15_03_2006_godec_magisterij.pdf

7/25/2019 15_03_2006_Godec_Magisterij.pdf

1/241

SVEUILITE U ZAGREBU

FAKULTET STROJARSTVA I BRODOGRADNJE

DOPRINOS SUSTAVNOSNOM RAZVOJU KALUPAZA INJEKCIJSKO PREANJE PLASTOMERA

Magistarski rad

Voditelj rada:

Prof. dr. sc. Igor ATI, dipl. ing. Damir GODEC

ZAGREB, 2000.


2/241


3/241

PODACI ZA BIBLIOGRAFSKU KARTICU:

UDK: 678(027.74+021.123+075):517.52

Kljune rijei: injekcijsko preanje plastomera, kalup,

metodiko konstruiranje, sustavnosna teorija

Znanstveno podruje: TEHNIKE ZNANOSTI

Znanstveno polje: Strojarstvo

Institucija u kojojje rad izraen: Sveuilite u Zagrebu,

Fakultet strojarstva i brodogradnje

Voditelj rada: Prof. dr. sc. Igor ATI, dipl. ing.

Broj stranica: 217

Broj slika: 126

Broj tablica: 38

Broj upotrebljenih

bibliografskih jedinica: 189

Datum obrane: 30.10.2000.

Povjerenstvo: Dr. sc. Dorian MARJANOVI, izvanredni profesor,

Fakultet strojarstva i brodogradnje, Zagreb (predsjednik)

Dr. sc. Igor ATI, redoviti profesor,

Fakultet strojarstva i brodogradnje, Zagreb (voditelj rada)

Dr. sc. Karl KUZMAN, redoviti profesor,

Fakulteta za strojnitvo, Ljubljana (lan)

Institucija u kojojje rad pohranjen: Sveuilite u Zagrebu,

Fakultet strojarstva i brodogradnje


4/241

ZAHVALA

Ovaj rad je dio istraivanja u okviru projekta Optimiranje fraktalne proizvodnje polimernih tvorevinafinanciranog od strane Ministarstva znanosti i tehnologije Republike Hrvatske. Zahvaljujem seMinistarstvu znanosti i tehnologije to mi je omoguilo da kao znanstveni novak radim u okviru tog

projekta, rezultat ega je i ovaj magistarski rad.

Rad je izraen pod strunim vodstvom prof. dr. sc. Igora ATIA, kojem dugujem posebnuzahvalnost na uloenom trudu, pruenoj pomoi i podrci tijekom izradbe rada. Njegovosveobuhvatno znanje s podruja polimerstva, posebice alatniarstva, to mi ga je prenosio tijekomviegodinje suradnje, omoguilo je izradbu kvalitetnijeg i cjelovitijeg rada.

Prof. dr. sc. Mladenu ERCERU zahvaljujem se na izuzetnoj susretljivosti tijekom izradbe rada i

korisnim savjetima koji su u mnogome olakali izradbu i doprinijeli vioj kvaliteti rada.

Zahvaljujem se prof. dr. sc. Dorianu MARJANOVIU na velikom trudu uloenom pri itanju ovograda, kao i vrlo korisnim savjetima za konano ureivanje teksta rada.

Takoer se zahvaljujem kolegama s Katedre za obdelovalno tehniko, Fakultete za strojnitvo uLjubljani pod vodstvom prof. dr. sc. Karla KUZMANA, na viegodinjoj uspjenoj suradnji ijirezultati ine dio ovog rada. Zahvaljujem se mr. sc. Blau NARDINU i Aleu ADAMLJEU, dipl.ing. na uloenom trudu pri analizi dijagrama odluivanja u slovenskim alatnicama. Posebnuzahvalnost dugujem kolegi Matjau ROTU, ing. na velikoj pomoi u izradbi numerikog proraunakalupa.

Zahvaljujem se direktoru Attili VARGA, dipl. ing. i Zdenku PENEZIU, dipl. ing. iz tvrtkeKonar-Alati, Zagreb, Antunu ANDREIU, dipl. ing. bivem zaposleniku tvrtkeNovotec, Zagreb, VladimiruFERDELJIU, dipl. ing., direktoru tvrtke Elektrokontakt, Zagreb i Kreimiru PIZENTU, dipl. ing. iztvrtke TOZ, Zagreb, na razumijevanju i velikoj pomoi pri analizama dijagrama odluivanja zakoncepcijsko konstruiranje kalupa u njihovim proizvodnim sustavima.

U izradbi ovog rada sudjelovao je i vei broj naih studenata. Zahvaljujem se svima koji su na bilokoji nain doprinijeli oblikovanju rada. Pri tome bih se posebno zahvalio Domagoju PERKOVIU,dipl. ing. i Zoranu GALIJANIU, dipl. ing. koji su u svojim diplomskim radovima zapoeli izradburaunalnih programa za analitiki proraun kalupa. Igoru LONARU, dipl. ing. zahvaljujem se na

znaajnom doprinosu na podru

ju sustavnosne ra

lambe procesa konstruiranja kalupa. Zahvaljujemse Hrvoju KRUHEKU, dipl. ing. na detaljnoj razradi numerikog prorauna kalupa.

Takoer se zahvaljujem svim suradnicima Fakulteta strojarstva i brodogradnje u Zagrebu, a posebiceLaboratorija za preradu polimerana velikoj susretljivosti, pomoi i strpljenju tijekom izradbe ovograda.

Konano, zahvaljujem se svojim roditeljima na potpori i strpljivosti kojima su me pratili tijekomcijelog dodiplomskog i poslijediplomskog studija, a posebice pri izradbi ovog rada. Posebno sezahvaljujem svojoj supruzi na pokazanoj strpljivosti i razumijevanju.


5/241

SADRAJ

PREDGOVORSAETAKSUMMARYKLJUNE RIJEIPOPIS OZNAKA I KRATICA

III

IIIIVV

1. UVOD .....................................................................................................................................2. STANJE NA PODRUJU KONSTRUIRANJA S POSEBNIM OSVRTOM

NA KALUPE ZA INJEKCIJSKO PREANJE PLASTOMERA ...................................2.1. TEORIJA KONSTRUIRANJA .......................................................................................

2.1.1. Proces konstruiranja ............................................................................................2.1.2. Metode konstruiranja ..........................................................................................2.1.3. Suvremeni pristupi konstruiranju ......................................................................

2.2. STANJE NA PODRUJU KONSTRUIRANJA KALUPA ZA INJEKCIJSKOPREANJE PLASTOMERA ...........................................................................................2.2.1. Stanje na podruju pristupa konstruiranju kalupa ..........................................2.2.2. Stanje na podruju standardnih elemenata kalupa ..........................................2.2.3. Stanje na podruju raunalnih programa za konstruiranje kalupa ...............2.2.4. Postupci brze izradbe prototipova i kalupa .......................................................2.2.4.1. Vrste modela ........................................................................................................

2.2.4.2. Postupci brze izradbe prototipova......................................................................2.2.4.3. Postupci brze izradbe kalupa i brze (izravne) preradbe.....................................2.3. TRENDOVI NA PODRUJU RAZVOJA KALUPA ZA INJEKCIJSKO

PREANJE PLASTOMERA ...........................................................................................

3. KALUP ZA INJEKCIJSKO PREANJE PLASTOMERA .............................................3.1. UVOD ..............................................................................................................................3.2. FUNKCIJA KALUPA ZA INJEKCIJSKO PREANJE PLASTOMERA .....................3.3. PODSUSTAVI KALUPA ZA INJEKCIJSKO PREANJE PLASTOMERA ...............

3.3.1. Kalupna upljina ..................................................................................................3.3.2. Kuite kalupa ......................................................................................................

3.3.3. Uljevni sustav kalupa ...........................................................................................3.3.3.1. vrsti uljevni sustav kalupa................................................................................3.3.3.2. Vrui uljevni sustav kalupa.................................................................................3.3.4. Sustav za temperiranje kalupa ...........................................................................3.3.4.1. Podtlano temperiranje kalupa...........................................................................3.3.4.2. Predtlano temperiranje kalupa.........................................................................3.3.5. Sustav za vaenje otpreska iz kalupa .................................................................3.3.6. Sustav za voenje i centriranje elemenata kalupa ............................................3.3.7. Sustav za odzraivanje kalupa ............................................................................3.3.8. Standardni elementi kalupa ................................................................................

4. STRATEGIJA RAZVOJA KALUPA ZA INJEKCIJSKO PREANJEPLASTOMERA ....................................................................................................................4.1. UVOD ..............................................................................................................................

1

22257

99

10111316

1721

24

262626303032

34353538393941434545

4848


6/241

4.2. STRATEGIJA RAZVOJA KALUPA SA STAJALITA ALATNICE ..........................4.3. STRATEGIJA KONSTRUIRANJA KALUPA TEMELJENA NA STVARANJU

OBITELJI OTPRESAKA I OBITELJI KALUPA ..........................................................4.3.1. Obitelj otpresaka ..................................................................................................4.3.2. Obitelji kalupa ......................................................................................................

5. RALAMBA METODIKOG KONSTRUIRANJA KALUPA ZAINJEKCIJSKO PREANJE PLASTOMERA ..................................................................5.1. UVOD ..............................................................................................................................5.2. AKTIVNOSTI TIJEKOM KONSTRUIRANJA KALUPA ZA INJEKCIJSKO

PREANJE PLASTOMERA ...........................................................................................5.2.1. Faza razrade koncepcije kalupa .........................................................................5.2.1.1. Prethodno naelno odreivanje poloaja otpreska u kalupu................................5.2.1.2. Odreivanje broja kalupnih upljina ....................................................................5.2.1.3. Odreivanje rasporeda kalupnih upljina............................................................5.2.1.4. Naelno odreivanje kuita kalupa.....................................................................5.2.1.5. Procjena izmjera kalupa.......................................................................................5.2.1.6. Naelno odreivanje uljevnog sustava i ua.......................................................5.2.1.7. Naelno odreivanje sustava za temperiranje kalupa............................................5.2.1.8. Naelno odreivanje sustava za vaenje otpreska iz kalupa ..................................5.2.1.9. Naelno odreivanje sustava za voenje i centriranje elemenata kalupa..............5.2.1.10. Naelno odreivanje sustava za odzraivanje kalupne upljine ...........................5.2.1.11. Naelno odreivanje posebnih elemenata kalupa .................................................5.2.1.12. Optimiranje izbora ostvarivih kombinacija naelnih rjeenja parcijalnih

funkcija kalupa...................................................................................................5.2.1.13. Provjera poloaja otpresaka u kalupu................................................................5.2.1.14. Procjena trokova izradbe kalupa......................................................................

