Miskolci Egyetem
Gépészmérnöki és Informatikai Kar
Anyagtechnológia Szak
Fröccsöntött műanyag alkatrészek technológiai és
szerszámtervezése CAE alkalmazással
Kavalecz Tamás, B71PGE
3534, Miskolc
Stadion u. 65. 4/3.
Szakdolgozat kiírás!
(Ide befűzendő a kétoldalas kiírás oldalszám nélkül)
EREDETISÉGI NYILATKOZAT
Alulírott ………Kavalecz Tamás……; Neptun-kód:……B71PGE………
a Miskolci Egyetem Gépészmérnöki és Informatikai Karának végzős
gépészmérnök szakos hallgatója ezennel büntetőjogi és fegyelmi felelősségem
tudatában nyilatkozom és aláírásommal igazolom, hogy
…Fröccsöntött műanyag alkatrészek technológiai és szerszámtervezése CAE
alkalmazással…
című szakdolgozatom/diplomatervem saját, önálló munkám; az abban hivatkozott szakirodalom
felhasználása a forráskezelés szabályai szerint történt.
Tudomásul veszem, hogy szakdolgozat esetén plágiumnak számít:
- szószerinti idézet közlése idézőjel és hivatkozás megjelölése nélkül;
- tartalmi idézet hivatkozás megjelölése nélkül;
- más publikált gondolatainak saját gondolatként való feltüntetése.
Alulírott kijelentem, hogy a plágium fogalmát megismertem, és tudomásul
veszem, hogy
plágium esetén szakdolgozatom visszautasításra kerül.
Miskolc,......2018.......év ……május……hó ……7…..nap
…….……………………………….…
Hallgató
Tartalomjegyzék
1. Bevezetés ...................................................................................................... 5
2. Polimertechnológiai áttekintés ..................................................................... 6
2.1. A polimer feldolgozó eljárások csoportosítása .................................. 9
2.1.1.Kalanderezés ........................................................................... 10
2.1.2.Extrudálás ............................................................................... 11
2.1.3.Fúvás ....................................................................................... 11
2.1.4.Fröccsöntés ............................................................................. 12
2.1.5.Vákuumformázás .................................................................... 13
2.2. Fröccsöntés részletesebb bemutatása ............................................... 13
2.2.1.Fröccsöntés folyamata ............................................................ 13
2.2.2.A fröccsöntő gép felépítése..................................................... 14
2.2.3.Fröccsöntő szerszámok ........................................................... 17
2.2.4.A szerszám részei és feladatai ................................................ 17
2.2.5.Fröccsöntő szerszám tervezése ............................................... 20
3. Tervezőprogramok bemutatása ................................................................... 29
3.1. Moldex3D ........................................................................................ 31
3.2. NX Mold Wizard ............................................................................. 33
3.3. Autodesk Moldflow ......................................................................... 35
3.4. PTC Creo Parametric ....................................................................... 38
3.5. Solidworks Mold Tools, Plastics ..................................................... 40
4. SiemensNX program kezelőfelületének és az MoldWizard bővítményének
bemutatása ........................................................................................................ 42
5. Alkatrész tervezésének lépései ................................................................... 58
5.1. Modell elemzés ................................................................................ 59
5.2. A szerszám tervezése ....................................................................... 64
6. Összefoglalás .............................................................................................. 75
7. Summary ..................................................................................................... 76
Irodalomjegyzék ............................................................................................... 77
Mellékletek ....................................................................................................... 81
M1 Alkatrészek adatai ...................................................................................... 81
M2 Darabjegyzék ............................................................................................. 81
5
1. BEVEZETÉS
A szakdolgozatom fő témája a műanyag termék előállításához szükséges
fröccsöntő szerszám tervezése. Mielőtt erre rátérnék, úgy gondolom szükséges
egy polimertechnológiai háttér ismertetése, emellett bemutatom, hogyan és
mikor kezdődött a polimerek feldolgozása és ismertetek néhány egyéb eljárást
a fröccsöntésen kívül. Ezt követően térek rá a fröccsöntés bemutatására.
Beszámolok az eljáráshoz szükséges gép felépítéséről, leírom milyen
elemekből áll egy fröccsöntő szerszám, mik az egyes részek tulajdonságai és
hogy azoknak mi a feladata. Részletezni fogom a szerszám tervezésének
lépéseit, milyen alapelveket és szabályokat kell követnünk, hogy a
szerszámunk megfelelő legyen egy termék előállításához.
A szakdolgozatom második felében néhány fröccsöntéshez használt
program bemutatásáról írok, részletesen ismertetem a tanszékünkön elérhető
NX Siemens CAE tervezőprogram Mold Wizard nevű moduljának felépítését
és egy szerszámot is elkészítek a program segítségével.
6
2. POLIMERTECHNOLÓGIAI ÁTTEKINTÉS
Ebben az évezredben polimereket egyre több területen használnak, ez igaz
a műszaki területekre és a hétköznapokra. Szinte minden szakterületen
találkozhatunk polimerekkel, az orvostudománytól, autóiparon keresztül a
gépiparig. Azok a technológiák, amik a műanyag alapanyagok előállításáért és
feldolgozásáért felelősek rendkívüli fejlődésen mentek keresztül.
A polimerek a legszűkebb értelmezés szerint a szerves kémia olyan
hosszúláncú vegyületei, amelyben tipikusan sok ezer elemi
építőegység: monomer kötődik egymáshoz elsődleges kémiai kötéssel. A
polimer anyagszerkezettan a fémek anyagszerkezettanához hasonlóan a szilárd
polimereket összetartó erők, (kristályos) szerkezetek, kapcsolatok felderítésén,
leírásán keresztül szolgálja újabb és egyre jobb polimer szerkezeti anyagok
előállítását. A polimertechnikában a termelés, a technológia gyakorlati
tapasztalatai jóval megelőzték az elméletet. Ez tükröződik abban is, hogy
a polimertechnika gépészeti oldala korábban kezdte el rohamos fejlődését,
mint a szintetikus polimerek kémiája. A polimerfeldolgozás gépeinek,
technikájának fejlődését jól megfigyelhetjük a korai gumiipar fejlődésén.
A műanyagok feldolgozása és előállítása az utóbbi 150 év alatt gyorsult
fel. Az 1860-as években a kámforral társított cellulóz-nitrátot használták
hétköznapi használati tárgyak alapanyagaként. Az első műanyagalakító
szerszámot egy könnyűfémek feldolgozására alkalmas berendezésből
készítették 1872-ben. 1952-ben készítették az első csigadugattyús fröccsöntő
berendezést. Ezzel egyidőben, az 1900-as évek közepétől indult meg a
műanyag termékek használatának növekedése, az évente kitermelt műanyag
mennyisége 1965-ben 300 millió tonna, 2000-ben 600 millió tonna/évre volt
becsülhető [1], [2].
7
1. ábra Fémek, polimerek, kompozitok, kerámiák fontosságának változása [1]
Mielőtt azzal foglalkoznék, hogy milyen módon lehet a polimereket
feldolgozni, fontos ismertetni, hogyan csoportosíthatjuk a műanyagokat. A
számunkra lényeges, a technológia és feldolgozástechnika szempontjából a
képlékeny (plasztikus) alakíthatóság. Megkülönböztetünk hőre lágyuló és hőre
nem lágyuló (térhálós) polimereket.
Hőre lágyuló polimerek csoportosítása
a) kristályos hőre lágyuló: LDPE (kis sűrűségű polietilén), HDPE (nagy
sűrűségű polietilén), LLDPE (lineáris kis sűrűségű polietilén), PP
(polipropilén), PA (poliamid), POM (polioximetilén), PET
(polietilén-tereftalát)
b) amorf hőre lágyuló: PVC (polivinil-klorid), PS (polisztirol), ABS
(akrilnitril-butadién-sztirol), PMMA (polimetil-metakrilát), PC
(polikarbonát)
Hőre nem lágyuló polimerek:
c) ritka térhálós elasztomerek: NR (természetes gumi), SR (mesterséges
gumi), PUR
d) sűrű térhálós duromerek: PF, UF, MF, UP, EP.
8
A hőre lágyuló polimerek feldolgozási technológiája élesen eltér a térhálós
polimerekétől. Az előbbieket egyszerű képlékeny alakítási technológiákkal
(fröccsöntés, extrúzió, kalanderezés, melegen formázás) dolgozzák fel, a hőre
nem lágyuló polimerek feldolgozása reaktív technológiával történik, ami során
a szerszámban alakítjuk ki a szükséges sűrűségű térhálót visszafordíthatatlan
kémiai reakciókkal. A szintetikus polimerek legsikeresebben legtöbbet
gyártott részét és a 20. század második felének új anyagait a hőre lágyuló
polimerek adják, valamint a manapság gyártott polimerek 85-90%-a is hőre
lágyuló polimer. A hőre nem lágyuló polimereket műszaki tulajdonságaik
miatt (kiváló szilárdság, kiemelt hőállóság, kúszás- és feszültségrelaxáció)
úgynevezett „high-tech” alkalmazásokban használják, valamint ezek
szolgálnak a legjobb mátrix anyagokként nagyszilárdságú kompozitokhoz. A
polimerek olyan tulajdonságokkal rendelkeznek, amik a fémekkel szembeni
alkalmazásuk mellett szólnak, kicsi a sűrűségük (0,92-2 mg/m3), kicsi a
szilárdságuk és a merevségük, de nagy a szilárdság/súly arányuk, rossz
elektromos és hővezető képességük van, jó a vegyi ellenállásuk, nagy
hőtágulási együtthatóval rendelkeznek, kiválóan alakíthatók és
megmunkálhatók és viszonylag olcsók, ezen tulajdonság némelyike lehetővé
teszi, hogy akár autóipar, repülőgép gyártás és sporteszköz készítés esetén
fémek helyett alkalmazzák őket [1], [3].
A polimerek feldolgozás technikában való alkalmazás előtt az alapanyagba
kevernünk kell az adott alkatrész feladatának ellátásához szükséges
adalékokat. Az adalékok lehetnek színezők, töltő anyagok, stabilizátorok,
szilárdságnövelők, kenőanyagok, védő adalékok, antioxidánsok. A polimer
alapanyag általában por vagy granulátum alakjában, az adalékok egy része
szemcse vagy por alakban, de előfordulhat, hogy folyadék halmazállapotban
kerül a keverékbe. A keverékek alaptípusai a száraz keverék (dry blend) vagy
az ömledék keverés [1].
