قالب گیری فوم ساختاری کم فشار (۳)

قالب گیری فوم ساختاری کم فشار (3)

 

بخش سوم توضیحات مربوط به قالب گیری فوم ساختاری کم فشار در ادامه بیان شده است. در قالبسازی علمی آشنایی با اضول طراحی و ساخت انواع قالب های تزریق پلاستیک بسیار مهم می باشد.

عملکرد مکانیکی یک قطعه فوم ساختاری، به ویژه عملکرد ضربه ای، به شدت تحت تاثیر ساختار پوسته/هسته است.

در صورت امکان، قطعات فوم ساختاری باید به گونه ای طراحی شوند که در معرض بارهای خمشی قرار گیرند، جایی که پوسته های جامد یکپارچه تحت تاثیر بالاترین تنش ها قرار می گیرند.

خواص مقاومتی هسته فوم ساختاری داخلی در مقایسه با پوسته های جامد بسیار کاهش می یابد. این می تواند در مناطقی مانند مونتاژ پیچ خود رزوه مشکل ایجاد کند.

اینسرت ها معمولا برای قطعات فوم ساختاری در معرض بارگزاری تکراری توصیه می شود.

بر خلاف قالب‌گیری‌های تزریق جامد معمولی، انحراف و تنش‌های مرتبط با بارگذاری یک طراحی قطعه فوم ساختاری خاص به دلیل عدم قطعیت‌های مرتبط با ساختار پوسته/هسته، پیش‌بینی دشوار است.

رایج‌ترین رویکرد برای پیش‌بینی انحراف، استفاده از مقدار مدول حجیم مرتبط با کاهش چگالی ویژه و ضخامت قطعه است. از طرف دیگر، طراحان می توانند از تئوری خمش لایه کامپوزیتی استفاده کنند، در صورتی که خواص لایه های پوسته و هسته فوم به صورت جدا شناخته شده باشد.

متأسفانه ضخامت و تراکم لایه های جداگانه توسط متخصص قالبسازی از قبل به راحتی قابل پیش بینی نیست.

علاوه بر این، لایه ها به وضوح تعریف نشده اند (یک ناحیه گذار در محل ارتباط هسته جامد / فوم وجود دارد) و در نتیجه، این رویکرد به راحتی اعمال نمی شود.

صرف نظر از روش مورد استفاده، برای طراحان سازه مهم است که بدانند که می تواند تغییرات چگالی بسیار قابل توجهی در سرتاسر قطعه وجود داشته باشد که منجر به تغییرات خصوصیات ناحیه ای می شود.

تغییرات چگالی یک مشکل خاص برای ابزارهای فوم ساختاری چند حفره ای است که به طور یکنواخت پر نمی شوند (به عنوان مثال، قالب های خانوادگی).

رزین های فوم ساختاری گاهی اوقات با الیافی مانند شیشه تقویت می شوند تا سفتی و استحکام بیشتری ایجاد کنند . افزودن الیاف می تواند منجر به رفتار مکانیکی ناهمسانگرد شود، اما منجر به همان درجه انقباض ناهمسانگردی نمی شود که در قالب گیری تزریقی مرسوم پلیمرهای تقویت شده با الیاف رخ می دهد.

درجه ناهمسانگردی ناشی از جهت گیری ناشی از جریان نشان داده شده است که در سطوح بارگذاری فیبر کمتر قابل توجه است (شکل زیر).

قالب گیری فوم ساختاری کم فشار (3) قالبسازی قالب تزریق پلاستیک دقیق پیچیده گیربکس دار کشویی شبیه سازی فرآیند تزریق

 خواص مکانیکی فوم های ساختاری تقویت شده با الیاف تحت تاثیر کاهش چگالی و جهت گیری الیاف است.

شرکت نوآوران علوم مهندسی پویا آماده خدمت رسانی در زمینه های قالبسازی و طراحی و ساخت قالب های تزریق پلاستیک می باشد.

قالب گیری فوم ساختاری کم فشار (۲)

قالب گیری فوم ساختاری کم فشار (2)

 

طراحی و ساخت قالب های تزریق پلاستیک بر اساس روش های علمی (قالبسازی علمی) ممکن می باشد. در ادامه٬ بخش دوم نکات مربوط به قالب گیری فوم ساختاری کم فشار برای علاقه مندان بیان شده است.

