DOPUSZCZALNE ODCHYŁKI WYMIARÓW

WYROBÓW Z TWORZYW SZTUCZNYCH

- NOWE NORMY

Henryk Zawistowski

metale

ceramika,

szkło,beton polimery

kompozyty

silikony

polimery

przewodzące półprzewodniki

PODZIAŁ PODSTAWOWYCH MATERIAŁÓW KONSTUKCYJNYCH

TWORZYWO SZTUCZNE = polimer + napełniacze + dodatki

modyfikujące

TS są odrębną grupą materiałową, której własności są

nieporównywalne z własnościami metali

W przeciwieństwie do ściśle określonych własności

metali – technologiczne i użytkowe własności tworzywa w

wyprasce kształtują się dopiero podczas procesu

przetwórstwa,

WŁASNOŚCI UŻYTKOWE wyrobów z tworzyw są więc

własnościami nabytymi. Wynikają ze struktury materiału

powstającej w formie podczas kolejnych faz procesu

i zależącej od:

● własności technologicznych ściśle określonej odmiany

tworzywa

● geometrii gniazda (wyrobu)

● zmiennych parametrów procesu

„cząsteczkowy” model obudowy telefonu

Od struktury wyrobu zależą:

- objętościowe i kierunkowe zróżnicowanie skurczu,

- rodzaj i wielkość odkształceń skurczowych

- podatność na zniszczenie,

- zróżnicowanie własności fizycznych materiału.

a tym samym:

DOKŁADNOŚĆ WYMIAROWA WYPRASEK

PRZY KONSTRUOWANIU WYROBÓW Z METALI ściśle

określone własności fizyczne metali pozwalają

na stosowanie w dokumentacji znormalizowanego

systemu tolerancji wymiarów i układu i pasowań, których

zachowanie zależy tylko od posiadanych możliwości

produkcyjnych.

PODSTAWOWYM BŁĘDEM konstruktorów wyrobów z

tworzyw sztucznych, wynikającym z ich przyzwyczajeń,

jest dowolne stosowania systemu „metalowego” w

tworzonych dokumentacjach CAD

Stosować tak małe grubości ścianek jak tylko jest to możliwe.

Zachowywać możliwie równomierną grubość ścian - unikać

miejscowych skupień materiału i gwałtownych skoków

grubości.

Unikać płaskich powierzchni ścian – stosować ścianki

niwelujące skutki naprężeń; przewidywać odkształcenia

skurczowe naroży

Stosować usztywnienie przez żebra, lub zmianę kształtu.

Zaokrąglać narożniki i połączenia ścian, unikać wszystkich

możliwości powstania efektu karbu.

Minimalizować wpływ linii łączenia i wewnętrznych zamknięć

powietrza.

Stosować odpowiednie zbieżności ścian bocznych i żeber.

Unikać podcięć wewnętrznych.

Analizować wpływ zaprasek metalowych itp.

Stosować możliwie duże tolerancje wymiarów, ograniczać

liczbę wymiarów tolerowanych.

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9. 10.

10 ZASAD TECHNOLOGICZNOŚCI KONSTRUKCJI

Wymiar w gniazdach formy

Wymiar produkcyjny wypraski

Tolerancja

wykonania

formy - 1

Skurcz

przetwórczy

Tolerancja produkcyjna TT

1

FORMA

PRZEBIEG KSZTAŁTOWANIA WYMIARÓW I TOLERANCJI WYPRASEK

- faza produkcji

wymiar

Pierwszy miarodajny pomiar po16h

1

2

Zróżnicowanie skurczowe

wymiarów, deformacje

czas

kształtowania

w formie

16 h

wym

iar

wyp

raski

czas

chłonność

wilgoci

(pęcznienie)

Sc - skurcz całkowity

SW - skurcz wtórny

S - skurcz przetwórczy

chłonność wilgoci

rozszerzalność

cieplna

skurcz wtórny 7

zmiany wymiaru

podczas użytkowania

PA S

SW

Sc

- zróżnicowanie skurczowe

wymiarów,

- deformacje wypraski

zimna forma

SKURCZ TWORZYWA W WYPRASKACH WTRYSKOWYCH

W każdym miejscu wypraski występuje inny skurcz

PEK PBT-30% wł. szkl.

