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).

 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

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).

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.

 قالب گیری فوم ساختاری

امروزه قالبسازی بر مبنای روش های علمی بسیار مهم است. از این رو همواره روش های نوین مورد توجه قرار می گیرد. فرآیند قالب‌ گیری فوم ساختاری ترموپلاستیک نسخه اصلاح‌شده‌ای از فرآیند قالب‌ گیری تزریقی معمولی (قالب تزریق پلاستیک معمولی) است، که قطعات گرمانرم متشکل از پوسته‌های خارجی جامد را بر روی سطوح قالب‌گیری اطراف یک هسته سلولی داخلی (یا فوم) ایجاد می‌کند. فرآیند فوم ساختاری به ویژه برای تولید قطعات گرمانرم نسبتاً ضخیم مناسب است.

توزیع پوسته/هسته فوم/مواد پوسته که از فرآیند فوم ساختاری حاصل می‌شود، برای کاربردهای خمشی ایده‌آل است، زیرا الیاف خارجی (یا پوسته‌ها) در معرض بیشترین تنش‌های کششی و فشاری هستند، در حالی که محور خنثی از قسمت درونی ضعیف‌تر عبور می‌کند. هسته فوم یک سطح مقطع فوم ساختاری معمولی در شکل زیر نشان داده شده است.

فرآیند فوم ساختاری از نقطه نظر تولید نیز مزایای زیادی دارد. این فرآیند قادر به تولید قطعات پیچیده و ضخیم است که اساساً بدون فرورفتگی هستند، سطح استرس داخلی بسیار پایینی دارند و در نتیجه تمایل کمتری به تاب برداشتن یا اعوجاج نشان می‌دهند.

علاوه بر این، نیاز نیروی گیره برای اکثر فرآیندهای قالب‌گیری فوم ساختاری به دلیل فشارهای نسبتاً کم حفره مرتبط با فرآیند، یک مرتبه اندازه ای کمتر از موارد مرتبط با فرآیند قالب‌گیری تزریقی معمولی است.

در نتیجه برای فشارهای حفره کمتر و نیروهای گیره کمتر می‌توان از ابزارهای نرم‌تر (ابزار آلومینیوم یا فولاد نرم برای دوره‌های تولید) استفاده کرد و قطعات بزرگ‌تر (از نظر مساحت پیش‌بینی‌شده) تولید کرد.

در نتیجه این مزایا، فرآیند فوم ساختاری به طور گسترده در ساخت قالب‌های بزرگ، مانند محفظه ماشین‌های تجاری، شاسی، محفظه‌های کامپیوتر، سطل‌های ذخیره‌سازی بزرگ، پالت‌ها و سایر محصولات بزرگ که سفتی خمشی یک نیاز اولیه است، استفاده می‌شود.

فوم های ساختاری همچنین عایق حرارتی بهبود یافته و ویژگی های میرایی خوب صدا را ارائه می دهند. در حالی که اصطلاح کلی “فوم ساختاری ترموپلاستیک” برای توصیف قطعات ترموپلاستیک دارای هسته سلولی و پوسته های یکپارچه استفاده می شود، تعدادی از فرآیندهای قالب گیری وجود دارد که می توان برای دستیابی به این ساختار استفاده کرد.قطعه فوم یکپارچه ساخته شده از پلی پروپیلن تقویت شده با الیاف بلند در شکل زیر نشان داده شده است.

قطعه فوم یکپارچه ساخته شده از پلی پروپیلن تقویت شده با الیاف بلند (منبع: Möller Tech)

شرکت نوآوران علوم مهندسی پویا  متخصص در طراحی و ساخت  قالب های تزریق پلاستیک بر مبنای روش قالبسازی علمی می باشد.