قالب گیری تزریقی - پارسا پلاستیک نوین|parsa plastic novin
Download
Report
Transcript قالب گیری تزریقی - پارسا پلاستیک نوین|parsa plastic novin
Molding Processes
در فرآیند های قالبگیری ( ، )Molding processesرزین ها ،پودرها و دانه های
پالستیكی را می توان به محصوالت مفید تبدیل نمود .نكته مشترك درهمه فرآیندهای
قالبگیری این است كه در تمام این فرآیند ها از نیرو ( )Forceاستفاده می شود.
در قالبگیری مواد پالستیكی پودری و دانه ای باید از نیروی زیادی استفاده كرد.
ولی پركردن قالب با رزین مایع احتیاج به نیروی به مراتب كمتر دارد.
فرآیند قالب گیری پالستیك ها بسیار زیاد است به همین دلیل در اینجا درباره سه
گروه
اصلی این فرآیندها یعنی قالب گیری تزریقی ،Injectionفشاری Compressionو
انتقالی Transferبه اختصار بحث خواهیم کرد .
Injection Molding
قالبگیری تزریقی ( ) Injection moldingیكی از رایجترین روشهای تولید
قطعات پالستیكی است .بدنه تلویزیونها ،مانیتورها ،دستگاه پخش CDها ،عینكها،
مسواكها ،قطعات خودرو و بسیاری قطعات دیگر با این روش ساخته میشوند.
یکی از رایج ترین انواع ترموپالستیک ها که در قالب گیری تزریقی مورد مصرف
قرار می گیرد پلی استایرن فشرده است .این نوع قالب گیری مهم ترین روند تولید
پالستیک ها می باشد که با استفاده از آن می توان محصوالت کوچک مانند در
بطری ،درپوش سینک ظرفشویی ،اسباب بازی ،ظروف پالستیکی و قطعاتی از
دوربین را تولید کرد .همچنین برای ساخت سطل زباله وظروف حمل شیر به کار
می رود .حتی می توان درقالب گیری موارد بزرگ تر مانند قسمت هایی از بدنه
نمود.
مشاهده
را
آن
کشتی
وتنه
اتومبیل
قالب گیری تزریقی قبأل به وسیله انسان در کارخانه ها انجام می شد .اما امروزه
شود.
می
محسوب
خودکار
تولید
روند
یک
Injection Molding Products
قالب گیری تزریقی را میتوان برای همه ترموپالستها به جز پلی تترافلورواتیلن(،)PTFE
پلیایمید ،بعضی پلی استرهای آروماتیك و بعضی پالستیكهای خاص دیگر به کاربرد.
ماشینهای قالبگیری تزریقی( )IMMخاص ترموستها را میتوان برای ساخت قطعاتی
از جنس فنولیك ،مالمین ،اپوكسی ،سیلیكون ،پلیاستر و االستومرها استفاده كرد .در
قالبگیری تزریقی همه این مواد ،گرمای كافی به دانههای پالستیكی اعمال میشود تا بتوانند
درون قالب وگذرگاههای آن " جاری " شوند .سپس این ماده به درون یك قالب بسته با فشار
تزریق می شودتا همه حفره قالب را پر كرده و فرم مورد نظر را به خود بگیرد .پس از
سرد شدن ماده وانجماد كامل آن ،قالب باز شده و پین های بیرون انداز ،قطعه كار
پالستیكی را از قالب خارج می كند.
ماشینهایتزریقبهصورتافقیوعمودیساختهمیشوندكهنشاندهندهجهتبازو
بستهشدنقالبمیباشد .درماشینهایتزریقافقیپسازبازشدنقالبقطعهكاربه
پایینمیافتدوازطریقیككانالیانوارنقالهازماشینخارجمیشود .درماشین های
تزریقعمودیایناتفاقنمیافتد .معموالازماشینهایتزریقعمودیبرایكاشت
قطعاتفلزیدرمادهپالستیكیاستفادهمیشود.