PBT PET-30% wł.szkl.

PET kryst. PA 6-30% talk

PA 12-50% kulki szkl. PA 12-30% wł. szkl.

PA 11,PA 12 PA 11-30% wł. szkl.

PA 6.10 PA 6.6-30% wł. szkl.

PA 6, PA 6.6 PA 6-30% wł szkl.

POM-30% wł. szkl. POM

PB EVA

PP-20% wł. szkl. PP

LDPE, HDPE

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3

SKURCZ

PRZETWÓRCZY

CZĘŚCIOWO

KRYSTALICZNE

AMORFICZNE

ABS + PC EPDM

PPO

PSU

PES-40%wł. szkl. PES

PET amorficzny PC-30% wł. szkl.

PC PVC miękki PVC twardy

PMMA SAN

HIPS (SB),ABS,ASA,CA. PS

Skurcz %

ZRÓŻNICOWANIE

SKURCZU:

objętościowego

•

ZJAWISKA

ZACHODZĄCE

W FORMIE

ORIENTACJA

cząsteczek i

wypełniaczy

WARUNKI

CHŁODZENIA

MASY POD

CIŚNIENIEM

kierunkowego (anizotropia

skurczu)

Uwaga !

W każdym kierunku i miejscu wypraski

występuje inna wartość skurczu

+

=

s =? Sy

Sz

Sx

=

STAN RZECZYWISTY

• Brak jest normy PN na dokładność wymiarową wyprasek, ponieważ nie ma również odpowiedniej normy EN.

• W przemyśle samochodowym do wyrobów z tworzyw sztucznych stosowane są normy branżowe (VW, Volwo, Renault)

• Normy anglosaskie są nieczytelne.

• Najlepszą normą europejską była norma niemiecka DIN 16 701 z 1982r. lecz nie została ona uznana przez Komisję ISO.

Jest powszechnie stosowana w krajach Unii.

• Od października 2013 obowiązuje w Niemczech norma DIN 16 742. Wystąpiono o uznanie jej przez ISO za normę EN.

• NALEŻY KONSTRUOWAĆ NIE TAK DOKŁADNIE, JAK JEST TO MOŻLIWE, LECZ TYLKO TAK DOKŁADNIE, JAK JEST TO POTRZEBNE (DIN 16901)

• KAŻDY TOLEROWANY WYMIAR WYPRASKI JEST ODDZIELNYM PROBLEMEM TECHNOLOGICZNYM

• JAKOŚĆ JEST KOSZTOWNA – ZA JAKOŚĆ SIĘ PŁACI

ZASADY GŁÓWNE

DOKŁADNOŚĆ WYMIAROWA WYROBÓW Z METALI ZALEŻNIE OD

WYSOKOŚCI NIERÓWNOŚCI

0 50 100 150

Wymiar nominalny

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

To

lera

nc

ja p

rod

uk

cy

jna

TT

[mm] IT13

IT12

IT11

IT10

IT9

IT8

[mm]

toczenie

zgrubne toczenie

zgrubne frezowanie

obróbka ręczna

pilnikiem IT14

dłutowanie

DOKŁADNOŚĆ WYMIAROWA WYROBÓW Z TWORZYW

wg. opracowań firmy HOEHST z r 1963

wyroby

precyzyjne

TT = 0,3%

wyroby

techniczne

TT = 0,6%

wyroby

standardowe

TT = 1,0%

wyroby precyzyjne z

tworzyw amorficznych

i z wypełniaczami

amorficznymi (kreda, talk)

TT = 0,1%

DOKŁADNOŚĆ WYMIAROWA WYROBÓW Z TWORZYW

wg. NORMY DIN 16 901

wyroby

precyzyjne

TT = 0,3%

grupy tolerancji dla

wyprasek

z różnych tworzyw

termoplastycznych

i termoutwardzalnych

(DIN 16901)

oznaczenia cyfrowe

grup

Wypraski z tworzyw sztucznych – tolerancje i odchyłki wymiarów liniowych (DIN16901)

