دیدگاه روشمند برای تشخیص قطعات تزریقی کوچک

دیدگاه روشمند برای تشخیص قطعات تزریقی کوچک (دیواره نازک)

ماشین‌آلات، مواد و طراحی قالب همگی عواملی به هم پیوسته برای بدست آوردن قطعات دیواره نازک هستند.

انطباق ساده‌ی یک بسپار از گونه‌ي خوش‌سيلان و استفاده از آن در هر ماشین قدیمی، دستور العمل مناسبی برای قالب‌گیری تزریقی موفقیت‌آمیز یک ماده با نسبت طول جریان به ضخامت دیواره برابر با 1: 200-100 نیست. هم‌چنین باید در نظر گرفت که ماده در حین فرآیند در دمای زياد، که معمولا برای قالب‌گیری دیواره‌هاي نازک بکار می‌رود، به چه میزان مقاوم است. به طور کلی حجم تزریقي حداقل معادل با 25% ظرفیت ماشين تزریق را به منظور کاهش اثر زمان اقامت در سیلندر پیشنهاد می‌کنند. سیلندرهای کوچک‌تر سرعت تزریق بالا و فشار مورد نیاز برای قالب گیری دیواره نازک را فراهم می‌کنند. یک پرس 550 تن به طور طبیعی می‌بایست با یک سیلندر 60 اونس تجهیز شود در حالی‌که در یک ماشین دیواره نازک ظرفیت سیلندر 9 اونس است. هم‌چنین قطعات قالب و صفحات نگهدارنده نیاز به ضخیم شدن دارند. پیش بار نگهدارنده حمایتی در مرکز به میزان 0.076 تا 0.127 ميلي‌متر پیشنهاد می‌شود تا نقص و انحنای قطعه را جبران کند.

یکی دیگر از عوامل بسیار مهم، خروج گاز است که باعث سرعت‌های تزریق زياد می‌شود، تمیزکاری و صیقل دادن منافذ خروج گاز نیز ضروری است. طول ناحیه‌ی خروج مواد اضافی برای منافذ اولیه نیز به اندازه‌ی45 هزارم اینچ (حدود 1.14 mm) کافیست، در غیر این صورت گاز از آن عبور نخواهد کرد. صیقل دادن قالب نیز به جریان درون آن کمک می‌کند. گرد كردن گوشه‌ها نیز باعث تفاوت چشم‌گیری خواهد شد. تفاوت بین 0.27 ميلي‌متر و 0.178 ميلي‌متر می‌تواند شگفت‌آور باشد. تا جایی‌که امکان دارد تمایل به کم کردن تعداد گوشه‌هایی است که لبه‌ی جریان در آن نواحی تمایل به چرخش دارد، چرا که این نواحی باعث افت فشار می‌شود. بنابراین موقعیت گلوئي بحرانی و حیاتی خواهد شد.

پین‌های پران بزرگ‌تر نیز برای بیرون انداختن قطعات دیواره نازک ارجحیت دارند، مخصوصا اگر تعداد مشخصه‌های زیادی مثل قسمت‌های مدور یا هر نوع قسمت مقاوم به پران وجود داشته باشد.

قسمت‌های مدور باید تا 100 درصد ضخامت دیواره اسمی اصلی‌شان به حساب آورده شوند تا از شکستن آنها جلوگیری شود که این میزان در قطعات استاندارد 60 درصد است. برای حذف گوشه‌های نوک‌تیز و نواحی بالقوه برای رشد شکاف، می‌بایست سرب ندها را در نواحی مدور و دیگر نواحی وارد کرد. از آن‌جایی‌که بسیاری از محصولات دیواره نازک قطعات قابل حملی مثل تلفن‌های همراه و رايانه‌های دستی هستند بسیار مهم است که آزمایش‌های سقوط دشواری برای آنها اجرا شود.

LPC های خارق‌العاده

بسپار بلور مایع (LCP) بسپاري است که تقریبا برای قالب‌گیری دیواره نازک متولد شد، اما قوانینی که برای فرآیند آن باید رعایت شوند تا حدودی متفاوت هستند. جریان ماده باید از نواحی نازک به ضخیم صورت گیرد بنابراین برش در ابتدا القا می‌شود، در حالی‌که ضخامت دیواره نیز باید ثابت نگهداشته شود. تغییر فقط 2% می‌تواند جهت جریان را تغییر دهد که به معنی از دست دادن فشار و برش می‌شود و هر میزان از تعلل باعث توقف جریان خواهد شد.

از جمله نکات کلیدی طراحی تاثیر گذاشتن روی جریان بلافاصله بعد از گلوئي است تا یک لبه جریان ایجاد کند و از جت‌شدن جلوگیری کند. این کار می‌تواند به سادگی و از طریق قرار دادن گلوئي با حداکثر عمق ممکن در قالب و برخورد به پین هسته یا استفاده از گلوئي‌های دو گانه برای تاثیر گذاشتن جریان‌های مواد جدا یافته روی یکدیگر صورت گیرد.

