Rezultati in diskusija
Preglednica 4.16: Rezultati teoretičnega preračuna maksimalne višine kanala z uporabo časa, povzetega po literaturi [13]
Preglednica 4.17: Rezultati teoretičnega preračuna maksimalne višine kanala z uporabljenim preračunanim časom strjevanja taline
Rezultati in diskusija V preglednicah 4.12, 4.13, 4.15, 4.16 in 4.17 je razvidno, da za postavljene meje prelivanja izračun z uporabljenim preračunanim časom strjevanja taline vrne zelo veliko maksimalno vrednost višine kanala, kar pomeni, da pri izračunanih minimalnih višinah kanal teoretično ne bo prelit. Če bi uporabili čas strjevanja taline, ki je bil izračunan v gradivu [13], bi prišli v bližino za nas zanimivega območja, saj vemo, da talina kanale zagotovo prelije pri povprečni višini kanala 0,41 mm. Nižja omejitev pa pomeni tudi, da bi moral biti začetni utor v zatiču zelo natančno narejen na minimalno višino, da ne bi slučajno prišli v področje maksimalne omejitve kanala.
Zbrani rezultati meritev in izračunov, ki so sledili iz njih, so nam služili kot primerjava in kontrola za kasneje pridobljene izračunane vrednosti. Pri pregledu rezultatov meritev kanalov so se nam porajala določena vprašanja glede dimenzij pri slabem orodju, saj, kot vidimo, vrednosti zelo nihajo in so v nekaterih gnezdih izrazito ekstremne – zelo nizek in globok kanal. Enotnega odgovora na vprašanje, zakaj je do takšnih odstopanj prišlo, ne poznamo, smo pa predpostavili, da je v veliki meri za to lahko odgovorna groba ročna obdelava teh površin. Pri opredelitvi rezultatov meritev in preračuna za dobro orodje je lepo razvidno, da so dimenzije kanalov veliko bolj konsistentne, povprečna širina kanala, ki je bila izračunana, pa nam je povedala, da so kanali preveliki tako glede na priporočila proizvajalca prešne mase, kot tudi glede na kasnejši analitični preračun. Tudi tu je ostalo odprto vprašanje, ali so bile dimenzije kanalov takšne po strojni obdelavi ali so bile tekom prototipnih brizgov spremenjene in na kakšen način so bile te spremembe narejene, če so bile, glede na to, da so bile dimenzije veliko bolj enakomerne kot pri tistih na slabem orodju.
Ker smo želeli pridobiti predstavo, v kakšnem dimenzijskem razponu se teoretično
gibljemo pri našem odzračevanju, smo s pomočjo literature [13] izvedli analitični preračun.
Preračun smo za naš namen tudi nekoliko prilagodili oz. vključili več različnih podatkov, ki lahko vplivajo na končni rezultat. Izvedli smo torej:
‐ preračun višine kanala prek širine, ki je bila uporabljena na obstoječem dobrem orodju;
‐ preračun širine kanala prek višin za srednje- in nizkoviskozne kanale, ki ju priporoča gradivo [13];
‐ preračun z uporabo volumskega pretoka zraka, kot priporoča literatura [13] (rezultati so vidni v preglednicah 4.5, 4.6, 4.7, 4.8, 4.9 in 4.10 v vrstici, kjer je predvideno eno gnezdo);
‐ preračun z uporabo volumskega pretoka zraka, če za tega upoštevamo, da se enakomerno porazdeli na vse predvidene kanale, iz česar sledijo rezultati za dimenzioniranje kanala glede na število predpostavljenih kanalov v posameznem gnezdu;
‐ za preračun širine in višine smo uporabili tri različne viskoznosti zraka – viskoznost je odvisna od temperature, zato nas je zanimalo, ali bodo pri temperaturnem razponu 40 ºC rezultati med seboj zelo različni ali bo dostopanje minimalno; s tem smo torej prikazali, kako vpliva predpostavljena viskoznost na preračunane vrednosti, za razliko od vira [13], kjer je preračun narejen le z uporabo viskoznosti zraka pri sobni temperaturi;
‐ izračun maksimalne višine kanala z uporabo preračunanega časa ohlajanja taline na mestu prelitja s podatki, ki smo jih pridobili iz vira [11];
‐ izračun maksimalne višine kanala z uporabo časa ohlajanja taline na mestu prelitja,
Rezultati in diskusija
Rezultati preračuna so bili smiselni, saj smo za višino kanala pri isti uporabljeni širini, kot je že bila narejena, na orodju dobili manjše vrednosti. Je pa potrebno poudariti, da trenutni preračun služi kot dobra ocena, s katero si lahko pomagamo pri zasnovi odzračevanja. V kolikor bi se želeli znebiti določenih negotovosti, ki so sedaj prisotne v preračunu, bi bilo potrebno pridobiti podrobne reološke in termične podatke o materialu, na katerem temelji preračun, saj so ti za vsak material posebej specifični, prav tako pa bi se bilo potrebno podrobneje poglobiti v proces brizganja in izmeriti ter popisati določene veličine, ki v oz. iz orodne votline prihajajo ali izhajajo, ter nastavitve stroja, ki se uporabljajo, primerno vključiti v preračun, da bi preračun lahko za vsak primer posebej specifično prilagodili.