ماشینهایتزریقعمودیفضایكمترینسبتبهماشینهایافقیاشغالمیكنندو باتوجه
بهچندایستگاهیبودنقالبآنها،هزینهاستهالكقالبدرآنهاپایینتراست .درماشین
هایتزریقپالستیكدوقسمتمهموجوددارد :واحدتزریق( ) Injection unitوواحد
قفلكنندهقالب(. )Clamping unit
Injection Machine
یکی از راحت ترین و پر مصرف ترین و مهم ترین روش های رایج برای شکل
دادن به پلیمرها (بسپارها) استفاده از ماشین تزریق است .پس از پیدایش و توسعه
پالستیک ها تالش ها برای ساخت دستگاه هایی که بتوان به وسیله آن ها به سادگی
مواد اولیه پالستیک را به شکل دلخواه در آورد آغاز شد و به اختراع ماشین
تزریق انجامید .اما قبل از ساخت ماشین های تزریق مدرن امروزی ،کار شکل
دهی به پالستیک ها خیلی مشکل بود.
ابتدا قالب هایی با صرف دقت و زحمات بسیار تهیه می شد و در گیره های دستی
تعبیه می شد و سیلندری با پیستون روی آن نصب می گردید و اطراف سیلندر را با
شعله های آتش ،گرم می کردند و پس از ذوب شدن مواد ،با فشار فلکه باالی
پیستون مواد داخل سیلندر به داخل قالب ،تزریق می شد و پس ازسرد شدن مواد
داخل قالب ،گیره ها را باز و تکه های قالب را از هم جدا و محصول تولید شده را
از آن خارج می کردند و تمام این مراحل با دست انجام می شد ،تا زمانی که ماشین
های تزریق مدرن امروزی تولید شدند.
اولیندستگاهتزریقکهبهصورتابتداییکارمیکرددرآمریکاودرسال
1872ساختهشدواولینماشینتزریقپیشرفته ودارایپیچنیزدرسال 1946
درآمریکاتوسطجیمزواتسون( )James Watsonبهثبترسید .وظیفهاصلی
ماشینتزریقتبدیلموادپالستیکجامد(دانههایریزیاگرانولهایپلیمر) به
پالستیکسیالوروانوانتقالآنبهقالبمیباشدبهنحویکههمیشهموادسیال
آمادهتزریقداخلقالبباشند.
ماشینتزریق
انواعدستگاهتزریق
انواعدستگاهتزریق:
.1عمودی
.2افقی
انواعدستگاهتزریقازجهتسیستمانتقالمواد:
.1پیستونی
.2ماردونی(پیچی)
انواعدستگاهتزریقازجهتحرکتصفحهمتحرک:
.1دستگاههایبازویی
.2دستگاههایجکی
Injection Unit
در این واحد عمل ذوب و اختالط و تزریق مواد انجام می شود .به این ترتیب که ابتدا مواد
پالستیک داخل قیف ( )Hopperریخته شده و از قیف به تدریج به داخل سیلندر ()Barrel
راه می یابد و با گردش مارپیچ ( )Screwبه جلو رانده می شود .پوسته سیلندر بوسیله
الا گرم
گرمکن های برقی( ) Heaterکه در طول جدار خارجی سیلندر قرار گرفته اند کام
شده بصورت سیال در می آیند و به جلوی سیلندر می رسند.
مارپیچ با چرخش به دور خود عمل مواد گیری را (مانند چرخ گوشت) انجام می دهد و یک
حرکت افقی نیز رو به جلو دارد .در همین حال یعنی زمانی که مارپیچ به جلو می رود
الا در سر سیلندر و پشت سوپاپ جمع شده اند در اثر فشار مارپیچ به داخل قالب
موادی که قب
( )Moldتزریق می شوند .بعد از مدت معینی که توسط کاربر دستگاه تعیین شده است با
قطع فشار پشت مارپیچ و تجدید عمل مواد گیری ،سیلندر تزریق به عقب برگشت می کند.
در این واحد قطعاتی از قبیل قیف تغذیه ،پوسته مارپیچ ،درپوش انتهایی پوسته ،نازل ،
مارپیچ ،شیریك طرفه ،نوارهای گرم كننده ،موتور گردش مارپیچ و سیلندر هیدرولیكی
برای حركت رفت و برگشتی مارپیچ تعبیه شده است.
