Fröccsöntött műanyag alkatrészek technológiai és szerszámtervezése CAE alkalmazással

Átírás

1 Miskolci Egyetem Gépészmérnöki és Informatikai Kar Anyagtechnológia Szak Fröccsöntött műanyag alkatrészek technológiai és szerszámtervezése CAE alkalmazással Kavalecz Tamás, B71PGE 3534, Miskolc Stadion u /3.

2 Szakdolgozat kiírás! (Ide befűzendő a kétoldalas kiírás oldalszám nélkül)

3 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, év május hó 7..nap.. Hallgató

4 Tartalomjegyzék 1. Bevezetés Polimertechnológiai áttekintés A polimer feldolgozó eljárások csoportosítása Kalanderezés Extrudálás Fúvás Fröccsöntés Vákuumformázás Fröccsöntés részletesebb bemutatása Fröccsöntés folyamata A fröccsöntő gép felépítése Fröccsöntő szerszámok A szerszám részei és feladatai Fröccsöntő szerszám tervezése Tervezőprogramok bemutatása Moldex3D NX Mold Wizard Autodesk Moldflow PTC Creo Parametric Solidworks Mold Tools, Plastics SiemensNX program kezelőfelületének és az MoldWizard bővítményének bemutatása Alkatrész tervezésének lépései Modell elemzés A szerszám tervezése Összefoglalás Summary Irodalomjegyzék Mellékletek M1 Alkatrészek adatai 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. 5

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 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]. 6

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. 7

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/m 3 ), 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]. 8

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. 9

10 Hőre keményedő polimerek alakadási technológiái: sajtolás, fröccsöntés, erősített műanyagok öntése [1], [4], [5]. A továbbiakban ezek közül ismertetek néhány elterjedtebb eljárást 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. 10

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 mm átmérőjűek és 2-4 m hosszúak, felületüknek ki kell bírnia a fellépő nagy erőket, másrész keménynek és kopásállónak kell lennie ez nagyjából HB, amit kéregöntéssel készítenek [1], [4], [5], [6] 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] 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 11

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] 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]. 12

13 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] Fröccsöntés részletesebb bemutatása 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 13

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] 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 14

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 %-kal kell meghaladnia szerszámüregben létrejövő nyomás miatt kialakuló erőt. Már 15

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 16

17 fröccsöntőgépet csak az adott elkészítendő termék és az erre alkalmas szerszám paramétereinek teljes ismeretében tudjuk kiválasztani [1], [12], [13], [14] 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 %-kal, szerszámgyártási idő pedig 20-40%-kal csökkenthető [15] A szerszám részei és feladatai Központosító gyűrű: o fröccsöntőgép fúvókáját a beömlőperselyhez vezeti, tökéletes illesztés biztosítása a kettő között. Beömlőpersely 17

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, 18

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. 19

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 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, 20

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. 21

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 ,6 HDPE ,5-2,5 PP ,5-2,5 PC ,6-0,8 PS <0,1 ABS ,4-0,7 PA

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. 23

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. 24

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. 25

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. 26

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, 27

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 temperálókeringető 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 gyártásgazdaságossági szempontból is nagy jelentősége van a megfelelően méretezett temperáló rendszernek. 28

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, 29

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, 30

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 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 31

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 32

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] 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 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 33

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. 34

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] 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 35

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 szerszámhőmérsékletcsökkenés 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 36

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]. 37

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]. 38

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, 39

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] 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 40

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. 41

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 42

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 43

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, Pattern Feature: Egyes részeit egy darabnak egy meghatározott minta szerint másolja le, 44

45 Instance Geometry: Geometriai adatok másolása különböző mintákba, Unite: Két egymástól elkülöníthető testet egyé alakít, Trim Body: Egy test elvágása valamilyen síkot használva, Trimmed Sheet: Egy felület elvágása görbék vagy síkok segítségével, Trim and Extend: Hasonló, mint az előző kettő. De ez képes a felület kiterjesztésére, Divide Face: Egy felületet választ ketté egymástól független felületekkel, mindkét felületet egymástól függetlenül változtathatjuk, Shell: Egy testet módosít oly módon, hogy az általunk megadott felületeken üregeket állít elő, aminek a falvastagságát mi állíthatjuk be, Offset Surface: Úgy készít új testet, hogy eltolja az általunk megadott felületeket, Edge Blend: Felületek közötti éleket kerekít le, Face Blend: Hasonló, mint az előző, viszont különböző módon tudjuk lekeríteni az éleket, Soft Blend, Chamfer: Letöréseket készíthetünk vele. A kezelőfelület bemutatását egy egyszerű geometriájú műanyag hordozható asztal szerszámtervezésével vezetem végig. 45

