چهار عامل کلیدی برای افزایش کیفیت قالب گیری قطعات پلاستیکی (قسمت اول)
این مقاله به تمام طراحان و مهندسان محصول و قالبسازان اختصاص داده شده است که وظیفه طراحی قطعات پلاستیکی را دارند. ما چهار کلید را مشخص کرده ایم عواملی که در ساخت یک قطعه قالب گیری پلاستیکی با کیفیت بالا نقش دارند:
- طراحی محصول
- ساخت قالب پلاستیک
- انتخاب مواد
- تولید
طراحی محصول
فرآیند قالب گیری تزریق پلاستیک برای تولید قطعات دقیق با هزینه کم طراحی شده است. طراحی محصول اختصاصی باید برای به حداکثر رساندن راندمان ذاتی قالب‌گیری با حجم بالا توسعه یابد. با طراحی مناسب می توان قطعات را به صورت ثابت و با کیفیت ساخت. بدون طراحی خوب، اشتباهات پرهزینه پردازشی ممکن است مرتکب شوند. در سراسر صنعت، اکثراً همه موافقند که عناصر کلیدی طراحی وجود دارند که باید استانداردهای بالایی داشته باشند تا فرآیند تزریق به درستی کار کند. این استانداردها شامل ضخامت دیوار ، طراحی شبکه ها، طراحی باس، طراحی گوشه ها و خط جوش دو سطح و محل قرارگیری گیت تزریق، و راه هوای مناسب برای خروج هوا از قالب قرار داده شده باشند.
ضخامت دیواره
طراحی ضخامت دیواره یکنواخت در طراحی قطعه، اکثر عیوبی را که ممکن است در طول ساخت رخ دهد برطرف کند. پلاستیک، زمانی که ذوب شود، به مناطقی که کمترین مقاومت را دارند جریان می یابد. اگر قطعه ای با دو بخش دیواره ضخیم و نازک دارید، بسته به محل قرارگیری گیت تزریق، ابتدا مذاب به قسمت های دیواره ضخیم جریان می یابد. نواحی نازک ممکن است به درستی پر نشوند. علاوه بر این، نواحی ضخیم‌تر آهسته تر خنک می شوند، که اصطلاحا باعث مکش پلاستیک شده و سطح قطعه دچار اعوجاج می شود. اگر قطعه شما ضخیم است، کارهایی وجود دارد که می توانید برای جلوگیری از پرکردن نامناسب انجام دهید. شما می توانید با خالی کردن قسمت ضخیم و طراحی شبکه مقاومت از دست رفته را جبران کنید، با این تکنیک مناطق ضخیم تر به مناطق نازک تر تبدیل می شوند. قرار دادن گیت تزریق در محل مناسب نیز می تواند به اطمینان از پر شدن مناسب حفره کمک کند. با این حال، هنوز هم بهتر است یک دیوار یکنواخت داشته باشید. ضخامت یکنواخت دیواره به پر شدن و خنک شدن مناسب قالب کمک می کند. نواحی ضخیم‌تر در طراحی قطعه را می‌توان برای حفظ یکنواختی، توخالی کرد. این تغییرات کیفیت و ظاهر قطعه را بهبود می بخشد.
طراحی شبکه ها
شبکه ها برای کمک به تقویت استحکام کلی یک قطعه استفاده می شوند. مانند تکیه گاه ها، از دیوارها و سایر اجزای ابعادی یک طرح حمایت می کنند. بسته به مواد مورد استفاده، شبکه ها باید بین 50 تا 70 درصد ضخامت دیواره باشند. عرض بیشتر می تواند باعث مکش پلاستیک و اعوجاج شود. برای جلوگیری از این مشکل، یک طراح اغلب برخی از مواد را برای کاهش انقباض ایجاد می کند. علاوه بر این، شبکه ها نمی توانند خیلی بلند یا خیلی نازک باشند. ارتفاع توصیه شده معمولاً بیش از 3 برابر ضخامت دیوار نیست. گوشه ها باید شامل فیلت باشند و زاویه خروج پلاستیک باید بین 1 تا 5.5 درجه باشد. زاویه اجازه می دهد تا قطعه از قالب به راحتی خارج شود.
طراحی باس یا محل پین یا پیچ
یک باس در طراحی قطعه گنجانده شده است تا مونتاژ قطعه را از طریق پیچ یا پین تسهیل کند. باس باید با ضخامت شبکه ها مطابقت داشته باشند. باس های ضخیم تر، با سرد شدن قطعه، دچار مکش می شوند. به عنوان جایگزینی برای دیوار ضخیم روی باس، طراح می تواند از شبکه ها برای حمایت از سیلندر باس استفاده کند. همانند شبکه ها، باس نیز باید مقداری زاویه داشته باشد تا برای پران قطعه از داخل قالب کمک کند.
