Injection Blow Molding - پارسا پلاستیک نوین|parsa plastic novin
Download
Report
Transcript Injection Blow Molding - پارسا پلاستیک نوین|parsa plastic novin
مقدمه
پالستیک چیست؟
هر ترکیبی از گروه بزرگ ومتنوع مواد که تماما یا قسمتی از آنها دارای پیوندهایی
از کربن با عناصری مانند اکسیژن،نیتروژن،هیدروژن و سایر عناصر)آلی
ومعدنی)بوده ودر حالت نهایی به صورت جامد و در بعضی از مراحل
ساخت،مایع است بنابراین غالباً در طی کاربرد،دارای قابلیت تغییر شکل بر اثر
حرارت یا فشار (به تنهایی یا با هم ) باشد.
((انجمن صنایع پالستیک ((
در جوشکاری پالستیکها پنج مرحله مشخص وجود دارد:
آماده سازی سطح
مخصوصاً در عملیات جوشکاری دستی و نیمه اتوماتیک مهم است ،زیرا در این
عملیات امکان آلوده شدن سطح قطعه کار بیشتر است .تمیز کاری و براده
برداری دو روش عمده آماده سازی سطح هستند.
گرم کردن
در تمام روشهای جوشکاری پالستیکها ،باید منطقه جوشکاری را تا ذوب شدن
و یا نرم شدن آن تا نزدیکی ذوب حرارت داد.
فشردن
وقتی منطقه جوشکاری قطعات به اندازه کافی گرم شدند ،باید با اعمال
فشار ،یک تماس کامل بین دو قطعه ایجاد نمود .با این فشار دو قطعه در
ناحیه جوشکاری تغییر شکل داده و در یکدیگر نفوذ می کنند و به طور
همزمان ،هوا از این منطقه خارج می شود.
آمیزش بین مولکولی
وقتی تماس کاملی بین دو قطعه کار در جوشکاری به وجود آمد ،باید یک
آمیزش و درهم پیچیدگی بین مولکولی برقرار شود تا فرآیند کامل شده و
یک اتصال خوب بین دو قطعه ایجاد گردد.
خنک کاری
پلیمرهای نیمه کریستالی ،ساختار کریستالی خود و پلیمرهای آمورف نیز
ساختار خاص خود در قبل از عملیات جوشکاری را بدست خواهند
آورد در این مرحله تنشهای پس ماند و اعوجاج نیز در قطعه کار به
وجود خواهد آمد و در آن باقی خواهد ماند.
قابلیتًجوشکاریًپلیمرهایًمختلفًراًمیًتوانًبرًاساسً
نکاتًزیرًپیشًبینیًنمود:
دمای ذوب مشابه :
در صورتی که دو پلیمر از یک نوع باشند ویا دمای ذوب آنها حداکثر 22درجهء
سانتی گراد با هم اختالف داشته باشد در این صورت می توان آنها را بهم جوش
داد.
کیفیت سیالن مشابه:
شاخص سیالن دو پلیمر حداکثر باید %10اختالف داشته باشد.
انرژی سطحی مشابه:
انرژی سطحی دو پلیمر حداکثر باید %10با هم اختالف داشته باشد.
انواعًروشهایًجوشکاریًپالستیکًها
جوشکاریًباًابزارًهایًداغً(گوهًداغ,تیغهًداغ)
جوشکاریًباًگازًداغ
جوشکاریًاصطکاکی
جوشکاریًفرکانسًباال
) (IR.Wجوشکاریًمادونًقرمزً
) (Ultrasonic Weldingجوشکاریًفراصوتی
جوشکاریًالقایی
جوشکاریًباًابزارهایًداغ
در روش جوشکاری با ابزارهای داغ با استفاده ازیک منبع حرارتی (مثل هیتری
با نوارهای الکتریکی ،صفحات داغ ،میله های حلقه ای شکل یا هویه) قطعات
پالستیکی را تا دمای ذوبـشان گرم میکنند بعد قطعات را در تماس با یکدیگر
ودر فاصله 3میلیمتری از ابزار داغ قرار می دهند.وقتی که سطوح مورد
جوش ذوب شدند منبع حرارتی را از موضع جوش دور کـرده و با اعمال
فشار کمی قطعـات را به سرعت به یکدیـگر متصل کرده و آنقدر در این حالت
نگه می دارند تا محل اتصال خنک شود .تمام فرایند خیلی سریع صورت
گرفته و با اعمال فشار کمی از 5تا( 15پی اس آی)حدود 5تا 15ثانیه طول
می کشد.
