Maβhaltige Kunststoff-Formteile. Toleranzen und Formteilengineering

    To trzecia z kolei praca omawiająca najbardziej kontrowersyjny temat przetwórstwa tworzyw sztucznych, a mianowicie stosowanie racjonalnej dokładności wymiarowej wyrobów formowanych, zwłaszcza tych współpracujących z elementami metalowymi. Książka zawiera powiązane z jej treścią wyciągi z norm DIN i ISO oraz literaturowy spis tych norm, z uwzględnieniem tzw. podstawowych, określających zasady wymiarowania części wykonanych z metalu.
    Specjalizacja konstrukcyjna w obszarze budowy elementów wtryskiwanych z tworzyw termoplastycznych musi się opierać na wiedzy teoretycznej – dokładnie z takiego zakresu, jaki obejmuje omawiana książka. Warto podkreślić, że obecnie specjalizacja odnosi się nie tylko do branży, lecz także do grupy materiałowej i technologii, dlatego pojęcie „konstruktora uniwersalnego” wydaje się dziś anachronizmem. Autorzy już na wstępie zwracają na to uwagę – tworzywa sztuczne są bowiem odrębną grupą o własnościach przetwórczych i materiałowych, których nie sposób porównywać z własnościami metali. Niedopuszczalne jest zwłaszcza powszechne traktowanie tworzyw jako „miękkiego żelaza” (określenie wprowadzone przez autorów). Dlatego też stosowanie właściwych dla metali wąskich i niesymetrycznych odchyłek wymiarowych – poniżej klasy IT8 (zgrubne frezowanie) – jest w przypadku wyrobów z tworzyw sztucznych (również tych precyzyjnych) niedopuszczalnym błędem technologicznym, powodującym zbędny wzrost kosztów, nawet powyżej 75%.
    W normach DIN dotyczących tego zagadnienia podkreśla się konieczność przestrzegania następujących zasad:
– należy konstruować nie tak dokładnie, jak to jest możliwe, lecz jedynie tak dokładnie, jak to jest potrzebne;
– każdy tolerowany wymiar wypraski jest oddzielnym problemem technologicznym, wymagającym indywidualnej oceny celowości i późniejszej kontroli.
    Ekonomiczna produkcja wyrobów wysokiej jakości wymaga, by już w fazie projektowania uwzględniane były:
– własności przetwórcze materiału,
– budowa formy pod kątem zachodzących w niej procesów,
– przebieg produkcji.
    Kolejne rozdziały książki dotyczą takich tematów, jak:
● Warunki uzyskania zadanej dokładności wymiarowej: postać współczesnej dokumentacji wyrobu w programie CAD pod kątem dostosowania jej do późniejszej konstrukcji formy oraz procesów obróbki z wykorzystaniem maszyn ze sterowaniem CNC; dodatkowe informacje zawarte w opisie towarzyszącym dokumentacji; przykłady; podstawowe założenia wyjściowe do projektowania wyrobów z określonych grup tworzyw; konieczność podporządkowania konstrukcji zasadom technologiczności, a zwłaszcza konieczność zachowania jednakowej grubości ścian, umożliwiającej równomierną kompensację strat skurczowych w fazie docisku; sposoby wymiarowania zbieżności; zalety i wady nowoczesnych metod przewidywania i kontroli występujących odchyłek kształtu; krytyczna ocena uznawanej w wielu krajach za wzorcową normy DIN 16901 z 1982 r., dotyczącej dopuszczalnych odchyłek wymiarów wyprasek, która nie została przyjęta przez ISO i którą unieważniono w 2009 r.; fachowe zarządzanie projektem jako warunek sukcesu.
● Dokładność wymiarowa a geometria wyrobu: krótka charakterystyka istniejących uogólnionych i szczegółowych norm związanych z określaniem kształtu i tolerancji, opis sposobów określania wymiarów liniowych i nieliniowych; znaczenie symetrycznego położenia pola tolerancji; wymiary niezależne, pasowania, łańcuchy wymiarowe; tolerancje gładkości powierzchni wyrobów formowanych.
