طراحی و نقشه کشی صنعتی

اهميت مدل و نمونه سازي در صنعت پيشرفته امروز بر کسي پوشيده نيست. افزايش سرعت توليد و عرضيه، تنوع و زيبائي محصول، قيمت ارزان و قابل رقابت، از مهمترين مسائلي است که امروزه در عرصه توليد نقش اساسي دارد. نمونه سازي سريع از مهمترين تکنولوژيهاايست که در پاسخ به همين مسائل ابداع گرديده است و هدف آن ايجاد يک مدل فيزيکي در کوتاه ترين زمان و با کمترين هزينه ممکن مي باشد. استريوليتوگرافي از پيشروترين روشهاي نمونه سازي سريع است که اساس آنرا جامدسازي لايه اي رزينهاي مايع فتوپليمر بر اثر تابش ليزر و اشعه ماوراء بنفش تشکيل مي دهد. با افزايش سرعت و دقت روشهاي نمونه سازي سريع، محققان بر آن شدند تا با بکارگيري اين روشها بطور مستقيم محصول نهايي را توليد کنند. قالبهاي سريع نتيجه ايست از همين تلاشها و عبارت است از : بکار گيري انواع روشهاي نمونه سازي سريع در جهت ساخت قالب و ابداع روشهاي نوين قالبسازي. امروزه انواع روشهاي قالب سريع براي هر چه سريع تر و ارزان تر دست يافتن به محصول نهائي در دست بررسي است., در روش قالبهاي سريع استريوليتوگرافي پس از ايجاد مدل هندسي دو کفه قالب يک قطعه پلاستيکي قابل تزريق و تهيه فايل خروجي با پسوند ‏‎Stl ‎‏، قطعات نري و مادگي از جنس رزين فتوپليمر توسط دستگاه ‏‎SL.A‎‏ ساخته مي شوند تا پس از تقويت توسط پودرهاي فلزي و جازدن دو کفه درون صفحات سمبه گير و ماتريس گير قالب بر روي دستگاه تزريق مناسب بسته شود. انتظار مي رود تا با استفاده از اين روش در مراحل آزمايشي بتوان در مدت زماني کمتر از يک هفته با حداقل هزينه، در حدود 100 قطعه را توليد نمود. براي اين منظور ابتدا مباني علمي و تئوري فرآيند مورد بررسي قرار گرفت و براي حصول اطمينان از نتايج موجود در مورد خواص مکانيکي مواد مورد استفاده در فرآيند ساخت نتايج آزمايشگاهي با نتايج تئوري مقايسه گرديد که در اکثر موارد قابل قبول و داراي خطاي بسيار ناچيزي بود. سپس دو فرآيند تحليل و طراحي مدل هندسي با استفاده از روش مهندسي همزمان صورت گرفته و سه مدل هندسي مختلف طراحي و تحليل گرديدند. بهترين حالت از نظر حداکثر تحمل تنشهاي ايجاد شده و حداقل تغيير شکل قالب انتخاب و جهت ساخت به واحد نمونه سازي سريع ارسال گرديد. در آنجا با بکارگيري جديدترين نرم افزارهاي موجود در زمينه استريوليتوگرافي و با استفاده از دستگاه ‏‎SLA-250‎‏ دو کفه نري و مادگي قالب تزريق به صورت پوسته هائي از جنس رزين اپوکسي ‏‎SL 5170‎‏ ساخته شد تا پس از بررسي هاي نهائي براي تقويت توسط پودر آلومينيم آماده گردد.

پروسه ی تزريق پلاستيک(  Injection Molding)

شيوه ی تزريق پلاستيک يکی از مهمترين و پرکاربردترين روشهای شکل دهی پلاستيـک وتـــوليدمحصـــولات  پلاستيکی در صنايــع محســوب می شود. در اين روش مــاده  اوليــه کــه يکی از انـــواع تــرموپلاستها  می باشد، طی عمليات خاصی به داخل کويتيهای ( Cavity ) قالب رانده شده و پس از خنک کاری از قالب بيـرون می آيند.

 اين روش بيشتر در پروسه های توليد انبوه (Mass – Production   ) و مدل سازی( Prototyping ) مورد استفاده قرار می گيرد . تزريق پلاستيک نسبتا شيوه جديدی در توليد محصولات به حساب می آيد. اولين دستگاه تزريق پلاستيک در سال 1930 ميلادی ساخته شد و کم کم در اختيار صنايع قرار گرفت .