9
2. ábra Kétfokozatú örvénykeverő porkeverékek üzemi méretű gyártásához [1]
2.1. A polimer feldolgozó eljárások csoportosítása
A hőre lágyuló polimerek feldolgozás technológiái:
kalanderezés,
rétegelés, rásajtolás,
extrudálás,
fröccsöntés,
rotációs öntés,
fúvás,
vákuumformázás,
szálhúzás.
10
Hőre keményedő polimerek alakadási technológiái:
sajtolás,
fröccsöntés,
erősített műanyagok öntése [1], [4], [5].
A továbbiakban ezek közül ismertetek néhány elterjedtebb eljárást.
2.1.1. Kalanderezés
A polimerfeldolgozás során többnyire textil hordozóra viszünk fel polimer
bevonatot. A folyamat során két vagy több henger között vezetjük át a polimer
ömledéket. Ez a technológia leginkább az amorf hőre lágyuló polimerek a
legalkalmasabbak, ezek rendelkeznek széles olvadási hőmérsékleti
tartománnyal, így a szívós-képlékeny állapotot széles hőmérséklethatárok
között tudják megtartani.
3. ábra Kalander vázlata [6]
A kalanderezés során folyamatos üzemben hozzák létre a vékony filmeket,
fóliákat. A gyártható fóliaszélesség általában 2 és 4 méter között változik, a
gyártási sebesség elérheti a 100 m/percet. Az előállított filmek vastagsága
körülbelül 30 és 800 µm között változik. Kalanderezés során használt
polimerek általában hőre jól reagálnak, pl. PVC, ABS, PS, ütésálló
polisztirolok.
http://tudasbazis.sulinet.hu/hu/szakkepzes/gepeszet/gepeszeti-szakismeretek-1/muszaki-muanyagok-es-feldolgozasi-technologiaik/kalanderezes-technologiaja
11
A hengerek helyzete többféle képen is elhelyezhetők, ezek a különböző
feladatoktól függenek. A hengerek tengelyének egyik oldalán vezetik be és ki
a fűtőközeget, az ellenkező oldalon kapcsolják rájuk a meghajtást. A kalander
hengerek körülbelül 600-800 mm átmérőjűek és 2-4 m hosszúak, felületüknek
ki kell bírnia a fellépő nagy erőket, másrész keménynek és kopásállónak kell
lennie ez nagyjából 500-550 HB, amit kéregöntéssel készítenek [1], [4], [5],
[6].
2.1.2. Extrudálás
Az extrudálás az egyik legszélesebb körben elterjedt műanyag alakító
eljárás. Míg a kalanderezésre mondható, hogy a fémek hengerléséből fejlődött
ki, addig az extrudálás a filmek rúdsajtolásából fejlődött ki. Manapság
leginkább extrúzióval készített hétköznapi tárgyak közé sorolható a PVC
ablakok profiljai vagy akármilyen műanyag csővezeték. Extrúzióval
feldolgozhatók termoplasztikus műanyagok, de a leggyakrabban hőre lágyuló
műanyagokat alkalmaznak. Álltalános esetben a polimereket granulátum vagy
pellet formában kerül betáplálásra az extrúziós csigára, ahol a betáplált
polimer és adalékok megolvadnak és keverednek. A csiga áttolja a műanyagot
a szerszámon, ahol az felveszi a kívánt alakját, majd ezt követően gyorsan
lehűtik, hogy az állandósuljon.
Az eljárás mellett szól, hogy nagy a termelékenysége, hiszen folyamatosan,
leállás nélkül szinte teljesen automatikusan folyhat a termelés. Viszont a
készíthető alkatrészek geometria komplexitása befolyásolja a gyárthatóságot,
valamint ezzel a technológiával csak olyan termékek készíthetők, amiknek a
keresztmetszete nem változik [1], [4].
2.1.3. Fúvás
Üreges testek előállításának egyik módja a fúvás, amely során az
egyszerűbb üreges testek, mint a palackok készítenek. Az alakító technológia
első lépése az alapanyag olvasztása, amit az előforma gyártása követ,
befejezésként alakítják ki a kívánt formát az előformába fúvással. A fúvásnak
különböző előnyei vannak az egyéb közepes méretű üreges testek gyártásakor,
a szükséges öntőforma elkészítése sokkal gazdaságosabb. mint például a
fröccsentésnél. Üreges testek készíthetők rotációs öntéssel is, azonban a
termék előállítása sokkal hosszabb ideig tart, valamint a méretpontossága nem
a legjobb, ezért csak nagyméretű üreges testek előállítására használják. A
12
fúvási technológiának több különböző változata is van, ilyen például az
extrúziós fúvás, szakaszos extrúziós fúvás, folyamatos extrúziós fúvás és
egyéb más technológiák [1], [4], [7].
2.1.4. Fröccsöntés
A fröccsöntés a polimer feldolgozás egyik legfontosabb eljárása, hiszen
képes bonyolult geometriájú termékek előállítására, míg az előbbi eljárások,
az egyszerűbb, változatlan geometriájú termékek előállítását teszik lehetővé. A
fröccsöntés előnye, hogy majdnem teljesen hulladékmentes eljárás, hiszen a
plasztikus alakadás után a termék újra feldolgozható marad. Az extrudáláshoz
hasonlóan a fröccsöntés is a fémek rúdsajtolásából fejlődött ki, először csak
egyszerűbb dugattyús, később csigás előplasztikáló egységgel felszerelt
gépeket gyártottak. Ezt követte a csigadugattyús fröccsöntőgép létrejötte, ahol
a csigában történik a műanyag képlékeny állapotba hozása és ez adagolja az
alapanyagot dugattyúként a szerszámba. A fröccsöntés nagy pontosságú
eljárás, mindezek ellenére a mérettartomány, amiben fröccsöntött termékeket
lehet előállítani a pár grammos fogaskeréktől, akár egy nagyobb kádig is
terjedhet, nyilván ezt az arra alkalmas géppel és szerszámmal lehet előállítani.
Fröccsöntéssel feldolgozható műanyagok egyaránt lehetnek hőre lágyuló és
hőre keményedő polimerek. A legáltalánosabb műanyagok, amiket
fröccsöntésre használnak az a PE, PS, PVC, PMMA, ABS, POM és PC. A
technológia hátrányának a keletkezett hulladékot mondhatjuk, ezeket azonban
újra fel lehet dolgozni, továbbá az ismételt igénybevételek következtében
fellépő roncsoló hatások miatt a szerszám felülete sérülhet, így a termékeket
rendszeresen ellenőrizni kell, hogy az elvárt követelményeknek megfelelők
legyenek.
Ezek alapján a fröccsöntés elvének mondható, hogy a polimer ömledéket,
amelyet az olvadáspont fölé melegítve kis viszkozitású folyadékállapotba
visszük, nagy sebességgel, szűk beömlőnyíláson át zárt szerszámba
fecskendezzük, és ott nagy nyomás alatt kihűlve alakul ki a kívánt alkatrész,
tulajdonképpen hulladékmentesen, képlékeny alakítással, nagy
méretpontossággal [1], [4].
13
2.1.5. Vákuumformázás
Az eljárás alapvetően különbözik az előző eljárásoktól, az előzőekben
megismert technológiákban a granulátum vagy por alapanyag kerül
felmelegítésre és az alakadás viszkózus formában történt. A vákuumformázás
során a műanyag polimerlemezt előmelegítjük, de nem olvasztjuk meg és
alapvetően kis erőkkel állítjuk elő a végterméket. Ennek következtében a
szerszám egyszerű, így a szerszám anyagköltsége alacsony. Viszont a
nagyméretű feszültségmentes műanyag lapok drágák, ez az eljárás ellen szól.
4. ábra Vákuumformázás [8]
Vákuumformázással nagyméretű, vékonyfalú termékeket állítanak elő. A
formázandó meleg műanyaglemez és a szerszám között vákuumot hozunk
létre és ez az 1 bar nyomáskülönbség alakítja a lágy polimert. A
szerszámkialakítástól függően beszélhetünk negatív és pozitív
vákuumformázást [1].
2.2. Fröccsöntés részletesebb bemutatása
2.2.1. Fröccsöntés folyamata
A fröccsöntés ciklusának lépéseit és azok egymásra épülését az elvi
folyamatábrán követhetjük nyomon. A mozgáselemeket figyelve a ciklust a
szerszám és a fröccsöntő egység zárása indítja el. Ezt követően a fröccsöntő
egységben megömlesztett műanyagot nagy nyomással (megközelítőleg 1000
bar-os nyomással) a szerszámba juttatja a csiga. A temperált szerszámüregben
az anyag hőmérséklete és ezért a térfogata is csökkenni kezd, ezért a térfogat
csökkenést az utónyomás egyenlíti ki. A hűtés hatására folytatódik a műanyag
14
dermedése. Ez alatt a fröccsegységben a következő alkatrész elkészítéséhez
szükséges alapanyag ömlesztése zajlik le. A fröccshengerben a forgó fűtött
csiga szállítja és olvasztja meg az anyagot (plasztikálás). Ezek után a
fröccsöntő rész leválik a szerszámról, miközben az alkatrész hűl a zárt
szerszámban. Ha lehűlt a szerszám és az alkatrész, akkor a szerszám kinyílik
és a kidobó rész eltávolítja az alkatrészt. Ezután a folyamat az elejéről
kezdődik [1], [4], [9], [10].
5. ábra Fröccsöntés folyamata [9]
2.2.2. A fröccsöntő gép felépítése
A gép két fő részre osztható, fröccsöntő egység és szerszámhordozó,
szerszám záró részre. A gép a szerszámzáró és a fröccsöntő rész tengelyének
alapján lehet vízszintes és függőleges elrendezésű.
A plasztikáló egységben történik az alapanyag megömlesztése,
homogenizálása, ömledék szállítása és tárolása, az ömledék befröccsentése a
szerszámba és az utónyomás biztosítása. Az alapanyagot granulátum formában
adagolják bele az egységbe, itt adagolhatnak bele különböző színező
anyagokat és egyéb adalékokat. A polimer a garaton keresztül kerül az
15
ömlesztő hengerbe, itt az alapanyag a nyomás, hőmérséklet és nyíró feszültség
hatására plasztifikálódik.
6. ábra Fröccsöntő, plasztifikáló rész felépítése [13]
A megömlesztéshez és az alapanyag befröccsentésére két rendszert
alkalmazhatunk, csigadugattyús és dugattyús rendszert. A csigadugattyús
gépek képesek a homogén megömlesztésre, jobb a keverési hatásfokuk, kisebb
a befröccsentési nyomásuk, a gyártható darabmérete nagyobb, mint a
dugattyús gépeké. A csigadugattyús gépeknél figyelembe kell venni, hogy egy
műanyag csak akkor dolgozható fel egy bizonyos gépen, ha annak tapadása
nagyobb az oldalfalon, mint a csigán. Ez azért fontos, mert ilyen esetekben a
műanyag a csiga felületén csúszik és nem az oldalfalon. Mind a két rendszer
sajátossága, hogy a polimer plasztifikálása és szerszámba juttatás egy
egységben történik.