ضخامت دیوار مورد استفاده در اکثر کاربردهای فوم ساختاری از حدود 4.0 میلی‌متر (قالب‌گیری فوم ساختاری با دیواره نازک) تا 9.0 میلی‌متر است.

با کاهش چگالی در محدوده 10 تا 35 درصد، اگرچه کاهش تراکم 15 تا 20 درصد رایج‌ترین است.

به طور کلی دستیابی به کاهش تراکم بالاتر با قطعات فوم با دیواره نازک‌تر دشوارتر می‌شود، اما قطعات دیواره نازک‌تر ظاهر سطحی بهتری دارند.

هنگامی که قطعات فوم ساختاری کم فشار دارای ضخامت دیواره متغیر هستند، به طور کلی بهتر است که به بخش نازک‌تر قالب‌گیری وارد شوند، زیرا فشار گاز راحت‌تر بخش‌های ضخیم‌تر حفره را پر می‌کند (شکل زیر).

قالب گیری فوم ساختاری کم فشار (2) بخش دوم قالب تزریق پلاستیک قالبسازی شبیه سازی فرآیند قالب دقیق با کیفیت

نمایش شماتیک یک قالب گیری فوم ساختاری ترموپلاستیک که انتقال ضخامت دیواره مخروطی و جهت جریان مذاب را نشان می دهد.

 

برخلاف قالب گیری تزریقی معمولی، مشکلی با انجماد زودرس بخش نازک بین بخش ضخیم تر و راهگاه وجود ندارد، زیرا این یک فرآیند فوم شات کوتاه است و در این فرآیند٬ بسته بندی نتیجه فشار داخلی گاز است.

بدون شک، مهم ترین محدودیت فرآیند فوم ساختاری معمولی و کم فشار، کیفیت نسبتاً ضعیف سطحی است که قابل دستیابی است.

در حین پر کردن قالب، با عبور توده در حال انبساط مذاب از داخل حفره قالب، حباب ها یا سلول هایی که با سطح قالب در تماس هستند، تمایل به پارگی دارند.

به دلیل مشکلات مربوط به هواگیری و تشکیل پوسته، یک الگوی چرخشی تغییر رنگ و نسبتاً خشن روی سطح قالب شکل می گیرد.

فوم‌های ساختاری دیواره نازک‌تر به دلیل نیاز به فشار پرکننده بالاتر، ظاهر سطحی بهتری دارند، که تمایل دارد سطح چرخان را تا حدی پر کند.

اصلاحات فرآیندی که منجر به سرعت تزریق سریع‌تر می‌شود، ظاهر سطح قطعات فوم ساختاری را بهبود می‌بخشد. با این حال، مشکلات کیفیت سطح یک مسئله اصلی برای ظاهر اکثر قطعات است.

در برخی موارد، ظاهر چرخشی عمداً برای ایجاد ظاهری مانند دانه چوب ایجاد می شود (ابزارهای بافت نیز می توانند استفاده شوند). با این حال، الگوی چرخش خاص/ظاهر سطحی که مورد نظر است، همیشه قابل دستیابی نیست.

در بیشتر موارد، قطعات فوم ساختاری کم فشار که برای کاربردهای ظاهری طبقه بندی شده‌اند، به منظور بهبود ظاهر سطحی رنگ‌آمیزی می‌شوند.

عملیات رنگ آمیزی معمولاً شامل تعدادی مراحل متوالی از جمله سنباده کاری/پرکردن، بتونه کاری، اعمال رنگ اولیه و بافت سطحی است. بنابراین می تواند هزینه قابل توجهی را به قطعه اضافه کند.

علاوه بر این، معمولاً یک تأخیر زمانی بین قالب‌گیری و رنگ‌آمیزی لازم است تا زمان کافی برای خروج گاز قبل از اعمال رنگ فراهم شود.

دستورالعمل‌های طراحی برای قطعات فوم ساختاری از بسیاری جهات شبیه به موارد مرتبط با قطعات قالب‌گیری تزریقی معمولی است (به عنوان مثال، زوایای پخ کافی، و غیره).