سیستم كنترل ماشین می تواند حرارت اعمالی به پالستیك ،زمان گردش و حركات رفت و
برگشتی مارپیچرا كنترل كند.
عملكرد میله مارپیچ ،تعیین كننده ی سرعت و بازدهی ذوب كردن دانه های پالستیكی می
واحدتزریق
Mold Clamping Unit
وظیفه این واحد بازكردن و بستن قالب و همچنین بیرون انداختن Ejectingقطعه كار از قالب است.
قسمت قالب گیر محفظه بزرگی است که قالب و اجزایش روی آن نصب می شوند .واحد قالب گیر
دارای 2قسمت اصلی است :قسمت ثابت و قسمت متحرک قدرت یک دستگاه تزریق بر حسب
میزان تناژ نیروی دو فک نگهدارنده قالب (حداکثر نیروی وارده به پشت صفحه متحرک) بیان می
شود ،یک دستگاه تزریق 600تنی دستگاهی است که نیروی فشارنده این فک ها به قالب بسته تا
600تن امکان پذیر است .بطور کلی در ماشین های تزریق جهت ایجاد فشار پشت قالب از دو
سیستم استفاده می شود :سیستم مکانیکی و سیستم هیدرولیکی .قالب از یک طرف به مرکز قسمت
ثابت و از طرف دیگر به مرکز قسمت متحرک متصل می شود و چون قالب برای به بیرون پراندن
قطعه تولید شده همیشه از وسط باز می شود در نتیجه وقتی صفحه مذکور باز می شود نیمی از قالب
را با خود به عقب می برد با این کار قطعه تولیدی به بیرون می پرد سپس صفحه متحرک دوباره به
جای خود باز گشته و قالب بسته می شود تا عمل تزریق مجدد انجام گیرد .پس از بسته شدن قالب و
مستقیم گشتن بازوها با ایجاد فشار (حداقل بیش از فشار تزریق) مواد مذاب را در داخل قالب تزریق
حفظ می کند زیرا اگر فشار پشت قالب از فشار تزریق کمتر باشد درز میان دو صفحه قالب ،باز
شده و مواد پالستیک به خارج می ریزد و یا دور خارجی قطعه تولید شده پلیسه تشکیل می شود.
دو روش رایج برای تامین نیروی قفل كننده قالب ،استفاده از نیروی هیدرولیك به صورت مستقیم و یا
استفاده از یك مكانیزم قفل كننده زانویی Toggleبا محركه هیدرولیكی می باشد.
واحدقفلکنندهقالب
مشخصاتماشینهایتزریق
ماشینهایقالبگیریتزریقرامیتوانباویژگیمهمبرایهرماشینكه
نشاندهندهقابلیتهایآنمیباشدشناختکهعبارتندازظرفیت تزریق
( ) Shot sizeوتناژقفلكردنقالب( . )Clamping tonnage
ظرفیتتزریق
ظرفیت تزریق عبارت است از حداكثر مقدار مواد پالستیكی كه ماشین می تواند
در هر سیكل به داخل قالب تزریق كند .با توجه به اینكه چگالی پالستیك های
مختلف با هم تفاوت دارد باید یك استاندارد برای مقایسه تعریف شود .پلی
استایرین به عنوان پالستیك استاندارد برای این ارزیابی پذیرفته شده است.
ماشین های تزریق خیلی كوچك آزمایشگاهی ممكن است ظرفیتی معادل حداكثر
[0.70oz] 20 grداشته باشند .بعضی ماشین های تزریق بزرگ نیز می توانند
6ظرفیت داشته باشند .
در هر سیكل بیش از kg
تناژقفلکردنقالب
تناژقفلكردن،حداكثرنیروییاستكهماشینمیتواندبهقالبواردكند .از
نظرتناژمیتوانماشینهایتزریقرابهسهگروهكوچك،متوسطوبزرگ
دستهبندیكرد .درماشینهایكوچك،تناژقفلكردنحداكثرtons 99است.
تناژماشینهایمتوسط 2000-100وتناژماشینهایتزریقبزرگباالتراز
tons 2000است .ماشینهایتزریقبزرگكهبهصورتاستانداردساخته
میشوندممكناستتناژیمعادل tons 10000نیزداشتهباشد.
