راهنمای مواد پیشرفته قالب گیری تزریقی

در این مقاله، ما شما را راهنمایی می‌کنیم تا ملاحظات ساخت و طراحی صنعتی گزینه‌های مختلف مواد را درک کنید، و پیشنهادات مواد را برای اهداف مختلف طراحی محصول، از جمله مواد پرکننده شیشه و فیبر برای قطعات قوی‌تر، و مواد سیلیکون و پلی‌اورتان برای قطعات انعطاف‌پذیر، ارائه می‌کنیم.

نحوه بدست آوردن قطعات قوی تر: انواع بسته بندی رایج
الیاف شیشه ای
رایج ترین راه برای بهبود خواص مکانیکی مواد پلاستیکی افزودن فیبر شیشه است.الیاف شیشه خواص ساختاری مانند استحکام و سفتی را بهبود می بخشد و انقباض قطعات را کاهش می دهد.آنها نسبتا ارزان هستند و می توان آنها را به اکثر پلاستیک ها اضافه کرد.رزین های پر شیشه می توانند رنگ های مختلفی داشته باشند.
از نظر معایب، الیاف شیشه می تواند قطعات را شکننده کرده و قدرت ضربه را کاهش دهد.الیاف شیشه همچنین عمر مفید قالب را کاهش می دهد و بشکه و نازل دستگاه قالب گیری را فرسوده می کند.رزین پر شده از شیشه همچنین ویسکوزیته مواد را افزایش می دهد و پر کردن قالب را دشوارتر می کند.

فیبر کربن
پرکننده فیبر کربن می تواند خواص مکانیکی مواد پلاستیکی را بهبود بخشد.قطعات پلاستیکی پر از کربن خواص مکانیکی مشابهی با پلاستیک پر شده از شیشه دارند، اما قطعات را قوی‌تر و سبک‌تر می‌کنند.فیبر کربن دارای رسانایی است، بنابراین قطعات پر از کربن عملکرد محافظ الکترومغناطیسی بهتری دارند.فیبر کربن حتی می تواند خواص ساختاری مانند استحکام و سفتی را بهبود بخشد و انقباض قطعات را بیشتر از الیاف شیشه کاهش دهد.
عیب اصلی قطعات پر کربن گران بودن آنهاست.مانند الیاف شیشه، فیبر کربن باعث شکننده شدن قطعات و کاهش استحکام ضربه می شود.کاهش طول عمر قالب و ساییدگی بشکه و نازل دستگاه قالب گیری.فیبر کربن همچنین ویسکوزیته مواد را افزایش می دهد و پر کردن قالب را دشوارتر می کند.به یاد داشته باشید که برای مواد پر کربن، رنگ قطعه به مشکی محدود می شود.برخی از رزین ها نیز به دمای قالب بسیار بالایی نیاز دارند که ممکن است به تجهیزات کمکی گران قیمت نیاز داشته باشد.

طراحی قالب از قطعات پر از فیبر
هنگامی که فیبر شیشه یا فیبر کربن با رزین ترکیب می شود، مدول الاستیک و استحکام کششی پلاستیک به طور قابل توجهی بهبود می یابد، بنابراین قطعات پلاستیکی سخت احساس می شود.یعنی اگر بار سنگینی به قسمت پلاستیکی وارد شود، قسمت پلاستیکی به راحتی تغییر شکل نمی دهد.
با این حال، استحکام ضربه کاهش می یابد و پلاستیک شکننده خواهد شد.سیالیت کم است و انقباض در جهت جریان کوچکتر از عمود بر جهت جریان است.
در طراحی قالب، تعیین میزان انقباض با توجه به جهت جریان پلاستیک دروازه دشوار است.نرم افزار CAD فقط به کاربر اجازه می دهد که انقباض را در جهت های X، y و Z تنظیم کند.این بدان معنی است که اگر اندازه قطعه بزرگ و تلرانس تنگ باشد، ممکن است برخی از ابعاد خارج از تحمل باشد.

