CZ2008517A3 - Forma pro výrobu elastomerových umelých kuží a zpusob její výroby - Google Patents

Abstract

Forma pro výrobu elastomerových umelých kuží, urcených zejména pro potahování povrchu vnitrních panelu motorových vozidel, napríklad prístrojových desek osobních automobilu, je tvorena formovacím telesem (5) v podobe kovové skorepiny, kopírující svým lícovým vnitrním povrchem tvar potahovaného povrchu, pricemž formovací teleso (5) je tvoreno kovovou skorepinou z hliníkové slitiny s rozdílnými lokálními tlouštkami jejich sten v ruzných cástech formovacího telesa (5), predem stanovenými simulacními výpocty modelujícími alespon stav formovacího telesa (5) v prubehu ohrevu na teplotu slinování materiálu umelé kuže. Formovací teleso (5) se vyrábí oboustranným trískovým obrábením z výchozího polotovaru až do dosažení požadovaného tvaru a predem vypoctených optimálních lokálních tlouštek sten kovové skorepiny, pricemž výpocty optimálních tlouštek sten kovové skorepiny formovacího telesa (5) se provádejí simulacními výpocty pomocí virtuálních modelu zúcastnených objektu.

Description

Forma pro výrobu elastomerových umělých kůží a způsob její výroby

Oblast techniky

Vynález se týká formy pro výrobu elastomerových umělých kůži, používaných zejména pro potahováni povrchu panelů interiéru motorových vozidel, a způsobu její výroby.

Dosavadní stav techniky

Elastomerová umělá kůže, používaná např. pro potahováni přístrojové desky osobního automobilu, se zhotovuje nanášením práškových termoplastických elastomerů na předehřátou negativní kovovou skořepinovou formu, kde za teplot ležících nad 210 °C slinuji na tenkou kompaktní vrstvu umělé kůže, svým tvarem přesně odpovídající potahovanému výrobku. Nanášení se uskutečňuje buď nástřikem prášku na formu, nebo posýpáním formy, nebo přesýpáním dávky prášku ve víkem uzavřené formě. Po dokončení slinování vrstvy a ochlazení formy se hotový povlak z umělé kůže z formy stáhne. Materiálem umělé kůže bývá nej častěji termoplastický elastomer na bázi polyuretanu, nebo PVC. Během procesu výroby umělé kůže je forma umístěna v manipulačním rámu a je na teplotu slinování práškového termoplastického elastomerů ohřívána různými způsoby, a to horkým olejem, rozváděným systémem trubiček připájených na rubovou stranu niklové formy, nebo horkým piskem, nebo ozařováním infrazářiči, nebo ofukováním horkým vzduchem. V praxi se nejčastěji osvědčují různé kombinace více způsobů ohřevu. Ochlazování formy se provádí vesměs ostřikem vodní sprchou. Znamená to, že forma během každého cyklu výroby umělé kůže prodělává rychlé změny teploty o zhruba 200 °C nejdříve směrem nahoru a pak směrem dolů. Snímáni teploty ve zvolených místech formy se provádí zpravidla teplotními čidly, připíjenými na rubovou stranu formy.

• * · • » * ·· **

Forma pro výrobu umělých kůží má nejčastěji podobu kovové skořepiny s negativním tvarem výrobku. Při své funkci, v průběhu procesu výroby umělé kůže, je uložena v ocelovém manipulačním rámu a je přemisťována speciálním manipulátorem nebo robotem.

Kvůli většinou složitému tvaru, tvarové i rozměrové přesnosti a požadované vysoké jakosti povrchu se forma vyrábí vesměs galvanicky, tedy elektrolytickým vylučováním tlusté vrstvy niklu na pozitivním matečném modelu. Galvanicky vyrobená niklová forma přesně kopíruje tvar modelu včetně povrchového okrasného dezénu, který je na viditelném vnějším povrchu umělé kůže zpravidla vyžadován. Vzhledem k vysoké ceně niklu a energetické náročnosti galvanického procesu je ale zájmem výrobce i kupce formy mít stěnu formy co nejtenčí. Typická průměrná tloušťka niklové formy je jen 4 mm, což je dle zkušenosti tloušťka, zajišťující ještě dosti přijatelnou tuhost a tvarovou stálost formy obvyklé velikosti, např. pro výrobu umělé kůže pro potahování plastové přístrojové desky osobního automobilu. Funkčně příznivá kombinace hodnot modulu pružnosti, meze kluzu a teplotní roztažnosti niklu, jakož jeho odolnost proti opotřebení, proti korozi a proti únavě od teplotních cyklů je natolik dobrá, že zajišťuje výslednou životnost niklové formy odpovídající obvykle mnoha desetitisícům vyrobených výrobků z umělé kůže.