مراحلقالبگیریتزریقی
مزایایفرآیندقالبگیریتزریقی
-1تعدادتولیدباال
-2امكانكاشتقطعاتفلزیوغیرفلزیدرپالستیك
-3امكانتولیدقطعاتكوچكبافرمهایپیچیدهوتلرانسهایابعادیدقیق
-4امكاناستفادهازبیشازیكنوعمادهپالستیكیدریكقطعه
-5عدمنیازاغلبقطعاتتولیدیبهعملیاتتكمیلی
-6امكاناستفادهمجددازضایعاتپالستیكیتولیدی
-7امكانتولیدقطعاتسازهایازفومبهروشقالبگیریتزریقیواكنشی
-8قابلیتاتوماسیونكاملفرآیند
معایبقالبگیریتزریقی
-1عدمامكانتولیدبرایتعدادكم
-2ماشینهایتزریقگرانهستند
-3رقابتدراینعرصهتولیدزیاداست
-4فرآیندیپیچیدهاست
-5بهوجودآمدناثرمکشرویقطعهقالبگیریشده:
اثرمکشبهشکلیکفرورفتگیوگودیدرسطحقطعهیقالبگیری شده
مشاهدهمیشود .ایننقصبهعلتجمعشدگیموضعیبیشازحدماده،پس
ازخنکشدنبهوجودمیآید.
مشکالتمربوطبهدستگاهقالبگیریتزریقی
عیوببهوجودآمدهدرقطعاتقالبگیریتزریقیممکناستناشیاز 4قسمت
اصلیباشند:
.1دستگاهقالبگیریتزریقی
.2قالب
.3مادهیمصرفی
.4اپراتور
بنابراینالزماستبدانیمکهکدامیکازاینقسمتهاموجببروزنقصدرقطعهشده
است.
مشکالتمربوطبهدستگاهقالبگیریتزریقی:
-1دمایسیلندربسیارزیادباشد.
-2فشارویازمانتزریقکافینباشد.
-3مدتزمانسرمایشکافینباشد.
-4زماناعمالفشارمتراکمسازیکوتاهباشد.
ساختمانعمومیقالبهایتزریق
محفظه:
قالب تزریق شامل مجموعه ای از قطعاتی است که ” محفظه” را تشکیل می دهند،
مواد پالستیک به داخل این محفظه تزریق شده و سرد می شوند .در محفظه قطعه
تزریقی شکل می گیرد .بنابراین محفظه به بخشی از فضای قالب گفته می شودکه
به شکل قطعه تزریقی است و قطعه در آن شکل می گیرد .محفظه با دو عضو
قالب شکل می گیرد:
الف -حفره :قسمت مادگی قالب است و شکل بیرونی قطعه را به وجود آورد.
ب -ماهیچه :قسمت نر قالب است و شکل داخلی قطعه را به وجود می آورد.
صفحاتحفرهایوماهیچهای
این صفحات در شکل برای یک ظرف شش گوش ساده نشان داده شده است .در
این مورد قالب شامل دو صفحه است .در داخل یک صفحه حفره ایجاد شده که
شکل آن مانند شکل بیرونی قطعه است .بنابراین ،این صفحه را صفحه حفره می
نامند .به صورت مشابه ماهیچه دارای شکل بر آمده از صفحه ماهیچه است و
شکل آن مانند شکل داخلی قطعه تزریقی است .زمانی که قالب بسته شود ،بین
حفره و ماهیچه فضایی به شکل قطعه تزریقی به وجود می آید که آن را محفظه
می نامند .
بوشتزریق
درهنگامتزریقموادپالستیکبهصورتخمیرازنازلماشینخارجشدهواز
طریقیکمسیربهمحفظهقالبواردمیشود .سادهتریننوعاینمسیریک
سوراخمخروطیشکلدرداخلیکبوشاستکهدرشکلنشاندادهشدهاست.
موادموجوددراینمسیررااسپرووبوشرابوشتزریقگویند.
سیستمتغذیهبرایقالبتکمحفظهای
سیستمراهگاهوورودی
مواد پالستیک مستقیما از طریق بوش تزریق وارد محفظه شده و در قالب هایی که
دارای چند محفظه هستند (قالب های چند محفظه ای) قبل از ورود مواد به محفظه ،
می باید این مواد از راهگاه و ورودی نیز عبور کنند .
