KSP_MTK_PR_03_CZE_Ausperger_Navrhovani_vstrikovanych_vyrobku.pdf

Metody tváření kovů a plastů 

(tváření kovů a plastů) 

Přednáška č. 03: Zásady při navrhování vstřikovaných výrobků z 

plastů z technologického hlediska, moderní způsoby 

simulace technologií v CAD/CAM systémech 

Autor přednášky: Ing. Aleš AUSPERGER, Ph.D. 

Pracoviště: TUL – FS, Katedra strojírenské technologie

Proces vývoje a konstrukce plastových výrobků 

ZADÁVACÍ DATA OD ZÁKAZNÍKA 

(povrchová data, CAD okolí, požadavky, normy, specifikace) 

ZPRACOVÁNÍ KONCEPTU 

(koncepční řezy) 

SCHVÁLENÍ KONCEPTU 

ZÁKAZNÍKEM 

TVORBA CAD 

SIMULTÁNNÍ ENGINEERING 

(posouzení odborných útvarů) 

SIMULACE, VÝPOČTY 

(mechanické, teplotní, technologické) 

ÚPRAVA CAD -> NÁVRH PROTOTYPU 

(na základě výstupů ze simulací) 

REALIZACE PROTOTYPŮ 

(Rapid prototyping, AL formy 

OVĚŘENÍ PROTOTYPŮ 

(zástavbové, teplotní a mechanické 

zkoušky) 

ÚPRAVA CAD –> NÁVRH VÝROBKU 

(na základě výsledků zkoušek) 

REALIZACE NÁVRHU VÝROBKU 

(ze sériových výrobních prostředků) 

OVĚŘENÍ NÁVRHU VÝROBKU 

(zástavbové, teplotní a mechanické zkoušky) 

OPTIMALIZACE VÝROBKU 

ÚPRAVA CAD – SÉRIOVÝ STAV 

VALIDACE VÝROBKU 

MTK 

Přednáška č. 3 

2



Definice požadavků pro plastové výrobky 

v předvýrobní fázi 

3





•Základem při návrhu nového plastového výrobku je definici požadavků na něj kladených. Tyto 

specifikace jsou důležité při dimenzování konstrukce a správného výběru materiálu. V případě 

podcenění těchto požadavků můžou být finanční náklady do optimalizací abnormálně vysoké či 

může navržený koncept nevyhovět. Změna či rozšíření těchto požadavků v náběhu série či 

dokonce v sériové fázi může mít fatální následky na ekonomiku projektu. 

•Mechanické namáhání - krátkodobé statické namáhání, dlouhodobé namáhání, rázové 

namáhání, vibrační či cyklické namáhání 

•Teplotní namáhání – vlastnosti plastů jsou závislé na teplotě, proto je důležité znát teplotní 

rozsah, kterému bude výrobek po celou dobu životnosti vystavován. 

•Chemické působení – rozpouštědla, maziva, lepidla, barvy a jiné chemikálie nesmí rozkládat 

vnitřní strukturu makromolekul, tedy nesmí být chemicky aktivní, či fyzikálně aktivní. Fyzikálně 

aktivní působení neovlivňuje chemickou strukturu, pouze oddaluje makromolekuly a vzniká tak 

bobtnání. Tento jev je vratný. 

•Elektrické požadavky – průrazová pevnost, měrný vnitřní odpor, antistatická úprava 

•Odolnost vůči povětrnostním vlivům – teplota, vlhkost, UV záření, barva ovlivňuje životnost 

výrobku, rozdílné požadavky jsou pro spotřební výrobky bytu, než pro exteriérové díly 

automobilu. 

4





• Vzhled – požadavky na vzhled, jako průhlednost může hrát výraznou roli při výběru 

vhodného materiálu. Dalšími požadavky můžou být stálobarevnost, lesk či rovnoměrnost 

matu. Je nutno posoudit vliv plniva na výsledný vhled. Dodatečné povrchové úpravy jako 

lakování či chromování musí být též zohledněny při výběru vhodného materiálu. Typ 

dezénu, dělící roviny na dílech. 