طراحی گوشه ها
همانطور که قبلا ذکر کردیم، مذاب پلاستیک به ناحیه ای که کمترین مقاومت را دارد جریان می یابد. گوشه های تیز یا تغییر زاویه مانع این جریان می شود. این هندسه های ناگهانی می تواند باعث شود که حفره به درستی پر یا بسته نشود و قسمتی با نقص ایجاد شود. انتقال صاف همه در فرآیند قالب گیری تزریقی مهم هستند. بنابراین گوشه ها باید یک انحنا در مقابل یک زاویه داشته باشند. شعاع باید در داخل و خارج دیوار ثابت باشد و ضخامت یکنواختی ایجاد کند. با استفاده از این طرح، مواد قادر خواهند بود در سراسر حفره جریان داشته باشند.
خطوط جوش
برخی از قطعات قالب گیری تزریق پلاستیک بخاطر داشتن چند گیت تزریق در یک قطعه دارای خطوط جوش هستند. کلید آنها طراحی قطعه به گونه ای است که یکپارچگی قطعه را به خطر نیندازند. قطعه را می توان با هندسه های مختلف، ضخامت دیوار و گیت استراتژیک ساخت تا خط جوش را در موقعیتی قرار دهد که با عملکرد قطعه تداخلی نداشته باشد. جوش ها زمانی تشکیل می شوند که دو جریان مواد از دو گیت مختلف به هم برسند. این اتصال اغلب دارای مشکلات زیبایی و ساختاری است. در واقع، ملاحظات خط جوش یکی از موضوعات مهمی است که قالب‌گیران تزریقی با آن مواجه هستند. شبیه سازهای جریان به کمک کامپیوتر مانند Solidworks Flow Simulation می تواند به طراحان کمک کند تا تعیین کنند که خط جوش کجا رخ می دهد.
محل قرارگیری گیت تزریق
گیت ها کلید اطمینان از پر شدن قالب شما هستند. آنها جریان پلاستیک را از راهگاه ها برای توزیع در سراسر قطعه هدایت می کنند. انتخاب نوع گیت و محل قرارگیری آن تاثیر بسزایی در کیفیت و یکپارچگی قطعه خواهد داشت. ضخامت دیواره و هندسه اندازه، محل قرارگیری گیت را تعیین می کند. محل قرارگیری گیت تزریق باید طول جریان را به حداقل برساند تا از سرد شدن مواد و ایجاد خط روی سطح قطعه جلوگیری شود. گیت هایی که از دیوارهای ضخیم به نازک جریان می یابند بهتر از عکس آن پر می شوند. در برخی موارد، ممکن است برای جلوگیری از مشکلات سرمایش و انقباض، گیت های اضافی مورد نیاز باشد.
قرارگیری راه خروج هوا
راه هوای طراحی شده در قالب به هوا موجود در حفره قالب اجازه می دهند بدون ایجاد حرارت فوق العاده یا سوزاندن پلاستیک خارج شود. آنها همچنین به حداقل رساندن خطوط جوش در صورت قرار گرفتن در مکان های مناسب کمک می کنند. در صورتی که قطعات شما داخل قالب دچار سوختگی مواد می شوند به حرارت دستگاه دست نزنید، ایراد از خارج نشدن هوای داخل قالب می باشد. برای طراحی راه هوا به این مورد دقت کنید که عمق آن بیشتر از 0.04 میلیمتر نباشد تا باعث ایجاد پلیسه در قالب نشود.
| عیوب رایج قطعات پلاستیکی در زمان تست اولیه | ||
| عیوب ناشی از مواد اولیه | عیوب ناشی از دستگاه تزریق | عیوب قالب تزریق پلاستیک |
| · رگه های رنگی · لایه لایه شدگی · علائم پخش · تغییر رنگ | · انبساط قطعه · سوختگی مواد · مکش مواد · علائم جریان مواد | · خراش ناشی از پران · رد ابزار یا خش · پلیسه دادن · تاب داشتن |
بدون طراحی محصول و طراحی قالب خوب، اشتباهات پرهزینه در زمان تولید ممکن است اتفاق بیافتد.
برای جلوگیری از چنین اتفاقاتی پیشنهاد می کنیم کلیه مراحل را به یک تیم که صفر تا صد کار را انجام می دهد بسپارید تا بعدا به مشکلات متعدد برخورد نکنید و مثلا طراح نگوید ایراد از ساخت است و قالبساز نگوید ایراد از طراح است. گروه قالبسازی متال هارمونی با ایجاد یکپارچگی کامل بین تمام مراحل از طراحی اولیه تا نمونه نهایی قابل تولید این مشکلات را به طور کامل برطرف کرده است.