Jiné materiály než nikl se dosud pro formy na výrobu umělé kůže slinovacím procesem z práškových termoplastických elastomerů nepoužívají, protože zatím jedině galvanicky se daří ekonomicky vyrobit složité tvary formy s dostatečnou přesností a jakostí povrchu. Kombinace mechanických a fyzikálních vlastností niklu je přitom pro slinovací proces výroby umělé kůže natolik výhodná, že se pro něj jiné materiály dosud neuplatnily.

Niklová forma však má i některé podstatné nevýhody, plynoucí z fyzikální podstaty galvanického procesu její výroby a z vysoké ceny niklu. Galvanický proces výroby formy trvá natolik dlouho, • · * ··

- 3 že to vedle vysoké ceny niklové formy velmi znesnadňuje vývoj prototypů a výrobu malých sérii výrobků z umělých kůží. Kromě toho se u galvanicky vyrobené formy nedaří zcela řídit velikost výsledné lokální tloušťky skořepiny. Rozloženi lokálních tlouštěk galvanicky vyrobené formy je ale jiné, než jak je optimální z hlediska potřeb procesu výroby kvalitní elastomerové umělé kůže, a to i z hlediska spotřeby energie. Tloušťka je v každém místě formy rozdílná, neboť je výsledkem rozložení elektrického náboje po povrchu formy. Tloušťky niklové skořepiny je tedy nutné dodatečně ručním obráběním upravovat, což je pomalé a nákladné.

Ojediněle se objevují formy pro výrobu umělé kůže i z jiných materiálů, jako např. forma z lehké slitiny dle vynálezu W003/080309 resp. US2005218555, ale v těchto případech se vesměs jedná o jiné procesy výroby umělé kůže, než pro které se používají niklové skořepinové formy.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nevýhody dosavadního stavu techniky jsou do značné míry odstraněny formou pro výrobu elastomerových umělých kůží, určených zejména pro potahování povrchů vnitřních panelů motorových vozidel, například přístrojových desek osobních automobilů, a způsobem její výroby.

Forma dle vynálezu je tvořena formovacím tělesem v podobě kovové skořepiny, kopírující svým lícovým vnitřním povrchem tvar potahovaného povrchu, přičemž podstata vynálezu spočívá v tom, že formovací těleso je tvořeno kovovou skořepinou z hliníkové slitiny s rozdílnými lokálními tloušťkami jejích stěn v různých částech formovacího tělesa v závislosti alespoň na stavu formovacího tělesa v průběhu jeho ohřevu na teplotu slinování materiálu elastomerové umělé kůže.

• · • ··

- 4 Lícový funkční povrch kovové skořepiny formovacího tělesa je s výhodou alespoň částečně opatřen negativním okrasným dezénem. Rovněž s výhodou je materiálem tohoto formovacího tělesa litá hliníková slitina řady 7000.

Podstata způsobu výroby této formy dle vynálezu spočívá v oboustranném třískovém obrábění výchozího polotovaru z lité hliníkové slitiny až do dosažení požadovaného tvaru a předem vypočtených optimálních lokálních tloušťek stěn kovové skořepiny, přičemž tyto tloušťky jsou předem výpočetně stanovovány simulačními výpočty, modelujícími alespoň stav formovacího tělesa v průběhu ohřevu na teplotu slinování materiálu umělé kůže.

Optimálními lokálními tloušťkami jsou zde míněny tloušťky kovové skořepiny, zajišťující v každém místě lícové plochy formovacího tělesa dosažení co nej lepší kvality vyrobené umělé kůže požadované tloušťky při co nejmenší spotřebě energie.

