راهنمای نهایی برای طراحی و تولید قطعات تزریقی با کیفیت بالا

در حال حاضر به اطراف خود نگاه کنید. چه شما در یک دفتر نشسته باشید، رانندگی کنید، یا از یک دستگاه آشپزخانه استفاده کنید، شما توسطقطعات تزریقاز محفظه موش کامپیوتری تان تا دنده های پیچیده داخل چاپگر، این فرآیند تولید ستون فقرات تولید پلاستیک مدرن است.

قالب بندی تزریقی به طور گسترده ای به عنوان موثرترین روش برای تولید انبوه قطعات پلاستیکی به دلیل توانایی آن در ایجاد هندسه های پیچیده با دقت بالا و قابل تکرار در نظر گرفته می شود.انتقال یک قطعه از یک مفهوم روی یک صفحه نمایش به یک شی فیزیکی در دست شما نیاز به حرکت در یک پیچیدگی پیچیده از انتخاب های طراحی، علوم مواد و محدودیت های مهندسی.

در این راهنمای جامع، پیچیدگی های تولید را از بین خواهیم برد.قطعات تزریقما اصول طراحی حیاتی را که از شکست های گران قیمت جلوگیری می کنند، مقایسه محبوب ترین مواد ترموپلاستیک، عیب های رایج،و شما را با دانش برای بهینه سازی تولید خود را برای هر دو هزینه و کیفیتاین که آیا شما یک طراح محصول، یک مدیر خرید یا یک مهندس تولید هستید، این راهنما نقشه راه شما برای تسلط بر هنر قالب بندی تزریقی است.

برای طراحی قطعات بهتر، ابتدا باید فیزیک فرآیند را درک کنیم. قالب گذاری تزریقی یک چرخه گرم کردن، تزریق و خنک کردن است.اما متغیرهای مربوط به درجه حرارت، فشار، سرعت جریان و زمان خنک شدن باید به طور کامل هماهنگ شوند.

1. قفل کردن:قبل از تزریق هر نوع پلاستیک، دو نیمه قالب (قلب و حفره) باید به طور ایمن توسط واحد کلیمپ بسته شوند. نیروی مورد نیاز بسیار زیاد است، اغلب در تن محاسبه می شود.برای مقاومت در برابر فشار پلاستیک ذوب شده.

2. تزریق:گلوله های پلاستیکی از یک هپر به یک بشکه گرم کننده وارد می شوند. یک پیچ متناوب گلوله ها را به جلو حرکت می دهد، با استفاده از اصطکاک و باند های گرم کننده برای ذوب پلاستیک. پیچ سپس به عنوان یک قوچ عمل می کند.تزریق پلاستیک ذوب شده به قالب بسته از طریق نوزل.

3. خنک کننده:هنگامی که پلاستیک به فلز سرد قالب می رسد، شروع به جامد شدن می کند. این طولانی ترین قسمت چرخه است.قطعات تزریقبه طور خاص ضخامت دیواره مدت زمان این مرحله را تعیین می کند.

4. خارج کردن:پس از اینکه قطعه به اندازه کافی خنک شده است تا شکل خود را حفظ کند، قالب باز می شود و پین های اخراج کننده قطعه را از حفره قالب بیرون می کشند.

در تولید حجم بالا، زمان پول است. کاهش زمان چرخه فقط دو ثانیه می تواند هزاران دلار را در یک دوره تولید یک میلیون واحد صرفه جویی کند.طراحي قطعاتي که سريع خنک بشن و به طور تمیز خارج بشن براي موفقيت مالي خيلي مهمه.

شایع ترین دلیل تاخیر در پروژه ها و تجاوز از بودجه، طراحی ضعیف است.قطعات تزریقبه گونه ای که تولید آن ها آسان و ارزان باشد.

اگر یک قاعده طلایی در قالب گیری تزریقی وجود داشته باشد، این است:نگه داشتن ضخامت یکنواخت دیوار.