● Wprowadzenie do zarządzania tolerancjami: specyfika wymiarowania i tolerowania wyrobów obarczonych naturalnymi wadami (takimi jak: brak stabilności wymiarów, zapadnięcia, deformacje kątów i naroży); bazy odniesienia i tolerowanie profili (w tym w odniesieniu do wyrobów elastycznych); rachunek tolerancji; przykład określenia odkształceń i tolerancji zderzaka samochodu.
● Tolerancje wyrobu z tworzywa: tolerancje wykonawcze (gniazda formy), produkcyjne – określane normą, i użytkowe; wpływ warunków użytkowania wyrobu i skurczu wtórnego na zmiany wymiarów.
● Wpływ budowy i własności materiału na zmienność wymiarów i cechy nabyte wyprasek: budowa cząsteczkowa; sprężysta ściśliwość (zależności p-V-T), zmienna lepkość stopu podczas płynięcia, charakter płynięcia; kształtowanie się struktury wewnętrznej, zróżnicowanie i zmienność skurczu; Anizotropia własności fizycznych i skurczu – nieuniknione wady kształtu; rozszerzalność cieplna w zakresie temperatur użytkowania – współczynnik rozszerzalności od 5 do 25 razy większy niż dla metali.
● Ocena wpływu przewidywanej budowy formy na dokładność wymiarową wyrobów: możliwość wystąpienia deformacji przy usuwaniu wypraski; wstępna koncepcja formy, określająca sposób wypełniania i termoregulacji; współpraca partnerów – zamawiającego, producenta i wykonawcy formy; względność pojęcia „ceny formy”.
● Możliwości wykorzystania symulacji komputerowych: symulacje wypełniania formy, rozkładu temperatur w formie, odkształceń, orientacji i anizotropii skurczu; przygotowanie, interpretacja, zalecenia iteracji.
● Tolerancje produkcyjne wg normy DIN 16742 z października 2013 r.: założenia wstępne i zakresy stosowania normy – spełniony warunek kompatybilności z normami dokładności wymiarowej wyrobów z metali (EN IS0 286); naddatki odchyłek wynikające z płaszczyzn podziału formy; dobór grupy tolerancji (spośród dziewięciu grup odpowiadających klasom podstawowej normy EN) zależnie od procesu (wtryskiwanie, prasowanie, formowanie rotacyjne), wymaganego rzędu dokładności, sztywności materiału, twardości, skurczu, spodziewanej wielkości odkształceń; przykłady doboru grupy tolerancji według systemu punktowego.
    Istnieje duże prawdopodobieństwo przyjęcia normy DIN 16742 przez ISO jako normy EN, co wymagałoby nie tylko jej przetłumaczenia na różne języki, lecz także sporządzenia jej „instrukcji obsługi” i zorganizowania specjalnych szkoleń z jej stosowania (norma jest dość skomplikowana). Książkę można traktować właśnie jako instrukcję obsługi (jedyną istniejącą) przytoczonej wyżej normy, a jednocześnie jako podręcznik – użyteczny zarówno dla projektanta specjalisty, jak i dla personelu obsługi produkcji i kontroli, ponieważ przedstawiona w książce wiedza teoretyczna jest odnoszona do praktyki. Bez wątpienia wynika to z dużego doświadczenia autorów – tego rodzaju informacji nie znajdzie się (niestety!) w żadnym programie nauczania.
    Gorąco polecam zakup tej książki i mam nadzieję, że wkrótce ukaże się również w języku angielskim.

B.R. Meyer, D. Falke: Maβhaltige Kunststoff-Formteile. Toleranzen und Formteilengineering (Dokładność wymiarowa wyrobów z tworzyw sztucznych. Tolerancje i budowa wyrobów). Carl Hanser Verlag, Monachium 2013.

Henryk Zawistowski