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
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
𝒘𝟏𝒎𝒊𝒏
≥
𝟎, 𝟐𝟓𝑽
𝒘𝒏𝒐𝒎
𝑽 + 𝑽
𝟎
𝒏
𝒘𝟏𝒎𝒊𝒏
≥
𝟎, 𝟐𝟓 ∗ 𝟓𝟗
𝟓, 𝟖𝟑𝟏𝟖𝟓𝟓
𝒏
𝒘𝟏𝒎𝒊𝒏
≥ 𝟐, 𝟓𝟑
Największa krotność ze względu na górną granicę objętości wtrysku
𝒏
𝒘𝟏𝒎𝒂𝒙
≤
𝟎, 𝟗𝑽
𝒘𝒏𝒐𝒎
𝑽 + 𝑽
𝟎
𝒏
𝒘𝟏𝒎𝒂𝒙
≤
𝟎, 𝟗 ∗ 𝟓𝟗
𝟓, 𝟖𝟑𝟏𝟖𝟓𝟓
𝒏
𝒘𝟏𝒎𝒂𝒙
≤ 𝟗, 𝟏𝟏
Największa dopuszczalna krotność ze względu na siłę zamykania
𝒏
𝒘𝟐
≤
𝑷
𝒔𝒏𝒐𝒎
𝒑
𝒇
(𝑨 + 𝑨
𝟎
)
𝒏
𝒘𝟐
≤
𝟔𝟎𝟎𝟎𝟎𝟎
𝟓𝟎 ∗ 𝟐𝟒𝟑𝟒
𝒏
𝒘𝟐
≤ 𝟒, 𝟗𝟑
Najmniejsza krotność zalecana ze względu na ekonomiczne (umowne)
wykorzystanie wtryskarki
𝒏
𝒘𝟏𝒆𝒌
≥
𝟎, 𝟓𝑽
𝒘𝒏𝒐𝒎
𝑽 + 𝑽
𝟎
𝒏
𝒘𝟏𝒆𝒌
≥
𝟎, 𝟓 ∗ 𝟓𝟗
𝟓, 𝟖𝟑𝟏𝟖𝟓𝟓
𝒏
𝒘𝟏𝒆𝒌
≥ 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.