یکی ازمهمترین فاکتورها در فرآیند جوشکاری قطعات با استفاده از ابزارهای داغ
زمان الزم برای دورکردن قطعه از ابزارداغ واعمال فشار بعدی آن است .
این مدت باید تا حد امکان کوتـاه انتخاب شود (یک الی دو ثانیه )چون یک
تاخیر کوتاه دراین لحظه منجربه ایجاد جوش ضعیفی خواهد شد.
تجهیزاتًوًابزارهایًالزمًدرًجوشکاریًپالستیکهاًباً
ابزارهایًداغ
سطح ابزارهای داغی که در ایـن روش جوشکـاری مورد استفـاده قرار می
گیرند معموال از جنس فوالد یا پوشش نیکـل یا آلومینیـوم یکپارچه است.منبع
حرارت مورد استفاده اغلب الکتریکی بوده البته در برخی موارد دستگاههای
سیـاری برای حرارت دادن طراحی شده است.
کوششهای زیادی شده تا با استفاده از روانساز ها یا عوامل واسطه ای از چسبیدن
قطعات به ابزارهای داغ جلوگیری شود .اما این تالش ها تاثیر چندانی نداشته
و ثابت شده است که جوش هایی که به طـریق فوق ایجاد میشوند مرغوبیت
کمتری نسبت به جوشهایی که بدون استفاده از روانساز یا عوامل واسطه ای
ایجاد شده اند ،دارند.
کاربردهایًجوشکاریًباًابزارهایًداغ
سودًمندیًاینًروشًراًمیًتوانًباًکمکًاینًحقیقتًبیشترًآشکارًنمودًکهًدرً
یکًروندًتدریجیًبیشًازً 330000مترًخطوطًفاضالبًآلمانًباًاینًمتدً
ساختهًشدهًاستًودرًآمریکاًنیزًدرًحدود 50000مترًلولهًهایًپلیًاتیلنیًباً
دانسیتهًباالًکهًمستلزمً 4000اتصالًمیًباشندًباًهمینًروشًرویهمًسوارًشدهً
اند.
شرایط جوشکاری با ابزارهای داغ
دمای ابزارهای داغ باید دقیقا کنترل شده و در صورتیکه از سیستم هدایت مستقیم
حرارت استفاده شود باید دمای آنرا در برد حرارتی باالتر از 200تا 370
درجه تعـدیل نمود .هنگامی که حرارت به طریقه تشعشعی منتقل میشود باید از
دماهای تا 540درجه استفاده نمود.
اگر حرارت را باالتر از برد حرارتی فوق ببریم ممکن است به سوختن و تجزیه
پلیمر و در نتیجه تضعیف جوش حاصله بیانجامد.
جوشکاری با گاز داغ
این روش که یکی از پر مصرفترین روشها ی اتصال پالستیکها بوده وتا آنجا که
به مواد اولیه مربوط میشود از محدودیت بسیار کمی برخوردار است در این جوش
کاری جریان هوا یا گاز خنثی فشرده وداخل سطح ترمو پالستیک پاشیده میشود
این جریان گاز با گذشتن از روی شعله یا المنت های الکتریکی داغ که در بدنه
دستگاه جوش دستی قرار دارد حرارت الزم را بدست آورده و داغ میشود در
اینجا هیچگونه شعله یا قوس الکتریکی با سطح قطعه پالستیکی تماس پیدا نمی
کند
در این نوع جوش کاری سه روش وجود دارد:
جوشکاری موقتی یا خال جوش
جوشکاری دستی
جوشکاری دستی با سرعت زیاد یا نیمه اتو ماتیک
جوشکاری اصطکاکی
اینًروشًاولینًبارًدرًسال1942توسطًهنینگًبرایًاتصالًلبًبهًلبًپالستیک
های PVCارائهًشدً .درًاینًروشًبرایًاتصالًسطوحًازًاصطکاکًوًفشارًبهً
طورًهمزمانًاستفادهًمیًشود.