سامانه راهگاه‌ها نیز باید به گونه‌ای طراحی شوند که در هر شاخه در ابزارهای با چند حفره، جریان بسپار به سمت قالب به تدریج کاهش یابد. این نتایج در برش هنگامی ایجاد می شوند که لبه‌های جریان در تماس با قطعه شروع به سرد شدن می‌کنند. سامانه راهگاه‌ها نیز باید عاری از گوشه‌های تیز باشد. سامانه‌های با راهگاه‌های گرم برای LCP توصیه نمی‌شود چرا که لوله‌های سوراخ‌دار آن خیلی بزرگ هستند و باعث افت فشار می‌شوند. طراحی یک جز که اجازه‌ی افزودن ضایعات بازیافته را می‌دهد نیز از مزایای LCP هاست. الیاف تقویت‌کننده‌ی خرد شده در ضایعات بازیافته می‌توانند به نواحی تنگ‌تر جریان پیدا کنند و اگر فرآیندکارها در قالب‌گیری دیواره نازک LCP موفق باشند، قطعات با استحکام بیشتری را بدست خواهند آورد

راه‌حل‌های نرم افزاری

ابزارهای نرم افزاری زیادی برای کمک به فرآیندکاران در کاهش ضخامت دیواره و بهینه کردن استحکام قطعه وجود دارند که Mode- Frontier یکی از این ابزارهاست. اصولا نرم‌افزار به عنوان یک رابط بین دو یا چند ابزار طراحی مانند تحلیل جریان و تحلیل ساختاری عمل می‌کند و کاربر را قادر به تغییر چندین پارامتر ضخامت دیواره، فشار تزریق و سرعت تزریق می‌سازد و می‌توان اثر این عوامل را روی اهدافی مثل استحکام پیچشی و معیار جمع‌شدگی بررسی کرد. نمایش تصویری نتایج به طراح برای تشخیص راه حل بهینه کمک می‌کند. در این نرم‌افزار طراح ابتدا باید روی کاغد پارامترهایی که مي‌توانند تغییر کند را بنویسند و سپس یک جریان کار را بر اساس بلوک‌های کوچک که هر کدام یک متغیر ورودی را مشخص می کنند، ایجاد کند. سپس نرم‌افزار به طور خودکار پارامترها را تغییر می‌دهد و راه حل بهینه را جستجو می‌کند. اگر یکی از متغیرها ضخامت دیواره باشد، قسمت CAD مربوط به مدل باید برای هر شبیه سازی دوباره مش زده شود اما چون نرم افزار به صورت خودکار عمل می‌کند نیاز به حضور طراح نیست که این یکی از مزیت‌های این نرم افزار است. جواب بهینه هم معمولا در چند تکرار بدست می آید که رسیدن به آن به صورت دستی غیر ممکن است. نرم افزار Moldflow MPI نیز در تعیین ضخامت دیواره موفقیت هایی کسب کرده است. شرکت مهندسی Promold در پاریس این نرم‌افزار را برای آزمایش مجازی با سه گزینه از مواد (پلی کربنات، نایلون، PBT)، پنج ضخامت مختلف قطعه از 0.8 تا 2.15 میلیمتر و شش آرایش مختلف گلوئي برای یک چراغ جلوی خودرو با طراحی وزن اولیه 244 گرم بکار برده است. از جمله محدودیت‌های مربوط به این قطعه عدم وجود خط جوش در اطراف محل نصب چراغ و تولید در یک ماشین قالب گیری 800 تن است. با استفاده از نتایج شبیه‌سازی در نرم‌افزار ماده‌ی PBT با ضخامت دیواره 102 میلیمتر با سامانه پنج گلوئي‌ای راهگاه داغ انتخاب شد که وزن نهایی قطعه 41 درصد کمتر بود. در این مثال می‌بایست وزن کلی وسیله نقلیه را کاهش می‌دادند. واضح است که کاهش 100 گرم از وزن یک چراغ جلوی خودرو به تنهایی اثر مهمی در مصرف سوخت وسیله نقلیه ندارد. اما با توجه به اینکه پلاستیک‌ها 10 درصد وزن‌متوسط وسیله نقلیه را تشکیل می‌دهند، مطرح کردن چنین مثالی نشان از تضمین توانایی بهینه کردند وزن همه محصولات را دارد. با در نظر گرفتن همه قطعات می‌توان یک اثر قابل توجهی را در بازدهی سوخت وسیله نقلیه مشاهده کرد.

واژه‌نامه بسپار

با گونه خوش‌سيلان ---------High – Flow resin grade

نگهدارنده‌های حمایتی -------support pillars

گلوئي -----------------gate

پین‌های پران ------------ejector pins

سرِ جریان -------------flow front

شکاف ---------------notch

سربند ----------------fillet

بسپار بلورمایع ----------liquid crystal polymer

جت شدن --------------jet down

پین هسته --------------Core pin

حفره ----------------cavity

سامانه راهگاه گرم --------Hot runner system

منبع : مجله بسپار