5.2.2. Faza dimenzioniranja elemenata kalupa ...........................................................5.2.2.1. Reoloki proraun kalupa.....................................................................................5.2.2.1.1. Proraun (odreivanje) potrebnog tlaka u kalupnoj upljini ...............................5.2.2.1.2. Dimenzioniranje uljevnog sustava kalupa i proraun pada pritiska u

uljevnom sustavu ...............................................................................................5.2.2.1.3. Uravnoteenje uljevnog sustava .........................................................................5.2.2.1.4. Proraun pada pritiska u mlaznici ubrizgavalice ................................................5.2.2.1.5. Proraun sile dranja kalupa ..............................................................................5.2.2.2. Toplinski proraun kalupa....................................................................................5.2.2.2.1. Proraun vremena hlaenja otpreska ...............................................................5.2.2.2.2. Proraun pomonih vremena ciklusa injekcijskog preanja ............................

5.2.2.2.3. Analiza ciklusa injekcijskog preanja ..............................................................5.2.2.2.4. Proraun temperatura ciklusa injekcijskog preanja ........................................5.2.2.2.5. Proraun svojstava medija za temperiranje ......................................................5.2.2.2.6. Proraun toplinske bilance kalupa ...................................................................5.2.2.2.7. Dimenzioniranje sustava za temperiranje kalupa .............................................5.2.2.2.8. Provjera homogenosti temperaturnog polja kalupa .........................................5.2.2.2.9. Optimiranje ......................................................................................................5.2.2.2.10. Segmentni toplinski proraun kalupa .............................................................5.2.2.3. Mehaniki proraun kalupa..................................................................................5.2.2.3.1. Proraun kinematike kalupa .............................................................................5.2.2.3.2. Dimenzioniranje elemenata sustava za voenje i centriranje ..........................5.2.2.3.3. Proraun sile vaenja otpreska iz kalupa i elemenata sustava za vaenje .......5.2.2.3.4. Dimenzioniranje sustava za odzraivanje kalupa ............................................5.2.2.3.5. Dimenzioniranje posebnih elemenata kalupa ..................................................

48

495052

5656

56575757595959626265666768

686969

697171

72747879808181

8283848487888989919295959696


7/241

5.2.2.3.6. Proraun krutosti kalupa okomito na smjer otvaranja kalupa ..........................5.2.2.3.7. Proraun krutosti kalupa u smjeru otvaranja kalupa ........................................5.2.2.3.8. Proraun sile otvaranja i povrinskog pritiska na sljubnicu .............................5.2.2.4. Numeriki proraun kalupa................................................................................5.2.3. Zavrne aktivnosti konstruiranja kalupa ..........................................................5.2.3.1. Izradba konstrukcijske dokumentacije kalupa....................................................

5.2.3.2. Lista kalupa.........................................................................................................

6. MOGUNOSTI PRIMJENE RAUNALA PRI RAZVOJU KALUPA ZAINJEKCIJSKO PREANJE PLASTOMERA ..................................................................6.1. UVOD ..............................................................................................................................6.2. PRIMJENA RAUNALA U FAZI KONCEPCIJSKOG OBLIKOVANJA

KALUPA ..........................................................................................................................6.3. PRIMJENA RAUNALA U FAZI DIMENZIONIRANJA KALUPA ..........................

6.3.1. Primjena raunala pri analitikom proraunu kalupa ....................................6.3.2. Primjena raunala pri numerikom proraunu kalupa ...................................

6.4. PRIMJENA RAUNALA U FAZI IZRADBE KONSTRUKCIJSKE IPROIZVODNE DOKUMENTACIJE KALUPA ............................................................

6.5. KRITIKI OSVRT NA PRIMJENU RAUNALA PRI RAZVOJU KALUPA ...........

7. OSNOVNE POSTAVKE KONSTRUIRANJA TEMELJENOGNA POUZDANOSTI ............................................................................................................7.1. UVOD ..............................................................................................................................7.2. PRIRODA ZASTOJA RADA SUSTAVA ......................................................................7.3. UPRAVLJANJE POUZDANOU SUSTAVA ............................................................

7.3.1. Odreivanje pouzdanosti sustava.......................................................................7.3.2. Povienje pouzdanosti sustava ............................................................................

7.3.3. Pouzdanost sustava temeljena navrsto

i

..........................................................7.4. POUZDANOST KALUPA ZA INJEKCIJSKO PREANJE PLASTOMERA ..............

8. TEORIJSKE OSNOVE SUSTAVNOSNE TEHNIKE .....................................................8.1. TEORIJSKE OSNOVE OPE SUSTAVNOSNE RALAMBE .................................8.2.TEMELJNI KONCEPTI OPE SUSTAVNOSNE TEORIJE .........................................

9. SUSTAVNOSNI MODELI KONSTRUIRANJA KALUPA ZA INJEKCIJSKOPREANJE PLASTOMERA ..............................................................................................9.1. UVOD ..............................................................................................................................9.2. SUSTAVNOSNA RALAMBA FAZE KONCEPCIJSKOG OBLIKOVANJA

KALUPA ZA INJEKCIJSKO PREANJE PLASTOMERA .........................................9.3. SUSTAVNOSNA RALAMBA FAZE PRORAUNA KALUPA ZA

INJEKCIJSKO PREANJE PLASTOMERA ..................................................................9.3.1. Sustavnosna ralamba faze reolokog prorauna kalupa ...............................9.3.2. Sustavnosna ralamba faze toplinskog prorauna kalupa .............................9.3.3. Sustavnosna ralamba faze mehanikog prorauna kalupa ..........................9.3.4. Sustavnosna ralamba numerikog prorauna kalupa ..................................

10. ANALIZA DIJAGRAMA ODLUIVANJA ZA KONCEPCIJSKOKONSTRUIRANJE KALUPA ............................................................................................10.1. UVOD ............................................................................................................................10.2. ANALIZA DIJAGRAMA ODLUIVANJA ................................................................

97989899

101101

102

107107

108110110111

115116

118118118120120121

122123

124124125

128128

128

132133135140144

148148148


8/241

11. METODIKO-SUSTAVNOSNO KONSTRUIRANJE KALUPA ZAINJEKCIJSKO PREANJE ZADANOG OTPRESKA ...................................................11.1. UVOD ............................................................................................................................11.2. ULAZNI PODACI .........................................................................................................11.3. KONCEPCIJSKO KONSTRUIRANJE KALUPA ZA INJEKCIJSKO

PREANJE KUITA OD ABS-a ...............................................................................

11.3.1. Naelno odreivanje poloaja otpreska u kalupu...........................................11.3.2. Odreivanje broja kalupnih upljina ...............................................................11.3.3. Odreivanje rasporeda kalupnih upljina .......................................................11.3.4. Naelno odreivanje kuita kalupa .................................................................11.3.5. Procjena izmjera kalupa ....................................................................................11.3.6. Naelno odreivanje uljevnog sustava i ua ...................................................11.3.7. Naelno odreivanje sustava za temperiranje kalupa ....................................11.3.8. Naelno odreivanje sustava za vaenje otpreska iz kalupa .........................11.3.9. Naelno odreivanje sustava za voenje i centriranje

elemenata kalupa ...............................................................................................11.3.10. Naelno odreivanje sustava za odzraivanje kalupa ..................................11.3.11. Naelno odreivanje posebnih elemenata kalupa .........................................11.3.12. Provjera poloaja otpreska u kalupu .............................................................

11.4. ANALITIKI PRORAUN KALUPA ........................................................................11.4.1. Reoloki proraun kalupa .................................................................................11.4.1.1. Odreivanje potrebnog tlaka u kalupnoj upljini.............................................11.4.1.2. Dimenzioniranje uljevne upljine kalupa i proraun pada pritiska.................11.4.1.3. Uravnoteenje uljevnog sustava ........................................................................11.4.1.4. Proraun pada pritiska u mlaznici ubrizgavalice.............................................11.4.1.5. Proraun sile dranja kalupa............................................................................11.4.2. Toplinski proraun kalupa ................................................................................

11.4.2.1. Proraun vremena hla

enja otpreska...............................................................11.4.2.2. Odreivanje i proraun pomonih vremena ciklusa injekcijskog preanja......

11.4.2.3. Odreivanje vremena ciklusa injekcijskog preanja........................................11.4.2.4. Proraun temperatura ciklusa injekcijskog preanja.......................................11.4.2.5. Proraun (odreivanje) svojstava medija za temperiranje...............................11.4.2.6. Proraun toplinske bilance kalupa...................................................................11.4.2.7. Dimenzioniranje sustava za temperiranje kalupa.............................................11.4.2.8. Provjera homogenosti temperaturnog polja kalupa .........................................11.4.3. Mehaniki proraun kalupa ..............................................................................11.4.3.1. Proraun kinematike kalupa.............................................................................11.4.3.2. Dimenzioniranje sustava za voenje i centriranje............................................

11.4.3.3. Proraun sile vaenja otpreska........................................................................11.4.3.4. Dimenzioniranje sustava za odzraivanje kalupa.............................................11.4.3.5. Dimenzioniranje posebnih elemenata kalupa...................................................11.4.3.6. Proraun krutosti kalupa okomito na smjer otvaranja.....................................11.4.3.7. Proraun krutosti kalupa u smjeru otvaranja...................................................11.4.3.8. Proraun sile otvaranja kalupa........................................................................

11.5. NUMERIKI PRORAUN KALUPA .........................................................................11.5.1. Proraun faze obujamnog punjenja kalupne upljine ....................................

11.5.2. Proraun faze stlaivanja i djelovanja naknadnog pritiska ...........................11.5.3. Proraun faze hlaenja otpreska ......................................................................

11.6. USPOREDBA ANALITIKOG I NUMERIKOG PRORAUNAKALUPA .......................................................................................................................

161161161

165

165165165166166167167167

168169169170170170170171175175176176

176178179179180181183187188188189

189189189190190191191192194197

199


9/241

12. ZAKLJUAK .......................................................................................................................

13. LITERATURA ......................................................................................................................14. KRATKI IVOTOPIS .........................................................................................................

15. SHORT BIOGRAPHY .........................................................................................................16. PRILOZI ................................................................................................................................

202

203

209

210

211


10/241

I

PREDGOVOR

Kalup za injekcijsko preanje plastomera predstavlja sredinji i vitalni dio sustava za injekcijskopreanje. Stoga je njegovom razvoju potrebno posvetiti posebnu pozornost. Meutim, u praksi vrlo je

est sluaj da se razvoju kalupa pristupa iskljuivo na temelju prethodnih iskustava, to moe dovesti

do duljeg vremena izradbe kalupa, te vrlo skupih greaka na kalupu. S druge strane, vrlo iskusnih

konstruktora i alatniara sve je manje, a mladi i neiskusni konstruktori trebaju stei viegodinje

iskustvo, prije nego li su sposobni samostalno konstruirati kalup.

Upravo su navedene potekoe bile poticaj izradbe ovog rada. Cilj rada je prikazati cjelokupni proces

konstruiranja kalupa, pri emu se svaka faza razvoja prikazuje kao sustav, ime se postie bolja

transparentnost ovog vrlo kompliciranog i kompleksnog sustava. Pri tome valja obuhvatiti sve

aktivnosti koncepcijskog oblikovanja kalupa, prorauna kalupa, te izradbe dokumentacije kalupa s

opisima naina na koji ih je mogue provesti. Time se propisuju sve aktivnosti koje je potrebnoprovesti pri razvoju kalupa, kao i redoslijed i nain njihova izvoenja, to manje iskusnim

konstruktorima skrauje vrijeme stjecanja potrebnog iskustva, te im kao i iskusnim konstruktorima

umnogome olakava konstruiranje kalupa.