Z nejrůznějších fyzikálních a technických důvodů je často tloušťka umělé kůže v různých místech její plochy požadována různá. Větší tloušťka kůže bývá zpravidla nutná na okrajích, často silně namáhaných při stahování hotové umělé kůže z formy, aby byla zajištěna jejich dostatečná pevnost. Větší tloušťka kůže může být vyžadována i z jiných důvodů, např. na potahu přístrojové desky osobního automobilu v oblasti víka airbagu, kde je třeba umělou kůži podél obvodu víka airbagu částečně nařezávat, aby se víko airbagu mohlo z přístrojové desky snadněji oddělit a otevřít. V jiných místech přitom stačí kůže tenčí.

Během procesu výroby umělé kůže jsou na formě místa, kde kůže vzniká přirozeně snadněji a jiná místa, kde vzniká méně snadno. Při nanášení práškového termoplastického elastomeru na horký povrch formy, tzn. při stříkání, posypu či přesýpání dochází

4« • 4 ·· ·· · · * * · « « 4*44 4 · 4 · ·'·' · ·» ·· ’· ··

- 5 pohybem částic elastomeru k tomu, že v koutech a konvexních plochách negativního tvaru horké formy ulpívá nanášený prášek snadněji. Zato na vystouplých hranách a konkávních plochách negativního tvaru formy ulpívá nanášený práškový termoplastický materiál kůže hůře, neboť je z těchto míst neustále srážen ostatními pohybujícími se částicemi prášku, případně i proudem vzduchu.

Proto tedy tam, kde se má dosáhnout větší tloušťky kůže, je třeba teplo pro kvalitní slinování prášku do tlustší vrstvy dodávat stěnou formy po delší dobu, takže v takových místech musí být stěna skořepinové formy větší. A naopak. To celé je ještě komplikováno nerovnoměrnostmi v rozložení teploty na formě, způsobené jejím ne zcela rovnoměrným ohřevem, odvodem tepla konvekcí a vyzařováním do okolí.

Zvláštní problém tvoří okraje výrobku z umělé kůže, na nichž je zpravidla, jak je již uvedeno výše, požadována větší tloušťka kůže, ale přitom přívod tepla stěnou formy během slinování je tam možný jen ze směru od střední části formy a ohřev formy na jejím okraji je tak velmi ztížený.

K hodnotám optimálních lokálních tlouštěk formy dle vynálezu lze dospět opakovanými simulačními výpočty, uvažujícími maximum zúčastněných jevů a popisujícími proces výroby umělé kůže, zejména v čase proměnlivého stavu formy, charakterizovaného jejími teplotami, napjatostmi a deformacemi. Jedná se tedy o výpočty ohřevu formy, výpočty ochlazováni formy během slinování materiálu umělé kůže a nakonec o výpočty ochlazování formy vodní sprchou před sejmutím hotové umělé kůže. Nezanedbatelný vliv na teplotu formy během výroby umělé kůže má i poloha formy v prostoru.

Pro provedení simulačních výpočtů je nezbytné mít k dispozici matematické virtuální modely zúčastněných objektů, kterými jsou

4« • 4 « «4

- 6 forma, zvolené zdroje tepla, umělá kůže a trysky vodní sprchy, doplněné hodnotami svých vlastností.

Vhodným nástrojem pro vypracováni virtuálních modelů zúčastněných objektů a pro výpočetní simulace je osvědčený softwarový systém založený na metodě konečných prvků, určený jednak pro modelováni vyzařování, vedení a přestupu tepla, a také pro modelováni mechanického napěťově-deformačního chování těles.

Nejdůležitějšími veličinami, vystupujícími v simulacích stavu formy, včetně v ní vznikajících deformací a napětí, jakož i pro výpočet energetické bilance procesu výroby umělé kůže, jsou charakteristické mechanické a tepelné vlastnosti zúčastněných objektů jako je měrná hmotnost materiálu, modul pružnosti materiálu, koeficient délkové teplotní roztažnosti materiálu, měrná tepelná vodivost materiálu, měrná tepelná kapacita materiálu, koeficienty přestupu tepla z objektů do okolí a emisivity jejich povrchů.