•Zákonné požadavky – bezpečnost (zaoblení hran), netoxičnost pro potravinářský průmysl 

•Životnost – očekávaná délka životního cyklu může být značně rozdílná (několik hodin až 

několik let) 

•Požadavky na přesnost – některé aplikace můžou klást vysoké nároky na přesnost výroby, tedy 

i značně zvyšovat finanční náklady 

•Procesní požadavky – vliv designu na vyrobitelnost, stanovení technologie výroby, posouzení 

vhodnosti designu k dané technologii či k náchylnostem k deformacím vyvolaným zadaným 

vzhledem. 

•Produkce – plánované množství vyráběných dílů, náběhová křivka projektu. Tyto hodnoty 

výrazně ovlivňují rozhodování o volbě technologie výroby, dimenzování forem a přípravků, 

výběr materiálu či technologie montáže. 

5





•Požadavky na montáž či demontáž – ovlivňují především design 

(západkové spoje, svary, lepené spoje, šroubové spoje), ale i volbu 

materiálu. 

•U všech požadavků zákazníka musí být jasně definováno, jak se tyto 

požadavky budou ověřovat a jaké zkoušky budou na dílech prováděny. 

6

Pro plastové výrobky lze s výhodou použít programy pro 

simulaci procesu vstřikování: 

•Analýza plnění 

- Posouzení designu plastových dílců 

- Zatékání taveniny do tvarové dutiny formy 

- Posouzení tloušťky stěn 

- Optimální návrh polohy a druhu vtoku 

- Konstrukce nástroje 

- Minimalizace vzniku možných vad 

- Britická místa, studené spoje, uzavírání vzduchu, orientace skleněných vláken, 

- Balancování vtokových soustav, technologické parametry. 

•Analýza chlazení 

-Konstrukce temperačních okruhů 

- Zkrácení doby chlazení 

•Analýza deformací 

- Nalezení příčin deformací 

- Odstranění deformací 



•Dalším důležitým 

nástrojem pro vývoj 

výrobku jsou pevnostní 

FEM analýzy. 

7



Přesnost plastových dílů, rozměrové a tvarové 

tolerance. 

8

Konstrukce – rozměrová přesnost 

• Odchylkám od jmenovitých rozměrů nelze při výrobě plastových dílů zabránit. 

• Rozměrové odchylky výsledného plastového dílu jsou závislé na: 

- chemické skupině materiálu 

- použitém plnivu 

- nastavení stroje 

- teplotě formy 

- výrobní toleranci formy 

- typu rozměru (vázaný formou/nevázaný formou) – konstrukce nástroje 

- použité technologii 

- geometrii výrobku 

• 



•Pro zamezení zvyšování nákladů, je nutno používat přísné tolerance pouze v oblastech nezbytně 

nutných. 

•Základní přehled dosažitelných přesností pro plastové díly sdružovala norma DIN 16 901, která již byla 

zrušena. V praxi se však nadále používá. 

9



•Rozdělení odchylky od střední hodnoty může být buď symetrické, nebo jednostranně položené. Toto musí být 

definováno před začátkem konstrukce a výroby formy. 

•Na funkčních plochách, jako jsou dosedací plochy západek, centrovací elementy či přesné otvory, využívá se 

záměrného konstruování vůlí, které jsou ve fázi optimalizace vymezeny. 

•Hovoříme tak o dodatečném dolícování. Vůle se ve formě vymezuji snadněji, než odstraňování přesahů, což 

znamená finančně náročné navařování či vložkování forem. 

