قالب تزریق پلاستیک: طراحی، اجزا و راهنمای فرآیند

a چیست قالب تزریق پلاستیک ?

قالب تزریق پلاستیک یک ابزار ماشینکاری دقیق است که به پلاستیک مذاب شکل نهایی خود را می دهد. مواد گرمانرم مذاب یا ترموست تحت فشار بالا به داخل یک حفره بسته تزریق می‌شوند، جایی که سرد می‌شوند و در قسمت نهایی جامد می‌شوند و سپس برای استفاده یا پردازش بیشتر خارج می‌شوند. قالب به خودی خود سرمایه برترین عنصر فرآیند قالب گیری تزریقی است - یک قالب تولیدی در فولاد ابزار سخت شده P20 یا H13 می تواند از 5000 دلار برای یک ابزار نمونه اولیه ساده تک حفره تا بیش از 500000 دلار برای یک قالب پیچیده خودرو با چند حفره هزینه داشته باشد - اما یک بار ثابت شود که صدها قطعه چند بعدی با هزاران قطعه قابل تولید است. دقت

قالب گیری تزریقی فرآیند غالب برای تولید قطعات پلاستیکی با حجم بالا در سطح جهانی است. صنایع متکی به قالب‌های تزریق پلاستیک شامل خودروسازی (پانل‌های ابزار، روکش درها، گیره‌ها، محفظه‌ها)، لوازم الکترونیکی مصرفی (قاب‌های تلفن، اتصال دهنده‌ها، محفظه‌ها)، دستگاه‌های پزشکی (سرنگ‌ها، اجزای IV، محفظه‌های تشخیصی)، بسته‌بندی (درپوش، درب‌ها، ظروف جدار نازک)، و سخت‌افزارهای صنعتی و اتصالات، سخت‌افزارهای اتصالات صنعتی (سرپیچ) می‌شوند.

قالب تزریق پلاستیک چگونه کار می کند: چرخه قالب گیری

هر چرخه تولید از یک دنباله تکراری پیروی می کند که بسته به ضخامت دیواره قطعه، مواد و راندمان خنک سازی قالب معمولاً در 5 تا 60 ثانیه تکمیل می شود:

1. بسته شدن قالب: دو نیمه قالب - سمت هسته (متحرک) و سمت حفره (ثابت) - تحت تناژ کافی برای مقاومت در برابر فشار تزریق بسته می شوند، معمولاً 1 تا 5 تن بر سانتی متر مربع از سطح قسمت پیش بینی شده
2. تزریق: پلاستیک مذاب که بسته به ماده تا دمای 200 تا 320 درجه سانتیگراد گرم می شود، از طریق سیستم اسپرو و رانر با فشارهای 700 تا 1400 بار به داخل حفره تزریق می شود.
3. بسته بندی و نگهداری: پس از پر شدن اولیه، مواد اضافی در حفره تحت فشار ثابت بسته بندی می شود تا انقباض حجمی را با سرد شدن پلاستیک جبران کند.
4. خنک کننده: این بخش در قالب جامد می شود و توسط کانال های آبی که در دمای 10 تا 60 درجه سانتی گراد در گردش هستند خنک می شود. زمان خنک کننده 50 تا 70 درصد کل زمان چرخه در اکثر برنامه ها را تشکیل می دهد
5. باز شدن و خروج قالب: قالب باز می‌شود و پین‌های اجکتور، آستین‌ها، یا صفحات استریپر قسمت را از هسته خارج می‌کنند. سپس قالب بسته می شود تا چرخه بعدی شروع شود

کاهش زمان چرخه اهرم اصلی برای بهبود بهره وری قالب گیری تزریقی است. کاهش 10 ثانیه ای در زمان چرخه در قالب 16 حفره ای که 24 ساعت در روز کار می کند بیش از 138000 قطعه اضافی در سال را نشان می دهد. طراحی مدار خنک‌کننده – کانال‌های خنک‌کننده منسجم تولید شده توسط پرینت سه‌بعدی فلزی اکنون قادر به کاهش ۲۰ تا ۴۰ درصدی زمان خنک‌سازی در مقایسه با کانال‌های حفاری معمولی هستند – تأثیرگذارترین متغیر مهندسی است.