راه حل این است که با باقی گذاشتن فولاد قالبی بیشتر از میزان مورد نیاز، ایمنی فولاد قالب را تضمین کنید.پس از اندازه گیری قطعه، به راحتی می توان فولاد قالب را توسط CNC یا EDM از قالب خارج کرد، اما اضافه کردن فولاد به قالب دشوار است.برای این کار باید قالب را جوش داده و سپس فولاد را با استفاده از CNC یا EDM خارج کنید.علاوه بر این، جوشکاری منجر به تغییر شکل قالب می شود که برای عمر قالب یا کیفیت قطعه خیلی خوب نیست.
برای اصلاح بیشتر قالب، اگر اندازه قطعه پلاستیکی خارج از تحمل باشد، باید مقداری فولاد قالب از قالب خارج یا اضافه شود تا شکل یا اندازه قالب تغییر کند.برای جلوگیری از این مرحله، قالب تست آلومینیوم CNC راهی سریع و ارزان برای ساخت قالب، به دست آوردن نمونه قطعات پلاستیکی و مقایسه ابعاد کلیدی قطعات پلاستیکی با محصولات چاپی را ارائه می دهد.اگر هر بعد بحرانی خارج از تحمل باشد، قالب تولیدی باید متناسب با آن تغییر کند (قالب تولیدی بعد از قالب آزمایشی ساخته می شود).هدف از آزمایش قالب تعیین این است که کدام ابعاد از تحمل فراتر می رود و کدام ویژگی های کلیدی مطابق طراحی کار می کنند.هنگامی که مشخص شد که چگونه انقباض های مختلف در جهت های جریان مختلف بر اندازه تأثیر می گذارد، می توان مدل سه بعدی را هنگام ساخت ابزار سخت تنظیم کرد.
مواد پرکننده سریعتر از پلاستیک پر نشده قالب را می سایش می کنند، بنابراین هنگام استفاده از این مواد باید از فولاد سخت شده برای ساختن حفره هسته و درج قالب استفاده شود.HDT (دمای تغییر شکل حرارتی) نیز بالاتر خواهد بود، بنابراین می توان از مواد در محیط با دمای بالاتر استفاده کرد.که سختی جوشکاری اولتراسونیک را افزایش می دهد.
در برخی موارد، الیاف بر روی سطح قطعات پلاستیکی قابل مشاهده شناور می شوند، بنابراین بیشتر قطعات پلاستیکی پر شده برای قطعات داخلی استفاده می شود.برای جلوگیری از این وضعیت، حفره قالب را می توان بافت کرد.

نحوه ساخت قطعات انعطاف پذیر: پلی اورتان (PU) و سیلیکون
مواد پلی اورتان (PU) و سیلیکون روش های مختلفی را برای ساختن قطعات نرم ارائه می دهند.Pu از قالب گیری فشرده و قالب RTV استفاده می کند، در حالی که سیلیکون و TPU از قالب گیری تزریقی استفاده می کنند.عیب اصلی سیلیکون فلاش بودن آن است.هنگامی که فلاش قطع یا بریده می شود، همیشه بقایایی وجود خواهد داشت.علاوه بر این، هنگام قالب گیری تزریقی سیلیکون، قالب باید به جای فرآیند سنتی گرم کردن مواد گرم شود.پردازش TPU قالب‌گیری تزریقی آسان‌تر است و عملکردی مشابه سیلیکون ارائه می‌دهد.

پلی اورتان (PU)
پلی اورتان (PU) به دو دسته تقسیم می شود: پلی اورتان گرما سخت (PU) و پلی اورتان ترموپلاستیک (TPE).تفاوت اصلی بین این دو این است که مواد ترموست در طول پردازش به هم متصل می شوند و قابل استفاده مجدد نیستند.از طرف دیگر پلی اورتان ترموپلاستیک قابل بازیافت است.در اینجا می توانید در مورد مواد ترموپلاستیک و ترموست بیشتر بدانید.
ترموستینگ Pu عمدتاً برای تولید نمونه های اولیه از طریق فرآیندی به نام ریخته گری پلی اورتان یا ولکانیزاسیون در دمای اتاق (RTV) استفاده می شود.ریخته گری اورتان از یک قسمت اصلی پوشیده شده توسط مواد الاستیک سیلیکونی مایع استفاده می کند که در دمای اتاق سخت می شود.هنگامی که سیلیکون سخت شد، Master خارج می شود و در نتیجه یک قالب نرم و انعطاف پذیر ایجاد می شود که می تواند کپی هایی از Master ایجاد کند.