V rezultatih preračuna je bilo, kot lahko vidimo v preglednicah 4.8, 4.9 in 4.10, ugotovljeno, da so bile višine kanalov manjše od tistih, ki jih je za priporočilo navedel proizvajalec prešne mase oz. kot so bile izmerjene na obstoječima orodjema. Glede na ugotovljene vrednosti in primerjavo z ovrednotenima orodjema lahko rečemo, da bi bila potrebna izdelava novega odzračevanja tako na slabem kot na dobrem orodju, saj so na obeh orodjih glede na preračun kanali preveliki in se jih zaradi tega ne more optimirati. Če pokomentiramo še izdelavo novih kanalov, je dobro začeti z minimalno preračunano vrednostjo in to v primeru neoptimalnega odzračevanja sistematično povečevati do take mere, da bo odzračevanje dalo željene rezultate.
Ker je bil predmet te naloge izboljšava odzračevanja na oblikovnem delu, se ostalim aspektom odzračevanja nismo posebej posvečali. V neposredni povezavi s tematiko te naloge bi bilo vredno omeniti še odzračevanje dolivnega sistema. V tej nalogi kot tudi v virih [12] in [13] temu konceptu ni bilo namenjene posebne pozornosti in podrobnejše analize vpliva na proces brizganja oz. odzračevanja, čeprav je v viru [12] omenjeno, da bi z odzračevanjem tega dela poskrbeli za manjši volumen ujetega zraka v kaviteti in s tem še dodatno razbremenili stroj. Za prihodnje implementacije bi bila ta ideja oz. izvedba odzračevanja zanimiva tudi zato, ker na teh mestih ni kritično, če talina nekoliko prelije kanal, kar pomeni, da izdelava v primerjavi z odzračevanjem oblikovnega dela ne bi bila tako draga in zahtevna, razbremenitev stroja in lažje zahteve po odzračevanju pa bi na proces pozitivno vplivale tako z vidika stroškov kot tudi z vidika časa cikla stroja. Poleg vsega naštetega bi zaradi dodanega odzračevanja na dolivnem sistemu lahko manj odzračevali v orodni votlini – nižji odzračevalni kanali na oblikovnem delu, kar bi lahko pomenilo, da bi talina imela še bistveno manj možnosti za prelitje kanala.
Kar se izdelave in izvedbe kanalov tiče, nimamo iz teorije na voljo nobenega priporočila, kar se tiče minimalnega oz. optimalnega števila kanalov. V veliki meri je vzrok za to verjetno sam koncept odzračevanja, ki predvideva, da se odzračevanje izvede na mestih, kjer je to potrebno (kjer se tvorijo zračni žepi), pa tudi to, da se odzračevanju ponavadi pretirane pozornosti, kot je bilo razvidno po gradivih, ki so na voljo iz tega področja, ni posvečalo. Če se za predmet diskusije še malo poglobimo v priporočila za število kanalov, igra veliko
Rezultati in diskusija kontroli, če se podjetje ne ukvarja z kompleksnejšimi meritvami ali nima svojega merilnega laboratorija, kar dopušča dobavitelju dostavo izdelkov, ki dimenzijsko ne ustrezajo našim zahtevam in željam. Zato je ena od možnih, če ne celo najboljših, pomoči, ki so trenutno na voljo pri predvidevanju postavitve in števila kanalov, nedvomno uporaba programov za simulacijo brizganja, kjer bi dobili okvirno informacijo, na katerih mestih bi bilo smiselno kanale predvideti – torej koliko. Zanimivo bi bilo primerjati, v kolikor imamo cilindričen izdelek, kot je v našem primeru, kjer so kanali postavljeni na konec gravure in masa teče iz nasprotne smeri, ali število kanalov vpliva na učinkovitost odzračevanja in kakšne so te razlike v primeru, ko uporabimo en kanal, do primera, ko bi uporabili maksimalno možno število kanalov. ćZa naš primer se bomo za določitev števila kanalov ravnali glede na priporočilo proizvajalca prešne mase, ki predvideva štiri kanale, bomo pa preslikavo teoretičnega preračuna prilagodili za naš primer na take načine, kot je bilo omenjeno v poglavju
Koncept in optimizacija odzračevanja. Resnično optimalno izvedbo pa se bo po vsej verjetnosti dobilo s kasnejšo praktično implementacijo.