A

B

Wypraski z tworzyw sztucznych – tolerancje i odchyłki wymiarów liniowych (DIN16901)

Wypraski z tworzyw sztucznych – tolerancje i odchyłki wymiarów liniowych (DIN16901)

cz. nieruchoma

cz. ruchoma kierunek otwierania

płaszczyzna

podziału

suwak

wypychacz

ZALEŻNOŚĆ ODCHYŁEK OD POŁOŻENIA WYMIARU W FORMIE

wg.DIN 16 901

g … wymiary niezależne

ng … wymiary zależne ( od wzajemnego położenia części formy –części ruchomej

i nieruchomej, suwaków, rdzeni itp.) - naddatek + 0,1- 0,2mm

zbieżność

Nieokreślone położenie

pola tolerancji względem

wymiaru nominalnego

Grupy dokładności

uzależnione

wyłącznie od wartości skurczu

podstawowych tworzyw

Brak odchyłek położenia

Brak możliwości

współpracy z CAD

WADY NORMY

UWAGA!

Od października 2013r przy określaniu odchyłek wrobów z

tworzyw produkowanych w formach obowiązują już

ustalenia zgodne z poszerzoną normą

DIN 16972

Zpośród norm i zaleceń zagranicznych DOTYCZĄCYCH

DOKŁADNOŚCI WYMIAROWEJ WYROBÓW

niemiecka norma DIN 16901 była

powszechnie stosowana jako punkt wyjścia do

dyskusji ofertowych w krajach UE.

DIN 16972

1. Określono podstawowe klasy dokładności IT stosowanych przy obróbce

metali, które odpowiadają podzielonym również na grupy GT, tolerancjom wyrobów z tworzyw o wymiarach od 1 do 1000mm.

Wymiar [mm]

Podstawowe klasy IT wg ISO 286 -1

Dopuszczalne klasy dokładności wyprasek TG

Uwaga! podporządkowanie klas dokładności wyprasek normie PN EN 286

-1 pozwala na stosowanie ich przy konstruowaniu w CAD ( po przyjęciu do

ISO)

wąskie tolerancje zgrubne tolerancje średnie tolerancje

Racjonalny zakres klas dokładności IT

dla wyrobów z tworzyw

Zakres klas dokładności IT wg ISO 286-1

odchyłki

wymiarów

nietolerowanych

odchyłki

wymiarów

tolerowanych

METALE

[ηm] [mm]

Zakres klas normy DIN 16972

Dla metali

Dla tworzyw

100- 0,4

Uwaga! stosować wyłącznie

tolerancje symetryczne wymiarów

Dopuszczalne klasy dokładności wyprasek TG

99,8 +0,2

- 0,2

źle

DIN 16972

KRYTERIA DOBORU KLAS DOKŁADNOŚCI

WYPRASEK TG

System punktowy:

1. System wytwarzania:- wtryskiwanie, 1 pkt

- prasowanie, wytłaczanie 2

2. Własności fizyczne tworzywa: 1 do 4

- Moduł E [N/mm2]

- Twardość Shore A

-Twardość Shore D

3. Skurcz przetwórczy: 0 do 3

- poniżej 0,5% do powyżej 2%

DIN 16972

4. Możliwe zmiany wymiarów powodowane przez zmiany

geometrii (odkształcenia), lub warunki produkcji: 1do 3 pkt

(anizotropia i zróżnicowani skurczu, błędy pomiarów,

błędy interpretacji symulacji komput.)

- do max. ±10% i do powyżej ± 20%

5. Ocena nakładów na produkcję: od 0 do -3

– produkcja normalna

– dokładna

– precyzyjna

– specjalnie precyzyjna

Suma punktów =

klasa dokładności TG ….