قطعات تولید شده توسط این فرآیند از 30A تا 85D متغیر است.در فرآیند ریخته گری پلی یورتان، فرز اجتناب ناپذیر است.معمولاً اگر قطعه پلاستیکی سفت باشد، فلاش را می توان به صورت دستی برش داد و جای زخم را با سمباده سمباده زد، بنابراین مشخص نیست.با این حال، هنگامی که قطعات به اندازه PU نرم هستند، فرزها را نمی توان به راحتی جدا کرد.Pu نسبت به الاستومر ترموپلاستیک (TPE) و پلی وینیل کلرید (PVC) مقاومت سایشی بهتری دارد، بنابراین می توان از آن برای ساخت چرخ و زیره استفاده کرد.

قطعات پلی اورتان ترموپلاستیک را می توان قالب گیری تزریقی کرد، بنابراین خط جداسازی می تواند بسیار دقیق باشد (بدون سوراخ).سختی پلی یورتان ترموپلاستیک از 65 آمپر تا 85 دی متغیر است، بنابراین رزین می تواند به نرمی لاستیک و به سختی پلاستیک سخت باشد.پلی اورتان های ترموپلاستیک معمولاً برای قالب گیری بیش از حد استفاده می شوند، مانند جک هایی برای تولید سیم های الکترونیکی.در مقایسه با طناب منعطف ساخته شده از PVC یا TPE، طناب انعطاف پذیر ساخته شده از مواد PU ترموپلاستیک دارای نتایج تست ارتجاعی و خمشی بهتری است.

ژل سیلیکا
سیلیکاژل یک رزین ترموست است، بنابراین مقاومت خوبی در برابر حرارت و آب و هوا دارد.سه روش ساخت قطعات سیلیکونی وجود دارد: ریخته گری RTV، قالب گیری فشرده یا تزریق سیلیکون مایع.سیلیکاژل قابل پردازش یا بازیافت نیست.

تولید قطعات انعطاف پذیر
همانطور که در بالا ذکر شد، ریخته گری پلی اورتان رایج ترین روش مورد استفاده برای نمونه سازی با استفاده از مواد نرم است.سختی در حدود 40-50 است.با این حال، تنها تعداد محدودی از نمونه ها را می توان از قالب های پلی اورتان ساخت.
قالب گیری فشرده معمولاً برای تولید انبوه قطعات سیلیکونی معمولی استفاده می شود.برش ها اجتناب ناپذیر هستند و باید به صورت دستی کوتاه شوند.مشتریان هنوز هم می توانند اسکارهایی با ضخامت بیشتر ضخامت های فشرده سازی حرارتی بیش از 0.2 میلی متر ببینند.تعداد کمی از کارخانه ها می توانند ضخامت 0.1 میلی متر را تولید کنند.

به طور کلی، چرخه قالب گیری فشرده چند دقیقه است.مواد قالب معمولاً فولاد با حفره‌های زیاد برای بهبود راندمان تولید است.هنگام طراحی قطعات سیلیکونی، لازم نیست از این قاعده پیروی کنید که نسبت دنده / ضخامت دیوار اسمی کمتر یا مساوی 0.6 باشد.در بیشتر موارد، حتی اگر آندرکات وجود داشته باشد، عمل جانبی در ابزار استفاده نمی شود و می توان به صورت دستی از ابزار انتخاب کرد.
تزریق سیلیکون مایع فرآیندی بسیار شبیه به قالب گیری تزریقی است، اما تفاوت این است که قالب تا دمای بالا گرم می شود.معمولاً زمان سرب طولانی‌تر از قالب‌گیری تزریقی است و قطعات می‌توانند به اندازه قطعات قالب‌گیری تزریقی جزئیات داشته باشند، به این معنی که فرز وجود ندارد یا فرزها بسیار نازک هستند.

شکل زیر نمونه های معمولی با سختی های مختلف را نشان می دهد:
سایر ملاحظات مواد برای قالب گیری تزریقی: سیالیت (ویسکوزیته)
هنگام انتخاب مواد، سیال بودن مواد باید در نظر گرفته شود.برای قطعات بسیار نازک یا قطعات بزرگ، سیال بودن بسیار مهم است.
انواع مختلف رزین سیالیت متفاوتی دارند.درجات مختلفی از رزین وجود دارد.به عنوان مثال، ABS دارای درجه عمومی، درجه جریان بالا و درجه ضربه بالا است.