A gép másik része a szerszámzáró egység, ami magába foglalja a
szerszámot is, kulcsfontosságú eleme a szerkezetnek. Ha megfelelő
szerszámzáró egységet választjuk, akkor a gyorsaságával a gazdaságosságot
lehet növelni, az általa nyújtott záróerő pedig egy alkatrész adott gépen való
legyárthatóságának korlátja. A szerszámzáró egységnek több feladata is van,
ezek között van a szerszám nyitása, zárása és ez a rész felelős azért, hogy a
ciklus folyamán fent maradjon a szükséges záróerő, valamint ez az egység
működteti a kidobó berendezést is. Mivel a polimer ömledék nagy nyomása
nagy méretű felületen érvényesül, a szerszám összeszorító érőnek 15-20 %-kal
kell meghaladnia szerszámüregben létrejövő nyomás miatt kialakuló erőt. Már
16
a középméretű gépek esetén a kialakuló erő a 100 tonnás nagyságrendet is
eléri.
Az alkalmazott szerszámzáró egységeket két fő részre lehet bontani,
oszlopos és oszlop nélküli gépeket különböztetünk meg egymástól. Az
oszlopos gépek fő tulajdonsága az álló szerszám felfogó- és támasztólap
között elhelyezkedő négy nagyméretű hengeres összekötő elem, amely a
mozgó szerszám felfogólap megvezetéseként szolgál. Oszlop nélküli kivitel
nélkül a megvezető elemek hiányoznak így a teljes szerszámtér nyitott.
7. ábra Szerszámzáró egységek csoportosítása [11]
Az oszlopos gépek esetén megkülönböztetünk egymástól több különböző
altípust, amit a zárásnak a különböző mechanizmusai alapján
kategorizálhatunk, úgymint hidraulikus, mechanikus és kombinált záróegység.
Mechanikus szerszám záróegység esetén megkülönböztetünk még
hidromechanikus és elektromechanikust is.
Az oszlop nélküli gépek előnye, az vezetőoszlopok hiánya miatt kialakuló
nagy tér, amit a bonyolult geometriájú termékek előállításához szükséges nagy
magmozgású szerszámok miatt hasznos, míg az oszlopos gépek esetén a
szerszám felrakása előtt el kell távolítani az oszlopok közül néhányat, majd
vissza kell azokat szerelni, viszont azonos kifejtett erő esetén az oszlopos
gépek konstrukciójának köszönhetően kevesebb helyet igényelnek, mint az
oszlop nélküli gépek. Általánosságban elmondható, hogy a számunkra ideális
17
fröccsöntőgépet csak az adott elkészítendő termék és az erre alkalmas
szerszám paramétereinek teljes ismeretében tudjuk kiválasztani [1], [12], [13],
[14].
2.2.3. Fröccsöntő szerszámok
A fröccsöntés legfontosabb gépszerkezeti eleme maga az alakadó
szerszám. Ez határozza meg a kialakítandó alkatrész alakját, méreteit, előírt
szerkezeti minőségét. A fröccsöntő szerszámokat nagyszilárdságú acélból
készítik, lehet olyan komplex szerszámot tervezni, ami több mozgó részt is
tartalmaz, nyitható és igen pontos illesztéssel zárható üreges berendezések. A
fröccsöntő szerszám szerkezeti kialakítását és méreteit alapvetően a vele
gyártandó termék jellemzők határozzák meg, tehát egyedi, csak annak a
terméknek a gyártásához alkalmas, amelyhez azt tervezték, szemben a
fröccsöntő géppel, ami a saját méretein és teljesítmény tartományán belül
univerzális. A szerszám feladata az alakadás és annak rögzítése. Alakadáskor
megömlesztett műanyaggal töltjük fel a szerszám üregét, ami így felveszi
annak alakját, alakrögzítés során a műanyag a szerszámban hűl le a dermedési
hőmérséklet alá, csak ebben az esetben rögzül a kívánt alak. A szerszám
konstrukciója alapvetően a kialakítandó termék geometriájától és
bonyolultságától függ, de ezen kívül befolyásoló tényezők lehetnek a termék
méretei, a gyártandó darabszám stb. A szakember feladata általában a
formaadó térfogat megtervezése, az ömledék beáramlási útvonalának
meghatározása, a kilökő és a temperáló rendszer kialakítása. A szerszám többi
alkotóeleme már előre gyártott, szabványosított elemekből összeállítható, ezek
alkalmazásával a szerszámtervezési idő kb. 20-30%-kal, szerszámgyártási idő
pedig 20-40%-kal csökkenthető [15].
2.2.4. A szerszám részei és feladatai
Központosító gyűrű:
o fröccsöntőgép fúvókáját a beömlőperselyhez vezeti, tökéletes
illesztés biztosítása a kettő között.
Beömlőpersely
18
o fröccsöntőgép fúvókájából az elosztócsatornába vezeti az
ömledéket, a szűk keresztmetszetnek köszönhetően az olvadt
műanyag felgyorsul így biztosítva a tökéletes kitöltést,
o az anyagberagadás megállításának érdekében 0,5-2°-kal
bővülőre kell kidolgozni a keresztmetszetét.
8. ábra Fröccsöntő szerszám felépítése [16]
Álló oldali felfogó lap
o ebbe van belemunkálva a beömlőpersely és a központosító
gyűrű helye, erre fogjuk fel az álló oldali formalapot,
o felfogólap méretének meghatározásánál figyelembe kell
venni, hogy mekkora a gép szerszámfelfogó lapja, illetve
mekkorák az adott gépen az oszloptávolságok.
Álló és mozgó oldali formalap
o az álló és mozgó formalapban kerül kialakításra a szerszám
formaadó része a szerszámüreg, ezek kimunkálhatók a
formalapból vagy használhatunk különböző betéteket,
19
o a formalapból kialakított szerszámüreget egyszerű kisméretű
alkatrészek esetén alkalmazzuk egyszerű
szerszámkonstrukcióknál,
o betétezett szerszámüreg kialakítása a többfészkes, bonyolult
szerszámokra jellemző,
o a betétezett szerszámlapok előnye, hogy karbantartása,
felújítása jóval egyszerűbb, mint a formalapból kimunkált
szerszámüregek,
o a formalapokban kerül kidolgozásra a temperáló rendszer is,
melynek feladata a szerszám megfelelő hőmérsékletre
hevítése, hőn tartása, majd a szerszám, ezáltal a munkadarab
lehűtése,
o a temperáló közeg lehet víz, olaj vagy emulzió, ami a
szerszám oldalán elhelyezett gyorscsatlakozókon keresztül
jut be a szerszámba, a temperálás igen fontos, mivel
megfelelő hűtés nélkül nő a ciklusidő, ezáltal a gyártás
költsége is,
o a mozgó oldali formalapon szokták kidolgozni a szerszám
magot, ezek képezik a termék üreges részeit, furatait.
Támasztólap vagy párnalap
o feladata a megfelelő merevség biztosítása a formalapok
számára, vastagsága a szerszámüregben ébredő nyomástól, a
fészkek számától elrendezésétől függ.
Vezetőoszlop, vezetőpersely
o a vezetőoszlop az álló oldali formalapba, a vezetőpersely
pedig a mozgó oldali formalapba van elhelyezve,
o feladatuk a szerszámzárás során összevezetni a két
szerszámfelet és biztosítani a pozícionálást.
Kilökő lap és kilökő tartólap
o merevítő szerepük van.
Kilökő lap vezetőoszlop
o meggátolja a kilökő lap befeszülését és vezeti azt.
20
Kilökő szár
o kilökőrendszer mozgatása.
Mozgó oldali felfogó lap
o a fröccsöntőgép mozgó felfogó lapjára kerül, erre kerülnek
rögzítésre a távtartók.
Távtartó lap
o feladata a kilökőrendszer megfelelő mértékű elmozdulásához
szükséges hely biztosítása [16].
A felsorolt szerszámelemek nagyrésze kereskedelmi forgalomban kapható,
így a szerszám tervezése során az adott szerszámelemeket tervezési
szempontok szerint kell kiválasztanunk és csak néhány elemet kell saját
kezűleg megtervezni. A tervezés során nem választhatunk akármilyen
szerszám anyagot, általában szénacélokat, rozsdamentes acélokat, meleg
szerszámacélokat, berillium-réz ötvözeteket, alumíniumot, alumíniummal
töltött műgyantát szoktak használni. A szerszámanyagok kiválasztásának fő
szempontjai a megmunkálhatóság, a hőtágulási tényező, fajhő, hővezető
képesség, sűrűség, keménység, folyási feszültség, hegeszthetőség.
2.2.5. Fröccsöntő szerszám tervezése
A tervezést megelőzően meg kell állapítani, hogy a termék megfelelő-e,
szükség van-e optimalizálásra. Fő kritérium az oldalferdeség megléte, erre
azért van szükség, hogy a termék a ciklus végén eltávolítható legyen a
szerszámból. Annak érdekében, hogy ne ragadjon bele az alkatrész a
szerszámüregbe 0,5-3°-os oldalferdeséget kell alkalmazni a munkadarab
függőleges felületein. A kritérium az alámetszések számának minimalizálása.
Erre azért van szükség, mert bizonyos esetekben így vagy nem lehet, vagy
nagyon megbonyolítja az adott termék elkészítéséhez szükséges
szerszámkonstrukciót. Ez meghosszabbítja a szerszámtervezés idejét és a
költségeket is nagymértékben növeli. A szerszám tervezése esetén egyéb
alapelveket is figyelembe kell vennünk:
el kell kerülni az anyagtöbbletet,
egyenletes falvastagságot kell megvalósítani,
kis falvastagság esetén merevítő bordákat kell alkalmazni,
21
feszültség gyűjtő helyeket el kell kerülni,
nagyméretű síkfelületek elkerülése,
kúposság a szerszámnyitás miatt,
alámetszés elkerülése,
megfelelő pontosság előírása,
többfunkciós darabok tervezése,
gazdaságos szerelési módszerek.
A tervezés következő lépésében egy szimulációs program segítségével
információkat kapunk a szerszámban végbemenő folyamatokról. Ezek a
programok egy megoldó algoritmusra épülnek, amelyet kiegészítenek az
ahhoz csatolt további segédprogramok és adatbázisok. Általában valamilyen
CAD programmal elkészített termékmodellt importálunk a szimulációs
programba, s így különféle szempontok alapján optimalizálhatjuk azt, illetve
az egész fröccsöntési folyamatot és ennek köszönhetően jelentős költségeket
takaríthatunk meg.