10


•A 1 A 2 B 1 B 2 C 1 C 2 



Schéma rozměrových změn a 

tolerancí u výrobků z plastů 

x – střední rozměr, A1 – rozměr ve 

formě (výrobní tolerance žlutě), A2 – 

rozměr ve formě po ohřevu formy na 

provozní teplotu, B1 – rozměr 

výrobku po výrobním smrštění po 24 

h (tolerance zeleně), B2 – rozměr 

výstřiku po dodatečném smrštění 

(tolerance červeně), C1 – rozměr 

výstřiku po navlhnutí (tolerance 

modře), C2 – rozměr výstřiku po 

ohřátí na provozní teplotu (tolerance 

fialově) 

Pod pojmem přesnost rozměrů je zahrnuta výrobní přesnost (tj. dodržení předepsaných rozměrů a tolerancí 

při výrobě) a funkční přesnost (tj. zachování předepsaných rozměrů a tolerancí při funkci výrobku). Změny 

rozměrů, které nastávají jak při výrobě, tak i při funkci jsou vratné i nevratné. 

Lineární změny rozměrů výstřiku z termoplastu při jeho výrobě a funkci jsou schematicky znázorněny na obr.. 

Schéma platí i pro výrobky z reaktoplastů. 

11




Z ekonomického hlediska se u západkových spojů, centrovacích elementů, dosedacích ploch či funkčních otvorů 

navrhuje uložení s vůlí a probíhá až dodatečné lícování = optimalizační fáze projektu. Zároveň při předepisování 

tolerancí se snažíme vyvarovat jednostranným tolerancím, které komplikují výrobu. Pokud tyto požadavky jsou 

nutné, musí se k výrobci forem tato informace dostat již při vytváření programu obrábění. 

12

Konstrukce – geometrické tolerance 



13

Konstrukce – geometrické tolerance 

•Značení geometrických tolerancí 



14

Konstrukce – dělící rovina 



Dělící rovina je rovina, kde dosedá jedna část 

formy na druhou – tvárník na tvárnici. 

Musí být jasné umístění výrobku ve formě, 

způsob a umístění vyhazovačů, umístění a 

volba vtokové soustavy, atd. Musí být 

volena co nejjednodušší a musí umožňovat 

vyjímaní výrobku. Je většinou kolmá na 

směr vstřikování (lisování) – hlavní DR. 

Vedlejší DR bývají většinou kolmé na 

hlavní DR a jsou v místech zálisků, 

podkosů, otvorů, apod. Ve všech DR 

mohou při špatném zaformování vzniknout 

přetoky resp. stopy na výrobku. Tvar 

výrobku se má volit tak, aby bylo zapotřebí 

co nejméně DR. Složité DR prodražují 

výrobu. Při konstrukci DR se musí 

zohlednit možnost budoucí optimalizace, 

tedy především klipy či dosedací plochy 

konstruovat tak, aby bylo možné provést 

dodatečnou modifikaci při minimálních 

finančních nákladech. 

15

Konstrukce – dělící rovina 

Chybně zkonstruovaná dělící rovina. 

Dosedací plochy tvárnice s tvárníkem min.7° 

Lépe zkonstruovaná dělící rovina vzhledem k 

nemožnosti změny vymezovacích žeber a 

vytvoření rovné DR. 



Vedlejší dělící rovina a podkos odformovaný bočním šíbrem. 