Opakováním výpočetních simulací v čase se měnícího stavu formy a materiálu umělé kůže lze najít nej vhodnější materiál formy i vhodné zdroje tepla pro ohřev formy na teplotu slinování materiálu kůže, jakož i nejvhodnější rozmístění zdrojů tepla kolem formy a optimální rozmístění trysek vodní sprchy pro ochlazování formy s minimálním vnitřním pnutím. Kromě toho simulační výpočty poskytnou informaci o energetické bilanci procesu výroby umělé kůže, tedy spotřebu energie i množství tepla uvolňovaného do okolí, které musí odvádět klimatizace pracoviště. Výpočetní simulace ukazují, že změna lokální tloušťky skořepiny formy o 1 mm je pro výslednou kvalitu umělé kůže v daném místě již významná.

Jedině simulačními výpočty lze zajistit, že vypočtené optimální hodnoty lokálních tlouštěk formy budou sladěné s modulem ··»* . · · · · · · · , . . .. · · ·· . ..········ ζ ....... ' ; ** *· ·· ··

- Ί pružnosti, potřebnou únavovou pevností, tepelnou vodivostí a tepelnou kapacitou materiálu formy, a že lokální tloušťky formy budou zaručovat nej lepší reálně dosažitelné rozložení teplot pro dosaženi co nej lepši kvality vyrobené umělé kůže požadované tloušťky.

Protože ohřev formy, rozmístění zdrojů tepla, potřeby procesu výroby umělé kůže jsou u každého tvaru výrobku z umělé kůže poněkud jiné, vycházejí vlastnosti optimálního materiálu formy a její lokální tloušťky pro každý tvar výrobku jinak. V místech kde má z jakéhokoliv důvodu být tloušťka umělé kůže větší, vychází optimální lokální tloušťka stěny formy poněkud větší než jinde. Výsledky simulačních výpočtů, zaručující nej lepší kvalitu umělé kůže daného tvaru a tloušťky, se použijí jako vstupní data pro obrábění formy.

Forma, tzn. vlastní formovací těleso, se ve své fyzické podobě vyrobí třískovým obráběním z vhodného dobře obrobitelného kovu. Výchozí kovový polotovar vhodný k obrábění do příslušného tvaru musí být bez významného vnitřního zbytkového pnutí, aby se obrobek při obrábění nedeformoval a zachovával požadovaný tvar.

Materiál musí být relativně levný a mít dobré mechanické vlastnosti, aby forma byla dostatečně tuhá a přitom dlouhodobě odolávala vnitřním pnutím od teplotní roztažnosti. Musí dobře rozvádět teplo, mít dostatečnou tepelnou kapacitu a odolávat teplotním šokům. Jeho měrná hmotnost by měla být pokud možno nízká, aby forma byla lehká a neprohýbala se vlastni vahou. Materiál umělé kůže se k formě nesmí přilepovat. Protože složitý tvar formy dle vynálezu vzniká obráběním a okrasný dezén na lícovém funkčním povrchu formy chemickým leptáním, musí být materiál formy snadno obrobitelný a současně snadno leptatelný bez jakýchkoliv škodlivých vedlejších účinků.

« · · « · · ·· · · ·· « « · · · » · · * · · • · φ φ · ΦΦΦΦ • ΦΦ Φ# ·· ··

- 8 Výběr materiálu formy z reálně dostupných polotovarů je přitom citelně omezen i jeho cenou. V současné době takovéto kombinací požadavků dobře vyhovuji jen některé hliníkové slitiny.

Pro ohřev formy z kovu, na který nelze trubičky pro rozvod horkého oleje připevnit způsobem zajišťujícím dobrý přestup tepla, je nutné používat infrazářiče ozařující rubovou stranu formy nebo ohřev horkým vzduchem vyfukovaným tryskami na rubovou stranu formy. Pro zvýšení účinnosti ohřevu infrazářením je účelné rubovou stranu formy načernit vhodnou barvou, která dokáže odolávat zvýšeným teplotám a zajistit dostatečně vyhovující stálost radiační emisivity exponovaného povrchu formy.

Protože v procesu výroby umělé kůže je pro kvalitu kůže i pro spotřebu energie nejvýznamnější ohřev formy na teplotu slinování materiálu kůže, je možné v metodě dle vynálezu předem zvolit materiál formy a do simulačních výpočtů zahrnout jen simulaci ohřevu formy spolu s optimalizací rozmístění zdrojů tepla kolem formy, doplněnou o simulaci chování formy při slinování materiálu kůže.