Miután lefutott a szimuláció, a következő eredményeket kapjuk:
szerszám kitöltési folyamatának modellezése,
ömledékfront előre haladása az idő függvényében,
nyomáseloszlás,
hőmérsékleteloszlás,
hűlési idők a különböző koordinátájú pontokban,
a polimer ömledék orientációja,
összecsapási frontok,
légzárványok kialakulásának lehetséges helyei,
geometriai optimalizáció,
szerszám hűtési viszonyainak modellezése,
deformációk (zsugorodás és vetemedés) modellezése,
mechanikai előrejelzés (belső feszültségek elemzése),
költségelemzés.
22
Az eredmények egy része szöveges, más része pedig grafikus módon kerül
megadásra.,
A fröccstermékek gyártásánál komoly gondot jelent az a tény, hogy a
különböző műanyagok fajtérfogata nagyban függ a hőmérséklettől. A
befröccsentés során a magas hőmérsékletű ömledék (a polimer típusától
függően különböző hőmérsékletek) fajtérfogata eléri a maximális értéket,
majd innentől kezdve ez az érték a hőmérséklet csökkenésével párhozamosan
csökken, s ez zsugorodást idéz elő a termék méreteiben is. Ahhoz tehát, be
tudjuk tartani a termék méreteivel támasztott követelményeket be kell
kalkulálni a szerszám tervezésébe a zsugorodást, vagyis ennyivel nagyobbra
kell tervezni szerszámot.
A zsugorodás értéke sok tényezőtől függ. Az egyes műanyagoknál ez az
érték más és más, ezért az adatokat különböző adatbázisokból kell beszerezni.
Ezek azértékek azonban nem veszik figyelembe a termékek bonyolultságát,
hagyományos fröccsöntő eljárást feltételeznek így ezek csak irányadók
lehetnek. A tényleges zsugorodás értéke függ a falvastagságtól, a szerszám
hőmérsékletétől, az utónyomástól, a száltartalomtól és egyéb tényezőktől.
1. táblázat Általános műanyagok melegalakítási hőmérséklete és
zsugorodásának értéke [15]
A műanyag fajtája Melegalakítási
hőmérséklet, [°C]
Zsugorodás, [%]
LDPE 112…117 2,6
HDPE 130…135 1,5-2,5
PP 160…164 1,5-2,5
PC 150…210 0,6-0,8
PS 95…135
23
Ezt követően meg kell határozni a beömlőrendszer és a fészkek
elrendezését. A fröccsöntés során a polimer ömledék a beömlőperselyen
keresztül lép be a szerszámba. Az ömledék ezt követően a beömlőrendszeren
keresztül áramlik a gép fúvókájából a szerszámba. A beömlőcsatorna mérete a
munkadarab tömegétől függ. Növelni kell a csatorna átmérőjét, ha a csatorna
szokatlanul hosszú, vagy a munkadarab falvastagsága nagyon kicsi. Egy jól
megválasztott beömlőrendszer minimalizálja a hőveszteséget, a nyomásesést
és elkerülhetővé teszi az ömledék idő előtti megszilárdulását. Különböző
keresztmetszetű elosztócsatornák léteznek, használatosak.
A legideálisabb a kör keresztmetszetű, mert ebben az esetben az ömledék
teljesen kitölti a csatornát, azonban ez a konstrukció megnöveli a szerszám
árát, ugyanis ebben az esetben mind a két szerszámfelet meg kell munkálni.
Az egy szerszámmal elkészíthető munkadarabok száma alapján
megkülönböztethetünk egy fészkes, értelem szerűen ebben az esetben egy
terméket lehet elkészíteni, valamint több fészkes szerszámot. Több fészkes
szerszám esetében meg kell tervezni az egyes fészkek egymáshoz képesti
helyzetét. Itt a fő szempont, amelynek teljesülnie kell, hogy az ömledékfront
terjedése során egyszerre érje el az egyes fészkeket, s a szerszámüregek
kitöltése egyszerre valósuljon meg. Ez kétféle képpen érhető el. Kialakítástól
függően beszélünk természetesen és mesterségesen kiegyensúlyozott
beömlőcsatornáról.
Természetesen kiegyensúlyozott csatornarendszer esetén az egyes fészkek
és az elosztócsatornák szimmetrikusan vannak elhelyezve, a meglövési pont
pedig a középpontban található, így biztosított az egyenletes kilövés. Annak
érdekében, hogy az ömledék áramlásának sebessége egyenletes legyen,
elengedhetetlen követelmény, hogy az egyes folyási utak egyenlő hosszúak
legyenek és a bennük azonos számú elágazásnak és törésnek kell lenni. Az
egyes elágazások után csökken az elosztócsatorna keresztmetszete, ezzel az
ömledék áramlási sebességét lehet biztosítani. Az egyes elosztócsatorna-ágak
végén hideganyag csapdákat célszerű kialakítani, így optimális hőmérsékletű
anyag jut a szerszámüregbe.
A mesterséges kiegyensúlyozott elosztócsatorna esetében az egyes fészkek
nem egyenlő távolságra helyezkednek el a meglövési ponttól. Itt az
ömledékfront egyenletes terjedését az elosztócsatornák átmérőjével
szabályozhatjuk. A legelterjedtebb elrendezéskor egyetlen főcsatorna táplálja
mellékcsatornákon keresztül a két oldalt, egy-egy sorban elhelyezett fészkeket.
24
A mellékcsatornák keresztmetszete jóval kisebb, mint a főcsatornáé. Ez a
kialakítás csak akkor eredményes, ha elegendő folyási út áll rendelkezésre a
másodlagos csatornákban az ömledékfront sebességkülönbségének
kiegyenlítésére.
Ha megterveztük a beömlőrendszert és a fészkek elhelyezkedését, akkor
ezt követően ki kell alakítani az ezeket összekötő gátakat. Azt, hogy milyen
típusú gátat választunk általában a termék geometriája határozza meg. A
megfelelő gát megválasztása igen fontos a szerszámüreg teljes kitöltésének
szempontjából, az összecsapási vonal elhelyezkedésének szempontjából,
illetve a szabadsugár képződés is ettől függ. Ezt követően néhány gáttípus és
azok jellemző alkalmazási területei.
A direkt meglövés általában egy fészkes szerszámoknál ajánlott, illetve
körszimmetrikus termékeknél, melyeknél követelmény a szimmetrikus
kitöltés. Vastag termékek esetén jól alkalmazható.
Standard gátat többfészkes szerszámoknál ajánlott használni, ami a termék
alakját tekintve a közepes és vastag munkadarabok esetén használatos.
Legyező gátat azon lapszerű alkatrészeknél lehet alkalmazni, amelyeket
nem lehet széles felületen meglőni, vagy pedig nem megengedhető, hogy
sérüljön az oldala.
Filmbeömlést általában a lapos, hosszú termékek esetén alkalmazzák, és
így jó minőségű, elhúzódásmentes terméket ad.
Az egyfészkes szerszámoknál alkalmazott esernyőgátat, egyszerű
geometriájú, kis vagy közepes belső átmérővel rendelkező termékek esetén
ajánlott használni. A küllőgát nagyban hasonlít az esernyőgáthoz. Egyfészkes
szerszámoknál használják, nagyobb belső átmérővel rendelkező
körszimmetrikus termékek esetén.
A tömb beömléssel készült termékek esetén egyszerű a kikészítés, illetve a
csatornamaradék eltávolítása. Csak vékony termékeknél használható.
Alagútgát igen gyakran alkalmazott gáttípus, legnagyobb előnye, hogy a
szerszám nyitása során automatikusan leválik a csatornamaradék.
Tűgátat háromlapos szerszámoknál alkalmazzák. Az alagútgáthoz
hasonlóan ez is automatikusan eltávolítja a csatornamaradékot és
középpontban elhelyezkedő gátat eredményez.
25
A tervezés következő lépésében meg kell határoznunk a formaadó
térfogatokat. Ebben a lépésben kerül meghatározásra az osztófelület. Itt több
szempontot is szem előtt kell tartani. Meg kell határoznunk a várható
szerszámkonstrukciót, azaz, hogy egyszerűbb-aktív szerszámelemektől mentes
konstrukcióval is megvalósítható-e a kívánt szerszám, - vagy bonyolultabb
szerszámkonstrukciót kell alkalmaznunk. Ezt követően létre kell hoznunk a
formaadó térfogatokat, azaz meg kell határoznunk, hogy a termék negatívját
tekintve hány részre osztjuk azt, illetve, hogy mi kerül a mozgó és mi az álló
oldalra. Ez egyszerűbb esetben két térfogat fél, de bonyolultabb esetben (pl.
külső menet esetén) akár négy részből is állhat. Ügyelnünk kell arra az
általános szerszámtervezési alapelvre, hogy a terméknek a mozgó szerszám
felén kell maradnia a szerszámnyitást követően. Ezt általában úgy érik el,
hogy a mozgó oldalon helyezkednek el a magok, melyek a furatok, üregek
kialakítását végzik, s a termék a hűtés hatására rázsugorodik ezekre. Ezek után
a meg kell határozni a formaadó részek kialakításának módját. Egyszerűbb
szerszámkonstrukcióknál, kis gyártandó darabszám esetén magából a
formalapból munkálják ki ezeket, mivel itt nem várható meghibásodás vagy
idő előtti elhasználódás. Abban az esetben, ha bonyolult szerszámról van szó,
mely esetenként több mozgó elemet is tartalmaz, vagy pedig amennyiben a
szerszám igen hosszú élettartamra van tervezve, úgy mindenképpen betétezett
formalapokat érdemes alkalmazni. Ezeknek a szerszámoknak a karbantartása,
felújítása, esetleges szerszámtörés esetén a javítása jóval egyszerűbb és
gazdaságosabb.
Ezt követően ki kell választani egy szabványos méretű szerszámházat. A
formalapokat és egyéb szerszámelemeket szabványos méretű szerszámházba
helyezzük el. Ezeket normália gyártó cégek katalógusai alapján végezzük. A
választott szerszámház méretét alapvetően a termék mérete, a fészekszám és
az elrendezés határozza meg, de figyelembe kell vennünk, hogy a
követelményben milyen fröccsöntő gép van meghatározva és annak milyen
paraméterei vannak, azaz a szerszám felfogólap méretét és a gép
oszloptávolságát.