16

Konstrukce – tloušťka stěny 

PLAST min. tloušťka doporučená tloušťka max. tloušťka 

stěny /mm/ stěny /mm/ stěny /mm/ 

lPE 0,50 1,60 6,30 

rPE 0,90 1,60 6,30 

PP 0,60 2,00 7,60 

PS 0,80 1,60 6,30 

SAN 0,80 1,60 6,30 

ABS 0,80 2,30 3,20 

PA 0,40 1,60 3,20 

PC 1,00 2,70 9,50 

POM 0,80 2,00 9,50 

PVC 1,00 2,40 9,50 

PUR 0,60 12,70 38,00 



Tloušťka stěny výstřiku má být pokud 

možno minimální, aby se omezila 

možnost vzniku povrchových 

propadlin a vnitřních staženin 

(lunkrů), aby se zmenšil časový 

rozdíl mezi chladnutím povrchu a 

jádra stěny, aby se snížila spotřeba 

materiálu a aby se zkrátila doba 

chlazení ve formě. Minimální 

přípustná tloušťka stěny je určena 

požadovanou tuhostí, pevností a 

rozměrností výstřiku. Tloušťka stěny 

závisí na délce toku taveniny a 

doporučená tloušťka stěny pro 

jednotlivé druhy plastů je uvedena 

v tab. U drobných výrobků je 

přípustná tenčí stěna, než-li u 

rozměrných. 

17

Konstrukce – tloušťka stěny 

Přechody v tloušťce stěny včetně ukázky řešení 

a) špatné – možnost trhlin ne vnitřní ostré hraně, b) lepší 

řešení, c), d) dobré řešení 

t = konst. �15% 



Rovnoměrnost tloušťky stěny je podmínkou pro stejnou a rovnoměrnou rychlost proudu 

taveniny ve formě, stejnou rychlost chlazení ve všech místech výstřiku, stejné smrštění 

a minimální vnitřní pnutí. U výstřiku s různou tloušťkou stěny vzniká víření taveniny, 

nerovnoměrná orientace makromolekul a větší vnitřní pnutí (tlustší stěny chladnou 

pomaleji, a mají proto větší procento smrštění než-li tenké stěny). Následkem tohoto 

rozdílného smrštění vzniká v místě styku obou stěn další vnitřní pnutí, případně 

deformace nebo praskání výrobku, někdy ihned po vystříknutí, jindy třeba po týdnech. 

Hromadění materiálu v některých partiích výstřiku má stejný negativní vliv jako 

značně různá tloušťka stěny a je třeba se ho vystříhat. 

18



19

Konstrukce – umístění vtoku 

Umístění vtoku 

a) špatně – propadliny 

b) správně 



• Vtok by měl být umístěn daleko od napětí nebo možných rázů 

• Umístění vtoku aby minimálně ovlivnil vzhled dílu 

• Umístění by mělo eliminovat sekundární operace s odstraněním 

vtoku 

• Vtok musí být umístěny tak, aby nejlépe zaplnil díl 

• Poloha toku pro výhodnou orientaci skelných vláken, 

• Studené spoje v nízko napěťových oblastech 

• Rovnoměrné smrštění 

Na kvalitu výstřiku má vliv i umístění vtoku při různé tloušťce stěn. Vtok do tenké stěny – 

materiál ztuhne dříve, než v tlusté stěně a nelze dotlačovat. Výsledkem jsou staženiny a 

propadliny. 

Hromadění materiálu v některých oblastech výstřiku má negativní vliv stejně jako různá 

tloušťka stěny a je nutné se ho pokud možno změnit – vybráním, odlehčením, apod. 

20

Konstrukce – zaoblení, rádiusy 

Zaoblení stěn s ukázkou aplikace 

a) nevhodné – hromadění materiálu 

v rohu a následná změna tvaru vlivem 

nestejnoměrného smrštění (v důsledku 

rozdílného ochlazování, i když teplota 

stěn formy je shodná TF1 = TF2, tak 

dochází k tvarovým odchylkám a 

k tvorbě vnitřních propadlin), b) lepší 

řešení, c), d) dobré řešení, e) chybné 

řešení – velký rádius způsobí výskyt 

lunkrů, f) správný návrh 



Oblé tvary jsou výhodné z hlediska snazšího proudění taveniny a v dnešní době se většina 

výrobků z plastů konstruuje jako oblé a nepravidelné tvary bez ostrých hran. Čím větší 

je rádius zaoblení, tím menší jsou hydraulické odpory proti průtoku materiálu a tím 

menší je koncentrace napětí v místě ohybu. Stěna musí být v průběhu zakřivení stejně 