جوشکاریًاصطکاکیًاصطالحیًاستًبرایًبیانًاتصالیًکهًمستقیماًدرًنتیجهً
حرارتًتولیدًشدهًبواسطهًمالشًدوًسطحًبهًیکدیگرًایجادًًمیًشودً .بدین ترتیبً
حرارتًتولیدًشدهًدوًسطحًترموپالستیکیًراًذوبًکردهًوًباًاعمالًفشارًبعدیً
حرکتًاینًمجموعهًمتوقفًمیشودً،درًپایانًپسًازًسردًشدنًنمونهًآنًراًازً
دستگاهًپیادهًمیًکنند.
معمولًترینًنوعًجوشکاریًاصطکاکیًکهًدرحالًحاضرًموردًاستفادهًقرارًمیًگیردً
جوشکاریًاصطکاکیًچرخانًاستً .اینًتکـنیکًشاملًچرخاندنًیکًقطعهًدر
مقابلًقطعهًدیگریًکهًبهًطورًثابتًنگهًداشتهًشدهًاستًً،میًباشدً .سرعتًوً
فشارًهمزمانًمنجرًبهًتولیـدًحرارتًاصطکاکیًشدهًواینًحرارتًصرفًذوبً
کردنًسطوحًمجاورًمیگردد.
مزایا ومحدودیت های جوشکاری اصطکاکی چرخان
الف :مزایا
این روش بسیار سریع بوده و سیکل جوشکاری می تواند در زمان کوتاهی از 30تا
45ثانیه کامل شود.
این روش بسیار اقتصادی است چون می توان آنرا به کمک ماشین های استانداردی که
در اغلب کارگاه ها پیـدا می شود ( از قبیل ماشین تراش و یا دستگاه های مشابه) انجام
داد و وسایل الزم برای آن معموال بسیار سـاده و ارزان هستند.
این یک روش بسیار عالی برای جوشکاری مواد ترموپالستیـکی است که در دماهای
باال دچار اکسیداسیون می شوند ،چون دو سطح مورد جوش در تمام مدت عملیات در
تماس با یکدیگر بوده و مقدار کمی ازماده بواسطه اعمال فشاراز درز جوش بیرون زده
واکسیداسیون بسیار ضعیفی در جوش ایجاد می شود .
چون هیچگـونه حالل ،چسب ،سیم جوش و دیگر مواد خارجی در ایـن عملیات بکار نمی
رود اتصال حاصله دارای همان خواص ماده زمینه است.
ب :محدودیت ها
وجود محدودیت هایی برای ایجاد اتصال درقطعات غیر مدور ،در بسیاری موارد
این محدودیت ها را می توان با طراحی موضع جوش به صورت مقطعی مدور
ازیک قطعه غیر مدور بر طرف نمود.
در بسیاری موارد برای ایجاد یک جوش چند جرقه مرئی کافیست ،این زیان را
می توان با تغییر طرح اتصال برطرف نمود و اجازه داد که جرقه در مقاطع یا
سطوح پنهان جسم ایجاد شود.
جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی ()FSW
یک روش نسبتا جدید است که از یک ابزار چرخشی مصرف نشدنی برای تولید
گرمای اصطکاکی و تغییر شکل پالستیـکی در موقعیت جوشکاری بهره می
گیرد ،بدین وسیله در شکل دهی اتصال هنگامی که در حالت جامد است تأثیر می
گذارد .دستاوردهای اصلی FSWکه یک فرآینـد حالت جامد می باشد ،
اعوجاج پاییـن ،فقدان عیوب مربوط به ذوب و استحکام اتصال باال است ،حتی
در آن فرآیند هایی که توسط تکنیکًهای معمولی غیرقابل جوش درنظر گرفته
می شود.
)FSWکاربرد جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی(
FSWبرای اتصاالت لب به لب ،گوشه ای ،لب رو لب ،T،نقطه ای ،نبشی و هم
به عالوه جوش اشیای خالی نظیر تانکًها و تیوبًها ولوله ها ،تنه با
ضخامتًهای متفاوت ،مقاطع باریک شده و قطعات با محیطًهای سه بعدی را
تولید کند .این تکنیک می تواند اتصاالتی تولید کند که تجهیزات بر پایه
تکنولوژیًهای ابزار ماشین سنتی را به کار می برد واین تکنولوژی به کار برده
می شود تا یک تنوع از آلیاژهای مشابه و غیرمشابه را جوش کند ،به عالوه در
جوشکاری ترکیبات ماتریکس فلزی و برای تعمیر اتصاالت به کار می رود.