Az optimális szerszámház kiválasztása után döntenünk kell az
elosztócsatorna jellegéről, azaz, hogy hideg csatornás, szigetelt csatornás vagy
pedig forró csatornás rendszert alkalmazunk.
26
Hideg csatornás rendszer:
Hideg csatornás szerszámkialakítást általában az egyszerűbb, alacsonyabb
költségvetésű szerszámoknál alkalmazunk. Lényege, hogy az
elosztócsatornában lévő polimer ömledék megszilárdul, majd ezt követően
kidobásra kerül a termékkel és a csatorna maradékkal együtt. Amennyiben a
fröccsöntő gép meghibásodás, áramszünet, vagy bármi más okból kifolyólag
leáll, az elosztócsatornában lévő ömledék beledermed. Eltávolítása csak a
szerszám szétszedését követően lehetséges, mely termeléskiesést és plusz
költséget okoz.
Szigetelt csatornás rendszer:
Működése a hőre lágyuló műanyagok viszonylag kis hővezető-képességén
alapul. A nagy átmérőjű körszelvényű beömlőcsatorna az első ciklusban
megtelik polimer ömledékkel, melynek a kamra hideg falával érintkező réteg
megdermed és hőszigetelő réteget alkotva meggátolja a további ciklusokban
beáramló ömledék ledermedését a ciklusok között. Hogy a rendszer
megbízhatóan menjen, a percenkénti munkaciklusok száma nem lehet
kevesebb, mint 4-5 ciklus. A csatornákban ömledék állapotban lévő anyag
mennyiségének kisebbnek kell lennie, mint a formaüregek térfogatának
összege, mivel csak így biztosítható a csatorna folyékony állományának teljes
cserélődése. A szigetelt csatornás rendszer számos előnnyel rendelkezik, ezek
közül néhány:
kevésbé érzékeny az elosztócsatornák kiegyensúlyozottságára,
csökkenti az anyagra ható nyíróerőt,
tömörebb anyagtérfogat alkatrészenként,
gyorsabb ciklusok,
kiküszöböli az elosztócsatornában képződő hulladékot,
jobb felületminőségű terméket eredményez,
csökkenti a szerszámkopást.
27
A fent említett előnyök mellett természetesen néhány hátrányt is meg kell
említenünk ezzel a konstrukcióval kapcsolatban:
általában bonyolultabb a szerszám tervezése,
általában magasabb szerszámköltségek jelentkeznek,
végbe mehet a polimer ömledék termikus degradációja,
nehezebb a színek változtatása,
magasabb karbantartási költségek.
Forró csatornás rendszer:
Napjainkban ezt a kialakítást használják a leggyakrabban. Ez esetben az
elosztócsatorna külön szerszámlapban van kialakítva, ezeknek az adott
hőmérsékleten való tartását végzik az elektromos fűtőbetétek. Ez a megoldás
nagy szabadságot biztosít a polimer ömledék hőmérsékletének beállításánál,
illetve a szerszám tervezésében is egyaránt, legfőképpen a nagyméretű,
többfészkes szerszámok esetén. A forró csatornás rendszerek rendelkeznek a
szigetelt csatornás rendszernél említett előnyökkel, s az ott említett hátrányok
közül néhányat kiküszöbölnek. A szerszám indítása kevésbé nehézkes, mint a
szigetelt csatornás esetben. A forró csatornás rendszer legfőbb hátrányai a
hideg csatornással szemben:
jóval bonyolultabb szerszámtervezés, gyártás és üzemeltetés,
lényegesen magasabb szerszámköltség.
Ennél a megoldásnál az ömledék nem tapad az elosztócsatornába, hisz
mindvégig folyékony állapotban marad és egy tűszelepes fúvókán keresztül jut
az ömledék a szerszámüregbe. Ez a fúvóka hivatott megakadályozni az
ömledék szivárgását a ciklusok között.
A termék eltávolítása a szerszámból a fröccsöntési ciklus végeztével egy
igen fontos és alapos tervezést igénylő feladat. A kidobó rendszer
megválasztásának alapvető szempontjai:
a munkadarab ne sérüljön a kidobás során, ne lépjen fel
alakváltozás, a kilökő rendszer elemei ne hagyjanak nyomot a
termék látható felületén,
28
a kidobás megbízható legyen,
a kidobók egyszerűen és gyorsan működjenek.
A legtöbb fröccsöntő szerszámon a kilökő rendszer a szerszám mozgó
oldalán helyezkedik el és a szerszám nyitási útját használjuk fel a termék
magról történő eltávolításához. A termék geometriájától, anyagától, méretétől
függően számos kilökő rendszer kialakítás lehetséges. A legszélesebb körben
elterjedt, a hagyományos kilökő csapok használata. Ezek a kilökő tartólapban
helyezkednek el a szerszám hátrafelé való mozgása közben, több ponton
érintkezik a termékkel, így végzi el annak letolását magáról. Célszerű a kilökő
csapokat úgy elhelyezni, hogy azok a termék belső, vagy pedig nem látható
felületével érintkezzenek, mivel ezek szinte minden esetben jellegzetes, kör
alakú nyomot hagynak maguk után abban a pontban, ahol a kilökő a termékkel
érintkezett. Amennyiben a termék kis méretű, vagy pedig csak keskeny hely
áll rendelkezésre a ledobáshoz, amelynek hatására beszakítanák a munkadarab
felszínét, akkor késkilökőket használunk. Ez nagyban hasonlít a hagyományos
kilökő csapra, viszont kisebb felületen érintkeznek a termékkel és hasáb
keresztmetszetűek.
Vannak olyan alkatrészek, melyeket nem lehet kilökő csapok vagy
késkilökők segítségével eltávolítani a szerszámból, mert fent áll a termék
sérülése, illetve befeszülésének veszélye. Ezeket az alkatrészeket teljes
felületükön kell megnyomni, amelyre egy féle megoldás terjedt el, a letolólap
és a letoló gyűrű alkalmazása. Letolólap esetén egy egész lapot, letoló gyűrű
esetén pedig csak egy gyűrűt kell mozgatnunk. Ez az eljárás csak
körszimmetrikus alkatrészek előállítása esetén lehetséges.
Ezt követően meg kell tervezni a temperáló rendszert, aminek feladata a
szerszám indításakor a megfelelő üzemi hőmérséklet mielőbbi biztosítása,
illetve ezt követően a szerszám hűtése. A temperálást a szerszám lapjaiban
található temperálófuratokban áramoltatott temperálóközeg segítségével
biztosítjuk. Ez a temperálóközeg lehet víz, olaj vagy emulzió. A
temperálóközeg egy zárt rendszerű körben cirkulál, mely egy temperáló-
keringető berendezéssel van ellátva. A szerszámot általában szabványos
gyorscsatlakozók segítségével kötjük rá a rendszerre, melyek a szerszám
hátlapján, vagy pedig az alján helyezkednek el. A megfelelő hűtés hiányában a
ciklusidő meghosszabbodik, a gyártás költségei nőnek, ezért gyártás-
gazdaságossági szempontból is nagy jelentősége van a megfelelően méretezett
temperáló rendszernek.
29
Forró csatornás rendszer esetén gondoskodnunk kell az elektromos fűtő
betétek számára az áramellátásról. Ez általában szabványos csatlakozók
segítségével történik. Ezen kívül tervezhetünk még a szerszámba különböző
elektromos helyzetérzékelőket is, melyeknek szerszámvédelmi funkciója van
(érzékeli, hogy a kilökőrendszer visszaállt-e alaphelyzetbe, így elkerülhető az
esetleges szerszámtörés).
Ezt követően következik a szerszám egyéb tartozékainak elhelyezése.
Minden egyes szerszámon el kell helyezni, bizonyos alkatrészeket. ilyen
például a szállító híd és a szemescsavar. Ez a szerszám leszerelt állapotában a
daruval történő mozgatását teszi lehetővé. Ügyelni kell arra, hogy a
szemescsavar a szerszám súlypontjával egy vonalba essen. ellenkező esetben a
szerszám elbillenhet emelés közben. Ezeken az alapfelszereléseken kívül
számos kiegészítővel felszerelhetjük még a szerszámot. Ilyenek a különféle
érzékelők, amik általában védelmi funkciót töltenek be, ciklusszámlálók és
egyéb.
A következő lépés az, hogy a tervező csapat ellenőrzi a kész tervet. Abban
az esetben, ha valamilyen hibát találnak, akkor az bármilyen költség nélkül
javítható. Miután a szerszám 3D-s modelljét ellenőrizték, javították az
esetleges hibákat, a különböző részekről műhelyrajzot készítenek, amelyek
alapján legyártják a szerszámot. Minden egyes alkatrészről, ami nem
szabványos, külön műhelyrajzot készítenek [1], [4], [5], [6], [9], [13], [15],
[16].
3. TERVEZŐPROGRAMOK BEMUTATÁSA
A mérnökök munkája manapság el se képzelhető informatikai
segédeszközök nélkül, amiknek a fejlődése napról napra észlelhető. Az egyre
kisebb méretű, ugyanakkor egyre több információt tárolni és feldolgozni képes
számítógépek és a működésüket lehetővé tevő szoftverek olyan lehetőségeket
kínálnak, amelyek a mérnöki feladatok megoldásában hatalmas fejlődést
jelentenek.
A műszaki problémák megoldására az 1950-es évektől használnak
számítógépeket, ennek különböző okai voltak:
megnövekedett a műszaki számítások mennyisége,
a számolási feladatok bonyolulttá válták,
30
számítógépes segítség nélkül egyes problémák nem a legkiválóbb,
legcélravezetőbb módon voltak megoldhatók,
az egységnyi információ feldolgozásához szükséges költség
csökken a számítástechnika fejlődésével.
Ezen okok megoldására fejlesztették ki az azonos elven alapuló
CAD/CAM rendszereket. Ezek a programok lehetővé teszik az ipari tervezés
és gyártás egyetlen közvetlen vezérlésű rendszerré való összekapcsolást. Ezt a
folyamatot egészítheti ki a CAE rendszer, ami számítógéppel segített mérnöki
munkát jelent. A CAE rendszerekben létrehozott és módosított rajzokat
közvetlenül a terméket gyártó gépeket irányító utasításokká alakítja át. A CAD
programokat a tervezési koncepciók létrehozására, módosítások
megvalósítására, elemzések elvégzésére és a tervezés hatékonyabbá tételére
használják. Alapvető szerepe a geometria definiálása, számítógépes rajzolás és
modellezés. A programmal készített modellek további CAM-, CAE- stb.
tevékenységhez alkalmazhatók, ezzel csökkentve a geometria újbóli
létrehozása által létrejövő hibákat és lecsökkenti a tervezés idejét. A CAM
programok, a gyártási folyamatok tervezéséhez, szervezéséhez és vezérléséhez
használt, gyártórendszerekkel összekapcsolt számítógépes technológia.
