Vstřikování tlustostěnných dílů

Ing. Jiří Vaněk

Doctoral thesis

Injection Molding of Thick-walled Parts

Abstract:

Technologie vstřikování patří v současné době k nejvyužívanějším procesům pro zpracování plastů. Vzhledem k řadě výhod vyplývajících ze samotného principu této metody, nachází své uplatnění zejména u hromadné a sériové výroby ve většině průmyslových odvětví. Nicméně, kvůli neustálému vývoji a rozšiřování produkce může být aplikovatelnost vstřikování stále částečně omezena právě požadovanými vlastnostmi vyráběných produktů. Zejména transparentní tlustostěnné díly nacházející své uplatnění v optickém průmyslu jsou obtížně vyrobitelné kvůli svému geometrickému charakteru. Jejich samotný konstrukční návrh totiž oponuje obecným koncepcím plastových dílů, které se standardně navrhují jako tenkostěnné, skořepinové. Z průmyslové praxe tak vyvstává celá řada otázek týkajících se jak konstrukce, tak samotné výroby kvalitních tlustostěnných komponentů. Účelem této práce je tedy studovat vliv vstupních aspektů, jako jsou zvolené procesní podmínky a parametry vstřikovací formy na výslednou kvalitu dílu. Získané poznatky pak mohou přispět k efektivnímu návrhu individuálních řešení tlustostěnných dílů a nástrojů pro jejich hospodárnou výrobu při minimalizaci vzniku vad. Práce přináší významný přínos z hlediska použití simulačních softwarů za účelem predikce chování taveniny během vstřikování tlustostěnných dílů, což umožňuje detailní analýzu a identifikaci stěžejních faktorů ovlivňujících kvalitu vstřikovaných výrobků. Experimentální výzkum následně ověřuje simulační výsledky, přičemž kombinace těchto přístupů poskytuje komplexní pohled na celý výrobní proces vstřikování s ohledem na dosažitelné kvalitativní aspekty. Identifikace klíčových procesních parametrů vstřikovacího procesu, včetně vlivu geometrie vtokových ústí, efektivity dotlakové fáze a vhodné teploty taveniny, je dalším významným přínosem této práce. Výsledky simulací ukazují, že volba těchto parametrů má výrazný vliv na vlastnosti vstřikovaných dílů, což je zásadní pro průmyslová odvětví zaměřená na návrh a výrobu tlustostěnných optických komponentů. Na základě získaných poznatků lze konstatovat, že disertační práce poskytuje hlubší pochopení procesu vstřikování tlustostěnných optických dílů a přináší konkrétní výstupy, které jsou přenosné pro praxi i další výzkum. Výstupy práce mohou být využity při samotném konstrukčním návrhu, optimalizaci vstřikovacích forem a nastavování procesních parametrů s cílem dosáhnout efektivní produkce a kvalitních výrobků. V kontextu rostoucí poptávky po plastových komponentách s vyšší tloušťkou stěny je tato disertační práce významným příspěvkem k zdokonalení výrobního procesu a inovacím v oblasti vstřikování tlustostěnných optických komponentů.

Abstract:

Injection molding technology is currently one of the most used processes for plastics parts production. Due to a number of advantages resulting from the very principle of this method, it finds its application especially in mass and serial production in most industries. However, due to the continuous development and expansion of production, the applicability of injection molding may still be partially limited by the required properties of the products produced. In particular, transparent thick-walled parts used in the optical industry are difficult to produce due to their geometric character. In fact, their very design opposes the general concepts of plastic parts, which are normally designed as thin-walled, shell-like parts. This raises a number of questions in industrial practice concerning both the design and the actual manufacture of quality thick-walled components. The purpose of this thesis is therefore to study the effect of input aspects such as the chosen process parameters and injection mold design on the resulting part quality. The knowledge gained can then contribute to the effective design of individual solutions for thick-walled components and tooling for their cost-effective production while minimizing defects. The dissertation makes a significant contribution in terms of the use of simulation software in order to predict the melt behavior during injection molding of thick-walled parts, allowing a detailed analysis and identification of the key factors affecting the quality of the injection molded products. Experimental research then verifies the simulation results, with the combination of these approaches providing a comprehensive view of the entire injection molding process with respect to the achievable quality aspects. The identification of key process parameters of the injection molding process, including the influence of the geometry of the gates, the efficiency of the packing pressure phase and the appropriate melt temperature, is another important contribution of this work. Simulation results show that the choice of these parameters has a significant impact on the properties of the injection molded parts, which is essential for industries focused on the design and manufacture of thick-walled optical components. Based on the findings, it can be concluded that the dissertation provides a deeper understanding of the injection molding process of thick-walled optical components and provides concrete outputs that are transferable to practice and further research. Its results can be used in the actual design, optimization of injection molds and adjustment of process parameters in order to achieve efficient production and quality parts. In the context of increasing demand for plastic products with higher wall thickness, this dissertation is an important contribution to the improvement of the production process and innovation in the field of injection molding of thick-walled optical components.

Keywords

vstřikování, vstřikovací forma, procesní parametry, tlustostěnný výrobek, světlovod, optická čočka

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 3. 1. 2024

Thesis defence

• Date of defence: 29. 2. 2024

Tomas Bata University in Zlín

Faculty of Technology

Doctoral programme / field:
Process Engineering / Tools and Processes