46 13. ábra NX kezelőfelület és Part Navigator Az NX tervezőprogram nagyon fontos részét képezi a Part Navigator, ahol az általunk elvégzett műveleteket időrend szerinti felsorolásban látjuk. A modell elkészítése után az egyes műveletekre kattintva tudjuk változtatni az egyes műveletek során megadott paramétereket és az ezt követő műveletek ehhez képest módosulnak. Itt nyomon követhetjük a folyamatokat, törölhetjük a nem szükséges elemeket. Más CAD tervezőprogramból származó modell esetén a program képes felismerni az egyes műveleteket és felállítani a műveleti sorrendet. A modell elkészítése után kiválaszthatjuk azt a bővítményt, ami az alakító eljáráshoz szükséges parancsokat, műveleteket kezeli. 46

47 14. ábra Mold Wizard és egyéb bővítmények indítása NX 8.5-ben Miután elindítottuk a Mold Wizard bővítmény, felugrik a hozzá tartozó parancssor. 15. ábra Mold Wizard parancssor Első lépésben létre kell hoznunk egy projektet, amit az Initialize Project paranccsal tudunk megtenni, menüjében be tudjuk állítani azt a könyvtárat, ahova el szeretnénk menteni a szerszámunkat, a műanyag típusát, amit a szerszámüregbe juttatunk. Ebben a menüpontban tudunk hozzáférni bizonyos adatbázisokhoz és ezeket módosíthatjuk is, abban az esetben, ha nem a 47

48 megadott zsugorodási értékkel szeretnénk dolgozni, akkor beállíthatjuk a számunkra megfelelő értéket. 16. ábra Project elindítása A projekt elindítása után elvégezhetünk néhány vizsgálatot a szerszám megtervezése előtt. A Molded Part Validation menüpontra kattintva egy újabb parancssort érünk el. Először letesztelhetjük, hogy az általunk tervezett terméket lehet-e fröccsenteni, az előzetesen beállított paramétereknek megfelel-e a modell, a program jelzi az esetleges hibákat, valamint megmondja a kész termék minőségét. Mindezeket a Mold Design Validation parancs segítségével tehetjük meg. Ezt követően a Check Regions parancsban több információt nyerhetünk a termékünkön elkülöníthető felületekről. Egy kalkuláció lefuttatása után az első, Face fülre kattintva az egyes felületek dőlésszögéről és az esetleges alámetszésekről kapunk adatokat, ezeket a terméken lévő felületek beszínezésével szemléltethetjük. A Region fülön belül a szerszám maggal és szerszám üreggel érintkező felületeket számolja meg a program. Itt van lehetőségünk eldönteni, hogy hogyan nézzen ki a 48

49 szerszámunk, ugyanis előfordulhat, hogy bizonyos felületek nem tudja besorolni egyik oldalhoz sem, ezeket saját magunknak kell eldönteni, hogy az üreg vagy a mag oldalhoz tartozzanak. A program itt is lehetővé teszi, a felületek beszínezését, ezzel egyszerűsítve a feladatunkat, a felületek megkülönböztetésekor. 17. ábra Check Regions-ben kapható információk Az Information fül alatt további információkat kaphatunk az egyenként kiválasztott felületekről. Választhatunk, hogy éppen a felületről (Face Properties), a modell minőségéről (Model Properties) vagy a sarkok tulajdonságairól (Sharp Corners) szeretnénk adatokat. 49

50 18. ábra A világoskékkel jelölt felületek szerszámféllel való érintkezését kell meghatározni A következő adat, amiről információt kaphatunk a modellünk falvastagsága. Ezt a Check Wall Thickness paranccsal tudjuk megtenni. A test kiválasztása után beállíthatjuk mekkora tolerancia legyen. A kapott eredményeket a program a modell beszínezésével szemlélteti. 50