 

 

 در ادامه 6 مرحله از يک پروسه تزريق پلاستيک معرفی و بررسی می شود :

  Clamping:

يک ماشين تزريق از سه قسمت اصلی تشکيل شده است . قالب ، Clamping   و فاز تزريق .  Clamping قسمتی از دستگاه را شامل می شود که که در حين پروسه تزريق قالب را بسته نگه می دارد و پس از آن باز مي کند اساسا قالبها از دو نيمه تشکيل می شوند که در هنگام تزريق بايد توسط اين بخش در کنار هم فيکس شوند  .

     Injection (تزريق) :

در فاز  تزريق مواد پلاستيک که معمولا به فرم گرانول ( دانه دانه ) می باشند ، وارد قيفی در قسمت بالايی دستگاه می شوند و از آنجا وارد سيلندری می شوند که توسط هيترهايی احاطه شده است . گرانولها پس از حرارت دیدن به حالت مذاب يا رزين در می آيند . در داخل سيلندر مواد به وسيله مارپيچی زير و رو می شوند . با چرخش  مارپيچ مواد نيز به سمت جلو رانده می شوند . و هنگامی که ماده کافی در قسمت جلويی مارپيچ ذخيره شد ، عمليات تزريق توسط نازل صورت می گيرد . و مواد مذاب به داخل راهگاه قالب رانده می شوند . سرعت و ميزان فشار وارده به ميزان چرخش مارپيچ  و نيز قطر نازل بستگی دارد . در برخی از ماشينهای تزريق پلاستيک به جای مارپيچ از يک پيستون منگنه ای استفاده می شود .

 

Dwelling :

فاز Dwelling  شامل يک مکث در پروسه تزريق می شود تا هم مذاب در داخل کويتيها به صورت کامل پر شود و هم گازهای ايجاد شده از محفظه های تعبيه شده خارج شوند .

     Cooling ( خنک کاری ) :

در اين مرحله مذاب خنک می شود تا به حالت جامد در آمده و قابليت خروج از قالب را پيدا کند . در غير اين صورت احتمال تغيير شکل محصول زياد می باشد . 

   Mold Opening ( بازشدن قالب ) :

در اين قسمت بخش Clamping  از هم باز می شود تا دو نيمه قالبها نيز از هم باز شوند و آماده بيرون اندازی شوند .

   Ejection  ( بيرون اندازی ) :

چند ميله به همراه يک صفحه عمليات خروج قطعه از قالب را انجام می دهند . رانرها و راهگاههای قطعه کار که به صورت غير استفاده و زايد می باشند از قطعه جدا و تميزسازی می شوند تا مجددا برای ذوب شدن آماده شوند .

  

 

 امتيازات شيوه تزريق پلاستيک :

1.    سرعت بالای توليد

2.    تنوع وسيع مواد مورد استفاده در اين روش

3.    صرفه جويی در نيروی انسانی

4.    کمترين ميزان اتلاف مواد

5.    کاهش عمليات بعد از تزريق در توليد محصول

محدوديت های شيوه تزريق پلاستيک :

1.    هزينه های بالای تجهيزات و دستگاهها

2.    بالا بودن هزينه های توليد و انجام پروسه

3.    طراحی بعضی قسمتهای دستگاه بر حسب قالب مورد استفاده

 

قالب گیری فشاری ( مواد ترموست ) :

قالبهاي فشاري عمدتا داراي يك عيب ميباشند بطوريكه ، در اثر فشار زياد موجود در داخل قالب پين هاي ضعيف وديوارهاي نازك دفرمه ميشوند ، بنابراين طراحان اين گونه قالبها به منظور كم رنگ كردن اين عيب

  ، از فرايند قالب گيري انتقالي كمك گرفته اند .

   سال 1909توسط آقاي لئو بكلند ،جهت توليد پوسته راديو پيدايش يافت.

فرايند قالب گيري انتقالي، در زمان جنگ جهاني دوم شناخته شد بطوريكه در ابتدا كاربرد عمده اي در صنايع نظامي داشت.

 

  مراحل كلي فرآيند قالب گيري فشاري

 

n      در صورت لزوم قالب را تمييز و مواد آزاد كننده را داخل قالب مي ريزيم.

n      قالب را شارژ مي كنيم.

n      قالب توسط پرس بسته ميشود.

n      قبل از ايتكه قالب بطور كامل بسته شود ،قالب را كمي بازكرده تا گازهاي محبوس از قالب خارج شود(تنفس قالب).

n      حرارت وفشار را اعمال كرده تا عمل قالبگيري تثبيت شود(در كاربرد فشار قبل از بسته شدن كامل قالب بايد اندكي درنگ شود بطوريكه گازها بتوانند از محفظه قالب خا رج شوند).

n      قالب را باز نموده و قطعه داغ را در فيكسچر خنك كننده قرار ميدهيم.