U posljednjih nekoliko godina zamijeen je nagli razvoj novih pristupa razvoju kalupa kao to su

istodobno inenjerstvo, brza izradba prototipova i elemenata kalupa, simulacija s pomou raunala

itd. Kako bi alatniari ostali konkurentni na turbulentnom tritu, moraju u svoje proizvodne sustave

ukljuiti i ove trendove. Stoga je u radu takoer dan pregled mogunosti koje nude novi trendovi u

konstrukciji i izradbi kalupa.


11/241

II

SAETAK

U radu je opisana problematika konstruiranja kalupa za injekcijsko preanje plastomera. Ukratko jedan pregled novih trendova na podruju konstruiranja i izradbe kalupa. Takoer je obraena

problematika strategije razvoja kalupa, gdje se teite daje na definiranju obitelji otpresaka i kalupa

prema naelu slinosti, ime se omoguuju varijantne konstrukcije kalupa. Detaljno su opisani

funkcije i podsustavi kalupa, a posebno je teite dano analizi procesa konstruiranja kalupa koji

obuhvaa fazu koncepcijskog oblikovanja kalupa, fazu dimenzioniranja elemenata kalupa i fazu

izradbe konstrukcijske dokumentacije kalupa. Svaka od faza razvoja kalupa prikazana je kao sustav

primjenom temeljnih koncepata sustavnosne teorije tehnike, ime su definirani sustavnosni modeli

pojedinih faza razvoja kalupa. S pomou sustavnosnih modela razvoja kalupa dobiva se bolji uvid u

sam proces konstruiranja kalupa, te se definira toan redoslijed izvravanja aktivnosti. U okviru

koncepcijskog oblikovanja kalupa predloena je uporaba dijagrama odluivanja s pomou kojih se

dolazi do konstrukcijskih rjeenja pojedinih parcijalnih funkcija kalupa. Postojei dijagramiodluivanja provjereni su na konkretnim primjerima, te su na temelju analize dijagrama nainjene

njihove ispravke. Tijekom razrade faze dimenzioniranja elemenata kalupa dan je pregled analitikih i

numerikih reolokih, toplinskih i mehanikih prorauna kalupa. Posebno je analizirana mogunost

primjene raunala pri razvoju kalupa. U radu je nainjen primjer konstruiranja kalupa prema

prethodno definiranim smjernicama, pri emu je nainjena usporedba postupka i rezultata analitikog

i numerikog prorauna kalupa.


12/241

III

SUMMARY

The paper studies the problems regarding design of moulds for injection moulding of thermoplastics.A brief overview is given of the new trends in the field of mould design and manufacturing. It also

deals with the problems of mould development strategy, focusing on defining of moulding and

mould families according to the principles of similarity, thus providing possibilities of mould design

variations. The mould functions and subsystems are described in detail, with special consideration of

the mould design process analysis including conceptual mould design, mould elements

dimensioning, and mould design documentation development. Each of these mould development

phases is presented as a system by applying basic concepts of systemic technology theory, thus

defining the systemic models of individual mould development phases. Using the systemic models of

mould development offers better insight in the mould design process itself, and the exact sequence of

activities is defined. Within the conceptual mould design, the use of decision-making diagrams is

suggested which provides design solutions of certain partial mould functions. The existing decision-making diagrams have been checked on concrete examples, and their analysis has led to corrections.

During the phase of mould components dimensioning, an overview of analytical and numerical

rheological, thermal and mechanical mould calculations is given. The possibility of using computers

in mould development has been analysed with special consideration. The paper provides an example

of designing a mould according to pre-defined guidelines, comparing the procedure and the results of

analytical and numerical mould calculation.


13/241

IV

KLJUNE RIJEI

injekcijsko preanje plastomerakalup

metodiko konstruiranje

sustavnosna teorija

koncepcijsko oblikovanje kalupa

dijagrami odluivanja

analitiki proraun kalupa

numeriki proraun kalupa

KEYWORDS

injection moulding of thermoplastics

mould

methodical design

systemic theory

conceptual mould design

decision diagrams

analytical mould calculation

numerical mould calculation


14/241

V

POPIS OZNAKA I KRATICA

A) OZNAKE

Oznaka Veliina Jedinica

A

A1

AKS

AKT

AO

Ai

Ak

Au

a

a

a1

a2

a3

ae

aef

aw

BK

BK1b

b1

b2

b3

bK

bP

bo

btpbu

C1

C2C3

C4

C5

C6

C7

C8

C9

C10

CZ

cA

cK

cM

cP

- bezdimenzijska znaajka

- povrina jedne stranice kalupa

- tlocrtna povrina steznih ploa ubrizgavalice

- povrina kanala za temperiranje

- povrina elemenata kalupne upljine u dodiru s otpreskom

- popreni presjek izbacivala

- povrina projekcije kalupne upljine u smjeru otvaranja kalupa

- povrina poprenog presjeka ua

- razmak izmeu sredinje osi gornjih vodilica i vodoravne osi ubrizgavalice

- koeficijent ovisan o kutu polukoljke

- koeficijent

- koeficijent za izraunavanje razlike entalpija


- toplinska difuznost etilen-glikola

- efektivna toplinska difuznost

- toplinska difuznost vode

- irina steznih ploa kalupa

- irina kalupnih ploa

- razmak izmeu kanala za temperiranje

- koeficijent



- toplinska prodornost materijala elemenata kalupa koji oblikuju kalupnu upljinu

- toplinska prodornost plastomerne taljevine

- irina otpreska

- razmak izmeu odstojnih letvi kalupa

- irina lepezastog ua

- parcijalna funkcija: razdijeliti taljevinu

- parcijalna funkcija: praoblikovati i strukturirati taljevinu- parcijalna funkcija: odravati temperaturno polje u kalupu

- parcijalna funkcija: odzraiti kalupnu upljinu

- parcijalna funkcija: izvaditi grozd iz kalupne upljine

- parcijalna funkcija: centrirati i voditi dijelove kalupa

- parcijalna funkcija: privrstiti kalup na ubrizgavalicu

- parcijalna funkcija: prihvatiti i prenijeti sile

- parcijalna funkcija: povezati elemente kalupa

- posebne parcijalne funkcije

- zraivost apsolutno crnog tijela

- specifini toplinski kapacitet komponente mjeavine medija za temperiranje

- specifini toplinski kapacitet materijala kalupnih ploa

- specifini toplinski kapacitet medija za temperiranje

- specifini toplinski kapacitet polimera

-

m2

m2

m2

m2

m2

m2

m2

m

-

m2s

-1K

-1

-

-

m2/s

m2/s

m2/s

m

mm

m2s-1

K-1

-

-

Ws1/2m-2K-

1

Ws1/2

m-2

K-

1

m

m

m-

-

-

-

-

-

-

-

W/m2K

J/kgK

J/kgK

J/kgK

J/kgK


15/241

VI

ceckicvpcwDhDki

ddVZmin

dgsr

dki min

dm

dn

dmv

dpv

dt

duj

duk

duljsr

dvj

Er

Es

e

F

F1

F2

FL

FM

FM1poFM2psn

FM2rsm

FO

FP

FT

Fd

Fov

Ft

Fu

Fv

ff1

f2

fdj

fki

fmax

ftp

G

HK

HUmax

h

h1

h2

- specifini toplinski kapacitet etilen-glikola

- zranost izmeu kosog izvlaila i kliznika ili koljke

- zranost

- specifini toplinski kapacitet vode

- hidrauliki promjer segmenta uljevnog sustava

- pomak izvlaila prije pokretanja kliznika ili koljke

- promjer segmenta uljevnog sustava- minimalni promjer vodeeg zatika

- srednji promjer ua

- minimalni promjer kosog izvlaila

- srednji promjer vodee plohe

- promjer mlaznice

- srednji promjer vretena

- promjer punog vijka

- vanjski promjera krunog skidala

- unutranji promjer jezgre

- promjer uljevnog kanala

- srednji promjer uljevka

- vanjski promjer jezgre

- modul rastezljivosti

- modul savitljivosti

- duljina ravnog dijela provrta u klizniku ili koljki

- nepouzdanost sustava

- sila u smjeru gibanja kliznika

- sila okomita naF1

- sila odvijanja u sluaju uporabe mehanizama sa zupastom letvom

- funkcija mijene

- funkcija stvaranja povezanosti meuesticama

- funkcija prestrukturiranja na nadmolekulnoj razini

- funkcija prestukturiranja na molekulnoj razini

- sila otvaranja kalupa

- funkcija pohrane

- funkcija prijenosa

- sila dranja kalupa

- sila odvijanja (u smjeru otvaranja kalupa)

- sila trenja po obodu jezgre

- sila ubrizgavanja

- sila na vretenu

- faktor teenja materijala- progib dna ploe

- progib stranice kalupne ploe

- progib duge jezgre

- progib izvlaila

- maksimalni progib stijenke kalupne upljine

- doputeni progib temeljne ploe

- modul sminosti materijala stijenke kalupne upljine

- visina kalupnih ploa

- maksimalni razmak steznih ploa ubrizgavalice

- izmjera kalupne upljine na kojoj djeluje tlak u kalupnoj upljini

- specifina entalpija pri prosjenoj temperaturi otpreska u trenutku njegova

naputanja kalupa

- specifina entalpija pri temperaturi i tlaku preradbe

J/kgK

m

m

J/kgK

m

m

mm

m

m

m

m

m

m

m

m

m

m

m

N/m2

N/m2

m

-

N

N

N

-

--

-

N

-

-

N

N

N

N

N

-m

m

m

m

m

m

N/m2

m

m

m

J/kg

J/kg


16/241

VII

h1lu

h2lu

hOK

hUmin

hd

hdi

hghi

ho

hop

htp

hu

Iki

Imin

i

j

KO

KOT

KU

LK

LKI

LVZ

Laki

Lavp

Lki

Lski

Lsvp

ll1

lKT

lg

lj

ln

loi

ls

luk

lulj

lus

ltpM

Mki

m

mK

mM

mg

mo

mp

nK

nKT

nKU

ni

nnj

- visina lepezastog ua

- visina lepezastog ua

- potrebno otvaranje kalupa

- minimalni potrebni razmak steznih ploa ubrizgavalice

- dodatno otvaranje kalupa

- dopunski (sigurnosni) hod izbacivala

- visina grozda- duljina puta izbacivala

- visina otpreska

- visina otpreska u pominom dijelu kalupa

- debljina (visina) temeljne ploe

- visina uljevka

- moment inercije poprenog presjeka kosog izvlaila

- minimalni moment tromosti presjeka izbacivala

- prijenosni omjer

- greka hlaenja otpreska

- koeficijent oblika otpreska

- konstanta plastomernog materijala

- koeficijent unutranjosti otpreska

- duljina kalupa

- duljina kalupa s izolacijskim ploama

- duljina vodeeg zatika

- duljina kosog dijela pravokutnog izvlaila

- duljina kosog dijela vodeeg utora

- duljina kliznika ili polukoljke

- duljina ravnog dijela pravokutnog izvlaila

- duljina ravnog dijela vodeeg utora

- unutarnja visina otpreska- udaljenost hvatita sile ubrizgavanja od srednjeg promjera vodee plohe