Gyártócellában működtethető, szerszámok és munkadarabok kiválasztását és
pozícionálását végző robotok programozása végezhető el ilyen programokon.
Létrehozhatók folyamattervek, amik során a szerkezet legyártásához
szükséges megmunkálási folyamat egyes részei kerülnek meghatározásra. A
CAE rendszereket a korábban elkészített CAD modell elemzésére, a termékek
várható viselkedésének szimulálására, áttervezésére és optimalizálására
használják.
A fröccsöntés során lejátszódó folyamatokat nem lehet analitikusan leírni,
kivéve a legegyszerűbb geometriai viszonyokat, newtoni folyadék
feltételezése mellett. Az utóbbi 10 évben elterjedtek olyan szoftverek, amelyek
numerikus módszerek alkalmazásával és a folyamat szimulációjával segítik a
mérnököket a bonyolultabb műveletek megértésében. A polimerfeldolgozás
minden területén alkalmaznak valamiféle számítástechnikai eszközt és
módszert, pl:
nagyteljesítményű számítógépet, mainframeket, amelyek rendkívül
bonyolult, egymásra ható áramlási és hővezetési feladatokat oldanak
meg, ahol az áramlás geometriája is bonyolult, valamint a polimer
fázisátalakulásokon is keresztülmegy a feldolgozás során,
31
mikroprocesszorokat és mikroszámítógépeket használnak a
folyamatszabályozásban, adatgyűjtésben.
Az első polimertechnológiához köthető CAD/CAM alkalmazás a
polimerek extruziójának szimulációja volt, azonban a számítógépes
technológiát manapság a legtöbbször fröccsöntés esetén alkalmaznak. Ennek
az az oka, hogy a fröccsöntés az egyik legjelentősebb polimerfeldolgozási
eljárás és nagyon sok polimer fröccsönthető, bár a folyamat ciklikus,
reológiailag mégis viszonylag egyszerűen modellezhető és a folyamat
paraméterei jól mérhetők és szabályozhatók. Egy használható szerszám
elkészítése jó néhány iterációs ciklust jelentett. Az elkészült szerszámot
kipróbálták, majd a tapasztalt hibákat korrigálták, újból kipróbálták és ezt
addig ismételték, amíg megfelelő eredményt nem kaptak. A következő
mérföldkő a CAE szoftverek alkalmazása, hiszen ezeket megelőzően a
szerszámok tervezése inkább műszaki érzéken és tapasztalaton alapult.
Programok segítségével a mérnök úgy készítheti el a szerszámot és tesztelheti,
hogy nem kell többször legyártani és tesztelni újra és újra, hanem csak a
legvégső, adott feltételeknek megfelelő modellt kell legyártani.
Ezek a programok általában három fő részre oszthatók. Egyik fő
részegység a grafikus tervező rész, ahol a termék geometriáját adhatjuk meg.
Ezt követi a szimulációs program, ami a fröccsöntés során kialakuló hő- és
áramlási viszonyokat számítja részekre osztásos vagy végeselemes módszerrel
(FEM: Finite Element Method). Az utolsó része a programnak a reológiai,
fizikai adatait tartalmazó adatbázis, amelyhez gyakran mellékelik a fröccsöntő
gépek adatait tartalmazó adatbázist is [1], [17], [18].
Miután bemutattam általánosságban, a tervezőprogramok felépítését és
működését, most ismertetni fogok néhány kereskedelmi forgalomban
beszerezhető, cégek által használt és ajánlott programot.
3.1. Moldex3D
A Moldex3D/eDesign a mérnöki – tervezőmérnöki, szerszámtervezői –
használatra optimalizált kategória egyik legfontosabb szoftvere. A szoftverben
olyan robusztus és hibakorrigáló automatikus, valós 3D-s hálózási
algoritmusok érhetők el, amelyek segítségével a bonyolult CAD-modellek is
gyorsan behálózhatók, és az elemzések nagy megbízhatóságú eredménnyel
32
szolgálnak. A szoftverrel részletes eredményeket nyerhetünk a fröccsöntési
technológia megítélése tekintetében.
A Moldex3D analizáló eszközei:
Flow (Kitöltés): Hőre lágyuló anyagok területkitöltésének
szimulációja, gyártási problémák előrejelzése, mint például
elégtelen fröccsöntési anyagtérfogat, összecsapási vonal,
légbuborékok stb.
Pack (Utánnyomás): Megbecsülhető a fröccsöntéshez szükséges
nyomás, a lezárás feltételei, a térfogat csökkenés. A sűrűség
variációjával lehet optimalizálni.
Cool (Hűtés): A hűtőrendszer hatékonyságának a növelése, valamint
a termikus (hűtés – fűtés) szimulációjának speciális támogatása.
Warp (Vetemedés): Megbízható problémamegoldó képességek,
valamint a vetemedés kulcsproblémáinak analizálása.
Fiber (Szálas anyagok): Az üvegszál erősítésű polimer alkatrészek
szálorientációjának megjelenítése az anizotrop termomechanikus
tulajdonságok figyelembevételével, a szálerősítés megfelelő elérése
érdekében, valamint a vetemedés előrejelzése céljából.
9. ábra Az erősítő szálak orientációjának megjelenítése Moldex3D-ben
http://www.moldex3d.com/en/assets/2011/10/Fiber-Reinforced-Plastic-Injection-Molding.png
33
Multiple Component Molding (Több komponensű
fröccsöntés): Áramlás viselkedésének ábrázolása betétes
fröccsöntés, kétszínű anyag vagy kétkomponensű vagy
ráfröccsöntés esetében, elnyújtott hűtési idő számítása, valamint
nem szimmetrikus zsugorodás és vetemedés megbecsülése
különböző anyagtulajdonságok esetében.
Parallel Computing (párhuzamos számítás): A megnövelt számítási
teljesítmény és végrehajtás segítségével sokkal rövidebb idő alatt
végrehajthatók a nagy elemszámú, komplex modelleken végzett
analízisek, mint korábban bármikor.
Alapszolgáltatásait tekintve a Moldex3D/eDesign fröccsöntő szimulációs
szoftver mind a műanyagalkatrész-, mind a szerszámtervező folyamatot
támogatja. Az általános négy nagy szolgáltatás, a kitöltés-, utánnyomás-,
hűtés- és vetemedésanalízis mellett kiegészítő szakmodulként elérhető a szálas
anyagok analízise. Külön modul alkalmazható a fémbehelyezéses fröccsöntés
és (vagy) ráöntés analízisére, vagy akár a thermoset típusú műanyagok alkotta
anyagcsoport analíziséhez is. A szoftverhez kiterjedt anyagkönyvtár,
folyamatvarázslók és teljes fröccsöntőgép-adatbázis áll rendelkezésre [19],
[20], [21].
3.2. NX Mold Wizard
A Siemens integrált megoldást nyújtó tervezőrendszere az NX
(Unigraphics), mivel egy rendszeren belül lehet a tervezést, megmunkálást,
analízist és rajzokat elkészíteni, bármilyen módosítás esetén az elkészült
műveletek automatikusan frissítődnek. Az NX egy mozaikszó (NeXt
Generation Technology), a jövő technológiáit egyesítő integrált
tervezőrendszert kínál felhasználóinak. Az NX két csúcskategóriás
tervezőrendszert (Unigraphics és Ideas) integrációja révén hozták létre 2004-
ben. A geometriai modellező magot (Parasolid), az egyedi alkalmazásokat
(szerszámtervezés, megmunkálás, lemezalkatrész modulok) a Unigraphics
szolgáltatta, míg az Ideas részről a végeselem modulokat integrálták be a
rendszerbe.
Az NX Mold Wizard szakmodulja a szerszámtervező cégeknek ad egy
olyan korszerű eszközt a kezébe, amelynek segítségével automatizálni lehet a
34
teljes szerszámtervezés folyamatát. A folyamatvarázsló segítségével
ellenőrizhető az importált vagy NX-ben készült modell. Lehetőség van a
zsugor, osztógörbe, osztófelület definiálására. Az osztás után az NX
automatikusan előállítja a szerszám feleket. Ezután szabványos vagy egyedi
szerszámházak közül választhat a felhasználó, majd a szabványos
építőelemeket (csavarok, kilökők) asszociatív módon elhelyezhetők az
összeállításban. Az automatikus darabjegyzék készítés, a hűtés és az elektróda
készítés mind-mind a Mold Wizard palettáján megtalálható.
A Mold Wizard-ban a felhasználó dolgozhat natív NX modellekkel vagy
más CAD rendszerből importált adatokkal. Az idegen adatok beolvasásánál
jelentkező hibákat az NX fordítói automatikusan javítják, de lehetőség van
manuális korrekcióra is. A modell további előkészítésére (pl. formázási
ferdeség felrakása) az NX beépített funkciói állnak rendelkezésre.
A további szerszámtervezéshez tartozó geometriai funkciók a Mold Wizard
palettájáról érhetők el. Tetszőleges zsugorodási mérték definiálható a darabra
(pl. koordináta irányonként változó, tengelyszimmetrikus). Egy- vagy
többfészkes szerszám kialakítására is lehetőség van. Miközben a Mold Wizard
a háttérben automatikusan elkezdi felépíteni a szerszám asszociatív szerelési
összeállítását. A Mold Wizard automatikusan kiszámolja a lehetséges
osztógörbéket, majd ezek alapján létrehozza az osztófelületeket. A
szerszámosztás előtt ellenőrizhetők a modell felületei, a rendszer
automatikusan kijelöli a megadott szögértéknél kisebb oldalferdeségű
felületeket, függőleges felületeket és az alámetszéseket, továbbá ellenőrzi a
szerszámosztás helyességét, majd létrehozza a betéteket.
A szerszámház építéshez a Mold Wizard tartalmazza a legelterjedtebb
szerszámkatalógusokat: HASCO, DME, FUTABA. A szerszámelemeket és
paramétereiket könnyen kezelhető párbeszéd ablakokból válaszhatók ki. A
program előnye, hogy alkatrész katalógusa bővíthető új szabványos és
felhasználói elemekkel.
A szerszámház összeállítása után rendelkezésre állnak az elosztógátak és a
hűtőcsatornák tervezésére szolgáló parancsok. Külön funkciót biztosít a gyors
és hatékony elektródatervezéshez is. Végül a darabjegyzék parancsának
segítségével automatikusan kilistázhatók a felhasznált elemek.
