Strukturální mechanické analýzy vstřikovacích forem

Bc. Zdeněk Václavík

Diplomová práce

Structural Mechanical Analysis of Injection Molds

Abstract:

The diploma thesis focuses on a systematic approach where in the initial stages of injection mold construction use information and recommendations from structural mechanical analyzes focused on mold deformation caused by pressure during the injection cycle and simulation results of subsequent repairs associated with burrs. The diploma thesis is divided into a theoretical and practical part. The theoretical part focuses on the issue of injection molds which includes an explanation of the injection molding process, types of injection molding machines, introduction to the types of injection molds and their design solutions. An important content of the theoretical part is the introduction to the mechanical behavior of injection molds focusing on stress and strain during the injection process and information related to the rheological behavior of the polymer in the mold cavity during filling and use of inlet simulations in the initial development of injection molds. The content of the practical part of this diploma thesis is the construction of a plastic part. An injection mold is then designed for this plastic part which contains a design solution for a cold inlet system, and the multiplicity of the mold is chosen to be fourfold. Part of the design is the implementation of high-pressure sensors in the individual cavities of the injection mold and a special design solution of the inlet system, or the ability to arbitrarily alter the number of cavities filled during the injection cycle. The experimental part is also connected with the construction design of the injection mold. The experimental part places the emphasis on the use of injection mold design on two different injection molding machines with special injection parameters, such as the closing force, pressure of the injection mold, which are set so that in some cases the closing force is exceeded. The experimental part is performed in individual steps from heating the mold under the precisely determined conditions for the material with which the experiment is performed through the filling study for three injection mold multiplicity combinations to measuring mold opening in the parting plane during the injection phase and weight per cycle. The experiment also includes force calculations and predictions in individual steps and experiments, in which the injection mold could be opened in the parting plane. Subsequent values from the experimental part are used to compare injection molding machines and determine the parameters with the greatest influence on the opening of the injection mold (burrs) during the injection phase. One of the points of the practical part is the use of special software for inlet simulations and verification of the design of the injection mold for the filling process, the creation of the pressure curve and the filling study which are then compared with the experimental part of the thesis. The main point of the practical part is the verification of the injection mold using structural mechanical analyzes. During the simulation in special software, an overall procedure is designed that includes the boundary conditions and the results of the mechanical behavior of the injection mold. These results include, for example, the von-Mises stress on the individual sides of the mold and the amount of opening of the injection mold in the parting plane caused by the injection pressure and pressure phase. The conclusion offers a comparison of experimental and simulation results and determination of the stiffness of injection molding machines used in the experimental part.

Abstract:

Diplomová práce se zaměřuje na systematický přístup, kdy se v počátečních fázích konstrukcí vstřikovacích forem využívají informace a doporučení ze strukturálně mechanických analýz, které jsou zaměřeny na deformaci vstřikovacích forem způsobené tlakem během vstřikovacího cyklu a zároveň pomocí simulačních výsledků ušetření následných oprav spojených s přetoky. Diplomová práce je rozdělena na teoretickou a praktickou část. Teoretická část je zaměřena na problematiku vstřikovacích forem, která zahrnuje vysvětlení vstřikovacího procesu, druhy vstřikovacích strojů, seznámení s typy vstřikovacích forem a jejich konstrukčních řešení. Významným obsahem teoretické části je obeznámení s mechanickým chováním vstřikovacích forem, které je zaměřeno na napětí a deformaci během vstřikovacího procesu a dále informace spojené s reologickým chováním polymeru v dutině formy během plnění a využití vtokových simulací při počátečním vývoji vstřikovacích forem. Obsahem praktické části diplomové práce je provedení konstrukce plastového dílu. Na tento plastový díl je následně navrhnuta vstřikovací forma, která obsahuje konstrukční řešení pro studený vtokový systém a násobnost formy je zvolena jako čtyřnásobná. Součásti návrhu je i implementace vysokotlakových senzorů do jednotlivých dutin vstřikovací formy a speciální konstrukční řešení vtokového systému neboli možnost libovolně měnit počet dutin, které budou naplněny v průběhu vstřikovacího cyklu. S konstrukčním návrhem vstřikovací formy je spojena i experimentální část. Experimentální část je zaměřena na použití návrhu vstřikovací formy na dvou odlišných vstřikovacích strojích při speciálních vstřikovacích parametrech jako je uzavírací síla, velikost dotlaku, násobnost vstřikovací formy, které jsou nastaveny tak, aby v některých případech docházelo k překročení uzavírací síly. Experimentální část je provedena v jednotlivých krocích od vytápění formy při přesně stanovených podmínkách pro materiál, se kterým je experiment proveden přes plnící studii pro tři kombinace násobnosti vstřikovací formy až po měření otevírání formy v dělící rovině během vstřikovací fáze a hmotnosti výstřiků na jeden zdvih. Součásti experimentu jsou i výpočty sil a predikce v jednotlivých krocích a pokusech, ve kterých by mohlo docházet k otevírání vstřikovací formy v dělící rovině. Následné hodnoty z experimentální části jsou využity pro porovnání vstřikovacích strojů a stanovení parametrů, které mají největší vliv na otevírání vstřikovací formy (přetoky) během vstřikovací fáze. Jedním z bodů praktické části je i využití speciálního softwaru na vtokové simulace a ověření návrhu vstřikovací formy na průběh plnění, vytvoření tlakové křivky a plnící studie, které jsou následně porovnány s experimentální částí diplomové práce. Hlavní bod praktické části tvoří ověření vstřikovací formy pomocí strukturálních mechanických analýz. Během simulace ve speciálním softwaru je navrhnut celkový postup, který zahrnuje okrajové podmínky a výsledky mechanického chování vstřikovací formy. Mezi tyto výsledky patří například von-Misesovo napětí na jednotlivých stranách formy a velikost otevírání vstřikovací formy v dělící rovině způsobené vstřikovacím tlakem a dotlakovou fází. Závěr tvoří porovnání experimentálních a simulačních výsledku a stanovení tuhosti vstřikovacích strojů použitých při experimentální části.

Keywords

vstřikovací formy, konstrukce forem, strukturální mechanické analýzy, vtokové analýzy

Jazyk práce: angličtina

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 11. 5. 2022

Obhajoba závěrečné práce

• Vedoucí: prof. Ing. Michal Staněk, Ph.D.

Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně

Fakulta technologická

Magisterský studijní program / obor:
Procesní inženýrství / Konstrukce technologických zařízení