سیستم تغذیه برای قالب چند محفظه ای
میلههاوبوشهایراهنما
در قالب گیری قطعه ای که ضخامت دیواره ها در آن مهم است و برای اطمینان از
منطبق بودن حفره و ماهیچه که امری الزامی است با بکاربردن میله ها و بوشهای
راهنما در دو لنگه قالب ،هنگام بستن قالب عمل انطباق به صورت رضایت بخشی
شود.
می
انجام
شکل یک نمونه را که در آن میله های راهنما در سمت ماهیچه و بوش های راهنما در
سمت حفره نصب شده ،نشان می دهد .ابعاد میله راهنما باید به اندازه ای باشد که
انطباق دو نیمه با توجه به نیروهای اعما ل شده به قالب امکان پذیر باشند .
در شکل زیر همه قطعات پایه تشکیل دهنده یک قالب در یک برش مقطع از نقشه
مونتاژ نشان داده شده است .
نیمهثابتونیمهمتحرک
درشکل قبل مشاهده شد که قطعات مختلف قالب دریکی از دو نیمه قالب جا می
گیرند .نیمه ای که به صفحه ثابت ماشین بسته می شود نیمه ثابت قالب نامیده می
شود .نیمه دیگر قالب که به صفحه متحرک ماشین بسته می شود به صورت
مختصر نیمه متحرک قالب نامیده می شود .اکنون بایستی تصمیم گرفت که حفره و
ماهیچه را در کدام نیمه قالب نصب کرد.عموما به دلیلی که در زیر بیان می شود
:
شود
می
نصب
قالب
متحرک
نیمه
روی
ماهیچه
در زمان سرد شدن قالب قطعه تزریقی منقبض شده و در هنگام باز شدن قالب
روی ماهیچه می چسبد .خواه ماهیچه روی نیمه ثابت و خواه روی نیمه متحرک
قالب نصب شده باشد ،این انقباض اتفاق می افتد .به دلیل انقباض در قطعه تزریقی
عموما بایستی از یک سیستم پران استفاده کرد.اگر ماهیچه در سمت متحرک قالب
نصب شود امکان تحریک سیستم پران ساده تر است .در قالب تک محفظه ای
شکل حفره در نیمه ثابت و ماهیچه در نیمه متحرک قالب نصب شده است.
قالبگیریموادترموستدانهایوصفحهای
Compression Molding
یکی از قدیمی ترین فرآیندهای شکل دادن مواد ترموست ،قالب گیری فشاری
( )Compression Moldingاست .
در این روش ماده پالستیكی در حفره قالب قرار داده شده و با اعمال حرارت و
فشار ،شكل میگیرد .قاعدتا از این روش برای فرم دادن مواد ترموست استفاده
میشود ،ولی گاهی مواد ترموپالستیك را نیز میتوان با این روش تولید كرد.
این روش شبیه روش تولید كلوچه است .با اعمال فشار و حرارت به ماده
پالستیكی ،این ماده همه قسمتهای قالب را پر میكند .با اعمال گرما ،پالستیك
سخت میشود و میتوان آن را از قالب خارج نمود.
قالبگیریفشاری
عملیاتقالبگیریفشاریمعموالششمرحلهاصلیدارد:
-1تمیزكردنقالبومالیدنمادهجداكننده( درصورتنیاز) درونحفرهقالب
-2قراردادنقطعهپیشفرمداخلقالب
-3بستهشدنقالب
-4بازكردنقالببهاندازهكمیتاگازهایایجادشدهبتوانندتخلیهشوند( تنفس
قالب)
-5اعمالحرارتوفشاربرایعملآوریكاملمواد( زماننگهداریقالبدر
حالتبسته)
-6بازكردنكاملقالبوبرداشتنقطعهكاروقراردادنآنبررویفیكسچر سرد
Compression Molding
مزایایروشقالبگیریفشاری
-1كاهشمقداردورریزمواد
-2هزینهپایینساختقالب
-3قابلیتانجامفرآیندبهصورتدستیواتوماتیك
-4امكانتولیدقطعاتگردوبزرگ
-5بهحداقلرسانیدنجریانمواددرونقالبوكاهشایجادتنشدرقطعهكارو
سایشدرسطوحقالب
-6درساختقالبهایچندحفرهاینیازیبهباالنسبودنسیستمتغذیهمادهاولیه
نیست
محصوالتقالبگیریفشاری
معایبروشقالبگیریفشاری
-1عدمامكانتولیدقطعاتپیچیده.
