Aspekty návrhu výrobků

7.1.1 Aspekty návrhu výrobků

Ing. Miloš Sova, CSc.

Navrhnout výrobek z termoplastu znamená obecně určit jeho tvar a rozměry, materiál, výrobní postup a jeho parametry tak, aby byly splněny požadavky, kladené na něj během celé doby životnosti. Základním požadavkem je, aby výrobek, vystavený působení daných vnějších podmínek, neselhal ve své funkci alespoň po dobu jeho projektované životnosti. Selhání výrobků mohou mít v praxi nejrůznější příčiny. Nazýváme je mezními stavy daného výrobku.

Mezní stav tedy chápeme jako takovou odchylku od normálního funkčního stavu, která natolik ovlivní užitné vlastnosti výrobku, že znemožní jeho další používání.

Podmínky formulující požadavky, aby během doby životnosti výrobku nebylo dosaženo žádného z mezních stavů, jsou tzv. podmínkami spolehlivosti. Obecně je lze vyjádřit vztahy typu

S (t) ≤ S_m (t) pro t < τ,

kde S (t) je konstituční veličina, popisující míru určité vlastnosti výrobku v čase t, S_m (t) pak veličina co do charakteru shodná, popisující určitý mezní stav. Jako příklad si představme vstřikovaný výrobek, jehož primární - reziduální - napětí relaxují s časem. Sekundární - mechanická - napětí, vznikající působením vnějších sil, se superponují se zbytkovými v celková napětí, charakterizující namáhání určitého (kritického) místa v určitém čase. Příslušnou mezní veličinou je pevnost daného materiálu, vykazující pokles s časem v důsledku postupné degradace. Jak je na diagramu podmínek spolehlivosti znázorněno, může dojít k meznímu stavu i v případě, že výrobek není namáhán vnějšími silami, tj. působením i pouhé zbytkové napjatosti.

Diagram podmínek spolehlivosti:

Mezní stavy - poruchy funkce výrobku - lze dělit na dvě základní skupiny. První skupinu tvoří tzv. kvalitativní mezní stavy, při jejichž dosažení nastane náhlá kvalitativní změna vlastnosti výrobku (např. lom). Do druhé skupiny řadíme mezní stavy kvantitativní, při jejichž dosažení se některý parametr výrobku změní natolik, že jeho hodnota je považována (např. předpisem, normou) za již nepřípustnou z hlediska dalšího využívání výrobku (např. deformace, netěsnosti, propustnosti, změny vzhledu atd.). Je specifičností návrhu výrobků z plastů, že návrh geometrie tvaru výrobku je úzce spjat s volbou materiálu a parametry zpracovatelského procesu. Tyto tři součásti procesu návrhu výrobku se navzájem ovlivňují. Tak např. určitý zásah do tvaru plastového dílu či výrobku může být nevhodný již kvůli zvolenému materiálu nebo ve zvolené technologii výroby apod.

Mezi hlavní typy poruch - mezních stavů - výrobku z plastů patří zejména:

lom - v důsledku tvaru, resp. dimenzí neodpovídajících danému zatížení,

- vlivem degradace, stárnutím (agresivní prostředí, tepelné, ultrafialové záření, ozon, déšť, atd.),

- křehký lom - v důsledku zkřehnutí materiálu,

- únavový lom - v důsledku dlouhodobé cyklické zátěže nebo opakovaných rázů,

krejzy - vlasové trhliny a popraskání,

separace - vlivem nedostatečné adhezivní pevnosti rozhraní materiálů resp. vrstev u kombinovaných výrobků,

tečení - výrobek je vystaven nadměrným teplotám a zatížení je aplikováno ve značné výši po dlouhý čas,

deformace -…