51 19. ábra Check Wall Thickness és a falvastagság szemléltetése Ezt követően készíthetünk Flow Analysis-t, ami arról ad információt, hogyan, milyen paraméterek szerint tölti ki a műanyag a szerszám üreget. A kapott adatokat Display Flow Analysis Results-ben tudjuk megtekinteni. A Flow Analysis beállításait az integrált Moldex3D explorer-ben van lehetőségünk módosítani, ezt a Flow Analysis parancsban OK gombra kattintás után ugrik fel. Kapott eredmények: ömledék front haladási idő, kapu megoszlás, nyomás esés, ömledék front hőmérséklet, maximum hőmérséklet, átlagos hőmérséklet, maximális hűlési idő. 51

52 Annak érdekében, hogy minél pontosabb, jobb minőségű terméket gyárthassunk érdemes többféle befröccsentési pontot megvizsgálni. A Molded Part Validation vizsgálatai után a szerszám paramétereit, elrendezését befolyásoló parancsok jönnek. Abban az esetben, ha egy szerszámban több különböző terméket szeretnénk készíteni, akkor a Family Mold paranccsal tudjuk ezt megtenni. Ezután a Mold CSYS következik, ahol az öntőforma koordináta rendszerét tudjuk beállítani. A koordinátarendszer nullpontját, érdemes arra a síkra tenni, ahova majd később az osztósíkot szeretnénk rakni és az irányokat úgy beállítani, hogy az X és Y tengely az álló szerszámsíkon legyen és a Z tengely a mozgó szerszámfél felé mutasson. Abban az esetben, ha az általunk, a projekt elején beállított zsugorodás értékét, az előzetes vizsgálatok során kapott információk miatt meg szeretnénk változtatni, akkor ezt megtehetjük a Shrinkage parancs alatt. Itt beállíthatjuk a zsugorodás módját, lehet egyforma, tengely mentén, általános és megadhatjuk milyen pont, tengely, vektor mentén történjen a zsugorodás. A szerszám tervezésének következő lépése az úgynevezett Workpiece létrehozása. A Workpiece feladata a szerszámtérnek a befoglaló méretének szimbolizálása, ez helyettesíti a további műveletekben a szerszámmagot és üreget. Itt tudjuk megszabni, hogy a szerszámunk betétből készüljön vagy formalapból. Megadhatjuk a Workpiece méreteit abban az esetben ha formalapos kialakítást csinálunk, ha betétből készített szerszámot szeretnénk, akkor a betétek méreteit szabványból választhatjuk ki. 52

53 20. ábra Workpiece kialakítása Ha egy szerszámban több terméket, munkadarabot akarunk készíteni, akkor a Cavity Layout paranccsal meghatározhatjuk az egyes fészkek, hogyan helyezkedjenek el egymáshoz képest, ez történhet kiegyensúlyozott és mesterségesen kiegyensúlyozott kivitelben. Ha a számunkra megfelelő szükséges mennyiségű fészket helyeztünk le akkor az elrendezés közepébe igazíthatjuk a korábban lerakott koordináta rendszert, ezzel elkerülve, hogy később a fészkek bele lógjanak egyéb szerszámelemekbe. 21. ábra Fészek elrendezés Ha elkészült a fészkek elrendezése, akkor a szerszám néhány fontos részét kell meghatározni. Ezt a Mold Parting Tools-al tehetjük meg, ami egy újabb parancssort hoz elő. Ezen parancsok között is megtaláljuk a Check Regions funkciót, amivel ugyan azokat a műveleteket tudjuk elvégezni. A modellünkben található lyukakat a program nem tudja automatikusan befoltozni. Ezt segíti az Edge Patch parancs, ahol lyukakat befedő felületeket helyezhetünk el. A Define Regions funkcióval a különböző szerszámrészhez való érintkezés alapján szétválasztott felületek alapján létrehozza a szerszámmagot és a szerszám üreget. 53

54 A következő lépésben a Design Parting Surface paranccsal meg tudjuk tervezni azt a felületet, ami elválasztja egymástól a két szerszámfelet. Ha a szerszámgeometria nem bonyolult, a program képes automatikus kijelölni a szükséges felületet, bizonyos esetekben viszont az nem lehetséges az elválasztó görbe alapján a felület generálás, ilyenkor általunk lehelyezett vezérvonalak alapján viszont képes ezt elkészíteni. Miután ezt megtettük, a program elkészíti a két szerszámfelet a Defin Core és Cavity parancs segítségével. 22. ábra Parting Surface Ezek után történik a szerszámházának és a szerszám különböző alkatrészeinek szabványok segítségével történő kiválasztása. A Mold Base Library-ben megtaláljuk a programba táplát adatbázisok által biztosított szerszámházak adatait. 54