Če se vrnemo na preračun in opredelimo še maksimalno višino kanala, je tu dobro povedati, da bi z natančnejšo informacijo, se pravi z uporabo specifičnih vrednosti lastnosti materiala, lahko preračun veliko bolj natančno nastavili, rezultat, ki bi ga dobili, pa bi lahko naprej igral pomembno vlogo pri izdelavi načrta za optimizacijo kanalov, saj bi lahko z dobljenim rangom med minimalno in maksimalno višino predvideli, s kakšnim korakom bi, dokler ne dosežemo željenega učinka odzračevanja, to dimenzijo spreminjali. To bi bil eden od temeljnih parametrov za postavitev prej omenjenega sistematičnega popisa sprememb oz.
dodelav na orodju.
Rezultati in diskusija
5 Zaključki
V tem diplomskem delu smo se ukvarjali s problematiko odzračevanja. Cilj naše naloge je bil raziskava literature na temo odzračevanja, dimenzioniranje odzračevalnih kanalov in zasnova koncepta odzračevanja oz. optimizacija, kjer to ni primerno. Da bi čim bolje približali teoretične aspekte odzračevanja za uporabo v praksi, je bilo v tej nalogi opravljeno:
1) Raziskava obstoječe literature, člankov in zapisov na svetovnem spletu na temo odzračevanja in procesa injekcijskega brizganja, ter pogovor s strokovnjaki, ki delajo na tem področju.
2) Preučili smo postopek izdelave PF smole in poskušali pridobiti s strani proizvajalca določene lastnosti materiala, ki smo jih potrebovali za preračun dimenzij odzračevalnih kanalov.
3) Na primeru dobrega in slabega orodja smo opravili meritve z optičnim mikroskopom in skupaj s teorijo navedli možne vzroke za nepravilno odzračevanje.
4) S pomočjo literature smo analitično preračunali dimenzije kanalov, uporabili različne variante, kjer smo upoštevali tudi nekatere praktične veličine, in primerjali dobljene vrednosti z izmerjenimi na primeru dobrega in slabega orodja.
5) Pripravili koncepte za izvedbo odzračevanj.
6) Naredili načrt za izvedbo odzračevanja na opazovanem orodju.
7) Ugotovili smo, da ima na videz majhen element, kot je odzračevalni kanal, veliko vlogo pri delovanju orodja, zagotavljanju želenega končnega izgleda izdelka, preprečevanju izpusta strupenih plinov v ozračje, dosego krajših ciklov na stroju, boljšem izkoristku materiala, stroških proizvodnje izdelka, konkurenčnosti, življenjski dobi stroja, porabi energije (ekologija), trajanju faze zagona itd.
8) Ugotovili smo tudi, da je dodano odzračevanje dolivnega sistema lahko koncept, ki pripomore k temu, da se doseže željeno odzračevanje, saj že v fazi, ko masa potuje proti votlini, poskrbimo za odvod določene količine plinov.
9) Za konec lahko dodamo, da preračun, pa naj bo še tako natančen, verjetno ne bo podal eksaktnih vrednosti za uporabo v praksi kljub prizadevanjem in naporom raziskovalca in razvojne ekipe, saj je, kot je v literaturi [13] omenjeno, v proces vključenih toliko spremenljivk, ki imajo lahko na koncu manjši ali večji vpliv na proces, vse pa niso niti
Zaključki
znane. Iz tega sledi tudi ugotovitev, da bi bila za analitično področje atraktivna podrobnejša analiza spremenljivk in njihov prispevek k procesu.
S preračunom smo dokazali teoretično neustreznost obstoječih odzračevalnih kanalov. Glede na dejstva iz prakse je naš preračun ustrezen, je pa potrebno v praksi dimenzije prilagoditi predvsem z vidika višine kanala, saj imamo v teoriji območje, znotraj katerega se lahko nahajajo optimalne dimenzije za višino. S teoretičnim preračunom se lahko že v fazi razvoja izdelka oz. orodja približamo ustreznemu odzračevanju in izognemo prevelikim stroškom.