انواع مختلفی از مواد ABS وجود دارد که خواص مکانیکی و قیمت متفاوتی دارند.برخی از انواع ABS برای ساخت قطعات با سطح براق بسیار مناسب هستند.برخی از مدل ها برای ساخت قطعات آبکاری شده ایده آل هستند.برخی از آنها سیالیت خوبی دارند و برای ساخت قطعات جدار نازک یا قطعات با اندازه بزرگ استفاده می شوند.
به طور کلی، برای رزین های مشابه با گریدهای مختلف، هر چه سیالیت بیشتر باشد، خواص مکانیکی کمتری دارد.شاخص مذاب (MI) نشان دهنده سیالیت رزین است.از رزین سیالیت خوب می توان برای ساخت قطعات پلاستیکی با دیواره نازک مانند جعبه باتری تلفن همراه یا قطعات پلاستیکی بزرگ مانند وان حمام استفاده کرد.
رزین های با سیالیت خوب: LCP، PA، PE، PS، pp.
رزین جریان متوسط: ABS، as، PMMA و POM.
رزین های با سیالیت ضعیف: PC، PSF و PPO.

طراحی ماشین
ملاحظات عملکرد مهندسی تعیین می کند که چه نوع ماده ای باید استفاده شود.رزین های شیشه ای برای اجزای ناهمواری که به مقاومت در برابر سایش و استحکام نیاز دارند، مانند محفظه های کامپیوتر، اسباب بازی ها و سایر کالاهای مصرفی مناسب هستند.در مقابل، مواد پر نشده، مانند ABS یا پلی کربنات، برای قطعات تزئینی که نیاز به استحکام خاصی ندارند، بسیار مناسب هستند.پلی پروپیلن یا پلی اتیلن یک طرح ایده آل برای ظروف یا قطعات با لولاهای متحرک است.
ثبات ابعادی
هنگام طراحی یک قطعه پلاستیکی، باید دقت اتصال بین قطعه و سایر قطعات را در نظر بگیرید.به منظور تناسب دقیق، مهم است که پلاستیک هایی با ثبات ابعادی خوب مانند PC، ABS یا POM انتخاب کنید.در این مورد، PA و PP انتخاب خوبی نیستند، زیرا انقباض، استحکام و انعطاف پذیری برای طراحی قطعه نامطلوب خواهد بود که نیاز به همکاری با سایر قطعات دارد.با این حال، در مواردی که باید از PA یا PP استفاده شود، ممکن است یک عامل هسته‌زا به رزین اضافه شود تا ثبات ابعادی را بهبود بخشد.

قدرت ضربه
استحکام ضربه نشان دهنده چقرمگی یک ماده است - وقتی استحکام ضربه کم باشد، شکننده است.به طور کلی، مقاومت ضربه پلاستیک های بازیافتی کمتر از رزین های تصفیه نشده است.هنگامی که الیاف شیشه و فیبر کربن با رزین ترکیب می شوند، استحکام ضربه کمتر است، اما مقاومت بار و سایش بیشتر است.
هنگامی که یک قطعه پلاستیکی جدید طراحی می شود، مهم است که در نظر بگیرید که چه نوع نیرویی روی قطعه وارد می شود، نیرو چقدر است و فرکانس نیرو.به عنوان مثال، محصولات الکترونیکی دستی ممکن است سقوط کنند، بنابراین مواد پوسته محصول باید PC یا PC / ABS باشد.پلاستیک PC تقریباً بالاترین مقاومت ضربه را در بین پلاستیک های مهندسی معمولی دارد.

مقاومت در برابر آب و هوا و خطی بودن مقاومت در برابر اشعه ماوراء بنفش
هنگامی که پلاستیک در فضای باز استفاده می شود، قطعات پلاستیکی باید مقاومت خوبی در برابر آب و هوا و مقاومت در برابر اشعه ماوراء بنفش داشته باشند.ASA نوعی رزین با مقاومت خوب در برابر آب و هوا و مقاومت در برابر اشعه ماوراء بنفش است.خواص مکانیکی آن مشابه ABS است.
هنگامی که باید از رزین دیگری استفاده شود، اضافه کردن تثبیت کننده اشعه ماوراء بنفش و عامل مقاوم در برابر آب و هوا به رزین اختیاری است.با این حال، هر رزین پلاستیکی باید قبل از استفاده به طور کامل آزمایش شود تا اطمینان حاصل شود که الزامات محصول را برآورده می کند.
اقدامات احتیاطی دما
در هنگام انتخاب رزین نیز مهم است که دما را در نظر بگیرید.هنگامی که موتور کار می کند، دمای محفظه موتور حدود 70 ℃ - 90 ℃ است، بنابراین تمام مواد موجود در محفظه موتور باید این دما را تحمل کنند.