آناتومی قالب تزریق پلاستیک: اجزای کلیدی

یک قالب تزریق تولیدی ده ها جزء دقیق را یکپارچه می کند. درک عملکرد هر کدام برای طراحی قالب، عیب یابی و نگهداری ضروری است.

حفره و هسته

حفره (امپرسیون زن) و هسته (امپرسیون نر) با هم هندسه بیرونی و درونی قسمت قالب‌گیری شده را مشخص می‌کنند. در یک قالب دو صفحه ای، حفره در نیمه ثابت و هسته در نیمه متحرک قرار می گیرد. پرداخت سطح حفره به طور مستقیم کیفیت سطح قطعه را تعیین می کند - برای سطوح نوری یا آرایشی به SPI A1 (Ra 0.012-0.025 میکرومتر) پرداخت شده، با EDM یا اچ شیمیایی برای زیبایی‌شناسی مات یا دانه چرم بافت شده، یا با روکش ماشینکاری استاندارد برای سطوح داخلی/عملکردی باقی مانده است.

سیستم دونده

سیستم دونده، پلاستیک مذاب را از نازل دستگاه به نقاط ورودی دروازه هر حفره هدایت می کند. سیستم های دونده سرد - کانال‌های ماشین‌کاری شده در سطح جداسازی قالب - به مواد اجازه می‌دهند تا با هر بار شلیک جامد شوند و باید به‌عنوان ضایعات (راننده) یا دوباره آسیاب و بازیافت شوند. سیستم های دونده داغ کانال های رانر را در دمای مذاب از طریق منیفولدهای بخاری تعبیه شده حفظ کنید، ضایعات رانر را به طور کامل حذف کنید و زمان چرخه سریعتر را ممکن کنید. سیستم‌های دونده داغ 5000 تا 50000 دلار به هزینه قالب اضافه می‌کنند، اما در تولید با حجم بالا، به‌ویژه با رزین‌های مهندسی گران قیمت، توجیه اقتصادی دارند.

دروازه

دروازه نقطه ورودی منقبض است که از طریق آن پلاستیک از رانر به داخل حفره جریان می یابد. نوع دروازه و محل آن تصمیمات طراحی حیاتی هستند که بر تعادل پر، محل قرارگیری خط جوش، تنش پسماند و ظاهر آرایشی تأثیر می‌گذارند. انواع دروازه‌های متداول شامل دروازه‌های لبه‌ای، دروازه‌های زیردریایی (تونلی) است که به طور خودکار در هنگام خروج از دروازه خارج می‌شوند، دروازه‌های نقطه‌ای در قالب‌های سه صفحه‌ای، و دروازه‌های سوپاپ در سیستم‌های دونده داغ که تمیزترین بقایای دروازه را فراهم می‌کنند.

سیستم خنک کننده

کانال‌های آب حفر شده یا آسیاب شده درون بلوک‌های هسته و حفره، مایع خنک‌کننده را برای استخراج گرما از قسمت انجماد می‌کنند. طراحی مدار خنک کننده باید به توزیع یکنواخت دما در سطح قالب برسد - تغییرات دمایی بیش از 5 تا 10 درجه سانتیگراد بین مناطق باعث انقباض تفاضلی، تاب خوردگی و علائم فرورفتگی می شود. درج بریلیم-مس در مناطق ایزوله حرارتی (دنده های نازک، هسته های عمیق) استفاده می شود که در آن کانال های خنک کننده معمولی نمی توانند به آنها دسترسی پیدا کنند و گرما را 4 تا 6× سریعتر از فولاد ابزار هدایت می کنند.

سیستم تخلیه

پس از باز شدن قالب، پین های اجکتور که توسط مکانیزم صفحه ای هدایت می شوند، قطعه را از هسته خارج می کنند. قطر پین، محل و شمارش باید طوری مهندسی شود که نیروی بیرون را بدون علامت گذاری یا اعوجاج قطعه توزیع کند. آستین های اجکتور در اطراف هسته های استوانه ای استفاده می شود. صفحات استریپر خروجی یکنواخت را برای قطعات با دیواره نازک یا ظریف فراهم می کنند. علائم پین اجکتور همیشه در سمت اجکتور قطعه وجود دارد - قرار دادن آنها در مناطق غیر آرایشی یا غیر کاربردی یک اصل اساسی طراحی قالب است.