- duljina kanala za temperiranje

- duljina ua

- duljina jezgre

- duljina mlaznice

- duljina izvijanja izbacivala

- srednji put teenja

- duljina uljevnog kanala

- duljina uljevka

- duljina segmenta uljevnog sustava

- duljina temeljne ploe- relativni pomak umetka

- pomak kliznika ili polukoljke

- eksponent teenja plastomerne taljevine

- masa kalupa

- masa medija za temperiranje

- masa grozda

- masa otpreska

- broj promjena smjera toka medija za temperiranje

- broj kalupnih upljina

- broj kanala za temperiranje

- broj umetaka u kalupnoj upljini

- broj komponenata mjeavine medija za temperiranje

- broj navojnih jezgri

m

m

m

m

m

m

mm

m

m

m

m

m4

m4

-

-

-

kg/ms1-m

-

m

m

m

m

m

m

m

m

mm

m

m

m

m

m

m

m

m

m

mm

m

-

kg

kg

kg

kg

-

-

-

-

-

-


17/241

VIII

np

PPef

PVS

Pg

Ph

Pr

PrePrw

pK

pKx

pO

pR

pT

pj

pu

QK

Qn

q

qM

qP

qVP

qmax

qmin

qv

R

R

Re

RpRs

Rk

r1z

rku

rkv

runj

rvp

SL

SV

Sot

Suss

sI

sK

so

sp

TD

TK

TKT

TM

TMI

TMU

TO

TOK

- broj dvostrukih promjena smjera toka medija za temperiranje

- efektivno potrebna snaga pumpe

- instalirana snaga vrueg uljevnog sustava

- snaga (uin) grijanja

- snaga (uin) hlaenja

- Pradntlova znaajka

- Pradtlova znaajka etilen-glikola- Pradtlova znaajka vode

- tlak u kalupnoj upljini

- pritisak u kalupnoj upljini u smjeru otvaranja kalupa

- okolinji tlak

- predtlak u kalupnoj upljini

- tlak plastomerne taljevine

- tlak koji djeluje na jezgru

- pritisak ubrizgavanja

- teina kalupa

- veliina serije otpresaka

- prosjeni toplinski tok

- protok medija za temperiranje

- koliina preraenog plastomernog materijala

- kapacitet pumpe

- maksimalni toplinski tok izmeu kanala za temperiranje i otpreska

- minimalni toplinski tok izmeu kanala za temperiranje i otpreska

- obujamni protok plastomerne taljevine

- rezultantna sila na koso izvlailo

- prosjena pouzdanost sustava

- Reynoldsov broj

- pouzdanost paralelnog sustava- pouzdanost serijskog sustava

- pouzdanost k,nsustava

- polumjer pogonskog zupanika

- unutranji polumjer kalupne upljine

- vanjski polumjer kalupne upljine

- unutranji polumjer navojne jezgre

- polumjer izdanka za pomicanje vodee ploe

- skupljanje

- stezanje

- plotina otpres(a)ka

- plotina uljevnog sustava- faktor sigurnosti

- debljina izolacijske ploe

- debljina stijenke kalupne upljine

- debljina stijenke otpreska

- debljina stijenke kalupne ploe

- dodirna temperatura

- temperatura stijenke kalupne upljine

- temperatura stijenke kanala za temperiranje

- temperatura medija za temperiranje

- izlazna temperatura medija za temperiranje

- ulazna temperatura medija za temperiranje

- temperatura okoline

- temperatura otvaranja kalupa

-

W

W

W

W

-

--

Pa

N/m2

Pa

N/m2

N/m2

N/m2

N/m2

N

kom

W

m3/s

m3/s

m3/s

W

W

m3/s

N

-

-

--

-

m

m

m

m

m

%

%

m2

m2-

m

m

m

m

K

K

K

K

K

K

K

K


18/241

IX

TP

TPO

TS

TT

TVK

Tg

tct

th

tid

tk1

tk2

tk3

tk4

tm1

tmp

tmr

tnp

tos

tp

pt

ts

tu

tz

tzs

Vo

Vu

vv

vu

xA

xKT

xk

xs

M

St*

ki

n

vp

V*

max

min

h

pn

pus

rk

TTM

- temperatura podeavanja kalupa

- temperatura postojanosti oblika

- skrutite plastomera

- temperatura plastomerne taljevine

- temperatura vanjske stijenke kalupa

- staklite

- vrijeme ciklusa injekcijskog preanja- vrijeme ienja kalupa

- vrijeme hlaenja otpreska

- dopunsko vrijeme vaenja otpreska

- vrijeme posluivanja otvorenog kalupa

- vrijeme posluivanja zatvorenog kalupa

- vrijeme posluivanja zatvorenog kalupa u trenutku prije njegova otvaranja

- vrijeme posluivanja kalupa pri vaenju otpreska

- vrijeme podmazivanja jedne kalupne upljine

- vrijeme pribliavanja mlaznice

- vrijeme vraanja mlaznice ubrizgavalice u poetni poloaj

- vrijeme djelovanja naknadnog pritiska u kalupnoj upljini

- strojno vrijeme otvaranja kalupa

- pomono vrijeme ciklusa injekcijskog preanja

- srednje vrijeme izmeu dva zastoja

- vrijeme ukapanja

- vrijeme ubrizgavanja

- vrijeme zagrijavanja kalupa

- strojno vrijeme zatvaranja kalupa

- obujam otpreska

- obujam ubrizgavanja

- brzina teenja plastomerne taljevine- srednja brzina teenja ela taljevine

- brzina ubrizgavanja

- udio komponente u mjeavini medija za temperiranje

- faktor povrine kanala za temperiranje

- neimenovani broj

- faktor simetrinosti izmjene topline

- kut polukoljke

- toplinska prijelaznost medija za temperiranje

- korigirani koeficijent toplinske prijelaznosti (obuhvaa zraenje i konvekciju)

- kut nagiba kosog izvlaila

- kut uspona navoja

- kut vodeeg utora

- temperaturni koeficijent

- korigirani faktor proporcionalnosti

- maksimalni kut izotermi

- minimalni kut izotermi

- razlika entalpija pri temperaturi taljevine i temperaturi vaenja otpreska

- pad pritiska u mlaznici ubrizgavalice

- pad pritiska u segmentu uljevnog sustava

- elastino proirenje kalupne upljine (gnijezda)

- razlika u temperaturama izme

u vanjske stijenke kalupa i okoline- razlika u temperaturama medija za temperiranje na ulazu i izlazu iz kalupa

K

K

K

K

K

K

ss

s

s

s

s

s

s

s

s

s

s

s

s

h

s

s

s

s

m3

m3

m/sm/s

m/s

%

-

-

-

W/m2K

W/m2K

W/m2K

W/m2K

J/kg

N/m2

N/m2

m

KK


19/241

X

TMK

dop

krit

z

M

OP

PD

Slj

St

V

ki

&

VS

mv

p

A

I

K

P

ei

w

A

M

e

w

A

KM

T

e

w

VZ

dop

dop

- temperaturni gradijent izmeu medija za temperiranje i stijenke kalupne

upljine

- doputena deformacija (izvijanje) izbacivala

- kritina deformacija izbacivala

- sposobnost zraenja kalupnih ploa

- toplina izmijenjena s medijem za temperiranje u jedinici vremena

- toplina izmijenjena s okolinom u jedinici vremena- toplina koju plastomer preda kalupu u jedinici vremena

- toplinski tok dovoenja topline

- toplina izmijenjena zraenjem i konvekcijom kroz sljubnicu kalupa u jedinici

vremena

- toplina izmijenjena zraenjem i konvekcijom kroz stranice kalupa u jedinici

vremena

- toplina izmijenjena provoenjem kroz nosae kalupa ubrizgavalice u jedinici

vremena

- kut ugradnje umetka

- kut nagiba kosog izvlaila

- smina brzina plastomerne taljevine

- smina viskoznost

- korisnost vrueg uljevnog sustava

- stupanj iskoritenja sustava matica-vreteno

- korisnost pumpe

- koeficijent oblika segmenta uljevnog sustava

- toplinska provodnost komponente mjeavine medija za temperiranje

- toplinska provodnost izolacijske ploe

- toplinska provodnost materijala kalupa

- toplinska provodnost polimera

- toplinska provodnost etilen-glikola- toplinska provodnost i-tog sloja kalupa

- toplinska provodnost vode

- faktor trenja izmeu plastomernog materijala i elemenata kalupne upljine

- Poissonov faktor

- kinematika viskoznost komponente mjeavine medija za temperiranje

- kinematika viskoznost medija za temperiranje

- kinematika viskoznost etilen-glikola

- kinematika viskoznost vode

- kut trenja

- gustoa komponente mjeavine medija za temperiranje

- gustoa materijala kalupnih ploa- gustoa medija za temperiranje

- gustoa polimerne taljevine

- gustoa etilen-glikola

- gustoa vode

- vrstoa materijala vodeeg zatika

- doputeno savojno naprezanje kalupnih ploa

- doputeno smino naprezanje kalupnih ploa

- otpor teenju u kanalu

K

%

%

-

W

WW

W

W

W

W

s-1

Pas

-

-

-

-

W/mK

W/mK

W/mK

W/mK

W/mKW/mK

W/mK

-

-

m2/s

m2/s

m2/s

m2/s

kg/m3

kg/m3kg/m

3

kg/m3

kg/m3

kg/m3

N/m2

N/m2

N/m2

-


20/241

XI

B) KRATICE

ABS - akrilonitril/butadien/stiren

CAA - analiza s pomou raunala (e.computer aided analysis)

CAD - konstruiranje s pomou raunala (e. computer aided design)

CAE - inenjerstvo s pomou raunala (e.computer aided engineering)

CAM - obradba s pomou raunala (e.computer aided manufacturing)CAQ - kontrola kvalitete s pomou raunala (e.computer aided quality)

CAP - izradba s pomou raunala (e.computer aided production)

CAT - ispitivanje s pomou raunala (e.computer aided testing)

CNC - raunalno numeriko upravljanje (e.computer numerical control)

DFA - konstruiranje s obzirom na montau (e.design for assembly)

DFD - konstruiranje s obzirom na demontau (e.design for disassembly)

DFE - konstruiranje s obzirom na okolinu (e.design for environment)

DFM - konstruiranje s obzirom na izradbu (e.design for manufacturing)

DFMA - konstruiranje s obzirom na izradbu i montau (e.design for manufacturing and

assembly)

DFP - konstruiranje s obzirom na profitabilnost (e.design for profitability)

FDM - sraivanje taloenjem (e.fused deposition modeling)

FEM - metoda konanih elemenata (e.finite element method)

HSC - obradba visokim brzinama (e.high speed cutting)

KIPP - kalup za injekcijsko preanje plastomera

LOM - laminiranje (e.laminated objected manufacturing)

MJS - viefazno mlazno ovrivanje (e.multiphase jet solidification)

MPRD - brza izradba mikro-proizvoda (e.micro product rapid development)

PPS - production planning system

RP - brza izradba prototipova (e.rapid prototyping)

RT - brza izradba alata (kalupa) (e. rapid tooling)SIPP - sustav za injekcijsko preanje plastomera

SIPU - sustava za injekcijsko puhanje

SLS - selektivno sraivanje s pomou lasera (e.selective laser sintering)

SLT - stereolitografija (e.stereolithography)

SPU - sustav za puhanje

T - temperiralo

U - ubrizgavalica


21/241

1. UVOD

Injekcijsko preanje najvaniji je cikliki postupak preradbe polimera. Pri tome, kalup za injekcijskopreanje predstavlja specifini i sredinji dio sustava za injekcijsko preanje polimera, ijem je

razvoju potrebno posvetiti posebnu pozornost.[1] Kalup i proces njegova razvoja predstavljaju

komplicirane i kompleksne sustave. S druge strane, na alatniare - kalupare postavljaju se sve otriji

zahtjevi na kvalitetu, cijenu i posebice rok isporuke gotovog kalupa.