سایر نگرانی های پر کردن قالب، مانند خطوط جوش نیز بسیار مهم است.

یکپارچگی خط جوش می تواند یک مشکل خاص در قالب گیری فوم به دلیل مشکلات تخلیه گاز و فشارهای نسبتا کم حفره مرتبط با فرآیند باشد.

موانع جریان مانند آنچه در شکل پایین دیده می شود٬ باید به گونه ای (نسبت به راهگاه) قرار گیرند و طراحی شوند که از جریان در نواحی جوش نازک و تقویت شده جلوگیری شود.

قالب گیری فوم ساختاری کم فشار (2) بخش دوم قالب تزریق پلاستیک قالبسازی شبیه سازی فرآیند قالب دقیق با کیفیت

 ویژگی هایی مانند فرورفتگی ها و اشکال مشابه مانند گریل های کباب پزی باید در جهت جریان تا حد امکان جهت کمک به پر شدن مذاب باشند.

 

جنبه های خاصی از طراحی فوم ساختاری، مانند طراحی ساختاری، به دلیل ماهیت “کامپوزیت” فوم ساختاری پیچیده تر می شود.

مانند قالب‌گیری‌های معمولی، اثرات جهت‌گیری و مورفولوژی ملاحظات مهمی هستند. اما یک طراح فوم ساختاری باید اثرات عواملی مانند ضخامت پوسته، کاهش تراکم کلی و ساختار سلولی را بر روی خواص مکانیکی قالب‌گیری در نظر بگیرد.

شرکت نوآوران علوم مهندسی پویا آماده خدمت رسانی در زمینه های زیر می باشد:

طراحی و ساخت قالب های تزریق پلاستیک
قالبسازی علمی بر اساس علم روز
ساخت انواع قالب های دقیق تزریق پلاستیک در تیراژهای مختلف

قالب گیری فوم ساختاری کم فشار

قالب گیری فوم ساختاری کم فشار

 

فرآیند قالب گیری فوم ساختاری کم فشار (یکی از فرآیند های قالبسازی برای ساخت قالب تزریق پلاستیک) رایج‌ترین فرآیندی است که برای ساخت قطعات فوم ساختاری استفاده می‌شود. این فرآیند را می‌توان با استفاده از پرس‌های قالب‌گیری تزریقی استاندارد یا دستگاه‌های مخصوص قالب‌گیری فوم کم فشار (معمولاً دارای اندازه‌های صفحه بزرگتر، ظرفیت گیره کاهش یافته، صفحات بزرگتر، اندازه شات بزرگتر و قابلیت تزریق سریع‌تر) انجام داد. قطعات فوم ساختاری امروزه در صنعت به صورت گسترده مورد استفاده قرار می گیرند.

این فرآیند قالبسازی اصلاح‌شده معمولاً با پلیمرهایی مانند HDPE، PP، ABS، PC، مخلوط‌های ABS/PC و PPO اصلاح‌شده استفاده می‌شود، اگرچه تقریباً هر ماده ترموپلاستیک را می‌توان به این روش پردازش کرد.

رزین های مورد استفاده در فرآیند قالب گیری فوم کم فشار حاوی مقدار کمی عامل دمنده یا کف کننده هستند، معمولاً یک عامل دمنده شیمیایی (CBA) دارای دمای تجزیه است که با دمای پردازش رزین پایه مطابقت دارد. در طول پردازش، این CBA ها تجزیه می شوند تا حجم زیادی گاز (دی اکسید کربن، نیتروژن و غیره) تولید کنند تا عمل کف کردن را فراهم کنند.

در موارد خاص به جای CBA از مواد دمنده فیزیکی یا گاز فشرده استفاده می شود. رزین مورد استفاده برای این فرآیند را می توان به عنوان یک فوم ساختاری از پیش ترکیب شده حاوی CBA خریداری کرد، یا CBA را می توان در محل با استفاده از دسته های اصلی از پیش ترکیب شده (حاوی غلظت بالاتر CBA)) یا با مخلوط کردن خشک پودر CBA به طور مستقیم با گلوله های رزین پایه اضافه کرد.