 

معرفي روشهاي قالب گيري

n      قالبگيري فشاري قالبگري انتقالي

n      قالبگيري تحت فشار پيستون

n      قالبگيري بصورت ريخته گي

n      قالبگيري پرسي

 

لازم به ذكر است كه دو روش اول بصورت عمده براي توليد قطعات پلاستيكي اعم از مواد ترمو پلاستيكي وترمو ستي ميباشد.

 

  شرح فرآيند قالبگري فشاري

 

در  ابتدا قالب توسط  شا بلن بار ريز كه روي دستگاه  پرس قرار دارد ،شارژ شده و قالب

شروع به بسته شدن ميكند ،بطوريكه سنبه  قسمت روئي قطعه را فرم داده و قسمت زيرين

قطعه تا سطح جدايش قالب در داخل محفظه پائيني فرم ميگيرد.

در اين قالبها دمائي در حدود   130تا200 درجه سانتي گراد  توسط دو  المنت گرم كننده

حاصل ميشود ، ولي عمدتا دماي نيمه فوقاني قالب كمتر از نيمه تحتاني ميباشد بطوري كه

معمولا قسمت فوقاني تا دماي 145درجه سانتي گراد گرم شده و قسمت   تحتاني تا دماي

155درجه سانتي گراد گرم ميشود.

فشار لازم در حدود 100تا500تن مي باشد ،البته اين فشار با توجه به سطح تماس قطعه با

قالب تعيين مي شود.

 

شرح فرايند قالبگيري انتقالي

همانطور كه  در  قسمت چكيده  به آن اشاره شد ، اين  فرايند   قالبگيري به منظور  بر طرف كردن عيب قالبگيري فشاري از اين روش قالبگيري استفاده ميشود.

در واقع عملكرد اين روش قالبگيري به اين صورت است كه ابتدا مواد  شارژ فالب بصورت سرد يا نيمه گرم داخل كانال بار ريز وارد و توسط يك سنبه فشار دهنده مواد از طريق روزنه هايي در سيستم ر اهگاهي ،به حفرهاي اصلي قالب هدايت مي شود.

قالبهايي كه با اين روش طراحي مي شوند غالبا چند حفره اي ميباشند،به خاطر اينكه از نظرهزينه مقرون بصرفه شوند.

 

انواع روشهاي قالبگيري فشاري از نظر ساختمان قالب

 

ü     قالب فلاش دار (قي) flash die                     

ü     قالب سنبه اي كفي يا پله اي flat die               

ü     قالب مثبت positive die                           

ü     قالب نيمه مثبت semi positive die             

 

لازم به به توضيح است كه اين قالبها بر مبناي اجازه ي ورود مواد به كانال فلاش دسته بندي شده اند  كه در اسلايدهاي بعدي توضيح اضافي داده ميشود .

 

قالبهاي فلاش دار

در اين قالب در اثر فشار حاصل از طرف پرس ،به مواد اضافي اجازه داده ميشود كه به راحتي به كانال فلاش راه پيدا كند . در اين روش قالبگيري ، فلاش معمولا به صورت افقي است .

در اين روش قلبگيري لازم است، علاوه بر هزينه طراحي و ساخت،هزينه اي براي سنگ زدن پليسه حاصل شده در اطراف قطعه در نظر بگيريم .

در واقع يكي از معايب اينگونه قالبها ،همين هزينه اضافي مي باشد.

مزيت اين گونه قالبها در ارزان بودن و ساده بودن آنها است .

كاربرد اين قالبها براي توليد قطعاتي از مواد پلاستيكي با ضريب بالك پايين و قطعاتي كه رعايت ضخامت يكنواخت ديوارهاي آن مهم نباشد،البته يكنواختي ضخامت ديوارها تا حد زيادي به دقت ميله هاي راهنماي قالب بستگي دارد .

 

تعريف ضريب بالك: حاصل تقسيم حجم مواد فرم نگرفته به مواد فرم گرفته را ضريب بالك گويند.

 

 قالب هاي سنبه اي كفي يا پله اي

اين قالبها شبيه  قالبهاي فلاش دار ميباشند ،  با اين  تفاوت كه در اينجا يك محفظه بار دهي به مجموعه قالب اضافه شده است .

پله ي كفي عموما 16/3 اينچ عرض دارد به منظور خروج مواد اضافي كه از بين سنبه و محفظه نشت ميكند.

اين قالبها ،قطعات را با چگالي يا دانسيته بيشتري نسبت به نوع فلاشدار مي سازند.

قطعات با پين هاي كوچك و مقاطع ظريف از اين راه قابل ساخت هستند.