ساخت قالب پلاستیک
یک قطعه پلاستیک کامل و دقیق با قالب شروع می شود. ساخت قالب پلاستیک به زمان و دقت زیادی نیاز دارد. همچنین می‌تواند بزرگترین سرمایه‌گذاری را در فرآیند تولید نشان دهد، بنابراین انجام صحیح آن برای موفقیت یک پروژه بسیار مهم است. اگر هدف شما تولید قطعات با درجه دقت بالا در حجم زیاد باشد، حجم و دقت ماشین کاری پیچیده تر و بیشتر می شود.
وقتی پلاستیک با قالب برخورد می کند
ابزار و فرآیند قالب گیری بر اساس نوع پلاستیک سفارشی می شود. پلاستیک هایی که آمورف هستند جریان آزاد کمتری دارند و تمایل به انقباض کمتری نسبت به پلاستیک های کریستالی یا نیمه کریستالی دارند که جریان بهتری دارند اما انقباض بیشتری دارند. به همین دلیل، بسیاری از پروژه ها نیاز به پلاستیک های مهندسی دارند که ذوب بهتر و انقباض کمتری را ارائه می دهند. مهندسین پلیمر به کمک دیتاشیت های پتروشیمی اطلاعاتی در مورد نرخ انقباض پلاستیک های خود به همراه دما و سرعت جریان مذاب در اختیار شما قرار می دهند. در ایران شرکتهایی اقدام به سفارش قالب از کشورهای دیگر مانند چین یا اتحادیه اروپا می کنند. و برخی از آنها در ابتدای کار به مشکلاتی برخورد می کنند که ناشی از کیفیت مواد اولیه می باشد.
ماشینکاری با استانداردهای دقیق
شرینکیج یا انقباض رزین بر طراحی و ماشینکاری حفره های قالب تأثیر می گذارد. حفره ها باید برای مقدار انقباض که ممکن است رخ دهد، فضای کافی داشته باشند. با استفاده از نرم افزار مدرن CAD، مهندس طراح حفره هایی را ایجاد می کند که بزرگتر از قسمت نهایی واقعی هستند. بخشی از این انقباض را می توان با تنظیم میزان بسته بندی و نگهداری در قالب برطرف کرد، اما پلاستیک با سرد شدن منقبض می شود، حتی پس از بیرون ریختن قطعه از قالب. بدتر از آن، تاب خوردگی می تواند زمانی رخ دهد که یک قطعه دارای تنش قالب گیری شده باشد. این تنش می تواند در نتیجه مسائل مربوط به فشار، دما، سرعت تزریق، محل گیت یا خروج هوای قالب باشد.
طراحی قالب قوی منجر به کیفیت بالا می شود
قطعات دقیق فقط با رعایت استانداردهای دقیق نه تنها در حفره ها، بلکه در طراحی اجزای قالب قابل انجام است. گیت ها باید به درستی قرار داده شوند تا جریان مذاب و فشار مناسب ایجاد شود. ظاهر قسمت نهایی را می توان با قرار دادن دروازه ها در مکانی نامحسوس روی قطعه بهبود بخشید. اندازه دروازه نیز یک نکته مهم است. دروازه باید به اندازه کافی بزرگ باشد تا بسته بندی مناسب مواد را بدون افزایش زمان چرخه فراهم کند. اگر گیت خیلی کوچک باشد، ممکن است برای پر کردن حفره کافی نباشد (که به آن شات کوتاه نیز می گویند) یا ممکن است قطعه عیوب دیگری را نشان دهد. طراحی قالب باید دارای حفره هایی نیز باشد. حفره ها به هوای جابجا شده توسط پلاستیک ذوب شده اجازه می دهند تا از قالب خارج شود. اندازه و موقعیت حفره ها از عوامل کلیدی در تولید قطعه با کیفیت هستند. حفره های بیش از حد بزرگ می توانند به مواد پلاستیکی اجازه خروج داده و باعث ایجاد پلیسه شوند. حفره های خیلی کوچک ممکن است هوا و گاز محبوس شده را به اندازه کافی آزاد نکنند. این حباب های گاز می توانند باعث پر شدن نامناسب (شوت کوتاه) یا بدتر شوند. گاز ممکن است بسوزد و باعث ایجاد آثار سوختگی روی قطعه شود.
خنک کننده مناسب کلید اصلی است
یک سیستم خنک کننده کارآمد و موثر، مشخصه قالب تزریق با کیفیت است. قالب باید دمای ثابتی را حفظ کند تا از انقباض و تاب برداشتن جلوگیری کند و در عین حال زمان چرخه را به حداقل برساند تا بازده تولید را به حداکثر برساند. این تعادل ظریف با یک سیستم خنک کننده به خوبی طراحی شده به دست می آید.
