چرخه‌ی‌گرمایی قالب‌های تزریقی کیفیت سطح را افزایش می‌دهد
۱۳۸۸/۱۰/۱۷
در فرآیند قالب‌گیری تزریقی، دمای قالب عامل مهمی در بدست آوردن قطعات با کیفیت بالاست. به طور کلی پذیرفته شده است که دمای بالاتر قالب معمولا منجر به کیفیت سطحی بهتری می‌شود. فناوري قالب گیری گرمایشی/ سرمایشی روشی برای چرخه‌ی گرمایی دمای سطح قالب در مراحل دوره‌ای قالب‌گیری تزریقی است. در این روش لازم است دمای سطح قالب قبل از تزریق تا دمای انتقال شیشه‌ای ماده (Tg) حرارت داده شود. سپس به سرعت قالب را سرد می‌کنم تا قطعه قالب‌گیری شده قبل از خروج از قالب جامد شود.
فرآیند قالب‌گیری گرمایشی/ سرمایشی ظاهر سطح قطعات قالب گیری تزریقی را به شدت بهبود می‌دهد. هم‌چنین می‌توان قیمت‌های سیستم را با محدود کردن عملیات ثانوی مانند ماسه‌پاشي يا آستري‌كشي كه پوشاننده‌ي نقص‌های سطحی هستند کاهش داد. در برخی موارد پوشرنگ‌زني و يا پوشش‌دهي پودری نيز می‌توانند حذف شوند. قالب‌گیری گرمایشی / سرمایشی امکان استفاده از مواد ساختاری تقویت شده با شیشه را در کاربردهایی که سطح بسیار براق مهم است بدست می دهد. سایر مزایای این روش شامل کاهش تنش داخل قطعه قالب گیری شده، کاهش یا از بین رفتن جهش و خطوط جوش قابل مشاهده است.
SABIC innovative Plastics چندین سال پیش در ژاپن روی این فناوري شروع به کارکرد. اولین کاربرد در پایه نگه دارنده ریل باربند خودرو بود که جانشین فلز شد. ماده‌ي Xenog 1760 PC/PBT با 11% الياف شيشه به عنوان جاي‌گزين انتخاب شد ولي سطح قطعه به دليل پديده‌ي جت شدن (Jetting) و خطوط جوش واضح قابل قبول نبود. بعلاوه سطح قطعه به خاطر وجود الیاف شیشه بسیار زبر بود و نیاز به آماده‌سازي سطح پيش از پوشرنگ‌زني داشت. با استفاده از از موادی مانند پلی‌کربنات و آلیاژ های نظیر PC/ABS و PC/PBT فرآیند گرمایش/ سرمایش موجب از بين بردن نواقص سطحي و نياز به ماسه‌پاشي شد. اين فناوري براي بهبود ظاهر در کاربردهایی مانند قاب تلویزیون، صفحات چراغ راهنمایی، وسايل صوتی خودرو و پوشش‌های رايانه و نيز سطح رايانه‌ي كيفي با موفقیت استفاده می‌شود. ماشین‌آلات متداول برای قالب‌گیری تزریقی می‌توانند برای فرایند گرمایش/ سرمایش مورد استفاده قرار گیرند. هرچند برای گرمایش و سرمایش سریع سطح قالب به سامانه‌‌هاي کمکی نیاز است. امروزه از هر دو سامانه آب فوق گرم و بخار استفاده می شود. برخی سامانه‌‌ها نیاز به یک جوش‌آور خارجی برای تولید بخار دارند، در حالی که برخی دیگر بخار را در واحد کنترل خود تولید می‌کنند. در منطقه (اقیانوس) آرام SABIC در مراکز توسعه خود از بخار استفاده می کنند. در مرکز توسعه فرآیند بسپارها (PPDC) در (ماساچوست) شرکت از سامانه آب گرم شرکت Germany s single Temperitechnik )اینجا توسط Karuss Maffei) فروخته شده است که توانایی نقل و انتقال آب در 200 oC را دارد استفاده می‌کند.
برای کنترل کارآمد فرآیند با قالب، ترموکوپلی نزدیک سطح قالب قرارداده مي‌شود تا دما را نشان دهد. قالب تزریق، ماشین قالب‌گیری و کنترل‌کننده‌ی گرمایش/ سرمایش برای رسیدن به یک فرآیند پایدار باید پیوسته و هماهنگ باشند.