جوشکاری مادون قرمز)(IR.W
تابش یا تشعشع مادون قرمز نوعی از(طیفهای الکترومغناطیس)هستند که رنج
طول موج انها بین 0.8تا 400میکرومتر است.فرکانس این پرتو بین فرکانس
امواج میکروویو و نور مرئی است.از این تابش می -توان در همه موارد
کاربردی پرتوافکنی حرارتی استفاده کرد.
امروزه از تشعشعات مادون قرمز در بسیاری از رشته های علمی -صنعتی
استفاده میشود.
پارامترهایًکلیدیًفرایندعبارتندًاز:
• دانسیته پرتوافکنی وزمان تابش.
• قابلیت انعکاس وجذب و عبور پرتو توسط پلیمر پایه که میزان حرارت ایجاد شده
در ازای تابش معین را مشخص می کند.
• میزان هدایت گرمایی و جریان یابی حرارت در پلیمر متاثر از پرتو.
• نسبت تبادل در پرتوافکن که به نوع وابعاد پلیمربستگی دارد.
• نسبت و میزان پس روی منبع تولید گرمایش پرتو وسرعت نهایی پرس کاری قبل
از سرد شدن منطقه متاثر از حرارت.
این تکنیک بواسطه یک المپ کوارتزی که تولید کننده اشعه مادون قرمزاست و
•
منعکس گرها یا تمرکزدهندهایی با پروفیل های بیضوی یا سطحی (سهمی)
وباسطح کامال صیقیلی که قدرت انعکاسی آنها را باال می برد تامیین می شود
پرتوهای مورد استفاده درطیف نزدیک به فرو سرخ است.
جوشکاری فرکانس باال
چنانکه می دانیم یکی ازراه های انتقال انرژی درطبیعت پدیده فیزیکی موج است
می تواند منابع مختلف ودرنتیجه انواع مختلف داشته باشد مانند امواج مکانیکی
وامواج فرکانس باال والکتریکی و...طول موج اینها مختلف است می توان
مالحظه کرد که گستره پراکندگی طول درطبیعت بین یکدهم انگسترم تا صد
کیلومتر است.
براساس آنچه که گفته شد صنعتگران دراین ازشـاخه های جوشکاری پالستیک ها
که ازسـرعت و دقت بسیـارباالیی برخوردار است و بر انتقال انرژی وتولید
گرما درمنطقه جوش که بر اصل (استحکام دی الکتریکی ) پالستیکها متـکی
است ازموج استفاده میکنند.
ما در این بخش متد اصلی جوشکاری با امواج را بررسی میکنیم .ولی نخست باید
تعریفی درستی از اصل بنیادین این پروسه ها یعنی(استحکام دی
الکتریکی)پالستیکها ارائه شود.چرا که این اصل مبنای کاردرروش جوشکاری
های (فرکانس باال) است.
استحکام دی الکتریکی مطابق استانداردعبارت است از
مشخصه ای ازخصوصیات فیزیکی پالستیک که با استفاده از ولتاژ برای ازبین
رفتن مقاومت الکتریکی یا نفوذ الکتریکی درمواد پالستیکی اندازگیری می شود
واحد آن برحسب ولت برمیلیمتر ضخامت بیان می گردد .این خاصیت الکتریکی
نشان دهنده توانایی پالستیک برای بکار برده شدن بعنوان یک عایق الکتریکی
است.
چنانکه گفتیم به دلیل مبنا بودن فاکتوراستحکام دی الکتریک پالستیک دراین
روش(فرکانس باال وفرکانس رادیویی)این روش را به نام روش (دی الکتریک)
نیز می شناسند.همچنین استفاده ازعـنوانهای(درزگیری حرارتی دی الکتـریکی) یا
(جوشکاری الکترونیک) هـم دراین مورد بالمانع است.روش فرکانس رادیویی
ازسالهای بسیار دور مورد استفاده بوده است هرچند که استفاده از آن در مورد
پالستیکها به تازگی توسعه یا فته و یا پیشنهاد شده است پیوند دی الکتریکی برای
اسفنج ها وپارچه ها و فیلمهای پالستیکی بکـارمی رود .و تنها پالستیک هایی که
دارای خصوصیت اتالف دی الکتریک(فاکتور اتالف) باال باشند می توانند با این
روش اتصال یابند.