Konstrukcija kalupa od iznimne je vanosti za visokokvalitetnu proizvodnju i racionalno voenje

postupka injekcijskog preanja.[2] Kako kalup predstavlja kritini element sustava za injekcijsko

preanje plastomera, upravo je to element na kojem treba uloiti maksimalni trud u cilju

racionalizacije i optimiranja izradbe odgovarajueg otpreska. Temeljni cilj racionalizacije nije

snienje trokova konstruiranja kalupa, ve unaprijeene metode konstruiranja kalupa koje daju

optimalne rezultate, odnosno minimalno vrijeme konstruiranja kalupa. Potrebno je nastojatioptimirati svaku fazu razvoja kalupa, kako bi se skratilo vrijeme potrebno za konstruiranje,

poboljala kvaliteta i snizili trokovi izvoenja svih aktivnosti konstruiranja unutar te faze. Temeljna

pretpostavka za optimiranje procesa razvoja kalupa je detaljna sistematizacija aktivnosti procesa

konstruiranja kalupa. Kao vrlo uinkovite metode, pri tome, javljaju se metodiko konstruiranje, te

sustavnosna teorija tehnike.[3]

Suvremeni je postupak konstruiranja kalupa optereen vremenski, te zahtjevnou kalupa. Vrlo esto

je taj proces temeljen uglavnom na iskustvu konstruktora. Kako mnoge odluke tijekom definiranja

detalja u kalupu mogu imati meusobnog utjecaja, konstruktori kalupa trebali bi imati opseno

znanje s tog podruja u svrhu pravilnog prosuivanja. Kako bi se prevladao nedostatak iskusnih

konstruktora, mladim i neiskusnim konstruktorima kalupa potrebno je omoguiti maksimalnupodrku pri konstruiranju kalupa. Primjena raunala i odgovarajuih raunalnih programa, kao

inenjerske pomoi, bitni su u ostvarivanju tih nastojanja.[2] U radu [3] dane su temeljne postavke

metodikog konstruiranja kalupa za injekcijsko preanje polimera. U meuvremenu, na podruju

razvoja kalupa su se pojavili novi trendovi, koji su neminovno utjecali na sam pristup razvoju kalupa,

te se ukazala potreba za dopunjavanjem navedenog rada. Takoer, analizom stanja u hrvatskim i

slovenskim alatnicama [4] ustanovljeno je kako u veini alatnica za izradbu kalupa ne postoji

propisani "sustav" prema kojem se konstruira kalupa. To dovodi do potrebe za razvojem sustava

(modela) koji propisuje sve aktivnosti razvoja kalupa u pravilnom redoslijedu izvoenja, te s

definiranim mogunostima optimiranja pojedinih faza.

Uporabom metodi

kog pristupa konstruiranju kalupa, te primjenom osnovnih koncepata sustavnosneralambe na aktivnosti razvoja kalupa, mogue je definirati model (sustav) konstruiranja kalupa.

Pri tome se oekuje skraenje trajanja procesa konstruiranja, te podizanje aktivnosti konstruiranja

kalupa na kvalitativno viu razinu. U okviru ovog rada sistematizirati e se aktivnosti tijekom razvoja

kalupa za injekcijsko preanje plastomera. Takoer e biti analizirani dijagrami odluivanja za

koncepcijsko oblikovanje kalupa na konkretnim primjerima, uz procjenu njihove uporabljivosti u

praksi. Na podruju dimenzioniranja kalupa, rezultati analitikih prorauna usporediti e se s

rezultatima numerikog prorauna kalupa uz ocjenu tonosti. Na temelju sistematiziranih faza

razvoja kalupa, biti e definirani sustavnosni modeli svake faze razvoja s odgovarajuim

aktivnostima. Na konkretnom primjeru biti e prikazane definirane postavke.


22/241

2. STANJE NA PODRUJU KONSTRUIRANJA S POSEBNIM OSVRTOMNA KALUPE ZA INJEKCIJSKO PREANJE PLASTOMERA

2.1. TEORIJA KONSTRUIRANJA

Tijekom razvoja proizvoda postoji velik broj djelatnosti, tj. zadaa koje treba rijeiti kako bi sepostigao eljeni rezultat, gotovi proizvod u funkciji. Iako je vrlo vano kvalitetno i uinkovito izraditiproizvod, neophodan je prvi korak u kojem e se na temelju elja, postavljenih zahtjeva, realnihmogunosti i ogranienja nai kompromis, te osmisliti proizvod do najsitnije pojedinosti. Taj sekorak naziva procesom konstruiranja.[5,6] Rije konstruiranje obuhvaa sve aktivnosti koje su

potrebne da se zamisao o nekom proizvodu pretvori u informacijski oblik tvorevine (tehnikogsustava).[6]Objekti procesa konstruiranja nisu samo strojni dijelovi, vei drugi tehniki sustavi (npr.kalup za injekcijsko preanje plastomera). Pri tome je cilj konstruiranja uvijek jednoznano definiran,

iako postoji niz zahtjeva koje budui proizvod treba zadovoljiti [5,7].

Konstruiranje je u prvom redu proces obradbe informacija. Primjerice, informacije dane u oblikuzahtjeva na proizvod tijekom procesa konstruiranja pretvaraju se u karakteristike konstruiranog

proizvoda. Proces konstruiranja predstavlja sintezu, tj. sklapanje uglavnom poznatih elemenata ucjelinu koja jo nije potpuno poznata, kao niti njezine karakteristike. Sa filozofskog stajalita, proceskonstruiranja je proces spoznaje. Drugim rijeima, jedan nepoznati (imaginarni) proizvod tijekom

procesa konstruiranja postaje poznat. Proces konstruiranja mogue je opisati i kao proces uenja.Svaki konstrukcijski zadatak mogue je rijeiti analizom odgovarajue koliine razliitih, ve

postojeih konstrukcijskih rjeenja. Svaki proces konstruiranja mogue je podijeliti u manje,jednostavnije dijelove (faze, korake, etape, operacije konstruiranja). Dakle proces konstruiranja

posjeduje strukturu. Visoki stupanj kompleksnosti razliitih relacija tijekom konstruiranja dovodi dotoga da konstruktori u sljedee faze konstruiranja esto ulaze samo na temelju apstrakcija ilipretpostavki, to zahtijeva iterativne postupke (tipino obiljeje konstruiranja). Konstruiranje trebauglavnom obavljati tim strunjaka koji meusobno surauju, nadopunjavaju se idejama i pogledimana odgovarajue korake konstruiranja, te na samo konano rjeenje. Pri tome, valja osiguratidovoljno veliki informacijski kapacitet kako bi potrebne informacije bile dostupne svima.[5]

Konstruiranje kao najvanija faza u razvoju proizvoda nema utjecaja samo na tehnike, ve i nagospodarske, te drutvene kriterije vrednovanja tehnike.[6] Iako konstruiranje obuhvaa svega 10 do20% ukupnih trokova tijekom ivotnog ciklusa proizvoda, njegov utjecaj na trokove izradbe iuporabe moe iznositi 60 do 80%. Pored toga, konstruiranje je drutveno vano, a moe se

prepoznati u mjestu tehnikih sustava (proizvoda) u ljudskom drutvu.[5,6]

Konstruiranje nije mogue smatrati umjetnou, a jedini razlog tomu lei u injenici kakokonstruiranje ne sadri iracionalne faze pri razvoju, kao to to ima nastanak umjetnikog djela.Meutim, konstruiranje je zahtjevan stvaralaki rad kojeg se smatra znanou.[5]

2.1.1. Proces konstruiranja

Proces konstruiranja je niz konstrukcijskih djelatnosti, koje se nastavljaju jedna na drugu i koje,polazei od postavljene zadae unaprijed promiljaju i opisuju objekt konstruiranja.[5]

Proces konstruiranja predstavlja element kompleksnog sustava razvoja i uporabe proizvoda. U tomsustavu definiraju se brojne skupine zahtjeva vezanih uz izradbu, uporabu i odravanje tehnikih


23/241

Stanje na podruju konstruiranja s posebnim osvrtom na kalupe za injekcijsko preanje plastomera 3

sustava. Sljedea skupina relacija oznaava povezivanje procesa konstruiranja proizvoda s buduimkonstrukcijama (npr. izradbe varijantnih konstrukcija, izradba nove generacije proizvoda itd.).Takoer valja spomenuti povezanost konstruiranja s prirodnim znanostima i izobrazbomkonstruktora. Na kraju treba spomenuti kako jo uvijek nije potpuno jasan poloaj (uloga) procesakonstruiranja u procesima stvaranja rjeenja za razliite zadatke. Ovdje dolazi do izraaja kontrastizmeu etikog aspekta konstruiranja i tehnikog vidokruga.[5]

Temeljni je zadatak procesa konstruiranja pretvorba postavljenih zahtjeva u stvaranje opisa eljenogproizvoda (tehnikog sustava). Drugim rijeima eljeni proizvod, njegova funkcija i karakteristikeopisuju se u konstrukcijskom procesu posebnim "kodom".[5] Zahtjevi na proces konstruiranja stalnorastu. Jednom je to zbog povienih zahtjeva na proizvod, a drugi puta zbog povienih zahtjeva nasam proces konstruiranja. Na temelju analize stanja znanosti i tehnike mogue je definirati nekolikotemeljnih ciljeva konstruiranja [3,5]:- visoka (optimalna) kvaliteta konstruiranih proizvoda- visoka uinkovitost procesa konstruiranja- sniavanje rizika konstrukcije- poveanje rutinskog (propisanog) rada konstruktora

- najkrae mogu

e razdoblje izobrazbe konstruktora.