اقدامات جانبی: اسلایدها و بالابرها

ویژگی هایی که زیر بریدگی ایجاد می کنند - هندسه ای که از بیرون ریختن مستقیم کشش جلوگیری می کند - به اجزای قالب متحرک نیاز دارد. اسلایدها (که توسط پین های زاویه دار یا سیلندرهای هیدرولیک هدایت می شود) با باز شدن قالب به طرفین بکشید تا زیربرهای خارجی مانند سوراخ ها، نخ ها و گیره ها پاک شود. بالابرها اجزای اجکتوری زاویه دار هستند که در حین پرتاب به صورت مورب حرکت می کنند تا زیر برش های داخلی را پاک کنند. هر اسلاید یا بالابر پیچیدگی مکانیکی و هزینه را به قالب اضافه می کند و سطوح سایش آنها در تولید با حجم بالا نیاز به نگهداری منظم دارد.

انتخاب فولاد قالب: مطابقت مواد با حجم تولید

درجه فولاد ابزار بر اساس حجم قطعه مورد انتظار، ساینده بودن مواد پلاستیکی، سطح مورد نیاز و بودجه انتخاب می شود. گزینه های اصلی:

رزین های پر شیشه، پر از مواد معدنی و مقاوم در برابر شعله به طور قابل توجهی ساینده و خورنده تر از گریدهای پر نشده هستند. قالب‌هایی که از 30 درصد نایلون پر از شیشه (PA6-GF30) یا 20 درصد PBT پر از شیشه استفاده می‌کنند، برای دستیابی به عمر قالب قابل قبول، به سطوح H13 سخت شده یا نیترید P20 نیاز دارند - همان قالب در P20 استاندارد ممکن است پس از 50000 عکس با ترکیبات ساینده، سایش حفره‌ای قابل مشاهده را نشان دهد.

قالب های تک حفره ای در مقابل قالب های چند حفره ای در مقابل قالب های خانوادگی

شمارش حفره یک تصمیم اساسی اقتصادی و مهندسی در طراحی قالب است:

• قالب های تک حفره ای تولید یک قطعه در هر چرخه - کمترین هزینه ابزار، ساده ترین برای متعادل کردن و نگهداری، مناسب برای قطعات بزرگ، هندسه پیچیده، یا حجم سالانه زیر 50000 قطعه
• قالب های چند حفره ای تولید چندین قطعه یکسان در هر چرخه (2، 4، 8، 16، 32، یا 64 حفره معمول است) - زمان دستگاه را در قطعات بیشتر در هر شات مستهلک می کند، و به طور چشمگیری هزینه واحد را در حجم های بالا کاهش می دهد. به تعادل دقیق دونده نیاز دارد تا همه حفره ها به طور همزمان پر شوند
• قالب های خانوادگی تولید قطعات مختلف در یک چرخه واحد - معمولاً برای مجموعه هایی استفاده می شود که در آن اجزا باید در مجموعه های همسان ساخته شوند. پر کردن متعادل دشوارتر است و یک حفره ممکن است زمان چرخه دیگران را محدود کند

مرز اقتصادی بین قالب 1 حفره و 4 حفره - محاسبه هزینه ابزارآلات بالاتر که با زمان کمتر دستگاه هر قطعه جبران می شود - معمولاً بین 200000 تا 500000 قطعه سالانه بسته به زمان چرخه، نرخ ساعتی دستگاه و هزینه رزین کاهش می یابد. فراتر از 1 میلیون قطعه سالانه، ابزار 8 تا 16 حفره معمولاً برای قطعات کوچک تا متوسط ​​قابل توجیه است.