در آغاز چرخه‌ی قالب‌گیری، آب فوق گرم یا بخار در ابزار چرخانده می‌شود تا سطوح قالب تا دمای 10 تا 30 درجه بالای دمای Tg بسپار گرم شوند. وقتی این دمای بدست آمده به ماشین تزریق سیگنالی داده می‌شود تا پلاستیک را به داخل حفره تزریق کنند. بعد از اینکه حفره پر شده و مرحله تزریق کامل شده آب سرد در قالب چرخانده می‌شود تا پلاستیک به سرعت و به اندازه‌ی کافی برای خروج سرد شود. از یک شیر جهت تغییر حالت از آب فوق گرم یا بخار به حالت آب سرد و (برعکس) استفاده می‌شود. بعد ازاینکه قطعه سرد شده قالب باز می‌شود و قطعه خارج می‌شود و سامانه دوباره به حالت گرمایش قالب تغییر می‌کند.
نگاه دقیق‌تر به طراحی قالب
تاثیر فناوري گرمایش/ سرمایش به زمان چرخه نهایی به ماده مورد فرآیند و مهم‌تر از آن به طراحی و ساختار قالب بستگی دارد. در زمان مورد نیاز برای گرم و سرد کردن قالب تابع جرم فولاد است لذا بهتر است مقدار فولاد در چرخه‌ی حرارتی کاهش یابد. درونهها و حفره‌ها به جای شکاف دادن صفحات قالب باید در درون آن قرار گیرند تا جرم فولاد به حداقل برسد. برای کاهش اتلاف حرارت و بهبود بازده درونهها در صورت امکان باید از صفحات نگهدارنده درونهها و حفره با استفاده از مواد عایق، مجزا شوند.
علاوه بر کاهش جرم فولاد که متناوبا گرم و سرد می‌شود . باید استفاده از مواد مانند بریلیوم – مس یا سایر آلیاژهای بسیار رسانا برای کاهش زمان سرد و گرم کردن سطح قالب مورد توجه قرار گیرد. هم‌چنین قرار دادن خطوط آب در مجاورت سطوح قالب‌گیری به تسریع زمان پاسخ کمک می‌کند. هرچند در بسیاری مواد شکل هندسی قطعه اجازه چنین کاری نمی‌دهد. سرمایش ساختاری، جایی که الگوی خطوط آب بازتاب شکل هندسی سطح قطعه است، روشی است که به خوبی همراه این فرآیند است.
چندین فناوري مختلف مانند گرمایش توسط لیزر و رسوب مستقیم فلز برای یک آزمایش قالبSABIC با Fast 4M Tooling شرکتی که فرآیند ساخت قالب چند لایه با نام Fast- Form را توسعه داد، همکاری کرد. این فناوري قالب را از توده‌ای از صفحات فولاد توسط برش لیزری و تقویت با مس می‌سازد. این روش به سادگی کانال‌های ساختاری و متراکم سرمایش و هم‌چنین مجراهای خروج را با هزینه پایین می‌سازد. مزایا فناوري گرمایش سرمایش می‌تواند به مقدار زیادی زیبایی قطعات قالب‌گیری تزریقی را افزایش دهد. این بهبود کیفیت به خصوص در موارد قطعات ساخته شده از بسپارهای بي‌ريخت مانند PC و آلیاژهایی نظیر PC/ ABS و PC/ PBT بسیار بیشتر است. هنگامی‌که دمای سطح قالب از دمای Tg یک بسپار بي‌ريخت بیشتر می‌شود. ماده در حین مرحله تزریق پوست نمی‌اندازد و بسپار برای حرکت آزاد است. در نتیجه هنگامی که به سطح قالب می‌رسد برخلاف قالب گیری‌های متدوال جامد و سرد برای مواد پر شده یک لایه نازک بسپاري در سطح خارجی پرکننده را احاطه کرده است در نتیجه براقیت زیاد و سختی و زیر خارجی کم می شود. مطالعات 50 تا 90 درصد بهبود براقیت را نشان می‌دهند. با مواد پر شده با شیشه، 70 درصد بهبود R max از زبری سطح بدست می‌آید. بهینه‌سازی برای مواد غیر پر شده بیشتر از 20 درصد بود.
قالب گیری تزریقی گرمایشی سرمایشی اثري مثبت بر نمایاني خطوط جوش دارد. یک آزمایش قالب برای قالب برای قالب‌گیری سه ماده‌ی متفاوت با استفاده از روش‌های قالب‌گیری گرمایش سرمایش و تکنیک‌های متداول انجام شد. با استفاده از شیوه‌ی متداول عمق خطوط جوش روی سطح از 6 تا 13 میکرون بود. در قطعات قالب گیری گرمایش- سرمایش، خطوط جوش کامل غیر قابل مشاهده بود و عمق برای آنها قابل اندازه‌گیری نبود. این بهینه سازی از عملیات پوشرنگ‌زني در برخی از کاربردهای جلوگیری کرده است.