Proces konstruiranja mogue je naelno podijeliti u nekoliko razina, tj. na nekoliko naina. Pri tomevalja uzeti u obzir i odgovarajuu hijerarhiju. Primjerice mogua je sljedea podjela procesakonstruiranja prikazana slikom 2.1.[5]

PROCES KONSTRUIRANJA

Planiranje Koncipiranje Projektiranje Razrada1. Faze konstruiranja

2. Operacije konstruiranja

Razradbazadatka

Traenjerjeenja

Vrednovanje,odluivanje

Priopenje rjeenja

3. Temeljne operacije

Prireivanjeinformacija

Verificiranje, provjera

Prikazivanje,npr. grafiki

4. Elementarne aktivnosti

Razgovaranje Pregledavanje Uenje Eksperimentiranje Pregovaranje Optimiranje

5. Elementarne operacije 01 Gledanje - opaanje

02 itanje03 Sluanje, interpretiranje04 Mjerenje05 Pamenje, podsjeanje

11 Govorenje, objanjenje12 Pisanje (izvjetaja)13 Skiciranje14 Crtanje15 Kotiranje16 Izradba

sastavnice

21 Proraunavanje22 Biljeenje, komentiranje23 Sreivanje, klasificiranje

31 Usporeivanje32 Kombiniranje33 Analiziranje, sintetiziranje34 Apstrahiranje, konkretiziranje35 Postavljanje analogije, utvrivanje suprotnosti36 Induciranje, deduciranje

Odreditioperacije

Ustavnoviti

postupke

Ustanoviti

efekte(akcije)

Odrediti

na

inedjelovanja

Ustanoviti

funkcije

Odreditinosioce

parcijalnihfunkcija

Odrediti

konfiguraciju

Oblikovati

Izabratimaterijal

Razmotriti

na

inizradbe

Dimenzionirati

Odredititolerancije

Odrediti

kvalitetupovrine

Slika 2.1.Struktura operacija i aktivnosti u procesu konstruiranja [5]


24/241


Prikaz strukture procesa konstruiranja mogue je promatrati na dva naina. Jednom kao hijerarhijukompleksnosti u aktivnostima procesa konstruiranja (gledano po okomitoj osi), gdje su svi elementi(operacije) iz niih razina sadrani u svakom od elemenata u viim razinama. Drugi puta kao skupine(blokovi) aktivnosti (gledano po vodoravnoj osi) koji se cikliki ponavljaju do postizanja ciljeva.[8]

Faza planiranja ili razjanjenja zadatka obuhvaa definiranje funkcije tehnikog sustava (npr.

ukupna funkcija kalupa za injekcijsko preanje plastomera), te zahtjeva na taj sustav.Koncipiranjejefaza konstruiranja u kojoj se na temelju postavljenih zadataka, raznim metodama, trai konceptrjeenja.[3] Tijekom projektiranja stvara se tvorevina na temelju tehnikih, gospodarskih idrutvenih kriterija.[6] Razvoj proizvoda u ovoj fazi polazi od grube skice, a nizom iteracijskihkoraka dolazi se do sve profinjenijih rjeenja. Konana faza procesa konstruiranja je razradarjeenja. U toj se fazi mora razraditi ne samo konani oblik i mjere proizvoda, vekvaliteta povrine,izabrati odgovarajui materijal, provjeriti proizvodljivost, izraditi crtake i ostale podloge kojeomoguuju stvaranje proizvodnih uputa.[6]

Utjecajni imbenici na proces konstruiranja su [5]:- konstruktor koji obavlja veinu operacija konstruiranja (uglavnom s pomou raunala)

- struni podaci (spoznaje iz razli

itih znanosti) potrebni kao temelj za realizaciju transformacijainformacija unutar procesa konstruiranja

- metode rada konstruktora (strategija)- metode opisivanja rezultata procesa konstruiranja- tehnika sredstva (oprema)- nain izvoenja procesa konstruiranja (taktika)- razliite vrste podrki procesu konstruiranja (npr. informacijska).

Proces konstruiranja oznaavaju sljedea obiljeja [5]:- visoka kompliciranost (esto je potrebno udovoljavati oprenim zahtjevima, a treba voditi rauna i

o gospodarstvenou u uem i irem smislu)

- visoki stupanj komuniciranja (informirati i biti informiran)- mnotvo sinteza i analiza- donoenje mnogih odluka i traenje optimuma- umno-stvaralako djelovanje (predodbe i apstrakcije, stvaranje kompliciranih oblika i rjeenja u

mislima)- poveanje i promjene znanja i spoznaja tijekom stalnog uenja- potreban je savjestan i temeljan rad, kako bi sve odluke u buduim fazama razvoja, posebice pri

izradbi i uporabi konstruiranog proizvoda imale predviene posljedice (odgovarajua ugraenasvojstva tijekom konstruiranja)

- dugotrajan i esto neumoran rad u traenju optimalnog rjeenja- suradnja s drugim zaposlenicima- zbog visokog stupnja nepoznavanja i kompliciranosti konstruiranog proizvoda prisutan je visoki

rizik donoenja pogrenih odluka pri konstruiranju- planski, sustavni rad- rad bez vremenskog ogranienja (vrlo esto se do optimalnih rjeenja dolazi u slobodno vrijeme)- dugo vrijeme "sazrijevanja" konstruktora (stjecanje potrebnih spoznaja i potrebnog iskustva).

U industriji, ispunjavanje funkcije konstruiranje najee se ostvaruje u tri razliita oblika:pojedinani konstruktori, konstrukcijske skupine sa specijaliziranim zaposlenicima (s istog podruja)i konstrukcijski timovi (udrueni specijalisti s razliitih podruja). Kako bi se dolo do optimalnihkonstrukcijskih rjeenja, nije dovoljno samo poveati broj zaposlenika u sustavu konstruiranja, vejenuno ostvariti i odgovarajuu komunikaciju i suradnju izmeu svih sudionika u sustavukonstruiranja (slika 2.2). Ta suradnja naroito je vana tijekom planiranja aktivnosti, traenja ideja itijekom faze koncipiranja, te pri donoenju odluka, posebice tijekom ranijih faza konstruiranja, gdjene postoji objektivni nain provjere pojedinih konstrukcijskih rjeenja.[5]


25/241


Slika 2.2.Efekti suradnje zaposlenika unutar strunog tima [5]

2.1.2. Metode konstruiranja

Zbog sve vee vanosti naina samog pristupa konstruiranju, tj. metodike konstruiranja, ona

predstavlja dio znanstvene discipline - znanosti o konstruiranju. S pomou metoda konstruiranjamogue je dati odgovor "kako" (na koji nain) je mogue doi do rjeenja nekog procesakonstruiranja. Pri tome je potrebno posvetiti posebnu pozornost koncepciji i razradi konstrukcije(dimenzioniranju). Razlog tome je to za sada nema jedinstvenog pristupa rjeenju ovih fazakonstruiranja. Meutim, mogue je razlikovati nekoliko strategija pri rjeavanju konstrukcijskihzadataka (slika 2.3).[5]

ZZ R R

Z

R

R

R

Z

Z

R

R

R

a) b)

Z

R

R

RR

Z

R

R

R

Z

M

M M

M

M

M

M

RR

R R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

c) d)

Slika 2.3.Razliite strategije konstruiranja: a - iskustveni pristup, b - slijedni pristup, c - metodikipristup, d - kombinacija pristupa; Z - zadatak, R - rjeenje, M - metoda [5]

Pravocrtno provoenje aktivnosti u traenju rjeenja za pojedini zadatak jedan je od ponuenihpristupa. Takav pristup rezultira uobiajenim, ope poznatim rjeenjima, no ta rjeenja ne moraju bitii optimalna, jer pristup ne ukljuuje usporedbe s drugim rjeenjima i iterativne metode. Ovaj pristup

naziva se iskustvenimpristupom.U drugom,slijednompristupu, konstruktor ispituje jedno rjeenje zadrugim, te provjerava njihov uinak pri zadanim uvjetima uporabe. Ovakav pristup zahtijeva mnogovremena, a vjerojatnost postizanja optimalnog rjeenja je minimalna. S pomou metodikog


26/241


(sustavnog)pristupa pretpostavljaju se itava polja rjeenja, te se trai optimalno rjeenje. Posebnakarakteristika ovog pristupa je varijabilnost oblika konstrukcijskog rjeenja i izbora optimalnogrjeenja. Kao etvrta strategija javlja se kombinacija prethodno spomenutih strategija.[5]

Nemetodiki pristupi konstruiranju temelje se na trenutnim mislima, intuiciji, kreativnosti,stvaralakoj "sili", "osjeaju" konstruktora, inspiraciji i heuristici. S druge strane, metodiki pristup

konstruiranju zahtijeva odgovarajui sustav informacija, kako bi se omoguilo traenje (donoenje)optimalnog rjeenja konstrukcijskog zadatka. U takvom pristupu, itav proces konstruiranja dijeli sena jednostavnije faze (korake) koje je mogue prikazati crnim kutijama(e. black box). Na taj nainitav proces konstruiranja postaje transparentniji. Za svaki korak procesa konstruiranja definiraju seodgovarajue metode traenja i ocjene konstrukcijskih rjeenja.[5]

Teorijska osnova znanosti o konstruiranju poiva na sustavnosnoj teoriji. Postavke sustavnosneteorije mogue je ukratko razmatrati kroz primjenu u znanosti o konstruiranju. Sustav je ogranienidio stvarnosti koji ima odreeni odnos prema okruenju, ima svoju strukturu i svoju funkciju. Izmeuokruenja, funkcije i strukture postoje odreene relacije. Pojam strukture govori o tome da elementisustava postoje u takvom poretku koji je odreen brojem relacija izmeu elemenata. Prema tome,

elementi i njihove relacijeine strukturu. Op

enito, svaki tehni

ki sustav na temelju svoje strukturemoe ispunjavati jednu ili vie funkcija (parcijalne funkcije) koje meusobno stoje u odreenim

relacijama. Osim tehnikih proizvoda, mogue je primjerice i proces konstruiranja prikazati kaosustav. U tehnikom sustavu postoji transport ili pretvorba energije, materije i informacija, dok usustavu konstruiranja postoji mijena uglavnom informacija. Ovakav metodiko-sustavnosni pristupomoguuje da se s pomou znanstvenih metoda proces konstruiranja razvije kao openiti model, a nekao problematika odreenog zadatka.[9]

Najee za ispunjavanje neke funkcije postoji vei broj rjeenja, no potrebno je izabrati jednooptimalno, ili jedino mogue rjeenje za pojedini sluaj. Pod varijantama rjeenja podrazumijevaju serjeenja koja zadovoljavaju postavljene zahtjeve, no nemaju istu razinu kvalitete. S pomou

ocjenjivanja kvalitete svih rjeenja mogue je do

i do optimalnog rjeenja (optimalno je relativanpojam - ovisno radi li se o ve zastarjelom ili suvremenom rjeenju). Pod idealnim rjeenjem

podrazumijeva se trenutni optimum teorijskih rjeenja.[5]

Sloboda u konstrukcijskom procesu pri pronalaenju konstrukcijskih rjeenja nije ograniena samozahtjevima na proizvod, vekonstruktor treba uzeti u obzir i druge faktore. Ogranienja u procesukonstruiranja mogue je saeti u [5]:- "zdravo razmiljanje" predstavlja ogranienje pri kreativnom radu, posebice kada konstrukcijska

rjeenja nisu logika- fizika ogranienja- ogranienja prirode (koliina energije, vode, sirovina)- tehnika ogranienja (stanje tehnike definira mogunosti rjeavanja pojedinih zadataka)- drutvena ogranienja (norme, tradicija)- politika ogranienja (npr. raspoloiva koliina potrebnog materijala tijekom embarga)- moralna ogranienja (sa strane konstruktora - ukljuuju i religiozni nazor).