نقص های رایج قالب گیری تزریقی و علل مرتبط با قالب آنها

بسیاری از مشکلات کیفیت قطعه به جای پارامترهای پردازش به تنهایی به طراحی یا شرایط قالب باز می گردد. درک علل ریشه ای قالب، عیب یابی سریع تری را امکان پذیر می کند:

• عکس های کوتاه (پر ناقص): اندازه دروازه ناکافی، دریچه های مسدود شده که از خروج هوا جلوگیری می کند، یا سطح مقطع دونده بسیار کوچک برای ارائه سرعت جریان کافی قبل از یخ زدن مذاب
• فلش: خط جداکننده فرسوده یا آسیب دیده، تناژ گیره ناکافی برای منطقه پیش بینی شده، یا تخلیه بیش از حد زمین - پلاستیک مذاب از حفره در سطح جداکننده یا شیارهای دریچه خارج می شود.
• علائم سینک: خنک کننده ناکافی در بخش های دیوار ضخیم، فشار بسته بندی ناکافی که از دروازه های کم اندازه منتقل می شود، یا مدار خنک کننده هسته بسیار دور از سطح
• Warpage: دمای غیر یکنواخت قالب باعث انقباض دیفرانسیل می شود. محل دروازه نامتقارن؛ زاویه کشش ناکافی باعث کشش بیرون رانده می شود که قطعه را مخدوش می کند
• خطوط جوش: در جایی رخ می دهد که دو جبهه جریان پس از جریان در اطراف یک مانع (سوراخ، باس، درج) به هم می رسند - که با تغییر موقعیت دروازه برای تغییر زاویه ملاقات جبهه جریان یا با افزایش دمای قالب در ناحیه جوش تقویت می شود.
• چسبیدن / بیرون ریختن دشوار: کشش ناکافی بر روی هسته های عمیق، پین های اجکتور فرسوده یا نامناسب، سطح پین اجکتور ناکافی برای نیروی بیرون راندن مورد نیاز، یا سطح بسیار صاف در کشش های عمیق (سطوح صیقلی می تواند چسبندگی خلاء ایجاد کند)

قوانین طراحی قالب تزریق پلاستیک: اصول کلیدی

طراحی موثر قالب با طراحی قطعه برای قالب‌گیری آغاز می‌شود. تاثیرگذارترین دستورالعمل های طراحی که پیچیدگی قالب و نقص قطعه را کاهش می دهد:

• ضخامت یکنواخت دیوار: تغییرات در ضخامت دیواره باعث ایجاد نرخ های خنک کننده متفاوت می شود که منجر به ایجاد لکه های فرورفتگی در بخش های ضخیم و حفره های داخلی می شود. دیوارهای هدف در 25% ضخامت اسمی در سراسر قطعه. انتقال به تدریج که در آن تغییرات ضخامت اجتناب ناپذیر است
• زوایای پیش نویس: تمام دیوارهای عمودی موازی با جهت باز شدن قالب به حداقل 0.5 تا 1 درجه در هر طرف برای خروج آسان نیاز دارند. سطوح بافت دار به ازای هر 0.025 میلی متر عمق بافت به 1 تا 3 درجه کشش اضافی نیاز دارند
• دنده ها و باس ها: ضخامت دنده باید 50 تا 60 درصد ضخامت دیواره مجاور باشد تا از ایجاد علائم فرورفتگی در سطح مخالف جلوگیری شود. قطر بیرونی باس باید 2 تا 2.5× قطر داخلی باشد و دارای ضخامت هایی برای توزیع بار باشد.
• شعاع گوشه: گوشه های داخلی تیز باعث ایجاد غلظت تنش در قطعه می شوند و سایش حفره را تسریع می کنند. حداقل شعاع داخلی 0.5 میلی متر، ترجیحاً 25-75٪ ضخامت دیواره
• کمینه سازی Undercut: هر آندرکاتی که نیاز به اسلاید یا بالابر دارد، 1500 تا 8000 دلار به هزینه قالب و یک نقطه نگهداری بالقوه اضافه می کند. طراحی مجدد قطعات برای از بین بردن زیر بریدگی ها از طریق خطوط تقسیم، تنظیم هندسه متناسب با ضربه یا قرار دادن سطح جداکننده استراتژیک، هزینه و پیچیدگی ابزار را کاهش می دهد.