تنش باقی‌مانده ناشی از قالب‌گیری می‌تواند موجب پیچش ناخواسته و در برخی از موارد زمان عمر کوتاه‌تر قطعه شود. در یک قطعه آزمایش متداول قالب‌گیر شود. تنش باقی‌مانده زیاد بود. استفاده از حلالی که به عنوان عامل ایجاد ترک شناخته شده است. تتراکلرید کربن – باعث ایجاد ترک‌ها در قطعه شد. قطعات قالب‌گیری شده با گرمایش/ سرمایش می‌تواند بصورت بالقوه از گرم کردن قطعات قبل از مصرف جلوگیری کند. مزایای زیادی در کارایی و ظاهر قطعه وجود دارد که از طریق فناوري فرآیند گرمایشی/ سرمایش قابل حصول است. هرچند هزینه‌های اضافی برای این فناوري وجود دارد. این فناوري می‌تواند در سامانه کلی صرفه جویی ایجاد می‌کند. مخصوصا اگر بتواند از عملیات ثانویه گران قیمت جلوگیری کند.
اندی می یک مهندس پروژه در مرکز توسعه فرآیند بسپاری SABIC Innovative Plastics در است. او در 20 سال گذشته روی طراحی ، کارایی قطعه و ا کارکرده است. فرایند قالب گیری گرمایش/ سرمایش ظاهر سطحی قطعات قالب‌گیری تزریقی مانند این قطعات آزمایش ساخته شده از Ver+ on –PC/ABS پر شده با 20 درصد شیشه را به شدت بهبود می دهد.
برای آزمایش‌ها SABIC گرمایش و سرمایش قالب توسط سامانه کنترل دمایGermany Single Temperietechnik به طور منظم تغییر می کند. این دستگاه آب فوق گرم تا دمای 400 F به آب سرد تغییر حالت می دهد.
باز بینی فرآیند گرمایش/ سرمایش نشان می دهد چرخه دما مرتبط به چرخش تزریق است. تزریق در" دمای مجاز" شروع می شود.
تکنیک گرمایش/ سرمایش (راست) با حذف خطوط جریان و رگه‌هاي نقره‌ای در كنسول جلوي خودرو ساخته شده از PC/ABS ظاهر سطحی بهتری ایجاد می کنند.
طرحي از کنترل‌کننده دمای آب که قادر است در یک چرخه قالب تزریق را هم گرم و هم سرد کند.
فرآیند قالب‌گیری گرمایشی/ سرمایشی ظاهر سطح قطعات قالب گیری تزریقی را به شدت بهبود می‌دهد. هم‌چنین می‌توان قیمت‌های سیستم را با محدود کردن عملیات ثانوی مانند ماسه‌پاشي يا آستري‌كشي كه پوشاننده‌ي نقص‌های سطحی هستند کاهش داد. در برخی موارد پوشرنگ‌زني و يا پوشش‌دهي پودری نيز می‌توانند حذف شوند. قالب‌گیری گرمایشی / سرمایشی امکان استفاده از مواد ساختاری تقویت شده با شیشه را در کاربردهایی که سطح بسیار براق مهم است بدست می دهد. سایر مزایای این روش شامل کاهش تنش داخل قطعه قالب گیری شده، کاهش یا از بین رفتن جهش و خطوط جوش قابل مشاهده است.