قطعه ی جوشکـاری شونده بایستی تامیـن کننده ی پارامتـرهای کلیدی فرایند
جوشکاری فرکانس رادیویی باشد .فاکتور اتالف که به قطبیت پلمیر برمی گردد و
دیگر ضخامت قطعه وفاکتور سوم توان وفرکانس خروجی ژنراتور است که در
ارتباط با تجهیزات انتخاب شده برحسب شرایط و ویژگیهای جوش میباشد
مهمترین اجزاءدستگاههای جوشکاری فرکانس رادیویی عبارتند از:
ژنراتور سیزده تا صد مگاهرتز (معموال27مگاهرتز)با توان خروجی1-25کیلوولت
پرس برای در بر گرفتن و تثبیت قطعات در حین فرایند و هنگام تبرید جوش
الکترود یا (قالب) برنجی که بر روی صفحه ای از آلو مینیوم می نشیند و ناقل انرژی
به منطقه ی جوش خواهد بود.
جوشکاری اولتراسونیک
جوشكاري اولتراسونیك شامل استفاده از انرژي صوتي با فركانس باال براي نرم كردن
و ذوب كردن ترموپالستیك ها در منطقه جوش است .قسمت هایي كه باید به
یكدیگر جوش داده شوند زیر فشار روي هم نگه داشته شده و تحت ارتعاشات
اولتراسونیك با فركانس 20تا 40كیلو هرتز قرار مي گیرند .موفقیت جوش به
طراحي مناسب اجزا و مناسب بودن موادي كه جوش داده مي شوند بستگي دارد .
از آنجا كه جوشكاري اولتراسونیك بسیار سریع است (كمتر از 1ثانیه) و قابلیت
اتوماسیون دارد به طور وسیع از آن در صنعت استفاده مي شود .براي تضمین
سالمت جوش طراحي مناسب اجزا بخصوص فیكسچرها الزم است .با طراحي
مناسب از این روش مي توان در تولید انبوه استفاده كرد .
یك ماشین جوشكاري اولتراسونیك شامل اجزاي زیر است :
یك منبع تغذیه ،یك مبدل ،یك آمپلي فایر تقویت كننده به نام بوستر ،یك وسیله تولید
صدا یا شیپوره.
منبع تغذیه فركانس برق شهر 60-50هرتز را به 40-20كیلو هرتز مي رساند .
این انرژي به مبدل مي رود و در مبدل دیسك پیزو الكتریك انرژي الكتریكي را
به ارتعاش در فركانس اولتراسونیك تبدیل مي كند .اغلب ماشین هاي
اولتراسونیك در فركانسي باالتر از 20كیلو هرتز كار مي كنند و صدایي تولید
مي كنند كه گوش انسان قادر به شنیدن آن نیست .امواج تولید شده در مبدل به
بوستر رفته و دامنه آن تا حد دلخواه افزایش پیدا مي كند و سپس در شیپوره ( كه
یك وسیله صوتي مكانیكي است) امواج صوتي مستقیماً به قطعه كار منتقل مي
شود.
همچنین شیپوره نقش اعمال فشار بر روي قطعه را نیز برعهده دارد.بعد از انتقال
امواج صوت به قطعه كار در منطقه اتصال در اثر اصطكاك زیاد این انرژي
تبدیل به گرما شده و باعث نرم شدن و ذوب پالستیك و بهوجود آمدن جوش
میشود.
مزایاي این روش عبارتند از :
• راندمان باال
• تولید باال با قیمت پایین
• سهولت در اتوماسیون
• سرعت جوش باال
• تمیز بودن آن
مهمترین محدودیت این روش محدودیت در انرژي اعمالي و كوچك بودن عرض
شیپوره ) كمتر از 250میلي متر ) است ودر نتیجه طول جوشي كه به وجود
میآید كوچك است
موارد استفاده از جوش التراسونیك ترموپالستیك ها :
•
•
•
•
جوشكاري ساده یك اتصال
جاسازي یك قطعه درقطعه اي دیگرهمراه با اتصال بین آن دو
جوش نقطه اي ورق ها و صفحات پالستیكي
...
صنایعي كه این نوع جوشكاري در آن كاربرد دارد :
•
•
•
•
استفاده در صنعت بسته بندی
استفاده در صنعت اتومبیل سازي
استفاده در صنعت پزشكي
استفاده در صنعت اسباب بازي