tlustá. Totéž platí při spojování dvou stěn. Zaoblení zlepšuje nejenom jakost, ale i 

pevnost a odolnost proti nárazům, snižuje odolnost proti praskání, vnitřní pnutí, 

usnadňuje se výroba forem. Ostré hrany se snadno vyštipují, působí jako vruby. Vnější 

rádius zaoblení stěny bývá o tloušťku stěny větší, než-li vnitřní rádius, takže stěna je 

v celém průběhu zakřivení stejně tlustá. Minimální rádius zaoblení stěny má být asi 

jedna čtvrtina tloušťky stěny. Vhodné i nevhodné příklady řešení ukazuje obr. 

21

Konstrukce – zaoblení 

Zaoblení hran a rohů 

a) chybné 

b) správné 



Zaoblení má být provedeno na vnitřní 

i vnější straně a poloměr zaoblení 

má být ¼ až ¾ tloušťky stěny 

v daném místě. Další zvětšování 

poloměru již nemá výrazný vliv 

na jakost výrobku. U vnitřních 

hran, rohů a koutů je důležitější 

zaoblení (snižuje tření a víření 

taveniny, zvyšuje pevnost). 

Poloměr zaoblení má vzrůstat 

s výškou výlisku a hrany a rohy se 

někdy zpevňují zvětšením 

tloušťky až o 1 mm. 

22

Zaoblení rohů 



23

Konstrukce – úkosy 



Pro snazší vyjímání z formy mají mít 

stěny výstřiku rovnoběžné se 

směrem otevírání formy úkosy. 

Doporučené minimální úkosy jsou 

pro vnější stěny výstřiku 0,5 až 1o, 

pro vnitřní stěny 1 až 2o. Úkosy se 

také liší podle toho, zda bude mít 

výrobek povrchový dezén nebo 

nikoliv. Pro výrobky bez dezénu 

platí výše uvedené hodnoty, pro 

výrobky s povrchovým dezénem 

empiricky platí, že na každý 1o 

výrobního úkosu může být 

hloubka dezénu max. 0,02 mm. 

Technologické úkosy se dělají jak u 

hlavních ploch, tak i u 

jednotlivých částí výrobku, otvorů, 

žeber, apod. – viz. tab. 

Nedostatečné úkosy způsobují 

poškození výstřiku. Velikost 

úkosu nezávisí jen na délce stěny, 

ale i na jeho průměru. 

24

Odformovací úhly 



25

Konstrukce – žebra 

Využití designu pro umístění žeber. 



Designová žebra mřížek 

Žebra se používají velmi často k vyztužení výstřiků a umožňují tak použít tenké stěny a 

nebo se žebra používají k odstranění nežádoucích deformací po zchlazení výstřiku. 

Profil žebra musí mít určitý vztah k tloušťce stěny, aby nenastaly nežádoucí deformace. 

Optimální tvar výztužného žebra je na obr. Při nedodržení zásad konstrukce žeber může 

dojít k tvorbě lunkrů, k rozměrovým změnám a na zadní stěně proti žebru se obvykle 

objeví malá mělká rýha následkem nahromadění materiálu v místě připojení žebra ke 

stěně (propadlina). Tomuto vzhledovému porušení zadní stěny lze předejít úmyslným 

vytvořeným drážky nebo výstupku nebo rýhováním. Další možností snížení 

vzhledových vad proti žebrům je využití designových zlomů či zaoblení. 

Podle toho, k čemu se žebra používají se rozdělují na technická (vyztužují a zvyšují 

pevnost), technologická (proti deformacím a borcení stěn vlivem vnitřního pnutí, zakrýt 

povrchové vady) a ozdobná (pro zlepšení vzhledu ploch. Žebra mají mít dostatečné 

úkosy a všechny hrany musí být zaobleny. Žebra mají být nižší, než obvodové stěny. 

