در این مقاله 10 قاعده برای طراحی محصولات پلاستیکی مربوط به قالب¬گیری تزریقی ارائه می¬شود.
1. محل گلوئی و میل¬پران¬ها را به دقت انتخاب کنید.
2. ضخامت دیواره را یکسان طراحی کنید.
3. ضخامت دیواره را تا حد ممکن کم کنید.
4. از شعاع¬های بزرگ استفاده کنید.
5. برای استحکام¬بخشی به جای پشت¬بندهای نواری از انواع خمیده استفاده کنید.
6. قالب را تا حد امکان ساده طراحی کنید.
7. شیب کافی به دیواره¬ی قالب بدهید تا محصول به راحتی خارج شود و از خراشیده شدن سطوح زبر جلوگیری شود.
8. رواداری ابعادی مناسبی را پیش¬بینی کنید و دقت کنید که ابعادی که رواداری کمی دارند توسط یک دیواره¬ی قالب تعیین بعد ¬شوند.
9. از تورفتگی¬ها بپرهیزید.
10. از نقاط ضعیف در قالب¬ و محصول بپرهیزید.
ملاحظات عمومی
پلاستیک¬ها خیلی ارزان نیستند، اما از آنجایی که عملیات ساخت آنها را می¬توان یکپارچه کرد، محصولات پلاستیکی می¬توانند از محصولات فلزی ارزان¬تر باشند. هر چه میزان تولید محصولات پلاستیکی زیادتر باشد قیمت پلاستیک و زمان چرخه تولید مهم¬تر می¬شوند.
پلاستیک¬ها درون قالب در حین فرایند سردکردن جمع می¬شوند. جمع¬شدگی (Shrinkage) گرمانرم¬های بی¬ریخت از جمع¬شدگی بسپارهای نیمه¬بلورین کمتر است چون بسپارهای نیمه¬بلورین به هنگام بلورش متراکم¬تر می¬شوند. جمع¬شدگی در جهت عرضی (خلاف جهت جریان) از جهات دیگر بیشتر است. مذاب پلاستیک در جهت جریان آرایش می¬یابد و در این جهت¬ جمع¬شدگی (Shrinkage) محدود است. جمع¬شدگی در خلاف جهت اکثراً محدود نیست. شعاع مغزی باید کوچک نباشد تا تمرکز تنش کم شود، اما نباید به گونه¬ای نیز باشد که با جمع¬شدگی شود. ضخامت دیواره باید ثابت باشد تا زمان¬ چرخه¬¬ی تولید و تمرکز تنش کاهش یابد.
از عدد فوریه به راحتی می¬توان دریافت که زمان سرد کردن متناسب با ریشه دوم ضخامت است:
(1)
که در آن،
α نشانگر ضریب نفوذ گرمائی [ m2/s ] ،
t زمان [ s ] ،
و h ضخامت دیواره [ m ]
می¬باشند.
بیشتر مشکلات در ارتباط با قالب¬ها با انجام بررسی¬های طراحی در مراحل ابتدایی فرایند طراحی، قابل پیش¬گیری است. اما استفاده از قالب¬هایی که در کشورهای کم¬هزینه ساخته شده¬اند می¬تواند مشکلی عمده پدید آورد.
محل گلوئی¬ها و میل¬پران¬ها
محل گلوئی¬ها، راحتی پر کردن قالب، محل خطوط جوش و میزان کامل بودن محصول تزریقی را تعیین می¬کند. طرحی از این امر در شکل 1 نشان داده شده است و از این شکل می¬توان دریافت که محل گلوئی¬ها اثر بسیار زیادی در خطوط جوش دارد. بهینه کردن محل گلوئی¬ها، با نرم¬افزار شبیه¬سازی پر کردن قالب، به نسبت آسان است. برای بیرون پراندن قطعات قالب¬گیری پیچیده با برجستگی¬ها، دندانه-ها و مشخصه¬های دیگر عموما از میل¬پران¬ها استفاده می¬شود، چون استفاده از آنها اقتصادی و نصب آنها آسان است. با این حال، ممکن است میل¬پران¬ها تنش¬های محلی و کرنش¬های بزرگی را در حین قالب¬گیری در مرحله خارج کردن قطعه ایجاد کنند، که منجر به تغییر شکل قطعه و آسیب دیدن آن می-شود. بنابراین آرایش صحیح میل¬پران¬ها در طراحی قالب بسیار مهم است. در مقاله¬ای ازS. Kwak و همکاران [1] ترتیب و اندازه میل¬پران¬های لازم برای بیرون انداختن قطعه قالب¬گیری شده¬ی گرمانرم، به منظور حداقل کردن تغییر شکل قطعه و آسیب¬دیدگی آن، شرح داده شده است.