Pro monitorování rozložení teploty formy během procesu výroby umělé kůže se nejčastěji používají dotyková teplotní čidla, připevněná na rubovou stranu formy. Těchto čidel musí být dostatečné množství a musí být umístěny v takových místech, aby jejich signály dávaly reprezentativní údaje o teplotě formy. V případě formy z kovu, na který nelze čidla připájet, je nejvhodnější čidla zalisovat do slepých otvorů, vyvrtaných do formy z rubové strany.

Je nezbytné, aby formě byla při jejím ohřevu i ochlazování během procesu výroby umělé kůže umožněna v manipulačním rámu volná dílatace od teplotní roztažnosti, aby v ní nevznikalo přídavné pnutí, které by mohlo formu pevnostně nebo tvarově ohrožovat.

* ··

Pro omezení tepelných ztrát je dále nezbytné, aby forma byla od zařízeni, s nímž je forma za provozu spojena, tepelně izolována.

Řešení formy pro výrobu elastomerových umělých kůži a způsobu její výroby podle vynálezu je vhodné zejména pro prototypy a menší série výrobků z umělé kůže. V porovnání s galvanicky vyrobenou niklovou formou je forma dle vynálezu mnohem rychleji a levněji vyrobitelná, a to s lokálními tloušťkami nej výhodnějšími z hlediska potřeb procesu výroby kvalitní umělé kůže s minimální spotřebou energie, takže i samotná umělá kůže může být na formě z hliníkové slitiny vyráběna levněji než na formě niklové.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález je blíže vysvětlen pomocí následujících výkresů, znázorňujících jeho možné příkladné provedení, kde znázorňuje:

obr. 1 povlak z umělé kůže obr. 2 virtuální model formy obr. 3 virtuální modely infrazářičů obr. 4 schéma rozmístění virtuálních modelů infrazářičů kolem modelu formy obr. 5 polotovar pro obrábění formy obr. 6 obrobená forma obr. 7 řez obrobenou formou vedený příčně oblastí víka airbagu

Příklad provedení vynálezu

Příkladem možného způsobu zhotovení formy pro výrobu elastomerových umělých kůží metodou podle vynálezu je postup zhotovení formy pro povlak _1 z umělé kůže z termoplastického elastomeru na bázi PVC, určený pro potahování povrchu «I · · · ♦ ··« · • « · · ·· · · ··

4 44 4 « · · 4 · 4 · • « «·*· · · · · «·* « *· «* *9 ··

- 10 přístrojové desky osobního automobilu. Povlak 1_ přístrojové desky je znázorněn na obr. 1.

Práškový elastomerický materiál kůže má podle jeho výrobce optimální teplotu slinováni 215 °C. Předchozími praktickými zkušenostmi s třískovým obráběním na daném výrobním zařízeni a s chemickým leptáním různých hliníkových slitin se došlo k závěru, že v daném případě bude vhodné zvolit za materiál formy 5 hliníkovou slitinu řady 7000.

Za zdroje tepla pro ohřev formy byly proto zvoleny dva typy infrazářičů, a to větší Philips 13168Z/98 s vnějším reflektorem, mající jmenovitý příkon 2000 W, a menší Heraeus 28282226 bez vnějšího plechového reflektoru, se jmenovitým příkonem 1000 W. Oba typy infrazářičů mají zářivé těleso tyčovitého tvaru.

Pro zhotoveni formy metodou podle tohoto vynálezu se vycházelo z matematického popisu nosiče přístrojové desky, z něhož byl odvozen potřebný tvar a rozměry povlaku 1. z umělé kůže a následně pak i negativní tvar lícního povrchu formy pro výrobu povlaku 1 z umělé kůže. Z dat byl rovněž vypracován virtuální model povlaku 1. z umělé kůže, virtuální model 2 formy a virtuální modely 2 infrazářičů určených k ohřevu formy. Veškeré tyto virtuální modely byly vypracovány softwarem MSC.Marc, v němž pak byly následně prováděny i simulační výpočty. Virtuální model 2 formy je znázorněn na obr. 2, virtuální modely infrazářičů 3 jsou na obr. 3.