55 23. ábra Mold Base Library Az általunk kiválasztott szerszámház méretei nem fognak megfelelni. A ház részeit az Edit Components parancsra kattintva módosíthatjuk. Itt megtaláljuk a különböző szerszámelemek méreteit, anyagát, stb, úgy válogatva, hogy az elemek nem véletlenszerűen összeállítottak, hanem katalógusban találhatók meg. 55

56 24. ábra Módosított szerszámház A következő lépésben ki kell választanunk, hogy milyen kilökőcsapokat teszünk a szerszámunkba és hogyan helyezzük el ezeket. A program előnye, hogy szerszámtípustól függően teszi elérhetővé a kompatibilis szerszámalkatrészeket. Miután kiválasztottuk a kilökőcsapokat, meg kell határoznunk, hogy mekkora legyen a kilökés hossza, ezt a Ejector Pin Post Processing paranccsal tudjuk megtenni. A következő lépésben az a feladatunk, hogy a szerszám és az utólagosan behelyezett alkatrészek találkozásánál a fölösleges anyagot kiszedjük a szerszámházból. Ezt a Pocket menüpont alatt tudjuk megtenni. Lefuttatunk egy analízist, hogy hol van metszés, kiválasztjuk, hogy anyagot akarunk elvonni a szerszámból és a program eltávolítja az anyagfölösleget. Ezután megint a Standard Part Library-re van szükségünk, ahol az Ejection alkatrész helyett most az Injection-t választjuk ki. Ezzel a szerszám beömlőnyílását választjuk ki. 56

57 25. ábra Standard Part Library Ezzel a szerszám beömlőnyílását választjuk ki. Ezt automatikusan a korábbi koordinátarendszer fölé helyezi. Ennek szintén tudjuk tetszés szerint változtatni a méreteit. Ebből kiindulva megtervezhetjük a fészkekhez vezető csatornarendszert a Runner parancs segítségével. Első lépés azon sík kiválasztása, ahol az osztósík van. Miután ezt megtettük, az NX-ben ismeretes síkban való rajzoláshoz hasonló módon lerajzoljuk a műanyag útvonalát. Arra ügyelni kell, hogy a csatorna vége ne érje el teljesen a munkadarabot, mert a későbbiekben ez problémát fog okozni. Beállíthatjuk a csatorna formáját, szélességét, magasságát. A csatornarendszer megtervezése után a különböző gátak adatait módosíthatjuk. A letett gát helyzetét a számunkra szükség módon alakíthatjuk. Az elkészített gátakat a program anyagfölöslegként észleli, így a Pocket parancshoz visszatérve eltávolíthatjuk a nemkívánatos anyagokat a szerszámból. Ha végig követtük ezeket a lépéseket, akkor elkészült a szerszám modellje. Az elkészült modell alapján a gyártótól megrendelhetjük az alkatrészeket és kimunkálhatók a szerszám alakadó térfogatai. 57

58 5. ALKATRÉSZ TERVEZÉSÉNEK LÉPÉSEI Ebben a fejezetben egy általam készített szerszám elkészítésének lépéseit, tervezése során hozott döntéseket írom le. A program, amiben a szerszám tervezését vittem véghez az NX Siemens 9-es változata, valamint az ehhez kiadott Mold Wizard nevű modul. A választott termék egy után gyártott motorkerékpár fényszóró búrája, amit egy kissorozatú vagy egyedi gyártósoron készítenek el [39]. A fröccsöntő szerszámokat adott gépre szokták elkészíteni, a konzulensemmel úgy döntöttünk, hogy a Hasco cég által forgalmazott gépekhez kompatibilis szerszámot tervezek. 26. ábra Fényszóró búra modellje A választásom azért esett erre a modellre, mert a geometriája nem egyszerű, emiatt a tervezés során több tervezéssel kapcsolatos kérdés is felmerülhet. A modell anyagának ABS polimert választottam, mert jól keverhető más polimerekkel, ez abban az esetben jó, ha meg kell változtatni valamilyen tulajdonságát az anyagnak. Az ABS tulajdonságai: Amorf polimer ABS: Akrilnitril Butadién Sztirol Sűrűsége (g/cm 3 ): Szárítás: 80 C/ 2 óra Ömledék hőmérséklet: C Szerszám hőmérséklet: 80 C Zsugorodás: 0,4 0,9 %. 58