پران قطعات
مرحله نهایی در فرآیند قالب گیری، رها کردن یا پران قطعات از قالب است. هندسه قطعه، نوع مواد پلاستیک و پوشش قالب همگی هنگام طراحی سیستم اجکتور در نظر گرفته می شوند. محل قرارگیری پین‌های اجکتور، نوع مکانیسم جهش و زمان‌های سیکل باید با دقت محاسبه شود تا از هر گونه نقص در قطعه جلوگیری شود. این به طور کلی با یک سری پین های اجکتور که به دقت قرار داده شده اند، انجام می شود که اندازه و موقعیت آن ها با شکل، اندازه و ضخامت دیواره قطعه تعیین می شود.
یک قالب دقیق و با کیفیت، می تواند تا سالها دوام بیاورد. در زیر به بررسی متغیرهایی می پردازیم که بر هزینه قالب تزریق پلاستیک تأثیر می گذارند.
جنس قالب
برای دوره های تولید کوتاه تر، برخی از سازندگان قالب از قالب های ساخته شده از آلومینیوم استفاده می کنند. اگر برای اجرای طولانی مدت نیازی به قالب ندارید، آلومینیوم یک انتخاب کاملا معقول است. با این حال، اگر یک پروژه مستلزم این باشد که یک قالب برای چندین سال دوام بیاورد، یک قالب آلومینیومی ممکن است در درازمدت هزینه بیشتری داشته باشد. قالب های دقیق با حجم بالا از فولاد سخت شده ساخته می شوند. فولاد می تواند فشارهای یک دوره تولید طولانی مدت را تحمل کند و در عین حال تحمل کافی را داشته باشد.
تعداد حفره ها
وقتی به آن فکر می کنید بسیار مشهود است. حفره های کمتر در قالب به کار ابزار کمتر، زمان و در نهایت هزینه کمتر نیاز دارد. یک قالبساز معتبر و با تجربه می‌تواند حفره‌ها را در قالب به حداکثر برساند تا بالاترین سطح بهره‌وری را حفظ کند. به طور کلی، اکثر قالب‌سازها ایجاد یک قالب در هر قسمت را در مقابل ایجاد یک قالب خانوادگی توصیه می‌کنند. قالب های خانوادگی با حفره های مختلف برای قطعات مختلف ایجاد می شود. آنها تمایل به تولید محصولات نامرغوب دارند و به دلیل مشکلات تعمیر و نگهداری، زمان خرابی بیشتری دارند.
بیس قالب
بیس قالب را به عنوان محفظه ای در نظر بگیرید که تمام حفره ها، اینسرت ها و اجزای قالب را در کنار هم نگه می دارد. هزینه بیس بر اساس اندازه قالب و نوع فولاد استفاده شده برای ساخت پایه و همچنین سفارشی سازی مورد نیاز برآورد می شود. معمولا جنس فولاد بیس قالب را ضعیف تر از فولاد سنبه و ماتریس انتخاب می کنند.
ماشینکاری سنبه و ماتریس
تمام قالب ها نیز باید سفارشی شوند. سفارشی‌سازی شامل قرار دادن سنبه، ماتریس، اجکتورها، خطوط خنک‌کننده و غیره است. فولاد استفاده شده در این قسمت قالب نیز بر هزینه‌ها تأثیر می‌گذارد. قالب‌های فولادی سخت‌شده بیشترین دوام را دارند و ماشینکاری گران‌تری دارند. با این حال، پس از اتمام، عمر تولید طولانی دارند.
پیچیدگی قطعه
همانطور که تعداد حفره ها در تعیین هزینه قالب نقش دارد، پیچیدگی قطعات نیز نقش دارد. این شامل پولیش سطح نهایی و همچنین تعداد آندرکات های مورد نیاز است. قطعاتی که تلورانس های فشرده ای را طلب می کنند نیز به پیچیدگی قالب اضافه می کنند.
تقسیم هزینه ساخت قالب روی تولید
برخی از سازندگان قالب که خدمات تزریق پلاستیک نیز انجام میدهند، اقدام به تقسیم هزینه قالب روی تولید می کنند. به این صورت که هزینه قالب را بر تعداد قطعات مورد نیاز در طول سال کرده و روی قیمت قطعه سر شکن می کنند. این کار مستلزم تولید مداوم و تیراژ خیلی بالا می باشد.
خلاصه
از چهار عامل کلیدی برای افزایش کیفیت قالب گیری قطعات پلاستیکی دو عامل طراحی قطعه و ساخت قالب تزریق پلاستیک را بررسی کردیم. در قسمت دوم مقاله به بررسی دو عامل نهایی یعنی مواد اولیه و تولید می پردازیم. قسمت دوم را از دست ندهید.
مقالات بیشتر را از طریق لینک زیر مطالعه کنید :
آشنایی با قطعات دستگاه CNC فرز
آشنایی با انواع قالب تزریق پلاستیک
فرآیند طراحی و ساخت قالب پلاستیک