Dananja istraivanja unutar znanosti o konstruiranju pokuavaju odgovoriti na sljedea temeljnapitanja [10]:- postoji li skup formalnih teorija kojima se moe opisati fenomen konstruiranja,- to je to u konstruiranju razumljivo toliko dobro da se moe automatizirati (algoritmizirati)- to je cilj primjena metoda umjetne inteligencije u konstruiranju.

Teorijama konstruiranja ele se opisati zakonitosti koje vladaju u toj, sutinski, kreativnoj ljudskojdjelatnosti. Istraivanja teorija konstruiranja mogu se podijeliti u dvije skupine. Prvu skupinu ineteorije koje opisuju proces konstruiranja (npr. "Teorija tehnikih sustava" Hubke, te unutar nje noviji"Opi proceduralni model konstruiranja", ime se deskriptivno definiraju metode koje odreuju


27/241


transformacijske procese tijekom ivotnog vijeka tehnikih sustava). Drugu skupinu ine modeli kojiopisuju atribute konstrukcije, te time propisuju svojstva koje treba posjedovati konstruiranatvorevina, a ne postupak kojim se tvorevina odreuje. [10]

2.1.3. Suvremeni pristupi konstruiranju

Razvoj raunala i raunalnih programa obiljeio je kraj ovog stoljea na svim podrujima ljudskogdjelovanja, pa tako i na podruju konstruiranja. Proces konstruiranja najvie utjee na trokove irokove u procesu proizvodnje, dakle i na cjelokupno poslovanje i profit, stoga je razumljivo da jeveina istraivanja danas posveena upravo podruju konstruiranja s pomou raunala (e. Computer

Aided Design- CAD). Vrlo esto upravo je konstrukcijski ured "usko grlo" u procesu proizvodnje.Na tritu danas postoji velik broj CAD programskih paketa s velikim rasponom ponude mogunostii cijena. Veina tih paketa je ope namjene, a postoje i specijalizirani za primjerice podrujaelektronike, strojarstva (npr. konstrukcije kalupa za injekcijsko preanje) ili arhitekture. Takoer sena tritu nudi veliki broj raunalnih paketa za izradbu s pomou raunala (e. Computer Aided

Manufacturing- CAM), kao i paketa za numerike analize konstrukcija (najee metoda konanih

elemenata, e. Finite Element Method - FEM) i ponaanja tehnikih sustava. Samo najskupljiprogramski sustavi nekoliko vodeih proizvoaa sadre CAD, CAM, FEM i komponente

inenjerstva s pomou raunala (e. Computer Aided Engineering- CAE). Meutim, i tada su to josamo zasebne programske cjeline koje omoguuju geometrijsko modeliranje proizvoda, generiranjeCNC programa, analizu mehanikih i termodinamikih parametara, te voenje baza podataka o

proizvodu i proizvodnji. Uporaba takvog skupa programskih paketa ne podrava u cjelini proceskonstruiranja, a za ovladavanje svim segmentima sustava potrebno je utroiti dosta rada i vremena.Gotovo da se moe rei da jedna osoba nije u stanju jednako kvalitetno (produktivno) rabiti sveelemente sustava, nego i na ovom podruju dolazi do specijalizacije.[8]

Meutim, valja navesti i osnovne nedostatke suvremenih CAD sustava [8]:

- manipuliranje u veini slu

ajeva samo geometrijskim (numeri

kim) informacijama- nedostatak modela procesa konstruiranja, odnosno podrke prirodnom tijeku promiljanja

- nedostatak programskih alata i suelja za povezivanje pojedinih elemenata sustava konstruiranja- vrlo teko realiziranje paralelne uporabe CAD sustava i drugih vrsta aplikacija, npr. aktiviranjem

vie procesa istovremeno - nedostaju suelja, modeli naina povezivanja i prijenosa podataka, tekontrole redoslijeda izvoenja.

Stoga se namee ideja o integraciji programskih paketa uporabom planova procesa konstruiranja.Pod pojmom plan podrazumijeva se formulirani program akcija ijim se izvoenjem postie odreenicilj. Namjena veine do sada razvijenih sustava za planiranje je upravljanje procesom. Moe se

pretpostaviti kako je i konstruiranje proces koji se moe planirati, barem za odreene vrstekonstrukcijskih zadataka. Upravljanje procesom konstruiranja prije svega podrazumijeva upravljanjeslijednim (sekvencijskim) akcijama, iako se sve vie javlja potreba za izvravanjem istodobnih(simultanih) akcija.[10] Modeliranjem raunalne podrke pri planiranju i izvoenju procesakonstruiranja moe se ostvariti samo priblian model realnog procesa konstruiranja. Uz modeliranjetijeka procesa konstruiranja treba se ostvariti i integracija svih (ili bar veine) programskih alata kojise rabe u tom procesu. Razmatranjem strukture operacija procesa konstruiranja namee se ideja orazvoju skupa programskih alata za podrku obavljanju onih operacija koje je mogue algoritmizirati,a nisu (kao cjelina) podrane dananjim CAD sustavima. Naravno, takvi programski alati trebali biomoguiti obavljanje operacija na poopenoj razini, tj. neovisno o vrsti proizvoda i konstrukcijskogzadatka. Cilj istraivanja u projektu razvoja modela integriranog skupa CAD alata nije razvoj"automata", ve fleksibilnog modela koji omoguuje manipulaciju informacijama u razliitimoblicima i na razliitim razinama apstrakcije, u skladu s prirodnim tijekom promiljanja, odnosnorazvoja konstrukcije. Takav sustav treba djelovati kao "pomonik" konstruktoru, na taj nain dakonstruktor moe modelirati podrku kakva mu za odreeni zadatak odgovara uporabom


28/241


raspoloivih programskih alata. Pri tome sustav treba biti primjenjiv neovisno o vrsti i domenizadatka kao i o fazi procesa konstruiranja u kojoj se rabi.[8]

U novije vrijeme sve vee konkurencije na tritu, kao i elje za to kraim razdobljem od ideje dopojave gotovog proizvoda na trite, uvodi se pristup tzv. istodobnog inenjerstva (e. SimultaneouslyEngineering), kao uinkovitog pristupa konstruiranju tehnikih sustava.[11]

U okviru tog pristupa razvijeno je nekoliko "filozofija" kao to je konstruiranje s obzirom na izradbu(e.Design for Manufacturing- DFM), konstruiranje s obzirom na montau(e.Design for Assembly-DFA), ili ove dvije filozofije ujedinjene (e. Design for Manufacturing and Assembly - DFMA),konstruiranje s obzirom na demontau (e. Design for Disassembly - DFD), te najnovija filozofijakoja obuhvaa zatitu okolia, konstruiranje s obzirom na okoli, (e.Design for Environment- DFE).U svakom od navedenih pristupa, konstruiranje (oblikovanje) proizvoda usko je povezano s kasnijimfazama razvoja proizvoda (izradba, montaa, demontaa, oporaba).[11-13]

Istraivanja pokazuju kako je mogue bitno poboljati proizvodnost pri izradbi proizvoda primjenomDFM koncepta pri njegovom konstruiranju, umjesto samo uporabom novih proizvodnih sustava i

automatizacije. To znai da DFM pristup omogu

uje poboljanje proizvodnosti bez bitnihinvesticijskih ulaganja. Meutim, DFM koncept je potrebno smatrati preduvjetom automatizaciji, a

ne alternativom.[14]

Primjerice konstruktor kalupa za injekcijsko preanje plastomera treba biti svjestan injenice kakokonstruktor otpreska nije nuno upoznat s razvojem kalupa za injekcijsko preanje, te sa samim

postupkom injekcijskog preanja. Odgovarajui sitni i nevani detalji na otpresku mogu bitnozakomplicirati samu izradbu kalupa. Stoga konstruktori kalupa trebaju usko suraivati skonstruktorima otpresaka kako bi mogli dati prijedloge za pojednostavljenje konstrukcije otpreska, atime i kalupa za injekcijsko preanje.[15]

Na podruju montae i demontae op

eniti je trend smanjiti broj dijelova i razli

itih materijala ukompliciranom proizvodu (npr. kalup za injekcijsko preanje plastomera), a time sniziti trokove

izradbe, montae i odravanja (DFA koncept). Naela takvog pristupa su: oblikovanje dijelova kojiomoguuju provoenje montae na nekoliko razina, oblikovanje dijelova koji se lagano umeu u

proizvod, izbjegavanje skupih elemenata rastavljivih spojeva, izbjegavanje dijelova koji mogudovesti do pogrene montae, uporaba simetrinih dijelova itd.[11,12]

Primjenu ovog koncepta mogue je pronai i pri konstruiranju kalupa za injekcijsko preanjeplastomera. Pri definiranju kuita kalupa tei se to manjem broju elemenata uz to vei brojispunjenih funkcija. To je danas posebice omogueno obradbom elemenata kalupa na CNC i EDMstrojevima. Na taj nain smanjen je broj umetaka u kalupnim upljinama. Trend je izraivati kalupneupljine izravno u kalupnim ploama od to kvalitetnijeg materijala, za razliku od izradbe velikog

broja umetaka u tradicionalnom pristupu. Time se pojednostavljuje sama konstrukcija i izradbakalupa, te se olakava montaa i odravanje kalupa.[15]

Tijekom konstruiranja tehnikih sustava potrebno je takoer voditi rauna o optereenju okoline.Neke od temeljnih smjernica ovog pristupa su minimiranje uporabe materijala, minimiranje otpada(karta), poviena uinkovitost tj. kompleksnost sustava. Na primjeru kalupa za injekcijsko preanje

polimera to je mogue opisati nastojanjem za ispunjavanjem to veeg broja funkcija(kompleksnost), uz to manji broj pozicija kalupa (kompliciranost).[13]