59 Egyéb tulajdonságai: Nagy húzószilárdság, nagy ütőszilárdság, hidegállósága -40 C-ig terjed. Zajcsökkentő hatású. Olcsó. Fényes felület, jó karcállóság. Az egészségre közömbös. Jó feldolgozhatóság, könnyen galvanizálható, jól keverhető más műanyagokkal. Nem átlátszó, csak fedett színekben kapható. Autó- és elektronikai alkatrészek anyagaként alkalmazzák Modell elemzés A szerszám tervezése előtt megvizsgáltam a termék modelljét, a programba épített analizáló funkciókkal. Először a Mold Design Validation funkciót használtam. A vizsgálat kimutatja, hogy található-e a terméken a szerszámból való eltávolítást gátló alámetszés, illetve az előzetesen beállított oldalferdeség értéket ellenőrzi a modellünkön, ez az érték nálam 3 volt. A lefuttatott vizsgálat három helyen mutatott ki olyan dőlésszöget, ami 0 és 3 fok között volt. Azért nem láttam szükségesnek ezeknek a kijavítását, mert azok a felületek, amit a program problémás felületnek jelölt meg, nem rendelkeznek nagy kiterjedéssel, nem tudnak annyira a szerszámhoz tapadni. 59

60 27. ábra Termék gyárthatóságára lefuttatott vizsgálat eredménye A nem megfelelő oldalferdeség meggátolhatja, megnehezítheti a termék szerszámból való eltávolítását, ezért van szükség 0-tól különböző dőlésszög beállítására. Alámetszést egy helyen mutatott ki a szimuláció, ez azért nem fog később problémát okozni, mert az általam meghatározott osztósík kiküszöböli ezt az esetleges hibát. A termék minőségének vizsgálata után meghatároztam, hogy az egyes felületek, melyik szerszámfélre feküdjenek fel, tulajdonképpen itt döntöm el előzetesen, hogy a szerszámom milyen sík mentén váljon ketté, ezt a Check Regions paranccsal tehetem meg. A program segít ennek megállapításában, hiszen a lefuttatott számítást követően a felületek nagyrészét besorolja a megfelelő helyre, viszont vannak olyan részek, amiket nem sorolt sehova, ezekről nekünk kell dönteni a szerszám melyik részére illeszkedjen. Általában a szerszám úgy van kialakítva, hogy az úgynevezett Core vagy szerszámmag a mozgó oldalon található, a Cavity vagy szerszám üreg pedig az álló oldalon. Ha nem tetszik a program készítette felületek kiosztása, akkor ezt megtehetjük mi is, számomra azonban megfelelően osztotta szét a termék felületeit. 60

61 28. ábra A termék felületeinek kiosztása Ezt követően, ha szükséges megjeleníthetem az egyes felületekre vonatkozó adatokat az Information fül alatt és módosíthatom azokat, ha valami nem megfelelő. A Check Wall Thickness funkcióban a falvastagságokat vizsgálhatom meg a termékünkben, különböző tűréseknek megfelelően. Miután meghatároztam a különböző szerszámfelekkel érintkező felületeket, több Flow Analysis-t végeztem el, ami a szerszámüreg kitöltésének vizsgálatát jelenti. A vizsgálat több paraméterről ad információkat, úgy mint, a kitöltéshez szükséges idő, a nyomásveszteség, hőmérsékletesés, átlagos hőmérséklet, szilárd és olvadt műanyag aránya és a hűlési idő. A vizsgálatok alapján kiválaszthatom a legideálisabb beömlési pontot vagy pontokat, valamint ezek függvényében tudom később változtatni a szerszám bizonyos részeit. 61

62 29. ábra Flow Analysis során változtatható paraméterek Az első vizsgálatkor a termék felülről történő befröccsentését vizsgáltam, a fröccsentés helyének beállítása után egy felugró ablakban kiválasztottam a polimer fajtáját, az ömledék hőmérsékletét és a forma hőmérsékletét a fröccsentés után. Abban az esetben, ha rossz paramétereket állítunk be a program jelzi, hogy milyen határok között kell maradnunk. A lefuttatott analízis után a program színekkel szemlélteti a kapott eredményeket, továbbá beállíthatjuk, hogy megmutassa a terméken keletkező összecsapási vonalakat, illetve légbuborékokat. A légbuborékok nem jelentenek nagy problémát, mert a szerszámba ragadt levegő a kilökő csapok mellett képes eltávozni. Az összecsapási vonalak általában a késztermék esztétikáját rontják, viszont előfordulhat, hogy az ömledékfront szilárdsága csökken. Az én esetemben az összecsapási vonalak szilárdságának mértéke 62