در حالی که روش‌های اخیر مراحل پردازش و جابجایی اضافی را معرفی می‌کنند، به یک پردازنده اجازه می‌دهند تا به راحتی غلظت عامل دمنده را در فرمول برای هر کاربرد تغییر داده و بهینه کند.

رزین‌های فوم ساختاری همچنین ممکن است حاوی افزودنی‌های دیگری مانند پودرهای معدنی ریز تقسیم‌شده باشند که به عنوان عوامل هسته‌زا برای ارتقای ساختار یکنواخت سلول فوم اضافه شده‌اند.

فرآیند فوم ساختاری کم فشار یک فرآیند شات کوتاه است که با پلاستیک سازی سیستم مواد رزین/CBA شروع می شود (معمولاً بسته به اندازه حفره، ضخامت حفره و کاهش چگالی مورد نظر، شات 10 تا 35 درصد کوتاه است).

در طی پلاستیک سازی، CBA از نظر حرارتی تجزیه می شود تا گازی تولید کند که بیشتر آن در محلول باقی می ماند و در این مرحله از پردازش تحت فشار قرار می گیرد. سپس شات کوتاه به سرعت به داخل حفره قالب تزریق می شود. هنگامی که حباب های گاز در نزدیکی سطح فرو می ریزند، پوست ها تشکیل می شوند، زیرا آنها به سطح قالب فشار می آورند.

حفره قالب به خوبی تهویه می شود و گازهای در حال انبساط به فشار دادن شات کوتاه به انتهای حفره (ایجاد هسته فوم) ادامه می دهند تا پر شدن کامل شود. پس از پر شدن، فشار گاز به طور مساوی در تمام جهات فشار می‌آورد و با سرد شدن قطعه، پوسته‌های جامد را در مقابل سطح قالب قرار می‌دهد و به طور موثر علائم سینک را از بین می‌برد.

در مقایسه با فرآیند معمول قالب تزریق پلاستیک ، تنش‌های انقباض و تاب خوردگی برای فرآیند فوم ساختاری کم فشار بسیار کاهش می‌یابد. این به دلیل فشارهای نسبتا یکنواخت حفره و انطباق برشی هسته فوم است.

با این حال، بسته به هندسه قطعه و شرایط پردازش مورد استفاده، ممکن است گرادیان (شیب تغییرات) چگالی قابل توجهی در طول جریان وجود داشته باشد. قبل از پرتاب، قطعه باید تا حدی خنک شود که استحکام کافی برای مقاومت در برابر تنش‌های ناشی از پرتاب را داشته باشد و فشار داخلی گاز، که بر خلاف قالب‌گیری به کمک گاز، نمی‌تواند خارج شود. فشار گاز باقیمانده می تواند باعث پس دمیدن (افزایش ضخامت قطعه پس از پرتاب) شود، اگر قطعه به اندازه کافی سفت نباشد.

در حالی که فرآیند فوم ساختاری با فشار پایین قادر به تولید قالب‌های بزرگ، ضخیم، سفت، بدون فرورفتگی و تقریباً بدون تنش است، اما در مقایسه با فرآیند قالبسازی تزریقی معمولی دارای معایبی نیز می‌باشد.

دیواره‌های فوم نسبتاً ضخیم‌تر مرتبط با قالب‌گیری فوم ساختاری، ناگزیر منجر به افزایش قابل توجهی در زمان چرخه قالب‌گیری می‌شود. دیوار ضخیم تر همچنین ممکن است منجر به افزایش مصرف مواد شود زیرا کاهش چگالی ممکن است کمتر از افزایش ضخامت دیوار باشد (در مقایسه با یک دیوار نازک تر اما قالب گیری جامد معمولی آجدار).

قالب گیری فوم ساختاری کم فشار قالب تزریق پلاستیک قالبسازی تیراژ محدود تیراژ بالا قالبسازی دقیق پیچیده ارزان مناسب

نمونه ای از قطعات فوم ساختاری

شرکت نوآوران علوم مهندسی پویا در زمینه قالبسازی ٬ ساخت و طراحی انواع قالب های تزریق پلاستیک فعالیت های گسترده ای دارد. جهت سفارش و استعلام قیمت با ما تماس حاصل فرمایید.