Predlogi za nadaljnje delo
V skladu s tem, kar je bilo napisano in ugotovljeno v našem delu, predlagamo, da se v prihodnje pregleda in optimizira oz. na novo zasnuje obstoječa odzračevanja na vseh orodjih, še posebno na tistih, ki imajo težave, za katere smo tekom izdelave te naloge ugotovili, da so posledica slabo zastavljenega odzračevanja. Prav tako predlagamo, da se na podlagi predstavljenih preračunov ustvari model, ki se ga bo lahko uporabilo za zasnovo in optimizacijo odzračevanja na vseh orodjih. Kjer ima odzračevanje ključno vlogo pri izgledu in nenazadnje tudi ceni izdelka, pa predlagamo, da se pridobi podrobnejše lastnosti o materialu, s katerim se izdelek proizvaja, in tako izvede kakovosten preračun, ki bo merodajen kakovostnemu odzračevanju. Za konec lahko dodamo, da se ob težje rešljivih problemih lahko zasnuje odzračevanje na mestih, ki na prvi pogled ne izkazujejo problemov z odzračevanjem, so pa z vidika ujetega zraka in pretoka zraka za to potencialna. Po literaturi [12] je tako mesto dolivni sistem.
Literatura
[1] Arburg, Rapra Technology Limited, Practical Guide to Injection Moulding, 2. izd., Shawbury: Smithers Rapra, 2017.
[2] K. Krebelj, numerično napovedovanje oblike brizganih plastičnih izdelkov po zahtevnem izmetavanju, doktorska disertacija, Ljubljana, 2019.
[3] S. H. Goodman, Handbook of Thermoset Plastics, 2. izd., New Jersey: Noyes Publications, 1998.
[4] V. R. Sastri, Plastics in Medical Devices, ScienceDirect, 2010,
https://doi.org/10.1016/B978-0-8155-2027-6.10003-0 [ogled 10.9.2020].
[5] Laboratorij za preoblikovanje, Tehnologije predelovanja polimerov, http://lab.fs.uni-lj.si/lap/html/pages/si-polimerna-gradiva-tehnologije.htm, [ogled 11.9.2020].
[6] Hygenic, The 4 most common rubber manufacturing processes,
https://www.hygenic.com/news/the-4-most-common-rubber-manufacturing-processes.html, [ogled 11.9.2020].
[7] J. Navodnik, Plastik-orodjar, 2. dopolnjena izd., M. Kopčič, Navodnik – kemijski inženiring, Velenje 1995.
[8] Y. Yang, X. Chen, N. Lu, F. Gao, Injection Molding Process Control, Monitoring, and Optimization, Cheril Hamilton, Munchen: Carl Hanser Verlag, 2016.
[9] Vyncolit, Vyncolit's Basics on Novolac Systems, Kolektor, 2010.
[10] P. Kernel, Učbenik prešne mase, Kolektor Group d.o.o - Idrija, 2013 (interno gradivo).
[11] A. Šahinović, B. Mušič, Improvement of the Mechanical Properties of
Thermosetting-Binding-System-Based Composites by Means of Kneading Procedure Modification and Composite Formulation. Processes 2020, 8, 625.
https://doi.org/10.3390/pr8050625 [ogled 5.5.2021].
[12] D. M. Bryce, Plastic Injection Molding…mold design and construction fundamentals, Dearborn, Michigan: P. E. Mitchell, Society of Manufacturing
Literatura
[13] D. O. Kazmer, Injection Mold Design Engineering, Munchen: Hanser Publishers, 2007.
[14] G. Mendes, W. Michaeli, P. Mohren, How to Make Injection Molds, 3. izd., Munchen: Hanser Publishers, 2001.
[15] T.T. Jones, The melt-viscosity of some phenol-formaldehyde novolak resins, v Journal of Applied Chemistry, https://doi.org/10.1002/jctb.5010020306, ogled[10.5.2021].
[16] DupontTM Zytel® and Mynlon® Nylon Resins Molding Guide, dostopno na:
https://www.distrupol.com/Zytel_and_Minlon_Nylon_Resin_Molding_Guide_GNE-A11218-00-A1216_050117_OM.PDF, [ogled 10.5.2021].
[17] Avoiding and solving injectio molding problems using shear rate calculations – Part 1, v Plastics Today, dostopno na: https://www.plasticstoday.com/avoiding-and-solving-injection-molding-problems-using-shear-rate-calculationspart-1, [ogled 10.5.2021].
[18] V. P. Ashtakov, Surface Integrity in Machining, J. P. Davim, London: Springer-Verlag, 2010.
[19] Laboratorij za alternativne tehnologije, Obdelava z abrazivnim vodnim curkom (AVC)*, dostopno na: http://lab.fs.uni-lj.si/lat/uploads/metrologija/hrapavost.pdf, [ogled 15.5.2021].
[20] B. Muralikrishnan, J. Raja, Computational Surface and Roundness Metrology, N. G.
Orji, London: Springer Verlag, 2009.
[21] MakeItFrom, Phenol Formaldehyde (PF, Phenolic),
https://www.makeitfrom.com/material-properties/Phenol-Formaldehyde-PF-Phenolic, [ogled 18.5.2021].