Výrobcem přístrojové desky je požadováno, aby v oblasti 51 obvodu víka airbagu byla umělá kůže o něco tlustší, neboť tam je třeba v dalších operacích umělou kůži částečně nařezávat, aby se víko airbagu mohlo z přístrojové desky snadněji oddělit a její povlak protrhnout. Větší tloušťka kůže je též vždy nutná na okrajích povlaku U aby byla zajištěna jeho dostatečná pevnost při stahování z formy.

• » 9 · 9 · ♦ · 9 · φ 9 9 99 9 9·· t 9 ·9»····· 9t«9 9 «· 99 99 9*

- 11 V každém místě funkčního lícového povrchu formy by ideálně měla být lokální tloušťka formy sice co nejmenší, ale přitom s dostatečnou tepelnou kapacitou pro zajištění optimální teploty slinování materiálu povlaku 1_ z umělé kůže ve vrstvě požadované tloušťky. Při nanášeni práškového termoplastického elastomeru na horký povrch formy přesýpáním dochází pohybem částic elastomeru k tomu, že v koutech a konvexních plochách negativního tvaru horké formy ulpívá nanášený prášek snadněji. Zato na vystouplých hranách a konkávních plochách negativního tvaru formy ulpívá prásek hůře, neboť je z těchto míst ostatními pohybujícími se částicemi prášku srážen.

Tam kde se má dosáhnout větší tloušťky kůže, je třeba teplo pro kvalitní slinování prášku do tlustší vrstvy dodávat stěnou formy po delší dobu, takže v takových místech musí být stěna formy, resp. stěna formovacího tělesa 5 větší. A naopak. Situace je navíc komplikována nerovnoměrnostmi v rozložení teploty na formě, způsobené jejím ne dokonale rovnoměrným ohřevem, dále odvodem tepla konvekcí a vyzařováním do okolí, proto jsou výpočetní simulace nezbytné .

Vstupní data komplexní výpočetní simulace výroby povlaku _1 z umělé kůže zahrnovala kromě virtuálního modelu 2 formy a modelu povlaku 1_ z umělé kůže i rozměry a charakteristické tepelné i mechanické vlastnosti zúčastněných objektů, aktuální ceny polotovarů materiálu formy, aktuální ceny energie, požadované výrobní časy, rozměry i fyzikální parametry infrazářičů.

Pro praktické provedení výpočetních simulací byly použity následující počáteční vstupní hodnoty nejdůležitějších fyzikálních veličin: Měrná hmotnost materiálu formy =2,7 Mg/m³, modul pružnosti materiálu formy = 70 GPa, koeficient délkové teplotní roztažnosti materiálu formy = 24 x 10'^b 1/K, měrná tepelná vodivost materiálu formy = 240 W/m/K, měrná tepelná kapacita materiálu formy = 860 J/kg/K, koeficient přestupu

	• « · ♦ ·	• 4 4 4 * 4 · 44 4	4 4 4 4 44
	* ·	4 4 14 4	4 4 4
	• 444 «	44 «4	44 44
-	12 -
tepla pro volnou konvekci	- 8 W/m2/K,	emisivita	zrcadel
infrazářičů = 0,05, emisivita	načerněné rubové plochy	formy =

0,95, plocha formy = 2,48 m², Stefan-Boltzmannova konstanta = 5, 6704 x 10~⁸ J/s/m²/K⁴, teplota těles zářičů = 2200 ^ŮC, teplota okolního vzduchu = 20 °c, teplota formy na začátku ohřívacího cyklu = 40 ^ÚC.

Pro výpočet optimálního rozmístění virtuálních modelů 3 infrazářičů kolem virtuálního modelu 2 formy byla využita metoda podle přihlášky vynálezu č. PV 2007-563. Touto metodou bylo celkem 96 modelů 3 infrazářičů rozmístěno tak, že rozdíly vypočtených lokálních teplot modelu 2 formy v různých místech její lícní plochy nepřesahovaly 3 °C. Výsledné rozmístění modelů 3 infrazářičů kolem modelu 2 formy je znázorněno na obr. 4.