ضخامت یکسان دیواره و اختلاف ضخامت¬ها
این مورد در قسمت ملاحظات عمومی نیز ذکر شده است. این امر منجر به بروز مشکلات دیگری می-شود زیرا همان¬طوری که در شکل A2 نشان داده شده است، در گوشه¬ها ضخیم¬شدگی رخ می¬دهد. زمان سرد کردن متناسب با جذر ضخامت است، از این رو طرح نشان داده شده در شکل C2 بهترین راه حل می¬تواند باشد.
در شکل B2 طرحی از یک قاب با ضخامت¬های مختلف دیواره نشان داده شده است. قطعه ضخیم (A)، در قسمت میانی این میله دیرتر از همه جا جامد می¬شود و قسمت¬های عمودی را به داخل می¬کشد. قطعه نازک (B)، در قسمت میانی این قطعه زود تر از همه جا جامد می¬شود و منجر به یک محصول محدب می¬شود. تنها ضخامت یکسان دیواره منجر به یک محصول صاف می¬شود.
ضخامت دیواره تا حد ممکن کوچک
بیشترین ضخامت محصولات پلاستیکی به دلیل تشکیل حباب و افزایش زمان سرد کردن باید کوچک¬تر از 4 تا mm5 باشد. ارجح است که ضخامت دیواره تا حد ممکن کوچک ساخته شود و این امر با ایجاد پشت¬بند و ساختارهای چین¬دار امکان¬پذیر است.
در شکل C2، یک محصول با ضخامت دیواره یکسان نشان داده شده است. برای ایجاد استحکام مشابه، می¬توان از دندانه¬ها استفاده کرد یا همان¬طور که در شکل C2 (قسمت A)، نشان داده شده است، ضخامت بیشتری را به کار برد. در جدول 1 جرم و زمان سرد کردن سه قطعه در استحکام مشابه نشان داده شده است. از جدول 1 می¬توان دریافت که قسمت¬های ضخیم¬تر به زمان سرد کردن و ماده بیشتری نیاز دارند.
تغییرات ناگهانی در ضخامت دیواره
تغییر ناگهانی در ضخامت دیواره نه تنها منجر به ایجاد تمرکز تنش¬های بزرگ می¬شود، بلکه در جریان مذاب نیز اغتشاش ایجاد می¬کند. از این لحاظ طرح A در شکل 3 بدترین و طرح C بهترین می¬باشد چون تغییرات شعاعی در آن به کار برده شده است تغییر ناگهانی در ضخامت ندارد. دانشجویان باید از این حقیقت آگاه باشند که بعضی مواقع قالب¬سازها این شعاع¬ها را رعایت نمی¬کنند، زیرا ساخت این گونه قالب¬ها ارزان¬تر است. این مشکل به خصوص وقتی قالب¬ها در کشورهای کم¬هزینه ساخته می¬شوند، اغلب باید به طور وضوح مشخص شود و ابلاغ این مسأله، یک مشکل است.
تقسیم¬بندی ساده قالب
قطعات قالب¬گیری شده مصرف بسیار زیادی دارند زیرا از آنها محصولاتی را تولید می¬کنند که کمترین عملیات ثانویه را نیاز دارند. بر اساس تعداد سطوح جدا کننده در یک قالب، قالب¬ها به دو دسته قالب-های دو- تکه و قالب¬های چند- تکه تقسیم می¬شوند. قالب¬های چند تکه به قالب¬هایی اطلاق می¬شوند که بیش از یک کفه و در نتیجه بیش از دو جزء جدا کننده دارند. این قالب¬ها می¬توانند قطعات پیچیده¬ای تولید کنند که با استفاده از قالب¬های دو تکه نمی¬توان آنها را درست کرد. آنها استفاده از قالب¬گیری را برای ساخت قطعاتی که از پیش توسط فرایندهای دیگر تولید شده¬اند، قادر می¬سازند. به دلیل این¬که قالب¬های چند- تکه بیشتر از یک سطح جدا کننده دارند، می¬توانند در جهت¬های مختلف از هم تفکیک شوند و لذا برای ساخت قطعات پیچیده¬تری از لحاظ هندسی استفاده شوند. در شکل 4 تعدادی از حالت¬های ممکن تقسیم¬بندی قالب¬ها نشان داده شده است. تقسیم¬بندی پیچیده قالب، A، توصیه نمی¬شود اما راه حل C مؤثر است زیرا تقسیم¬بندی ساده¬ای دارد و در نتیجه:
- قالب ارزان¬تر تمام می شود
- عمر قالب افزایش می¬یابد
- داشتن محفظه¬های بیشتر در چنین قالبی، ساده¬تر است
از سطوح انحنادار استفاده کنید
از شکل C2 دریافتیم که برای به دست آوردن سفتی مشابه، ساختارهای چین¬دار و پشت¬بنددار به مواد کمتری از سطح مقطع¬های ضخیم نیاز دارند.