Kako je DFE koncept relativno nov, nema univerzalne formule prema kojoj ga je mogueprimjenjivati. Vrlo esto, ovaj je koncept povezan s drugim konceptima (npr. DFM, DFA, DFD).DFE koncept se esto rabi i u kombinaciji koncepta konstruiranja temeljenog na snienimtrokovima (e. Design for Profitability- DFP), posebice kada se DFE koncept primjenjuje u ranimfazama konstruiranja. DFE pristup je tada openito orijentiran na jednostavnost konstrukcijskih


29/241


rjeenja (to manje pozicija i obradbe), te smanjenim koliinama i vrstama uporabljenih materijala,ponovnom uporabom pozicija za koje je to mogue, te odgovarajuom oporabom.[13] Pri kalupimaza injekcijsko preanje polimera radi se npr. o materijalnoj oporabi tijekom koje se pozicije s jednog(otpisanog) kalupa prilagoavaju uporabi u novom kalupu. To je omogueno izradbom standardnihelemenata kalupa, stvaranjem obitelji kalupa, te neutralnom funkcijom nekih elemenata kalupa.[15]Konstruktori danas trebaju biti upueni u trend razvoja materijala pogodnih za okoli, norme vezane

uz okoli, te pristup konstruiranju i postupke preradbe prilagoene okoliu.[13]

Na kraju, valja spomenuti nastojanja u objedinjavaju spomenutih metodologija konstruiranja u jednucjelinu (e.Design for X-DFx). Time se nastoje iskoristiti prednosti pojedinih metodologija.[7]

2.2. STANJE NA PODRUJU KONSTRUIRANJA KALUPA ZA INJEKCIJSKOPREANJE PLASTOMERA

Stanje na podruju konstruiranja kalupa za injekcijsko preanje plastomera mogue je analizirati nanekoliko polja. To su stanja na podrujima pristupa konstruiranju kalupa, standardnih elemenata

kalupa, raunalnih programa za konstruiranje kalupa, te brze izradbe prototipova i elemenata kalupa.

2.2.1. Stanje na podruju pristupa konstruiranju kalupa

Na podruju konstruiranja kalupa za injekcijsko preanje plastomera biljei se sve prisutnija pomoraunala i odgovarajuih raunalnih programa. No samom pristupu konstruiranju kalupa nije se

posveivala dovoljna pozornost. To ukazuje na stalnu potrebu za podizanjem procesa konstruiranjana kvalitativno viu razinu. Tek iza 1972. godine, kada se ukazala potreba za djelominomautomatizacijom procesa konstruiranja kalupa, poinje se sustavnije raditi na pristupu konstruiranjukalupa, temeljenom na osnovama metodikog konstruiranja i sustavnosnog pristupa.[16]

Tijekom godina razliiti autori stvarali su temelj irem prouavanju ne samo podruja konstruiranja ioptimiranja pojedinih elemenata kalupa, vei problematike konstruiranja kalupa u cjelini.[3,16-18]Pri tome, dolo se do ideje da se tijek konstruiranja kalupa prikazuje dijagramima toka, koji sutijekom godina usavravani (opirnije u radu [3]). Konani oblik dijagrama toka za opis procesakonstruiranja kalupa sadri sve temeljne faze: polazine postupke konstruiranja kalupa (odreivanje

poloaja otpreska u kalupu, odreivanje broja i rasporeda kalupnih upljina, koncepcijskooblikovanje kalupa itd.), sredinju fazu konstruiranja kalupa (dimenzioniranje elemenata kalupa), tezavrne postupke konstruiranja kalupa (opirnije u poglavlju 5).[3]

Usporedo s razvojem sistematike i razradbe metodike konstruiranja kalupa, razvijene su i metodekojima se nastoji rjeavati pojedine zadatke pri konstruiranju kalupa, odnosno nainiti konstrukcijske

podloge za proraune kalupa, kao to su to reoloki, toplinski i mehaniki prorauni kalupa. Uposljednje vrijeme, nastoji se veinu zadataka pri konstruiranju kalupa rijeiti s pomouraunala.[3,19-22]

U radu [17] su prvi puta prikazani tzv. dijagrami odluivanja za naelno rjeavanje pojedinih korakau fazi razrade koncepcije kalupa. U poetku su bila razvijena svega dva dijagrama, a u radovima [23-25] dodano je jo pet dijagrama odluivanja s pomou kojih se rjeava naelno odreivanjekonstrukcije kalupa. Po prvi puta je na potrebu za sainjavanjem obrazaca, liste otpreska i liste

sustava za injekcijsko preanje ukazano u radu [15]. Lista otpreska se uvodi kao nuna pomo,odnosno podloga pri projektiranju i konstruiranju kalupa. Pokazala se potreba da rad konstruktoraotpreska ne zavrava samo izradbom nacrta otpreska, venacrt treba biti popraen listom otpreskakoja sadri niz vanih podataka potrebnih za daljnje aktivnosti konstruiranja kalupa i izboraelemenata sustava za injekcijsko preanje (ubrizgavalice, temperirala i dodatne opreme). Opi oblik


30/241


takve liste pojavljuje se u radu [26]. Meutim, uz listu otpreska, ukazala se potreba sainjavanja iliste kalupakoja sadri potrebne podatke o kalupu.[27]

U veini literature opisani pristupi konstruiranju kalupa sistematiziraju i razrauju samo one korakepri konstruiranju kalupa za koje postoje ve razraene metode prorauna. Proizvoai raunalnihprograma naglaavaju vanost onih faza razvoja kalupa za ije rjeavanje ve imaju razraene

raunalne programe.[3]

2.2.2. Stanje na podruju standardnih elemenata kalupa

Za uporabu standardnih elemenata kalupa i vegotovih kuita postoje mnogi razlozi. Prvenstvenonjihova uporaba je gospodarski opravdana. Posebice se to odnosi na vrijeme izradbe kalupa, kvalitetuizraenih (standardnih) elemenata kalupa, vrijeme montae i demontae kalupa, kao i na mogunostinjegovog odravanja.[28] Prve pisane norme za podruje kalupa za injekcijsko preanje polimera

potjeu iz 1942. godine (SAD, Detroit), a u Europi od 1959. godine (Wuppertal, Njemaka). TvrtkaNorma predstavila je cijeli asortiman standardnih elemenata kuita kalupa kao to su razni spojni

elementi, izbacivala, uljevni tuljci itd. Godine 1960 u Ldenscheidu (Njemaka) zapo

ela je masovnaproizvodnja standardnih elemenata kalupa na principu modularnosti, ime se osigurava izmjenjivost

elemenata kalupa. Danas, standardne elemente kalupa za injekcijsko preanje polimera proizvodemnoge tvrtke.[29]

Alatniari rabe priblino 25% vremena izradbe kalupa za njegovo sklapanje.[29] Primjenomstandardnih elemenata taj se proces ubrzava. Isto vrijedi i za dodatnih 20% utede vremena priobradbi pojedinih elemenata kalupa. Dakle, primjenom standardnih elemenata kalupa mogue jeutediti ukupno 45% vremena izradbe kalupa.[29] U dananjim suvremenim alatnicama uglavnomrade specijalizirani djelatnici za rad na obradnim centrima, tokarilicama, strojevima za elektroeroziju,

brusilicama itd. Oni dorauju pojedine elemente kalupa potpuno samostalno, a kasnije svi elementi

dolaze na montau. Kalupne norme osmiljene su upravo za ovakav pristup izradbi kalupa.[29]Openito je mogue navesti nekoliko prednosti, ali i ogranienja pri uporabi standardnih elemenatakalupa (tablica 2.1).[30]

Tablica 2.1.Prednosti i ogranienja uporabe standardnih elemenata kalupa [30]

Prednosti uporabe standardnih elemenata kalupa1. Raspoloivi su raunalni programi koji omoguuju bre konstruiranje kuita kalupa2. Manji utroak (trokovi) materijala za izradbu elementa kalupa3. Jednostavnije naruivanje i nabavka elemenata kalupa4. Cijene svih elemenata kalupa poznate su unaprijed, to olakava procjenu trokova izradbe kalupa5. Izbjegava se ekanje na pripremke za izradbu elemenata kalupa

6. Izbjegava se oblikovanje, buenje, narezivanje navoja i sline operacije na mnogim elementima kalupa(npr. kalupnim ploama)

7. Izbjegava se podeavanje nekih toleriranih izmjera (npr. sustav za centriranje i voenje elemenata kalupa)8. Izmjere i poloaj sklopa ploa za vaenje otpreska unaprijed su definirani9. Pojedine ploe kuita kalupa izraene su s provrtima i navojima, koji su vepodeeni (sve ploe su

centrirane)10. Skraena su vremena izradbe pojedinih elemenata kalupa (posljedica toaka 6 i 7)11. Skraena su vremena rune obradbe elemenata kalupa (posljedica toaka 6 do 9)12. Izradba kalupnih upljina moe zapoeti odmah im standardne kalupne ploe dou u alatnicu13. Ukoliko doe do oteenja nekog elementa kalupa, kako se radi o standardnim elementima, mogua je

njihova vrlo brza izmjena14. U svrhu utede, mogue je pojedine elemente kalupa rabiti u vie razliitih kalupa

15. Ukupno vrijeme koje kalup provede u alatnici je skraeno16. Skraeno je vrijeme isporuke kalupa

17. Visoko plaeni alatniari mogu se posvetiti radu na izradbi zahtjevnih elemenata kalupne upljine, a netroenju vremena na izradbu jednostavnih elemenata kalupa


31/241


Tablica 2.1.Nastavak

Ogranienja pri uporabi standardnih elemenata kalupa1. Ograniene su izmjere elemenata kalupa na standardne2. Maksimalno raspoloive izmjere standardnih elemenata kalupa relativno su male3. Maksimalne debljine kalupnih ploa relativno su male4. Pomak ploa izbacivala moe biti vei nego to je to omogueno standardnim elementima

5. Ponekad unaprijed definirani poloaji vodeih stupova, vodeih i centrirnih pukica, te vijaka moguograniavati poloaj kanala za temperiranje

6. Potporni elementi kalupa (odstojne letve, stupovi itd.) dosta su razmaknuti jedni od drugih, to ponekadmoe zahtijevati ugradnju dodatnih potpornih elemenata kalupa

7. Temeljna ploa ne moe biti odvrnuta neovisno o potpornim elementima. Pri njenom vaenju iz kalupapotrebno je rastaviti cijeli sustav za vaenje otpreska iz kalupa

Proizvoae standardnih elemenata kalupa mogue je podijeliti u dvije skupine. Jedne koji samiproizvode sve standardne elemente kalupa, te druge koji su se specijalizirali za izradbu samo nekihelemenata kalupa (npr. vruih uljevnih sustava, ureaja za mjerenje temperatura i tlakova, izbacivala,hidraulikih cilindara, ...).[29]

2.2.3. Stanje na podruju raunalnih programa za konstruiranje kalupa

Za podruje konstruiranja openito, pa tako i kalupa za injekcijsko preanje plastomera razvijen jevelik broj razliitih raunalnih programa. Pri tome valja napomenuti kako ne postoji raunalni

program

15_03_2006_godec_magisterij.pdf

Documents