Pomocí výpočtu tepelných toků směrem od zdrojů tepla do formy a do okolí jakož i směrem z formy do okolí byly simulovány jednak teploty po ploše formy jako funkce času, ale i příslušné deformace a napětí jako funkce času, způsobené teplotní roztažností materiálu formy. Protože v simulačních výpočtech ohřevu modelu 2 formy a rozmístění modelů 3 infrazářičů vystupují kromě materiálu formy a jeho fyzikálních vlastností i lokální tloušťky formy, byly při hledání optimálního rozmístění modelů 3 infrazářičů hledány současně i optimální lokální tloušťky formy.

Vypočtené optimální lokální tloušťky modelu 2 i skutečné formy v daném případě vycházejí v intervalu od 6 mm do 9 mm. Jejich příklady jsou znázorněny v obr. 7 na příčném řezu formou, vedeným oblastí víka airbagu. Optimální tloušťka formy ta v místech obvodu víka airbagu 51 vychází 9 mm, protože tam je nutná velká kapacita stěny formy, aby se dosáhlo větší tloušťky umělé kůže, potřebné pro pozdější prořezávání podél obvodu víka airbagu. Podobně na okrajích potahu 1_ z umělé kůže musí být z důvodu potřebné vyšší pevnosti kůže tlustší a přitom tam

4 · 4	a 4	4 · · ·	4 · ·
4 4	«·	• ·	··
• Λ	4 •	4 ·	• «	4 4	4
····	*	4·	··	4«	4«

existuje přívod tepla stěnou formy jen z jedné strany, vychází optimální tloušťka stěny te = 8 mm. V plochých oblastech formovacího tělesa mimo obvod víka airbagu 51, kde větší tloušťka umělé kůže není zapotřebí, a kde přitom existuje dobrý přívod tepla vedením stěnou formy ze všech stran, vychází optimální tloušťka stěny tf = 6,5 mm. Na konvexních plochách negativního tvaru formy, kde má práškový elastomer přirozenou tendenci se hromadit, ale větší tloušťka kůže tam není zapotřebí, vychází optimální tloušťka stěny tv = 6 mm. Na výrazně konkávních plochách negativního tvaru formy, kde je práškový elastomer při nanášení přesýpáním srážen ostatními částicemi, vychází optimální tloušťka stěny formy 8 mm.

Výchozím polotovarem 4 pro výrobu vlastního formovacího tělesa 5 formy byla z důvodů obrobitelnosti a leptatelnosti zvolena tlustá litá deska ze slitiny G.A1 C330R, která je speciální variantou hliníkové slitiny řady 7000. Litý polotovar 4 byl zvolen kvůli minimalizaci vnitřního zbytkového pnutí. Polotovar 4, znázorněný na obr. 5, byl pak ze svého plného profilu nejdříve z obou stran hrubován a pak jemně frézován kulovou frézou o průměru 20 mm na číslicově řízené frézce, a to až do dosažení správného tvaru formy a vypočtených optimálních lokálních tlouštěk. Výsledný frézovaný povrch měl drsnost Ra 0,005. Funkční lícová plocha formy byla nakonec ručně leštěna. Po vyleštění byl na tento lícní povrch chemicky vyleptán negativní okrasný dezén. Z rubové strany formy byla pak do vyvrtaných slepých děr instalována teplotní čidla. Celkem bylo použito 100 čidel. Rubová strana formy 5, která je při výrobě umělé kůže ohřívána infrazářiči, pak byla načerněna barvou odolnou zvýšeným teplotám pro zvýšení účinnosti ohřevu infrazářenim.

Výrobní časy povlaku 1^ z umělé kůže vyráběné na formě z hliníkové slitiny jsou stejné jako na galvanicky vyrobené niklové formě. Okrasný povrchový dezén na formě z hliníkové

• ·	«	• 4	4 4 4	4	4	4
4	4	•	4	44 ·	4	44
•	*	« ·	4	* 4 4 ·	4	4	4
•	•	4	4	4 4 4	4	4 ·
• 4«	•	44	44	44	44

- 14 slitiny se sice opotřebovává poněkud rychleji než na formě niklové, takže její životnost je z tohoto důvodu kratší, ale přesto má forma z hliníkové slitiny, zhotovená metodou dle vynálezu, mnoho výhod. Je rychleji a levněji vyrobitelná, a umožňuje zhotovit formu s lokálními tloušťkami, které jsou nejvýhodnější z hlediska potřeb procesu výroby kvalitní umělé kůže s minimální spotřebou energie.