دانشجویان اغلب برای تشخیص بین سفتی در صفحه یا محوری و سفتی خمشی آموزش ندیده¬اند. برای یک میله با سطح مقطع مستطیلی نسبت بین سفتی محوری kA و سفتی خمشی kB به شکل زیر است:
(2)
برای یک میله با طول mm100 و ضخامت mm4 ، این نسبت بیشتر از 1000 می باشد.
برای سطوح منحنی مانند پوسته¬های نیمه کروی [3]، که در شکل 5 نشان داده شده است، سفتی برابر است با:
(3)
که :
(4)
و C به مقدار a بستگی دارد :
برای یک صفحه خم دایره¬ای، همان¬طور که در شکل 5 نشان داده شده است سفتی به سرعت با افزایش ارتفاع h، افزایش می¬یابد.
به عنوان مثال یک صفحه خم دایره¬ای با شعاع خارجی r=100mm و ضخامت دیواره t=3mm فرض می-شود. به راحتی می¬توان محاسبه کرد که برای یک ارتفاع h=20mm سفتی 8 برابر بزرگ¬تر از یک صفحه دایره¬ای مسطح می¬باشد. هزینه¬های اضافی مواد بسیار کم می¬باشند و قالب به اندازه قالب-های پشت¬بنددار پیچیده نیست و اثر سینی باقی نمی¬ماند.
شیب کافی
محصولات پلاستیکی جمع می¬شوند و لذا روی قسمت¬هایی از قالب را که دربرمی¬گیرند، گیر می¬کنند. با شیب¬دار کردن قسمت پوشیده شده بیرون انداختن با آسیب¬دیدگی محصول و قالب همراه است.
برای محاسبه زاویه شیب سطوح صاف و زبر قوانین کاربردی وجود دارد. برای محصولات کم عمق (H<10mm) زاویه شیب به شکل زیر بیان می¬شود:
(5) (H<10mm)
و برای محصولات بلندتر:
(6) (H<10mm)
برای سطوح زبر با عمق زبری mm02/0 زاویه شیب باید 1⁰ باشد. صیقل و جلا دادن نیز بسیار مهم است.
رواداری ابعادی قابل وصول
رواداری¬های کم بسیار گران تمام می¬شوند. به یاد داشه باشید که محصولات ساخته شده از بسپارهای بی¬ریخت جمع¬شدگی کمتری از محصولات بسپارهای نیمه بلورین دارند. علاوه بر این پرکننده-ها نیز جمع¬شدگی را کم می¬کنند.
هم¬چنین مهم است که برای دستیابی به رواداری¬های کم در ابعاد تنها توسط یک نیمه¬ی قالب تعیین به دست آیند. این موضوع در شکل A9 و B9 نشان داده شده است.
از تورفتگی بپرهیزید
تورفتگی¬ها در مورد A در شکل 7 منجر به قالب گران قیمتی می¬شود چون در این صورت هسته¬های جانبی باید استفاده شوند. راه¬حل¬های طراحی بدون تورفتگی در موارد B و C در شکل 7 نشان داده شده است.
از نقاط ضعیف در قالب و محصولات بپرهیزید
در شکل A-A 8 یک طرح با گوشه¬های تیز و یک سوراخ بست در فاصله دور از دیواره و بدون پشت¬بند نشان داده شده است. این یک طراحی ضعیف است زیرا گشتاور خمشی و تمرکز تنش¬ها در آن بزرگ می¬باشند.
در شکل A-B 8 یک طرح بهبود یافته با شعاع¬های مغزی کافی، یک سوراخ بست نزدیک¬تر به دیواره و یک پشت¬بند برای انتقال منظم¬تر بار اعمال شده به دیواره، نشان داده شده است.
از دیواره¬های نازک در قالب¬ها باید پرهیز کرد چون در اثر سخت شدن قالب، ممکن است در آن ترک به وجود آید. در شکل B-A 8 جهت پیکان به نقطه ضعیف در قالب بین میله و دیواره قالب اشاره می¬کند. در شکل B-B8 ضخامت دیواره قالب افزایش یافته است.
نتایج
حائز اهمیت است که دانشجویان از ارتباط بین طراحی محصول و قالب گیری تزریقی آگاه باشند تا محصولات بهینه¬ای را به دست آورند.
اطلاعات بسیار زیادی در مورد طراحی قالب موجود و در دسترس است، اما در مورد ارتباط بین طراحی محصول و قالب¬گیری تزریقی اطلاعات به مراتب کمتری موجود است.
ارسال نظر برای این مطلب
اطلاعات کاربری
ارتباط با ماشین آلات صنعتیلینک دوستان
آرشیو
پیوندهای روزانه
آمار سایت