35
10. ábra NX-ben készített fröccsöntő szerszám [22]
Az NX8.5 verziótól kezdődően az NX Mold Wizard szoftvercsomag
tartalmazza az EasyFill Analysis szakmodult, amely Moldex3D alapokon
keresztül fröccsöntés szimulációra képes.
Az NX-be közvetlenül van beágyazva az NX Moldex3D eDesignSYNC
alkalmazás, ami a tervezés és a szimuláció között biztosít problémanélküli
átmenetet. Az NX és a Moldex3D/eDesign integrációjával könnyen
szinkronizálhatók a tervmódosítások a Moldex3D szimulációkkal a tervezési
és gyártástervezési problémák hatékonyabb megoldása érdekében. Az
integrációnak köszönhető a CAD modellezés és CAE szimuláció nagymértékű
együttműködése. A Moldex3D/eDesign alkalmazásával lehetséges a jó
minőségű hálók automatikus generálása és sokkal pontosabb analízis
eredmények érhetők el nagyobb sebességgel [22], [23].
3.3. Autodesk Moldflow
A fejlesztőcég és a nevét viselő szoftver vezető helyet foglal el a 3D
szimulációs szoftverek piacán. A hálógeneráló szoftverekkel a teljes projektek
idejének 5–10%-a takarítható meg a felhasználásával. A beömlést optimalizáló
programmal megkereshetők azok a beömlési pontok, amelyekkel a legkisebb
szerszámnyomás érhető el. Az esztétikai vagy gyártási okokból kizárható
beömlési helyeket már az optimalizálás előtt ki lehet jelölni a végeselem
36
hálón. Mivel az utóbbi időben egyre nagyobb az érdeklődés az olyan
fröccsöntő ciklusok iránt, ahol először nagyobb a szerszámhőmérséklet (a
vékony falú részek kitöltése érdekében), majd gyors szerszámhőmérséklet-
csökkenés után kerül sor a szerszám maradékának feltöltésére, a program
lehetővé teszi a változó szerszámhőmérséklet figyelembevételét. Lehetőség
van az állítható paraméterek összes lehetséges permutációját létrehozni a
modellből, a szoftver automatikusan hálózza és lefuttatja az analízist. A
felhasználó az eredményt részletezve látja, a különböző analízisek eredményei
alapján ki tudja választani, melyik beállítás lehet az optimális választás.
Lehetőség van a többkomponensű fröccsöntvények zsugorodásának
szimulációjára is, amihez arra volt szükség, hogy a különböző komponensek
fröccsöntésekor használt hálók egymáshoz illeszkedjenek. Ez különösen a
görbült határfelületekkel rendelkező alkatrészeknél nem egyszerű feladat.
Lehetőség van fémbetétek szimulációjára is, amelyek egyik, másik vagy
mindkét komponenssel érintkezhetnek. További lehetőség van a hőre
keményedő anyagok és a reaktív fröccsöntésnek a szimulációjára is.
Bevezették a szellőzés szimulációját a korábban feltételezett tökéletes
szellőzés helyett, ami akár 20%-os hibát is okozhatott a nyomásesés
számításában. Ki lehet jelölni a szellőzőnyílások helyét, sőt optimalizálni is
lehet azok elhelyezkedését. Új modulok támogatják a gázzal segített
fröccsöntéssel előállított tárgyak vetemedésének analízisét, sőt arra is
lehetőség van, hogy kiderítsék a vetemedés okát. Javították a program
kompatibilitását egyéb végeselem modellekkel és CAD programokkal. Az
Autodesk cég kétféle programcsoportot tesz elérhetővé, Moldflow Adviser és
Moldflow Insight néven. Adviser programcsoportnál elérhető a Premium és
Ultimate program, míg Insight esetén Standard, Premium és Ultimate. A
különböző termékcsoportok körülbelül ugyan arra képesek viszont különböző
felhasználó bázist céloznak meg. Az Adviser programcsoport olyan tervező
mérnökök számára készült, akik értik mi történik egy fröccsöntés során, de
gyors válaszokra van szükségük. Például az elkészített munkadarabot lehet-e
fröccsenteni, hogyan lehet az adott terméket több fészekben elrendezni és
hogyan fogja befolyásolni a mérnök által hozott döntés a termék minőségét és
a gyártás költségét.
Az Adviser szoftverek egyszerű felépítésének és felhasználóbarát
felületének köszönhetően, a szoftver használata mindössze néhány nap alatt
37
elsajátítható, segítségével a termékfejlesztéshez szükséges vizsgálatok
nagyrésze elvégezhető:
optimális meglövési pontok keresése,
Molding Window analízis,
kitöltésvizsgálat,
beszívódások, vetemedések vizsgálata,
hűtés analízis,
szálorientáció vizsgálata.
A szimulációs folyamat elengedhető része az eredmények könnyen
értelmezhető és átlátható formában történő bemutatása. A kapott eredmények
minden Moldflow verzióval kiexportálhatók a Moldflow Communicator által
kezelt formátumban. Az Insight verzió a fröccsöntésszimulációs termékcsalád
felsőkategóriás képviselői. Az egyedülállóan kiterjedt anyag adatbázis immár
közel 9600 kereskedelmi forgalomban kapható polimert foglal magában,
többek között magyar alapanyaggyártó cégekét is, illetve a beépített
fröccsöntőgép adatbázis is közel 1000 db fröccsöntőgépet tartalmaz. Az
Insight verziókban szerszámhűtés valósághű vizsgálatára és egyedi igények
szerint optimalizált formakövető hűtések működésének vizsgálatára is
lehetőség nyílik. A hagyományos fröccsöntési technológiák folyamatos
tökéletesítése mellett az Insight verziók speciális fröccsöntési eljárások
szimulálására is alkalmasak. Ilyen például a gáz-befúvásos technológia, a
mikrochip tokozás, vagy az autóiparban egyre népszerűbb fröccssajtolás
(injection compression, compression molding), és a többkomponensű
fröccssöntés is.
További segítséget nyújt a SimStudio Tools nevű beépülő modul is, amely
a termékmodell egyszerűsítésére és szerkesztésére szolgál két szimuláció
között, de segítségével kijavíthatók a modell apróbb hibái, illetve
direktmodellezésre is lehetőséget biztosít [24], [25], [26], [27].
38
11. ábra Moldflow környezet [28]
3.4. PTC Creo Parametric
A PTC Creo műszaki kompromisszumok nélküli, de mégis elérhető árú
3D/2D CAD/CAM/CAE termékfejlesztő rendszer. A szoftver egységes
környezetben nyújtja a formatervezés, és CAD tervezés, a szerszámtervezés,
NC technológia, szimuláció és mérnöki vizualizáció legjavát. A Unite
technológiája áttörést jelent a partnerek közötti CAD kommunikációban és
egységesítésben [29].
A PTC Creo Parametric és bővítményei szintén fröccsöntött műanyag
alkatrészek gyártáshelyes tervezésében nyújt hathatós segítséget.
A szoftver alábbi kiegészítői segítik a fröccsöntéssel kapcsolatos tervezés
munkáját:
Creo Mold Analysis Extension (CMA): Ez a bővítmény megbízható,
könnyen érthető elemzési adatokat nyújt. A kiegészítő információt szolgáltat a
lehetséges formaüreg kitöltési problémákról, mint hiányos kitöltés, zárványok,
összecsapás vonalak. Növeli a terv minőségét, az előállítás idejét csökkenti. A
megfelelő meglövési pont kiválasztásához nyújt információkat. A
kezelőfelülete könnyű, az eredmények megértését animációval, a modell
beszínezésével és magyarázattal segíti. A folyamat paramétereinek
megválasztásában is segítséget nyújt a felhasználónak [30], [31].
39
Creo Tooling Design Extension (TDX) (CREO szerszámkészítés
kiterjesztés): Még az alkalmi felhasználó is létrehozhat egy- és többfészkes
formabetéteket. A kiegészítő előnye, hogy grafikusan kiértékeli a termék
tulajdonságait (oldalferdeség, alámetszés), melyek után a módosítás egyszerű.
Szintén képes irányfüggő zsugorral is dolgozni, bonyolultabb formák esetén is
képes az osztási vonal létrehozására. Mivel a formaüregek geometriája a
termék felszínével nagyrészt azonos, ezért az esetleges munkadarab
geometriai változásai automatikusan módosítják a szerszám ezzel kapcsolatos
felületeit. Rugalmasan lehet a szerszámterveket készíteni, mivel a kiegészítő
modul közvetlenül összedolgozik a PTC Creo NC modullal. A terv
módosításával az NC modul szerszámpályái automatikusan frissülnek. Mivel a
kiegészítők kapcsolódnak egymáshoz, a termék – szerszám – NC program
tervek közti adatátviteli idők nagyban csökkennek [32].
Creo Expert Moldbase Extension (EMX) (CREO szakértői
fröccsöntőszerszám bővítmény): Ez a kiegészítő nagy segítség a szerszám
tervezőknek és készítőknek, mivel lerövidíti a nem kreatív, időigényes
munkát. A program segít a szerszám építésében. Használat közben a
komponensek 2D-ben készített előnézete után összeállíthatjuk a 3d-s testet,
ekkor az olyan geometriai elemek, mint például adott furatok automatikusan
létrejönnek a szomszédos lapokban és elemekben. Előnye, hogy a cégek
szabványos elemeit rögtön az összeállítási fájlba tehetjük, ezzel a betanulási
időszakot és a hibák lehetőségeit csökkentjük.
A bővítmény funkciói:
az Expert Moldbase modul (EMX) tudásbázis alapú szerszámház
tervezést kínál,
szerszámház definíció és konfigurálás aktív 2D-s elrendezési
terveken,
a háttérben a 3D-s alkatrészek és összeállítások (szerszámlapok,
kilökők, vezetőoszlopok, csavarok, mozgó betétek, hűtőkörök stb.)
automatikusan generálódnak,
komplex csúszkák, mozgó betétek difiniálhatók és mozgásuk
ellenőrizhető,
a szerszámnyitás szimuláció segítségével elkerülhetők az ütközések,
40
a beépített DME, HASCO, Futaba, Meusburger, Strack, Misumi,
Rabourdin, Progressive stb. katalógusok mellett saját elem
könyvtárak is létrehozhatók,
rugalmas megjelenítési stílus váltás a jobb áttekinthetőség
érdekében,
automatikus 2D-s rajz és furattábla generálás,
tetszőlegesen konfigurálható automatikus, változáskövető
darabjegyzékek, melyek igény szerint Excelbe exportálhatók,
teljes mértékben testreszabható paraméterek Windchill PLM és ERP
(pl. SAP) kommunikációhoz [33].