در اين گونه قالبها نيز همانند قالبهاي فلاشدار سنگ زني فلاش يا پليسه با مقدار كمتري نسبت به قبل لازم است.

 

قالبهاي مثبت

در اين قالبها فضاي خيلي كمتري نسبت به دو نوع قبل براي خروج مواد اضافي به داخل كانال فلاش تعبيه شده است .

سنبه در محفظه فالب داراي انطباق كاملا جذب بوده و تلرانس در هر طرف 3 هزارم اينچ ميباشد .

اين قالبها براي قالبگيري مواد با فيلر پارچه اي و قطعات عميق مانند محفظه راديو بكار ميرود  و از هر قالبي براي قالبگيري مواد با فيلر پارچه اي مناسب تر هستند .

مزيت اين قالبها در اين است كه پليسه يا فلاش بصورت عمودي ميبا شد و به سادگي بر طرف ميشود.

مهمترين عيب اين قالبها خراشيدگي محفظه ي قالب توسط سنبه است كه مستقيما اثر آن روي قطعه مشاهده ميشود .

 

قالبهاي نيمه مثبت

اين قالبها متشكل از يك قالب سنبه اي پله دار و يك قالب مثبت هستند .

از اين قالبها براي ساخت قطعات با عمق زياد ،  قطعاتي كه در ته آنها مقاطع بزرگ و    قطعا تي كه در برخي از مقاطعشان اختلاف ضخامت وجود دارد بكار ميروند.پليسه يا فلاش ايجاد شده به راحتي توسط سنگ بر طرف مي شوند.

معمولا براي فرم دادن ملامينها و تركيبات اوره اي از اين نوع قالبها كمك مي گيرند .

لقي بين سنبه و ماترس 1هزارم اينچ در هر طرف است .

معمولا اين گونه قالبه را بصورت چند محفظه اي با محفظه ي باردهي مشترك مي سازند

بطوريكه به آنها قالبهاي ويژه اطلاق ميشود زيرا گاهي حتي بيشتر از  يكصد محفظه درآنها تعبيه شده است.

 

نكته :

مكانيزم توليد قطعه در قالبهايي كه در اسلايد قبل توضيح داده شد براي توليد قطعاتي بود كه در ديواره ي جانبي آنها هيچ گونه حفره يا سوراخ وجود نداشت ،حال اگر بخواهيم قطعاتي را كه ديوا ه ي آنها  داراي حفره يا سوراخ مي باشد  را توليد كنيم لازم است كه اين قالبها را بصورت تكه اي با سنبه ي ماهيچه جانبي و متحرك بسازد.

 

علاوه بر اين مكانيزم با توجه به نياز از مكانيزم صفحه ي بيرون انداز بجاي پينهاي بيرون انداز و مكانيزم فنري نيز استفاده ميشود

 

انواع روشهاي قالبگيري انتقالي از نظر ساختمان:

 

n      قالبهاي لوله راهگاهي

n      قالبهاي پيستوني

 

لازم به ذكر است كه اين تقسيم بندي توسط انجمن مهندسين آمريكا صورت گرفته است.

 

 

قالبهاي لوله راهگاهي

در اين قالب ها پلا ستيك ها بر اثر نيروي وزن خود، از طريق لوله راهگاه به داخل قالب هدايت ميشوند.

 

قالبهاي پيستوني

در اين قالب ها مواد پلاستيكي وارد شده به كانال بارريز توسط پيستون فشرده شده ، تا حدي كه به سطح جدايش قالب فشار وارد ميشود.

 

 

اجزاء ساختماني پلاستيكها (شامل ترموستهاوترمو پلاستيكها)

n      رزين: عنصر چسباننده

n      نرم كننده:اين ماده آلي براي بهبود سختي ، مقاومت ،قابليت ارتجاعي قطعه وسهولت در امر قالبگيري به پلاستيك اضافه ميشود.

n      عنصر فيلر: اين عنصر نقش پر كننده گي دارد و جنس آن ميتواند از گرد چوب، پارچه،سفال وغيره با شد.

n      رنگ: براي بهبود شكل ظا هري محصولات پلاستيكي،به آنها اضافه ميشود.

 

لازم به توضيح است كه ترموستها كلا داراي رزين پلاستيك و عنصر پر كننده بوده وترموپلاستيك ها داراي رزين پلاستيك و رنگ مي باشند،البته ماده ي نرم كننده در هر دو نوع  پلاستيك استفاده   ميشود.