DIN 16972 Wyjaśnienia i zalecenia szczegółowe (podaje załącznik E)

Rząd 1.- produkcja normalna

Rząd 2.- dokładna

Rząd 3.- precyzyjna

Rząd 4.- specjalnie precyzyjna

PRZYKŁAD:

Rząd

Przy wtryskiwaniu tworzyw cz krystalicznych

pojęcie „otwór okrągły” jest iluzją

DIN 16972 Tolerancje kształtu

1. Tolerancje otworów i cylindrów

DIN 16972

TG

Tab. Odchyłki kształtu wyrobów z tworzyw

Zakresy średnic

BŁĄD

Wymiar nominalny

Wielkość tolerancji

[mm]

Tab. Ogólne tolerancje profilu

BŁĄD

DIN 16972

2. Zbieżności

- tolerowane są i kontrolowane: największy i najmniejszy wymiar.

A … wymiary niezależne

B … wymiary zależne ( od wzajemnego położenia części formy –części ruchomej i

nieruchomej, suwaków, rdzeni itp.) - naddatek + 0,1- 0,2mm

3. Zależność od budowy formy

(jak w normie DIN 16 701)

DIN 16972 Tolerancje wymagające uzgodnień

1. Naroża

- Nieprzewidywalne odkształcenia kątów – zwłaszcza przy

tworzywach cz. krystalicznych z włóknem szklanym.

2. Grat

Zależy od stopnia zużycia formy i współosiowości

1.Połówka nieruchoma

2.Połówka ruchoma 3.Grat (wypływka)

4.Przesunięcie 5.Przesunięcie i grat

Wymiar produkcyjny wypraski

Tolerancja produkcyjna TT

Skurcz wtórny - 3

(500 – 1000 h)

Skutki zmian

temperatury

(rozszerzalność cieplna

wypraski) - 4 Zakres zmian wymiarów

podczas użytkowania

(Tolerancja konstrukcyjna TK)

1

1

1

PRZEBIEG KSZTAŁTOWANIA WYMIARÓW I TOLERANCJI WYPRASEK

- faza użytkowania

wymiar

16h

4 3 5

3

1

1

2

2

2

Wymiar użytkowy wypraski

Własności

projektowane Własności

nabyte

Własności użytkowe

Własności użytkowe wyrobów wtryskiwanych:

zróżnicowany, inny w każdym miejscu skurcz,

niezdefiniowany stan naprężeń, podatność na rysy naprężeniowe

wymiary zmieniające się w czasie użytkowania -

- rozszerzalność cieplna (5-10> niż metale)

- skurcz wtórny

własności mechaniczne zależne są od kierunku orientacji

podatność na wpływ warunków atmosferycznych (starzenie)

-30ºC

+80ºC

Założone

pole

tolerancji

Założone

pole

tolerancji ?

Określanie zmiany wymiaru na skutek skurczu

wtórnego

Wartości skurczu wtórnego SW:

- tworzywa amorficzne ok.0,1

- tworzywa cz. krystaliczne 0,2 do 0,5%

1. skurcz całkowity jest sumą skurczu przetwórczego i skurczu wtórnego.

Sc ≈ S + SW

UWAGA! W przeciwieństwie do metali współczynnik rozszerzalności cieplnej

tworzyw jest wartością zmienną – zależną od temperatury.

Określanie rozszerzalności cieplnej

W zakresie temperatur użytkowania wyrobów (najczęściej -30° do

+80°C) rozszerzalność cieplna wymiaru LK może powodować

znaczne przekroczenie założonej wartości tolerancji TK

Rozszerzalność cieplna wymiaru L k = LK x α x ΔT [ mm]

Wyklucza to możliwość zastosowania znormalizowanego

układu pasowań w parze TWORZYWO –METAL dla wymiarów

powyżej 30mm przy różnicy temperatur stosowania większej

niż 50ºC

Przykład:

PA 6, POM, ABS – 100mm x 10ºC x 100 x 10 -6K = 0.1mm

Wymiar produkcyjny wypraski

Tolerancja produkcyjna TT

Skurcz wtórny - 3

(500 – 1000 h)

Skutki zmian

temperatury

(rozszerzalność cieplna

wypraski) - 4

1

1

1

PRZEBIEG KSZTAŁTOWANIA WYMIARÓW I TOLERANCJI WYPRASEK

- faza użytkowania

wymiar

16h

4 3 5

3 2

2

2

Wymiar użytkowy wypraski

Zalecenie: - tolerancje

uzgodnione z

użytkownikiem

DZIĘKUJĘ