Výroba formy podle vynálezu z hliníkové slitiny pro výrobu povlaku 1^ přístrojové desky trvá jen 83 % času ve srovnání s formou niklovou a nezbytné výrobní náklady činí jen 76 § nákladů na odpovídající galvanicky vyrobenou formu niklovou. Přitom forma z hliníkové slitiny má jen poloviční hmotnost a o 40 % rychlejší odezvu na skokovou změnu teploty. Vlivem větší tepelné vodivosti AI je teplotní pole na formě rovnoměrnější.

Deformace formy od teplotních roztažností jsou u formy z hliníkové slitiny sice téměř dvakrát větší, ale pro povlak 1 z termoplastického elastomeru je tato skutečnost akceptovatelná. Odpovídající vnitřní napětí ve formě jsou prakticky na stejné relativní úrovni jako u formy niklové, takže znehodnocení formy únavou od cyklických změn teploty nehrozí.

Simulační výpočty stačí provést pro daný tvar a velikost povlaku 1_ z umělé kůže vždy jen jednou. Ale i se započítáním simulačních výpočtů u každé vyrobené formy, což přichází v úvahu jen pro velmi malé série výrobků z umělé kůže nebo pro jejich prototypy, činí náklady na zhotovení formy metodou dle vynálezu jen 83 % nákladů na výrobu niklové formy bez započítání nákladů na výpočetní simulace.

Průmyslová využitelnost

Vynález je určen na výrobu vnitřních plastových panelů karosérie motorových vozidel.

Claims (7)

1. Forma pro výrobu elastomerových umělých kůží, určených zejména pro potahování povrchů vnitřních panelů motorových vozidel, například přístrojových desek osobních automobilů, která je tvořena formovacím tělesem (5) v podobě kovové skořepiny, kopírující svým lícovým vnitřním povrchem tvar potahovaného povrchu, vyznačující se tím, že formovací těleso (5) je tvořeno kovovou skořepinou z hliníkové slitiny s rozdílnými lokálními tloušťkami jejich stěn v různých částech formovacího tělesa (5), předem výpočetně stanovenými simulačními výpočty modelujícími alespoň stav formovacího tělesa (5) v průběhu ohřevu na teplotu slinování materiálu umělé kůže.

2. Forma podle nároku 1, vyznačující se tím, že lícový funkční povrch kovové skořepiny formovacího tělesa (5) je alespoň částečně opatřen negativním okrasným dezénem.

3. Forma dle nároku 1, vyznačující se tím, že materiálem formovacího tělesa (5) je litý kus lehké slitiny řady 7000.

4. Způsob zhotovení formy pro výrobu elastomerových umělých kůží podle nároku 1, vyznačující se tím, že formovací těleso (5) se vyrábí oboustranným třískovým obráběním z výchozího polotovaru až do dosažení požadovaného tvaru a předem vypočtených optimálních lokálních tlouštěk stěn kovové skořepiny.

5. Způsob dle nároku 4, vyznačující se tím, že výpočty optimálních tělesa (5) tloušťek stěn kovové skořepiny formovacího se provádějí simulačními výpočty pomocí virtuálních modelů zúčastněných objektů.

• · 9 • 9 • · · 9 • 9 99 9 9 9 · • 9 99 9 · • 9 9 · 9 9 9 · «999 9 9· 99 99 99

6. Způsob dle nároku 5, vyznačující se tím, ze výpočty optimálních tlouštěk stěn kovové skořepiny formovacího tělesa (5) se provádějí alespoň ze simulace stavů formovacího tělesa (5) v průběhu jeho ohřevu na teplotu slinování materiálu umělé kůže.

7. Způsob dle nároku 5, vyznačující se tím, že výpočty optimálních tlouštěk stěn kovové skořepiny formovacího tělesa (5) se provádějí alespoň ze simulace rozmístění a působení zdrojů tepla pro ohřev formovacího tělesa (5) a stavů formovacího tělesa (5) v průběhu jeho ohřevu na teplotu slinování materiálu umělé kůže a ze stavu formovacího tělesa (5) při slinování materiálu umělé kůže.