SABIC innovative Plastics چندین سال پیش در ژاپن روی این فناوري شروع به کارکرد. اولین کاربرد در پایه نگه دارنده ریل باربند خودرو بود که جانشین فلز شد. ماده‌ي Xenog 1760 PC/PBT با 11% الياف شيشه به عنوان جاي‌گزين انتخاب شد ولي سطح قطعه به دليل پديده‌ي جت شدن (Jetting) و خطوط جوش واضح قابل قبول نبود. بعلاوه سطح قطعه به خاطر وجود الیاف شیشه بسیار زبر بود و نیاز به آماده‌سازي سطح پيش از پوشرنگ‌زني داشت. با استفاده از از موادی مانند پلی‌کربنات و آلیاژ های نظیر PC/ABS و PC/PBT فرآیند گرمایش/ سرمایش موجب از بين بردن نواقص سطحي و نياز به ماسه‌پاشي شد. اين فناوري براي بهبود ظاهر در کاربردهایی مانند قاب تلویزیون، صفحات چراغ راهنمایی، وسايل صوتی خودرو و پوشش‌های رايانه و نيز سطح رايانه‌ي كيفي با موفقیت استفاده می‌شود. ماشین‌آلات متداول برای قالب‌گیری تزریقی می‌توانند برای فرایند گرمایش/ سرمایش مورد استفاده قرار گیرند. هرچند برای گرمایش و سرمایش سریع سطح قالب به سامانه‌‌هاي کمکی نیاز است. امروزه از هر دو سامانه آب فوق گرم و بخار استفاده می شود. برخی سامانه‌‌ها نیاز به یک جوش‌آور خارجی برای تولید بخار دارند، در حالی که برخی دیگر بخار را در واحد کنترل خود تولید می‌کنند. در منطقه (اقیانوس) آرام SABIC در مراکز توسعه خود از بخار استفاده می کنند. در مرکز توسعه فرآیند بسپارها (PPDC) در (ماساچوست) شرکت از سامانه آب گرم شرکت Germany s single Temperitechnik )اینجا توسط Karuss Maffei) فروخته شده است که توانایی نقل و انتقال آب در 200 oC را دارد استفاده می‌کند.
برای کنترل کارآمد فرآیند با قالب، ترموکوپلی نزدیک سطح قالب قرارداده مي‌شود تا دما را نشان دهد. قالب تزریق، ماشین قالب‌گیری و کنترل‌کننده‌ی گرمایش/ سرمایش برای رسیدن به یک فرآیند پایدار باید پیوسته و هماهنگ باشند.
در آغاز چرخه‌ی قالب‌گیری، آب فوق گرم یا بخار در ابزار چرخانده می‌شود تا سطوح قالب تا دمای 10 تا 30 درجه بالای دمای Tg بسپار گرم شوند. وقتی این دمای بدست آمده به ماشین تزریق سیگنالی داده می‌شود تا پلاستیک را به داخل حفره تزریق کنند. بعد از اینکه حفره پر شده و مرحله تزریق کامل شده آب سرد در قالب چرخانده می‌شود تا پلاستیک به سرعت و به اندازه‌ی کافی برای خروج سرد شود. از یک شیر جهت تغییر حالت از آب فوق گرم یا بخار به حالت آب سرد و (برعکس) استفاده می‌شود. بعد ازاینکه قطعه سرد شده قالب باز می‌شود و قطعه خارج می‌شود و سامانه دوباره به حالت گرمایش قالب تغییر می‌کند.
نگاه دقیق‌تر به طراحی قالب
تاثیر فناوري گرمایش/ سرمایش به زمان چرخه نهایی به ماده مورد فرآیند و مهم‌تر از آن به طراحی و ساختار قالب بستگی دارد. در زمان مورد نیاز برای گرم و سرد کردن قالب تابع جرم فولاد است لذا بهتر است مقدار فولاد در چرخه‌ی حرارتی کاهش یابد. درونهها و حفره‌ها به جای شکاف دادن صفحات قالب باید در درون آن قرار گیرند تا جرم فولاد به حداقل برسد. برای کاهش اتلاف حرارت و بهبود بازده درونهها در صورت امکان باید از صفحات نگهدارنده درونهها و حفره با استفاده از مواد عایق، مجزا شوند.
علاوه بر کاهش جرم فولاد که متناوبا گرم و سرد می‌شود . باید استفاده از مواد مانند بریلیوم – مس یا سایر آلیاژهای بسیار رسانا برای کاهش زمان سرد و گرم کردن سطح قالب مورد توجه قرار گیرد. هم‌چنین قرار دادن خطوط آب در مجاورت سطوح قالب‌گیری به تسریع زمان پاسخ کمک می‌کند. هرچند در بسیاری مواد شکل هندسی قطعه اجازه چنین کاری نمی‌دهد. سرمایش ساختاری، جایی که الگوی خطوط آب بازتاب شکل هندسی سطح قطعه است، روشی است که به خوبی همراه این فرآیند است.