Creo Complete Mold Design Extension (Creo teljes fröccsöntőszerszám t
erv): Speciálisan fröccsöntőszerszám tervezéshez tervezték, ez a csomag a
Creo TDX és a Creo EMX csomagjait ötvözi [34], [35].
3.5. Solidworks Mold Tools, Plastics
A Solidworks szintén olyan tervezői szoftver, amely tartalmaz beépített
modulokat a fröccsöntőszerszám tervezéséhez és a folyamat szimulálásához.
Hasonlóan a NX Mold Wizardhoz, a Solidworks Mold Tools is rendelkezik a
szerszám formaadó elemeinek tervezéséhez hasznos parancsokkal
(oldalferdeség ellenőrzés, zsugor, felületek lezárása, szerszámosztás), illetve
később segítséget nyújt egy egyszerű logikai ív mentén történő szerszám
felépítéséhez.
A Solidworks Plastics lehetővé teszi a szerszámgyártók számára a
fröccsöntési folyamat modellezését. A szoftver ötvözi a fröccsöntés
szimulációt a fejlett CEA elemzéssel, ami lehetővé teszi a szerszámtervezők
számára, hogy megvizsgálják, hogyan viselkedik a műanyag a fröccsöntés
folyamata során. Használatával kimutathtaók és elkerülhetők az esetleges
gyártási hibák a műanyag alkatrész vagy szerszám tervezés korai szakaszában.
A gyártóspecifikus polimerek részletes könyvtára segíti a falvastagság vagy
más részfunkciók optimalizálását.
A Solidworks Plastics további előnye, hogy a Solidworks 3D CAD
tervezői környezetbe van integrálva, így a gyárthatósági elemzések és a
41
tervmódosítások is gyorsan elvégezhetőek. Az egyes elemzések futtatási
eredményeinél hasznos tanácsokkal látja el a felhasználót a fröccsöntési
folyamat fejlesztésére.
A Solidworks Plastics három programcsomagot tesz elérhetővé
különböző felhasználói csoportoknak.
A Plastics Standard elsősorban a műanyag alkatrész tervezők számára
készült, hogy a tervezés kezdeti szakaszában optimalizálhassák az alkatrészek
gyárthatóságát. A szoftver nagy előnye, hogy teljesen integrált a Solidworks
3D környezetbe, így a tervmódosítások és gyárthatósági elemzések
egyidejűleg elvégezhetők.
A Plastics Professional a szerszámtervezők és – gyártók számára nyújt
segítséget a gyors szerszámkialakításban és kiértékelésben. A szoftver
használatával elkerülhetőek a költséges újbóli szerszám átdolgozások,
optimalizálható a csatornarendszer (a csatornák és gátak típusa, helye, mérete
meghatározásával) valamint megbecsülheti a ciklusidőt, zárási erőt és
anyagtérfogatot.
A Plastics Premium tartalmazza a Plastics Professional csomag összes
funkcióját és további szimulációs megoldásokat biztosít, köztük az egyszerű és
összetett hűtőcsövek tervezését és elrendezését, valamint a fröccsöntött
alkatrészek deformációjának előrejelzését. Ezzel a felhasználók
optimalizálhatják a szerszám hűtését, csökkenthetik a ciklusidőt és a gyártási
költségeket, valamint optimalizálhatják a műanyag alkatrész és a szerszám
tervezési folyamatait, az anyag kiválasztást, valamint a gyártási paramétereket,
így csökkentve vagy megszüntetve a fröccsöntés során fellépő alkatrész
vetemedést. Annak érdekében, hogy a SOLIDWORKS Plastics 2015
megkönnyítse a tervezők munkáját különböző bővítményekkel látták el, ilyen
a Nominális falvastagság tanácsadó, amivel egy adott CAD modell
gyárthatóságát lehet optimalizálni a falvastagság méretét vizsgálva. Ezeket az
adatokat importálhatjuk eDrawings-ba is, ami a nem CAD felhasználók
munkáját segíti.
42
12. ábra Műanyag üregkitöltésének vizsgálata Solidworks-ben [36]
A hálókialakítás terén történtek fejlesztések eredményeként megjelent az
ortogonálistól eltérő voxelháló kialakítás, ami még aprólékosabb és pontosabb
modell készítést tesz lehetővé.
A program szimmetrikus szerszámüreg funkciójával egyszerűen lehet
megtervezni többfészkes szerszámok csatornarendszerének elhelyezkedését és
a szimuláció segítségével láthatjuk, hogyan zajlik a fröccsöntés folyamata
[36], [37].
4. SIEMENSNX PROGRAM KEZELŐFELÜLETÉNEK ÉS AZ
MOLDWIZARD BŐVÍTMÉNYÉNEK BEMUTATÁSA
Az NX program felépítése nem sokban különbözik más CAD/CAM/CAE
tervezőprogramtól. A program alapját képezi a CAD tervezőrész, ahol saját
magunk készíthetjük el a számunkra szükséges termék háromdimenziós
modelljét, vagy más forrásból szerzett modelleket importálhatunk. Az NX
rendszer nagy előnye a szinkronmodellezés technológiája. A
szinkronmodellezési technológia nagy szabadságot ad a tervezőnek a modellek
készítése során. Készíthető egy 2D vázlat, és az alapján a 3D parancsokkal az
alkatrész geometriája. A modellhez az anyag hozzáadás és eltávolítás csupán a
művelet irányától függ, a rendszerbe integrált intelligencia ebben az esetben is
figyeli a tervezői szándékot. Egy tetszőleges felület megragadható, és odébb
húzható „szemre” vagy adott értékkel egyaránt. Felületek mozgatása során a
rendszer számos eszközt használ a folyamat intelligensebbé tételére. Ezek
olyan szabályok, amelyek felismerik a kijelölés körüli geometriát, és annak
mérnöki tartalma szerint teszik lehetővé a manipulációt. Ilyen szabályok
lehetnek az érintőlegesség, a párhuzamosság, az egytengelyűség, a szimmetria
43
és még egyebek. Bár fontos, és hasznos a felületek ilyen jellegű
manipulációja, a valós tervezési esetekben általában konkrét méretekkel kell
meghatározni a geometriai elemeket. A méretek kezelésének módja is
különlegessé teszi a szinkronmodellezési technológiát. Méretek és kényszerek
gyakorlatilag a modell tetszőleges felületei, élei közé készíthetők, majd az így
elkészült méretek módosíthatók, a különböző méretek között összefüggések,
képletek adhatók meg. A módosítások esetében csak az adott méret, és
környezetében megjelenő módosítások kerülnek újraszámításra, ami drámaian
csökkenti a modellek frissítési idejét a hagyományos modellmódosítással
szemben. A szinkronmodellezési technológia az eddigiekből is látható módon
hatékony eszköze az „idegen”, más 3D rendszerből származó modellek
szerkesztésének. Mivel az ilyen modellek nem rendelkeznek modelltörténettel,
ezekben az esetekben a szinkronmodellezési technológia az egyetlen lehetőség
az ilyen modellek intelligens szerkesztésére. A modell szerkesztésére szolgáló
funkciók ugyanúgy használhatók, a felületek módosíthatók, és a közöttük lévő
kényszerek is automatikusan kezelődnek. Szerelések esetében is hasonló
módon működik a szinkronmodellezési technológia. A felületek akár több
alkatrészt érintően is közvetlenül szerkeszthetők, és a rendszer automatikus
újra számolja azokat. Mivel az alkatrészek között is kezelődnek a kapcsolatok,
ezért két alkatrész egybevágó felülete egyszerre módosítható úgy, hogy
mindkét alkatrész geometriája megváltozik, amellett, hogy természetesen az
egybevágóság is megmarad. Hasonlóképpen jól használható a
szinkronmodellezési technológia olyan cégek esetében, ahol több különböző
CAD rendszert használnak, és szükség van egy olyan közös rendszerre, amely
mindegyik rendszer adataival intelligensen képes dolgozni, amelyben a
különálló rendszerekben készített adatok egybeépíthetők, és együtt kezelhetők,
szerkeszthetők. Mivel a szinkronmodellezési technológia használata nem
igényli a tervezői munka, és a modellezési folyamat előzetes „megtervezését”,
ezért a szinkronmodellezést nem csupán a tervezők, hanem olyanok is
könnyen elsajátíthatják, akik csak alkalmi CAD felhasználók, és csupán néha
szükséges valamilyen módon a 3D CAD adatokat használniuk.
A szinkronmodellezési technológia három fő területen jelent komoly
versenyelőnyt az NX rendszereket használó cégeknek. A szinkronmodellezési
technológia a terméktervezők számára olyan eszközöket tartalmaz, amelyek
amellett, hogy felgyorsítják a tervezést, a 3D tervmódosításokhoz szükséges
időt drámai módon lecsökkenti. Emellett a szinkronmodellezési technológia
jelentős produktivitás növekedést jelent olyan területeken is, ahol egy meglévő
44
modell kisebb-nagyobb módosítására van szükség a további munkához (pl.:
szerszámtervezés, öntvények előkészítése, megmunkálás előkészítés stb.). A
szinkronmodellezése harmadik fontos területe a különböző CAD
rendszerekből származó adatok felhasználhatóságának és
szerkeszthetőségének megkönnyítése.
elősegíti a gyártási folyamatok vállalati engedélyezési folyamatait,
csökkenti a gyártástervezési erőfeszítéseket, és a tervezés
időtartamát,
javítja a folyamatok minőségét, összetételét és standardizálását,
csökkenti a módosítások költségeit,
növeli a gyártástervezési hatékonyságot, egyszerű használatának és
automatizmusának köszönhetően,
támogatja az ipari munkafolyamatokat [38].
A program elindítása után eldönthetjük, hogy már az általunk korábban
készített modellt szeretnénk használni, vagy egy új modellt akarunk készíteni.
Az NX modell rajzoló felületében megtalálhatóak az alap funkciók, amik
minden 3D-s tervező programban, úgy mint:
Extrudálás: Zárt görbe mentén egy kijelölt vektor irányába készít
egy testet,
Revolve: Tengelymentén forgat meg egy görbét, így alakítva ki a
testet,
Hole: Lyukak, bevágások készítés,
Emboss: Egy testen kijelölt zárt görbét emel ki egy vektor mentén,
megválaszthatjuk a kiemelés végét és alakját,
Offset Emboss: Egy pont vagy görbe alapján módosítja egy test
alakját párnázást vagy bevágást készítve,
Extraxct Geometry: Összetartozó másolatokat készít testekről,
síkokról, görbékről, pontokról és mozgatja azokat egy darabon
belül,
Patter