-2قطعاتكاشتنیداخلیپالستیكوپینهایبیروناندازممكناستدراین فرآیند
آسیبببینند.
-3پیچیدگیهایفرمقطعهكاررابایدحذفكرد.
-4زمانسیكلهرقالبگیریممكناستطوالنیشود.
-5قطعاتاسقاطشدهوزایداتقالبگیریرانمیتوانمجددااستفادهكرد.
-6زایدهبریقطعاتممكناستدشوارباشد.
-7بعضیازقسمتهایقالبممكناستپرنشوندودقتابعادیقطعهكارممكن
استهمیشهتابعیازابعادقالبنباشد.
-8برایاتوماسیونعملیاتشایدالزمباشدازتجهیزاتاضافیاستفادهشود.
قطعاتیكهمیشودبااینروشتولیدكردعبارتاستازظروفغذاخوری،
دكمهها،قالبها،قطعاتلوازمخانگی،مخزنهایبزرگوبسیاریقطعات
الكتریكی.
Transfer Molding
اینروشاززمانجنگجهانیدومشناختهشد .اینروشرابانامهایدیگری
نظیرقالبگیریپالنجری،قالبگیریتزریقیانتقالی،قالبگیری ضربهاینیز
میشناسند.
دراینروشموادپالستیكیابتدابهیكمخزندرخارجازقالبریختهشدهو در
آنجابهصورتیكتودهذوبشدهدرمیآیدكهدرنهایتبهداخلقالبرانده
میشود .باتوجهبهمایعبودنپالستیكبههنگامورودبهقالبمیتوانعملیات
كاشتقطعاتفلزیرانیزبااینروشانجامداد .قطعاتباشكلپیچیدهودقیقنیز
بااینروشقابلتولیداست.
قالبهایمورداستفادهدراینروش،دونوعهستند:
-1قالبهاییباكانالواسطه( ) Pot or Sprue mold
-2قالبهایپالنجری( ) Plunger mold
قالبگیریپالنجریازاینبابتباقالبهایدارایكانالواسطهمتفاوتاستكه
درقالبهایپالنجری،موادپالستیكیزیرپالنجرمستقیمابهداخلحفرههایقالب
راندهمیشوند،درصورتیكهدرقالبهایدارایكانالواسطه،موادازطریق
اینكانالبهحفرههایاصلیقالبمنتقلمیگردد .قطعاتساختهشدهباقالبهای
قالبگیریانتقالی
مزایایفرآیندقالبگیریانتقالی
-1ایجادسایشكمتردرقالب.
-2میتوانقطعاتبافرمهایپیچیده(بادیوارهنازكوسوراخهایكوچك) را
تولیدكرد .امكانكاشتقطعاتفلزیدرمادهپالستیكینیزوجوددارد.
-3زوایدپیرامونقطعهكاردراینروش،كمترازقالبگیریفشاریاست.
-4چگالیقطعاتساختهشدهبهاینروش،بیشترویكنواختترازقالبگیری
فشاریاست.
-5چندقطعهكاررامیتوانهمزمانقالبگیرینمود.
-6زمانسیكلقالبگیریوشارژمواداولیه،كوتاهترازروشقالبگیری
فشاریاست.
Transfer Molding Products
معایبفرآیندقالبگیریانتقالی
-1زوایدچسبیدهبهقطعهكارازموضعكانالهایورودوتوزیعمواد
بهقالب،بیشتراست.
-2قالبهاوتجهیزاتمورداستفادهدرقالبگیریانتقالیگرانهستند.
-3بایدمحلهاییبرایخروجگازهاوهوایقالبدرنظرگرفتهشود.
-4زوایدچسبیدهبهقطعهكاربایدجداگردد.