63 nem fontos, mert az általam vizsgált termékre nem hat semmilyen olyan erőhatás, ami a darab töréséhez vezethetne. 30. ábra Felső befröccsentési pont analízisének eredménye Világossá vált, hogy a fentről való fröccsöntés során anyaghiány keletkezhet a befröccsentési ponthoz közel. A maximális hűlési idő tekintetében kapott eredmények megmutatták, hogy sok időre van szükség, a termék teljes lehűléséig. Annak érdekében, hogy pontosabb információt kapjak a termékről elvégeztem több analízist is, különböző befröccsentési pontokkal. A többi vizsgálat elvégzése után kapott eredmények nem mutattak szignifikáns eltérést. A befröccsentés ideje nagyjából 1,5 és 1,2 másodperc közé esett mindig. A legszembe tűnőbb információ, amit kaptam a kicsit magasabb hűlési idő, ezt orvosolni lehet hűtési csatornák tervezésével abban az esetben, ha szükséges, én a későbbiekben nem terveztem, mert ezzel a szerszám költségét növelnénk. 63

64 31. ábra A választott befröccsentési pont 5.2. A szerszám tervezése A szerszám tervezés egyik legjelentősebb lépése a szerszám koordináta rendszerének meghatározása, ez az alapja a szerszám megtervezésének. A későbbiekben az origó lesz minden tervezés alapja. A fő szempont, amit figyelembe kell vennünk a koordináta rendszer középpontjának meghatározásában, hogy annak rajta kell lennie az osztósíkon, ez alapján nekem két sík közül választhattam, a későbbiekben kitérek a két sík közötti különbségre, a (32. ábra A választható síkok az Origó meghatározására) B képén található síkot választottam. 32. ábra A választható síkok az Origó meghatározására 64

65 A következő lépésben meg kell terveznem a Workpiece-t, ami a szerszámteret jelképezi és tulajdonképpen ennek a méretét határozzuk meg. Én úgy készítettem el a Workpiece-t, hogy a felső és alsó síkja közötti távolság megadja a két formalap együttes vastagságát. A méreteit az előzőekben megadott origóhoz képest adhatom meg. A méret meghatározásához kikerestem a Hasco cég által közzétett katalógusból a forgalmazott formalapok méreteit, ezek segítségével szabványos méretet tudtam adni a Workpiece-nek. Azért választottam ilyen vastag formalap vastagságokat, mert ezzel biztosítva van a formaadó térfogat melletti szükséges mm plusz anyagvastagság. 33. ábra Mozgó oldali formalap 34. ábra Álló oldali formalap A formalapok méreteit továbbá befolyásolja a Cavity Layout, a fészkek elrendezése. itt tudjuk megadni, hogy egy szerszámmal hány terméket tudunk elkészíteni egy időben. A fészkeket letehetjük természetesen, illetve 65

66 mesterséges módon kiegyensúlyozva. Ehhez a formalaphoz szerintem a két fészkes elrendezést lehet a legjobban alkalmazni, lehetséges, hogy el tudnék helyezni négy fészket is a lapon, viszont ebben az esetben a fészkek túl közel kerülhetnek a vezetőoszlopokhoz, így nem lenne biztosítva a formaadó térfogat melletti szükséges anyagvastagság. A két fészek között 60 mm távolságot adott meg a program, ez biztosítja a megfelelő csatornarendszer kialakítását és így nyugodtan tehetek bele bármilyen beömlő perselyt. 35. ábra A fészek és a koordináta rendszer elhelyezése A megfelelő fészek elhelyezés után nagyon fontos, hogy az előzetesen megadott koordináta rendszert az Auto Center paranccsal az elrendezés közepébe rakjam. Ha ezt nem csinálnám meg, a szerszám lehelyezésekor az elrendezést eltolná valamilyen irányba, ez akkor jelentene nagyobb problémát, ha jóval nagyobb lenne az elrendezésem kiterjedése, ekkor több mint valószínű, hogy valamelyik oszlopot metszené az egyik fészek. Ezután olyan műveleteket kell elvégeznünk, amik a szerszám magot és a szerszám üreget határozzák meg. Ismét lehetőségem van a Chack Regions funkció használatára, leellenőrizhettem, hogy megfelelően osztottam-e szét a felületeket. Mivel a termékem rendelkezik olyan felülettel, ami rendelkezik lyukkal, létre kell hoznom egy olyan felületet, ami jelképesen befedi ezt. Ezt a patch Surface paranccsal tehetem meg, ahol a kiválasztott testen végig futtat egy analízist a program és Loop-ként jelzi az esetleges lyukakat. Ezt követően létre hozom a Check Regions-ben megjelölt felületek segítségével a szerszámüreg és a szerszám mag felületét a Design Regions paranccsal, Majd meg kell határoznom azt a síkot, ami elválasztja a két szerszámfelet egymástól. 66

