwnym, twardym, kruchym termoplastem o bardzo

ograniczonej elastyczności. Jako tworzywo sztuczne, polistyren może być bezbarwny, słabo
przezroczysty, lub może być barwiony na dowolne, żywe kolory. Jego zaletą w stosunku do
polietylenu i polipropylenu jest niższa temperatura mięknięcia i mniejsza lepkość stopu,
dzięki

czemu

łatwiej

jest

z

niego

otrzymywać

w

procesie formowania

wtryskowego niewielkie przedmioty o złożonych kształtach.

Polistyren jako tworzywo lite jest stosowane do produkcji sztucznej biżuterii, szczoteczek

do zębów, pudełek do płyt CD, elementów zabawek. Posiada jednak znacznie mniejszą
odporność chemiczną od polietylenu i dlatego nie stosuje się go raczej do produkcji
opakowań produktów żywnościowych zawierających tłuszcze. Najbardziej masowym
zastosowaniem polistyrenu jest produkcja jego formy spienionej, nazywanej styropianem.

4. ZAŁOŻENIA PRODUKCYJNE

Zadana wielkość produkcji:

Z = 7 000 000 sztuk

Termin realizacji zamówienia:

6 miesięcy

5. CZAS CHŁODZENIA (t

ch

)

5.1.

Obliczamy wstępnie czas chłodzenia z uproszczonego wzoru

t

ch

= k*s

2

gdzie dla Polistyrenu k =2,8
s=1,5mm

2

, czyli

t

ch

= 2,8*1,5

2

= 6,3 [s]

5.2.

Obliczamy czas chłodzenia z poniższego wzoru

𝒕

𝒄𝒉

=

𝒔

𝟐

𝝅

𝟐

𝒂

𝐥𝐧⁡(

𝟖

𝝅

𝟐

∗

𝑻

𝒘

− 𝑻

𝒇

𝑻

𝒖

− 𝑻

𝒇

)

Wartości temperatur zostały dobrane na podstawie tablicy 2.1. z pozycji „Wybrane

zagadnienia przetwórstwa tworzyw sztucznych” pod redakcją Krzysztofa Wilczyńskiego
(strona 103). Poniższa tabela prezentuje wartości niezbędnych parametrów do obliczenia
czasu chłodzenia dla Polistyrenu.

Oznacz

enie

Parametr

Wartość

T

u

Temperatura usuwania wypraski

max.80ᵒC

T

f

Temperatura formy

10ᵒ - 60ᵒC

T

w

Temperatura wtrysku

190ᵒ - 280ᵒC

a

Przewodność cieplna

0,086

𝑚𝑚

2

𝑠

𝒕

𝒄𝒉

=

(𝟏, 𝟓)

𝟐

𝝅

𝟐

∗ 𝟎, 𝟎𝟖𝟔

𝐥 𝐧 (

𝟖

𝝅

𝟐

∗

𝟐𝟎𝟎ᵒ𝑪 − 𝟓𝟎ᵒ𝑪

𝟖𝟎ᵒ𝑪 − 𝟓𝟎ᵒ𝑪

) = 𝟑, 𝟕𝟏⁡[𝒔]

Do dalszych obliczeń wykorzystujemy czas chłodzenia obliczony z drugiego wzoru.

6. CZAS CYKLU WTRYSKU (t

c

)

Czas cyklu obliczany jest ze wzoru:

𝒕

𝒄

=

𝒕

𝒄𝒉

𝟎, 𝟕

=

𝟑, 𝟕𝟏

𝟎, 𝟕

= 𝟓, 𝟑⁡[𝒔]

7. DYSPONOWANY CZAS PRACY (t

p

)

Ze względu na koszty związane z wdrażaniem nowych projektów i wykonania form oraz

konieczność amortyzacji maszyn został zastosowany system pracy trzyzmianowej bez przerw
ze współczynnikiem wykorzystania wynoszącym 0,9.

t

p

= 0,9 * 30 dni * 6 miesięcy = 0,9 * 720 h/mies. * 6 miesięcy = 0,9 * 4320 h

t

p

= 5832 [h]