چندین فناوري مختلف مانند گرمایش توسط لیزر و رسوب مستقیم فلز برای یک آزمایش قالبSABIC با Fast 4M Tooling شرکتی که فرآیند ساخت قالب چند لایه با نام Fast- Form را توسعه داد، همکاری کرد. این فناوري قالب را از توده‌ای از صفحات فولاد توسط برش لیزری و تقویت با مس می‌سازد. این روش به سادگی کانال‌های ساختاری و متراکم سرمایش و هم‌چنین مجراهای خروج را با هزینه پایین می‌سازد. مزایا فناوري گرمایش سرمایش می‌تواند به مقدار زیادی زیبایی قطعات قالب‌گیری تزریقی را افزایش دهد. این بهبود کیفیت به خصوص در موارد قطعات ساخته شده از بسپارهای بي‌ريخت مانند PC و آلیاژهایی نظیر PC/ ABS و PC/ PBT بسیار بیشتر است. هنگامی‌که دمای سطح قالب از دمای Tg یک بسپار بي‌ريخت بیشتر می‌شود. ماده در حین مرحله تزریق پوست نمی‌اندازد و بسپار برای حرکت آزاد است. در نتیجه هنگامی که به سطح قالب می‌رسد برخلاف قالب گیری‌های متدوال جامد و سرد برای مواد پر شده یک لایه نازک بسپاري در سطح خارجی پرکننده را احاطه کرده است در نتیجه براقیت زیاد و سختی و زیر خارجی کم می شود. مطالعات 50 تا 90 درصد بهبود براقیت را نشان می‌دهند. با مواد پر شده با شیشه، 70 درصد بهبود R max از زبری سطح بدست می‌آید. بهینه‌سازی برای مواد غیر پر شده بیشتر از 20 درصد بود.
قالب گیری تزریقی گرمایشی سرمایشی اثري مثبت بر نمایاني خطوط جوش دارد. یک آزمایش قالب برای قالب برای قالب‌گیری سه ماده‌ی متفاوت با استفاده از روش‌های قالب‌گیری گرمایش سرمایش و تکنیک‌های متداول انجام شد. با استفاده از شیوه‌ی متداول عمق خطوط جوش روی سطح از 6 تا 13 میکرون بود. در قطعات قالب گیری گرمایش- سرمایش، خطوط جوش کامل غیر قابل مشاهده بود و عمق برای آنها قابل اندازه‌گیری نبود. این بهینه سازی از عملیات پوشرنگ‌زني در برخی از کاربردهای جلوگیری کرده است.
تنش باقی‌مانده ناشی از قالب‌گیری می‌تواند موجب پیچش ناخواسته و در برخی از موارد زمان عمر کوتاه‌تر قطعه شود. در یک قطعه آزمایش متداول قالب‌گیر شود. تنش باقی‌مانده زیاد بود. استفاده از حلالی که به عنوان عامل ایجاد ترک شناخته شده است. تتراکلرید کربن – باعث ایجاد ترک‌ها در قطعه شد. قطعات قالب‌گیری شده با گرمایش/ سرمایش می‌تواند بصورت بالقوه از گرم کردن قطعات قبل از مصرف جلوگیری کند. مزایای زیادی در کارایی و ظاهر قطعه وجود دارد که از طریق فناوري فرآیند گرمایشی/ سرمایش قابل حصول است. هرچند هزینه‌های اضافی برای این فناوري وجود دارد. این فناوري می‌تواند در سامانه کلی صرفه جویی ایجاد می‌کند. مخصوصا اگر بتواند از عملیات ثانویه گران قیمت جلوگیری کند.
اندی می یک مهندس پروژه در مرکز توسعه فرآیند بسپاری SABIC Innovative Plastics در است. او در 20 سال گذشته روی طراحی ، کارایی قطعه و ا کارکرده است. فرایند قالب گیری گرمایش/ سرمایش ظاهر سطحی قطعات قالب‌گیری تزریقی مانند این قطعات آزمایش ساخته شده از Ver+ on –PC/ABS پر شده با 20 درصد شیشه را به شدت بهبود می دهد.
برای آزمایش‌ها SABIC گرمایش و سرمایش قالب توسط سامانه کنترل دمایGermany Single Temperietechnik به طور منظم تغییر می کند. این دستگاه آب فوق گرم تا دمای 400 F به آب سرد تغییر حالت می دهد.
باز بینی فرآیند گرمایش/ سرمایش نشان می دهد چرخه دما مرتبط به چرخش تزریق است. تزریق در" دمای مجاز" شروع می شود.
تکنیک گرمایش/ سرمایش (راست) با حذف خطوط جریان و رگه‌هاي نقره‌ای در كنسول جلوي خودرو ساخته شده از PC/ABS ظاهر سطحی بهتری ایجاد می کنند.
طرحي از کنترل‌کننده دمای آب که قادر است در یک چرخه قالب تزریق را هم گرم و هم سرد کند.
برگردان: مهندس فرید بهبودی
0 ارسال نظرات:
ارسال یک نظر
با نظرات خود ما را در هر چه بهتر کردن وبلاگ یاری کنید