 

 

 

كاربرد قالبهاي انتقالي

n      توليد قطعات با مقاطع پيچيده ويا با ما هيچه هاي جانبي مشگل

n      توليد قطعات با مغزيهاي نازك و پيچيده

n      توليد قطعات با سوراخهاي كوچك و عميق

n      توليد قطعات با چگا لي يكسان تري نسبت به روش قالبگيري فشاري

n      توليد قطعات دقيق

n      توليد قطعات با پليسه كمتر(خصوصا براي مواد ترموست با فيبرپارچه اي )

n      توليد قطعات با وزن سنگينتر مثلا مواد ترموست از جنس ملا مين ،فرم آلدئيد وقطعات با فيبر الياف نساجي.

 

تجهيزات مورد نياز در فرايند قالبگيري فشاري وانتقالي

براي توليد قطعات به روش فشاري نياز به پرسهايي داريم كه :

n      تناژ بالا داشته باشند(معمولا250 تن).

n      به شابلن بار ريز مجهز باشند يا قابليت نسي اين قسمت راد اشته باشند.

n      به سيستم محركه هيدروليكي مجهز باشند(بمنظور تنظيم سرعت حركت پرس).

 

در فرايند قالبگيري انتقالي علاوه بر موارد فوق به پرسهايي با تناژ كمتر و مخصوص نياز داريم.

 

پرسهاي مخصوص به پرسهايي اطلاق مي شود كه بتوانند هم عمل بستن صفحات قالب را انجام داده وعمل بارريزي،فشار وحرارت را تواما بوجود بياورند.

 

 

مزاياي فرآيند قالبگيري فشاري

n      ضايعات كم است(در اين قالبها لوله راهگاه و كانال هدايت مواد وجود ندارد).

n      هزينه تجهيزاتي نسبتا اندك است.

n      عمليات مي تواند بصورت خودكار يا دستي انجام بگيرد.

n      محصول توليد شده كامل مي باشد.

n      جريان مواد در زمان كوتاه انجام شده در نتيجه تنش در قطعه و سائيدگي در قالب كم است.

n      قطعه داراي انسجام و يك پارچگي ساختار ي مي باشد.

n      قطعات طويل به راحتي با اين روش توليد مي شوند.

 

معايب فرايند قالبگيري فشاري

n      قالبگيري قطعات پيچيده دشوار مي باشد.

n      در اين قالبها به قسمتهاي داخلي قالب مثل پين هاي بيرون اندز براحتي آسيب وارد ميشود.

n      ممكن است براي توليد برخي قطعات سيكل زماني از حد استاندارد( 2 الي4 دقيقه)به طور چشمگيري زياد شود.

n      محصولات معيوب در اين روش مجددا قابل باز يابي نيستنند.

 

 

مزاياي فرايند قالبگيري انتقالي

n      در اين فرايند نسبت به روش قبل به فشار كمتري نياز است ،بنابراين ميتوان از پرسهايي با تناژ كمتر استفاده كرد.

n      بعلت فشار كمتر هيچ گونه صدمه اي به قالب و اجزاء داخلي آن وارد نمي شود.

n      در اين روش ميتوان ابتدا مادهي اوليه را گرم كرد و سپس آن را به داخل قالب تزريق نمود كه نتيجه آن بهبودتوزيع دما در ماده اوليه و تشكيل شبكهاي عرضي ملكولي بطور سريع ميباشد .

n      زمان گردش عمليات كاهش يافته كه نتيجتا از عيوب قطعات مي كاهد.

n از طرفي بهبود در جريان مواد در اين قالب ها ،توانايي توليد اشكال پيچيده را فراهم

      مي آورد.

 

 

معايب فرايند قالبگيري انتقالي

n      بعلت اينكه اين قالبها معمولا چند حفره اي ميباشند، هزينه توليد آنها زياد است.

n      اينگونه قالبها بخاطر داشتن كانال بارريز جدا گانه به امكانات ويژه نظير پرسهاي مخصوص نياز دارند.

 

 

نتيجه گيري

با توجه به مزايا و معايب قالبهاي فشاري به اين نتيجه مي رسيم كه فرايند قالبگيري فشاري يك روش كاملا مناسب براي توليد قطعات فشرده،طويل وقطعاتي كه دقت زيادي ندارند ، ميباشد.از طرفي از اين فرايند بطور عمده براي توليد قطعات ترمو ستي استفاده ميشود.

بخاطر اينكه در اين روش قطعاتي با ساختاري فشرده توليد ميشود،امروزه استفاده از اين

روش براي توليد قطعات حساس همچون چرخ اتومبيل روبه افزايش است.

 

 

 

 

منابع و مآخذ

 

  Plastic mold engineering

      Internet

     Plastic mold design

      Plastic mold technology