67 Ezt a Design parting Surface funkcióval tehetem meg. Abban az esetben, ha a termék geometriája egyszerű, akkor a program képes automatikusan generálni egy síkot. Az én esetemben ez nem volt igaz. Ahhoz, hogy létre hozzam az elválasztó felületet, Guide Line-ok segítségével nyolc részre osztottam a szerszámmag és a szerszám üreg felületeit elválasztó görbét. Ezeknek a segédvonalaknak lehet változtatni az irányítottságát egy vektor, valamilyen koordináta tengely segítségével, vagy állhatnak egy általános irányba. Miután lehelyeztem a segédvonalakat, a Swipe paranccsal egy meghatározott távolságban a program kifeszít egy síkot a vonalak közé. 36. ábra A létrehozott elválasztó felület Ha a Guide Line-ok irányítottsága nem lett volna megfelelő, akkor az egyes szakaszokkal meghatározott síkok között hézagok jelennek meg. Miután sikeresen meghatároztam az osztó felületet, létrehozhatom azokat a betéteket, amik a szerszám formaadó részét képezik, a Cavity and Core paranccsal. 67

68 37. ábra Szerszámmag és szerszám üreg Ezután végül kiválaszthatom azt a szerszámházat, ami magába foglalja az alakadó betéteket. Mint azt korábban említettem úgy döntöttünk, hogy Hasco géphez kompatibilis szerszámot tervezek. A program lehetővé teszi, hogy több kereskedelmi forgalomban kapható szerszámház típus közül válasszak. Egy négyoszlopos hatlapos szerszámházat választottam, amit a gyártó 1-es típusú F2M2-es szerszámházként jelöl. Ez a konstrukció úgy lett kialakítva, hogy az egyik vezetőoszlop jellemző átmérője eltér a többitől, így biztosítva azt, hogy a szerszámot egyféle módon lehessen összeszerelni. 38. ábra Kiválasztott szerszámház konstrukció 68

69 A program automatikusan létrehozza a szerszámházat, azonban ennek a méretei nem felelnek meg az elvártaknak, ezért azokat a Mold Part Libraryben található katalógus méretek közül választhatom ki a megfelelő méreteket. A program előnye, hogy a szerszámba automatikusan behelyezi a kötőelemeket, azok méreteit viszont nem változtatja meg. Ahhoz, hogy meghatározzam a megfelelő kötő- és vezetőelemek méretét igénybe vettem a Hasco internetes asszisztensét, ami a különböző szerszámlapok méretének megadása után, listába szedi az elemeket katalógusban megtalálható jelzésük szerint. A szerszámház megfelelő méreteinek beállítása után meg kell terveznem a kilökőrendszert. A Mold Part Library-ban megtalálhatom a Hasco szerszámokhoz illő kilökőket. Mivel a kilökőket körbe a perem mentén szeretném elhelyezni, vállas kilökőket alkalmaztam, amiknek a kis átmérője lehetővé teszi a használatot és a kilökőlap felé növekvő átmérő nem engedi a kihajlást nagyobb terhelés esetén. 39. ábra Vállas kilökő A kilökőket azért raktam ezekre a helyekre, mert, ha beragadna a termék a szerszámba, akkor ezeken a helyeken lenne a legvalószínűbb. 69