8. WSTĘPNY DOBÓR KROTNOŚCI FORMY (n

p

)

𝒏

𝒑

= 𝒁 ∗

𝒕

𝒄

𝒕

𝒑

∗ 𝟑𝟔𝟎𝟎

= 𝟕𝟎𝟎𝟎𝟎𝟎𝟎 ∗

𝟓, 𝟑

𝟓𝟖𝟑𝟐 ∗ 𝟑𝟔𝟎𝟎

= 𝟏, 𝟕𝟔 ≈ 𝟐

9. DOBÓR WTRYSKARKI

Obliczamy niezbędną objętość wtrysku V

w obl

oraz niezbędną siłę zamykania formy P

s

obl

z założeniem, że ciśnienie w gnieździe p

f

wynosi 500 barów (50MPa). Aby tego dokonać

należy określić wymiary i obliczyć parametry poszczególnych części kanałów wtryskowych
formy.

Uwaga: Ponieważ po wykonaniu obliczeń dla n

p

= 2 (które nie zostały zamieszczone

w projekcie) nie udało dobrać się wtryskarki, obliczenia zostały wykonane ponownie tym
razem dla n

p

= 4.

a) Kanał wlewowy
d

1

= 8 mm, d

2

= 3mm

H

1

= 20 mm, H

2

= 7 mm

𝑉

01

=

1
3

∗ 𝜋 ∗ (((

𝑑

1

2

)

2

∗ 𝐻

1

) − ((

𝑑

2

2

)

2

∗ 𝐻

2

)) = ⁡

1
3

∗ 𝜋 ∗ (((

8
2

)

2

∗ 20) − ((

3
2

)

2

∗ 7)) =

= 318,5⁡[𝑚𝑚

2

] = 0,3185⁡[𝑐𝑚

3

]

b) Kanał doprowadzający
l

1

= 10 mm, l

2

= 24 mm, l

3

= 10 mm

d

1

= 4 mm, d

2

= 4 mm, d

3

= 10 mm

𝑉

02

= 𝜋 ((

𝑑

1

2

)

2

∗ 𝑙

1

+ 1 2

⁄ (

𝑑

2

2

)

2

∗ 𝑙

2

+ 1 4

⁄ (

𝑑

3

2

)

2

∗ 𝑙

3

) = ⁡𝜋 ((

4
2

)

2

∗ 10 + 1 2

⁄ (

4
2

)

2

∗

24 + 1 4

⁄ (

10

2

)

2

∗ 10) = 3,14 ∗ (40 + 48 + 62,5) = 472,57⁡[𝑚𝑚

3

] = 0,47257⁡[𝑐𝑚

3

]

𝐴

02

= ⁡ 𝑙

1

∗ 𝑑

1

+ 1 2

⁄ ∗ 𝑙

2

∗ 𝑑

2

+ 1 4

⁄ ∗ 𝑙

3

∗ 𝑑

3

=

= 10 ∗ 4 ∗ 1 2

⁄ ∗ 24 ∗ 4 + 1 4

⁄ ∗ 10 ∗ 10 =

= 40 + 48 + 25 = 113⁡[𝑚𝑚

2

]

c) Przewężka
l = 1 mm
d = 1 mm

⁡𝑉

03

= 𝜋(

𝑑
2

)

2

∗ 𝑙 = ⁡𝜋 (

1
2

)

2

∗ 1 = 0,785⁡[𝑚𝑚

3

] = 0,000785⁡[𝑐𝑚

3

]

𝐴

03

= ⁡𝑙 ∗ 𝑑 = 1 ∗ 1 = 1⁡[𝑚𝑚

2

]



Niezbędna objętość wtrysku V

w obl

:

V

w obl

= n(V+V

0

) [cm

3

]

gdzie V

0

jest założoną objętością zimnego wlewka przypadająca na jedno gniazdo

V

w obl

= n(V+V

0

) = 4*(5,04+0,791855) = 23,33 [cm

3

]

V

w obl

= 23,33 [cm

3

]



Niezbędna siła zamykania formy P

s obl

:

P

s obl

> [n(A+A

0

)]p

f

*10

-3

[kN]

gdzie A

0

to powierzchnia rzutu fragmentu kanału wlewowego przypadającego na jedno

gniazdo

P

s obl

> [n(A+A

0

)]*p

f

*10

-3

= [4*(2320+114)]*50*10

-3

= 486,8 [kN]

P

s obl

> 486,8 [kN]

Uwzględniając współczynnik bezpieczeństwa (0,8): Ps nom = 608,5 [kN]



Parametry wtryskarki

- typ wtryskarki:

Battenfeld 600/125 CDC UB4

- producent:

Battenfeld

- nominalna objętość wtrysku:

59 cm

3

- średnica ślimaka:

φ25

- nominalna siła zamykania:

600 kN (60 ton)

- rozstaw kolumn:

320x320 mm

- wymiary stołu:

540x540 mm

10. OKREŚLENIE ZAKRESÓW KROTNOŚCI FORMY WYNIKAJĄCYCH

Z MOŻLIWOŚCI WYBRANEJ WTRYSKARKI



Najmniejsza krotność ze względu na dolną granicę objętości wtrysku

𝒏

𝒘𝟏⁡𝒎𝒊𝒏

≥

𝟎, 𝟐𝟓⁡𝑽

𝒘⁡𝒏𝒐𝒎

𝑽 + 𝑽

𝟎

𝒏

𝒘𝟏⁡𝒎𝒊𝒏

≥

𝟎, 𝟐𝟓 ∗ 𝟓𝟗

𝟓, 𝟖𝟑𝟏𝟖𝟓𝟓

𝒏

𝒘𝟏⁡𝒎𝒊𝒏

≥ 𝟐, 𝟓𝟑



Największa krotność ze względu na górną granicę objętości wtrysku

𝒏

𝒘𝟏⁡𝒎𝒂𝒙

≤

𝟎, 𝟗⁡𝑽

𝒘⁡𝒏𝒐𝒎

𝑽 + 𝑽

𝟎

𝒏

𝒘𝟏⁡𝒎𝒂𝒙

≤

𝟎, 𝟗 ∗ 𝟓𝟗

𝟓, 𝟖𝟑𝟏𝟖𝟓𝟓

𝒏

𝒘𝟏⁡𝒎𝒂𝒙

≤ 𝟗, 𝟏𝟏



Największa dopuszczalna krotność ze względu na siłę zamykania

𝒏

𝒘𝟐

≤

𝑷

𝒔⁡𝒏𝒐𝒎

𝒑

𝒇

(𝑨 + 𝑨

𝟎

)

𝒏

𝒘𝟐

≤

𝟔𝟎𝟎⁡𝟎𝟎𝟎

𝟓𝟎 ∗ 𝟐𝟒𝟑𝟒

𝒏

𝒘𝟐

≤ 𝟒, 𝟗𝟑



Najmniejsza krotność zalecana ze względu na ekonomiczne (umowne)

wykorzystanie wtryskarki

𝒏

𝒘𝟏⁡𝒆𝒌

≥

𝟎, 𝟓⁡𝑽

𝒘⁡𝒏𝒐𝒎

𝑽 + 𝑽

𝟎

𝒏

𝒘𝟏⁡𝒆𝒌

≥

𝟎, 𝟓 ∗ 𝟓𝟗

𝟓, 𝟖𝟑𝟏𝟖𝟓𝟓

𝒏

𝒘𝟏⁡𝒆𝒌

≥ 𝟓

Do wykonania rocznego zamówienia konieczna jest krotność n

p

> 1. Ze względów

technicznych można przyjąć krotność n

t

= 2, 4, 8. Prawidłowe wykorzystanie wtryskarki

zapewnia krotność n

w1

w zakresie od 3 do 9 gniazd, przy czym powyżej 4 gniazd zostanie

przekroczona dopuszczalna siła zamykania. Po uwzględnieniu tych warunków została
przyjęta krotność formy wynosząca n = 4. Zakładamy przy tym niestety nieekonomiczne
wykorzystanie wtryskarki ze względu na trudności z dobraniem mniejszej wtryskarki.