Výzkum vlivu technologických podmínek na jakost plastikářského nástroje a polymerních výrobků

Ing. Jiří Čop

Doctoral thesis

The influence of technological conditions on the surface quality of tool and polymer products

Abstract:

Ve výrobě plastikářských nářadí jsou vzhledem k vysoké ceně forem kladeny vysoké nároky na snížení nákladů či zkracování výrobních časů produkce formy. Cena vstřikovací formy se promítá nejen v ceně použitého materiálu vstřikovací formy, ale také v cenně její samotné výroby. Velmi přesné dokončovací operace, jako jsou lapování a leštění, se staly nedílnou součástí při výrobě tvarových dutin, dosedacích ploch, vtokových systémů a jiných systémů vstřikovací formy. Právě tyto ekonomicky náročné dokončovací operace ovšem mohou při výrobě vstřikovací formy zaujímat i více než polovinu celkového výrobního času, což se významně promítá do její ceny. Tvarové dutiny forem jsou v praxi z převážné většiny lapovány a následně leštěny z důvodu získání vysoké kvality povrchu polymerních výrobků, ať již pohledu estetického (vysoký lesk) či z pohledu drsnosti povrchu. U některých polymerních materiálů ovšem není možné vysokých lesků či kvalitních povrchu dosáhnout a navíc se na trhu prodeje plastových výrobků objevují i takové, u kterých je dosažení vysoké kvality povrchu nepotřebné neboť jejich plocha neplní žádnou funkci. Je tedy velmi důležité zvážit přínos drahých dokončovacích operací, které nejen že zdražují vstřikovací formu, ale také cenu samotného polymerního výrobku. Tato dizertační práce se zabývá nejen problematikou vhodnosti použití dokončovacích operací při výrobě tvarových dutin, ale je také rozšířena o řadu vlivů, které mohou v konečném důsledku silně či méně ovlivnit cenu či strukturu povrchu polymerních výrobků. Velmi důležitým parametrem při vstřikování je správné nastavení technologických podmínek vstřikovacího stroje. Špatná volba těchto podmínek může vést nejen k produkci výrobků se špatnými rozměry, ale také ke snížení mechanických vlastností či kvality jakosti povrchu. Kromě technologických podmínek kvalitu výrobků může ovlivňovat také vhodná volba polymerních materiálů, jejich viskozita, typ či velikost krystalické fáze. V neposlední řádě má vliv na cenu formy a vlastnosti výrobků i volba nástrojových materiálů vstřikovací formy respektive tvarové dutiny. Odlišné materiály tvarové dutiny představují pro vstřikované výrobky zejména rozdíl v rychlosti chladnutí polymerní taveniny, neboť tyto se velmi liší tepelnou vodivostí. Hlavním záměrem této dizertační práce se tedy zabývá určením míry vlivu technologických podmínek (vstřikovací tlak, rychlost a dotlak), indexu toku taveniny (viskozita polymerní taveniny), nadmolekulární struktury (amorfní, semikrystalické) a v neposlední řadě materiálu tvarové dutiny na drsnost povrchu Ra a Rz polymerních výrobků.

Abstract:

Price of the injection mould is reflected in the cost of tool material as well as cost of its own production. Therefore, shortage of production cost and production time of injection mould is highly demanded. Very precise finishing operations like lapping or polishing have become an important part of the production of cavities, bearing surface, runner systems and other systems of injection mold. However, these finishing operations can take more than half of total production time in the manufacturing of injection mould, and that is significantly reflected into the price of it. In practice, the cavities are very often lapped and subsequently polished to obtain high surface quality of injection polymer parts in terms of aesthetic view (high shine) or surface roughness. Nevertheless, in case of some processed polymer materials, the high surface quality and shine of polymer product is impossible to be achieved. Moreover, on the world market a lot of injected polymer products do not have to reach the highest surface quality, because their surface does not perform any function. Therefore, it is very important to consider the benefits of expensive finishing operations, which increase not only the cost of injection molds but also the cost of products. This dissertation thesis is focused not only on appropriate use of finishing operations in production of cavities but also on number of influences which can strongly affect the surface structure of injected polymer parts and its cost as well. Proper setting of injection molding technological conditions is highly important. Inappropriate choice of these conditions can lead to production of dimensionally inconvenient polymer parts, to insufficient mechanical resistance or decrease of surface quality of the products. Except the above mentioned properties, mould parts can be also affected by choice of polymer materials and theirs properties like viscosity or the size of crystalline phase. Last but not least, the inconsiderable impact on the price of mould and properties of product has the proper choice of tool materials especially for cavities. Different tool materials of cavities represents for injected products various cooling rate of polymer melt, because of their diverse thermal conductivity. Therefore, the main aim of this thesis is to determine the degree of influence of technological conditions (injection pressure, holding pressure and injection speed), melt flow rate of polymer (viscosity of the polymer melt), supramolecular structure of polymer (amorphous and semicrystalline) and finally the material of cavities on the surface roughness parameter Ra and Rz of the injection molded parts.

Keywords

Polymery, vstřikování, dokončovací operace, drsnost povrchu

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 16. 5. 2016

Thesis defence

• Date of defence: 29. 6. 2016

Tomas Bata University in Zlín

Faculty of Technology

Doctoral programme / field:
Process Engineering / Tools and Processes