70 40. ábra Kilökők elhelyezése A kilökők helyének megadása után elvégeztem a kilökőkre vonatkozó utómunkálatot. Ezt az Ejector Pin Post Processing parancsban tudtam elvégezni. Itt megadtam egy tetszőleges kilökési távolságot, majd a program ennek megfelelően levágta a kilökőket a szükséges hosszúságra. Ezek után el kell távolítani a szerszámlapok és kilökőcsapok metszésénél lévő anyagtöbbletet, ezt a Pocket funkció teszi lehetővé. Kiválasztottam azokat a lapokat, amiket metszenek a kilökők,majd lefuttattam a vizsgálatot és a program automatikusan kivonta a fölösleges anyagot a szerszámból. Az egyetlen dolog, ami a szerszámtervezésből hátra van a beömlő csatorna megtervezése. Figyelembe kell vennem a tervezés során, hogy milyen anyagot fröccsentek be a szerszámba, ugyanis ennek függvényében változik az ideális csatorna átmérő. 41. ábra Szükséges csatorna átmérő különböző anyagok esetén [40] 70

71 42. ábra Legelterjedtebb csatorna keresztmetszetek A) kör B) trapéz C) félkör Továbbá meg kell adni, hogy milyen legyen a csatorna keresztmetszetének geometriája. A körkeresztmetszet az egyik legjobb változat, ez biztosítja a legmegfelelőbb folyási viszonyokat, viszont mindkét szerszámfelet meg kell munkálni ahhoz, hogy ilyet kapjunk és ezzel a szerszám költségeit növeljük. Így olyan csatorna kialakítást fogok használni, ami csak az egyik szerszámfelet érinti. Itt számít igazán a koordináta rendszer helyes megválasztása. Ugyanis a csatornarendszert a koordináta rendszer X-Y síkjában, a szerszámfeleket elválasztó síkban tudjuk megtervezni. Ha a (32. ábra A választható síkok az Origó meghatározására) A módján választottam volna meg a koordináta rendszert, akkor a csatornát és a gátat nem tudtam volna oly módon megtervezni, hogy ne alakuljon ki alámetszés a szerszámban, valamint nem lehetett olyan szabványos beömlő perselyt választani, ami elérte volna az osztósíkot és a csatornarendszert. az általam választott B elrendezésben viszont nem alakul ki ilyen. Az első pontja a rendszernek a központosító gyűrű és a beömlő persely, aminek a méretét a fröccsöntő gép plasztifikáló részének fúvókájával kell kompatibilisnek lennie, mivel ilyen adatunk nem volt egy tetszőleges beömlő perselyt választottam. Az általam választott csatorna keresztmetszet úgynevezett parabolic, a (41. ábra Szükséges csatorna átmérő különböző anyagok esetén []) alapján a jellemző méretét 8 mm-nek választottam meg, mivel az elválasztó sík és a beömlő persely ideális helyen van, így nem kellett a csatornát Z tengely irányába eltolnom. 71

72 43. ábra Csatorna tervezése A csatorna méreteinek meghatározása után vázlat formájában kell megterveznem a csatornát. A vázlat síkja a lehelyezett koordináta rendszer X- Y síkja. A készített útvonal elfogadása után a program a lehelyezett görbe mentén automatikusan generálja a beömlő csatornát a szerszámba. Ezután kiválasztottam egy gát típust, ami összeköti a csatornát az általam előzetesen kiválasztott befröccsentési ponttal. Az NX lehetővé teszi, hogy több gát típus közül válasszak. Mivel a termékem geometriája nem igényel semmilyen speciális gát alakzatot, ezért egy hagyományos legyező gátat választottam. A gátat az előzőekben megadott csatorna vázlat végéhez tettem le, majd ezt követően úgy pozícionáltam a gátat, hogy a termékkel és a beömlő csatornával megfelelő módon érintkezzen. 72

73 44. ábra Gát paraméterei A csatornarendszer megtervezését követően újból el kell végeznem a Pocket funkció lépéseit, mert el kell távolítani a formalapból a csatornának és a gátnak megfelelő mennyiségű anyagot [41]. A gát lehelyezése volt az utolsó lépés, amit a szerszám végleges kialakítása igényelt. Az NX nagy előnye, hogy a felhasználó számára kész szerszámház konstrukciókat biztosít, így csak az azokat alkotó szerszámlapok és az egyéb alkatrészek méretét kell változtatni, nem kell nekünk tervezni semmilyen egyéb alkatrészt. A tervezést megkönnyíti a program felhasználóbarát kezelőfelülete, aminek köszönhetően a tervezést lépéseit lineárisan tudjuk követni, nem kell a lépések között ugrálnunk a bonyolult felület miatt. Ezzel bezárólag sikerült megterveznem a termék legyártásához szükséges fröccsöntő szerszám modelljét. 73

74 45. ábra Az elkészült szerszám modellje 74