26

Tloušťka žebra ovlivňuje rychlost chlazení a 

velikost smrštění, což ovlivňuje celkové 

deformace. 

neplněná žebra, podobné 

smrštění v obou směrech, 

slabá žebra ztuhnou dříve, 

plněná žebra 



27


Jednoduché žebrování 

a) rovnoběžné, zvyšuje tuhost v ohybu 

v jednom směru, 

b) diagonální, zvyšuje tuhost v ohybu a 

kroucení 



Křížové žebrování (značné zvýšení 

tuhosti v ohybu a kroucení) 

a) rovnoběžné s bočními stěnami 

b) diagonální se sloupkem pro šroub 

c) přesazené mřížkové s minimálním 

hromaděním materiálu a minimálním 

pnutím v místě styku (nákladná výroba 

nástroje) zamezení hromadění materiálu 

Výška a profil křižujících se žeber mají být kvůli vnitřnímu pnutí vždy stejné. Ve všech 

případech je nutno dbát na to, aby v místě křižování žeber a připojování žeber ke stěnám 

nenastalo hromadění materiálu, a proto je třeba dodržovat rádiusy, jejichž minimální 

hodnota je čtvrtina tloušťky stěny. Zásadně je vždy lepší větší počet menších žeber, než 

malý počet větších žeber. Vzdálenost mezi žebry bývá 5-ti násobek až 10-ti násobek 

tloušťky stěny. 

28


Při konstrukci žeber je nutné dbát na to, aby byla žebra orientovaná ve směru toku taveniny. 

Nejčastější uspořádání je buď pomocí rovnoběžných jednosměrných žeber (zvyšují tuhost 

v ohybu v jednom směru), nebo pomocí diagonálních žeber (zvyšují tuhost v ohybu a 

v kroucení) a nebo pomocí křížových žeber (nejvyšší tuhost v ohybu a v kroucení), která 

mohou být rovnoběžná se stěnami nádoby nebo diagonální. 

•0,75W materiál s malým smrštění 

•0,5W materiál s velkým smrštěním 



29



30

Přínosné zobrazení pomocí kontur (izochronních křivek) - odhalena místa s různou 

rychlostí tečení taveniny 

Zobrazení výsledku s využitím vyhlazení barev 

Teplota čela taveniny 

Analýza tečení 



Kontury zobrazující čelo taveniny v průřezu 

celého dílu 

Úhel setkání čel taveniny 

31

Neumísťovat díry 

proti vtoku 

Kvalita studeného spoje je závislí na teplotě čel taveniny a na úhlu s jakým se 

setkají. Podle experimentálních výsledků, je úhel setkání větší než 135° pro kvalitu 

nevýznamný a naopak úhel 0° je zcela nevhodný. 

Úhel setkání čel taveniny 

Označení místa studeného spoje 



Studené spoje způsobují vzhledové vady 

a snižují pevnost vstřikovaného dílu 

32

Výsledky z analýzy tečení – studené spoje 

Teplota čela taveniny 

Uvedený výsledek teploty čela taveniny slouží i pro 

posouzení celého dílu, kdy rozdíl teplot přes celý 

díl by neměl být větší než 5°C na délku tečení 

200mm. 



Pro posouzení kvality studeného 

spoje se používá i výsledek teploty 

čela taveniny . Výsledek ukazuje s 

jakou teplotou plast doteče do 

jednotlivých míst formy. U kvalitního 

studeného spoje by hodnota neměla 

být nižší o 5°C. 

Teplota v místě vzniku studeného spoje 

33

Uzavřený vzduch 

uvnitř dílu 

Materiál dodaný při působení 

dotlaku 

Analýza tečení 

Nezaplnění dutiny formy plastem 

Propadliny 



34

Děkuji za pozornost.

KSP_MTK_PR_03_CZE_Ausperger_Navrhovani_vstrikovanych_vyrobku.pdf

Create successful ePaper yourself

Delete template?

Save as template?