• چرا مهمه:پلاستیک ذوب شده از مسیر کمترین مقاومت جریان می یابد. اگر یک قطعه دارای ضخامت های متفاوت باشد، پلاستیک ابتدا مناطق ضخیم را پر می کند و مناطق نازک آخرین، یا برعکس،که باعث خنک شدن نامناسب می شود.

• عواقب:خنک شدن نامتناسق منجر به استرس های داخلی می شود که منجر به انحراف (نکشی) یا نشانه های غوطه ور شدن (شکاف در سطح) می شود.

• بهترین روش:دیوارها را یکنواخت نگه دارید. اگر باید از ضخیم به نازک تغییر کنید، به جای یک قدم ناگهانی، به تدریج از یک شیب عبور کنید.

مسمومیت، مخروط کاری است که بر روی دیوارهای عمودی قطعه اعمال می شود. شما به ندرت زاویه 90 درجه ای را در یک قطعه پلاستیکی قالب بندی می بینید.

• وظيفه:وقتی پلاستیک خنک می شود، کوچک می شود و هسته قالب را محکم می گیرد.اصطکاک بین قطعه و قالب در طول پرتاب آنقدر زیاد است که باعث ایجاد نشانه های کشیدن یا نشانه های فشار پن پرتاب کننده می شود..

• قانون استاندارد:حداقل 1 تا 2 درجه کشش را روی تمام سطوح عمودی اعمال کنید. برای سطوح بافت دار (مانند پایان دانه های چرم) ، ممکن است به 3 تا 5 درجه یا بیشتر نیاز داشته باشید.

به جای اینکه یک قطعه کامل را ضخیم تر کنند تا قدرت آن افزایش یابد (که باعث افزایش زمان خنک شدن و هزینه می شود) ، طراحان از ریب ها استفاده می کنند.

• طراحي دنده:ضلع ها به عنوان پشتیبانی های ساختاری عمل می کنند. با این حال، اگر ضلع بیش از حد ضخیم باشد که به دیوار اصلی متصل می شود، باعث ایجاد یک علامت سینک در طرف مقابل (بسته "A" یا سمت قابل مشاهده) می شود.

• قانون 60 درصد:ضخامت یک دنده در پایه آن نباید بیش از 60٪ از ضخامت دیواره نامی قطعه باشد.

• رئیسان:این پروپوزول های استوانه ای هستند که برای پیچ ها یا مونتاژ استفاده می شوند. مانند دنده ها، نباید بیش از حد ضخیم باشند. دنده های مستقل باید با دنده ها برای ثبات به دیواره های جانبی متصل شوند.

یک undercut یک ویژگی است که مانع می شود قطعه به طور مستقیم از قالب خارج شود (به عنوان مثال، یک سوراخ در طرف یک جعبه، یا یک قفل snap-fit).

• فاکتور هزینه:زیر برش ها به مکانیک قالب پیچیده ای نیاز دارند که به نام "فعالیت های جانبی" یا "سلائید" نامیده می شوند. این ها برای شکل دادن به ویژگی و قبل از باز شدن قالب به بیرون می روند.

• نکته طراحی:اگر ممکن است، بخش را دوباره طراحی کنید تا از قطعات جلوگیری شود. به عنوان مثال، استفاده از یک طراحی "شوت آف" که هسته و حفره برای ایجاد یک سوراخ متصل می شوند، می تواند نیاز به یک اسلاید را از بین ببرد.کاهش قابل توجهی هزینه ابزار.

انتخاب مواد مناسب برایقطعات تزریقهزاران نوع رزین در دسترس هستند، اما آنها به طور کلی به دو دسته تقسیم می شوند: پلاستیک کالایی و پلاستیک مهندسی.

این ها معمولاً ارزان تر هستند و برای کالاهای روزمره استفاده می شوند.

• پلی پروپیلن (PP):

  • مشخصات:مقاوم به مواد شیمیایی، انعطاف پذیر، سخت و مقاوم به خستگی (بسیار عالی برای "مربعات زنده").

  • کاربردها:ظروف غذايي، بامپر هاي خودرو، بسته بندي هاي پزشکي.

• پلی اتیلن (PE):

  • چگالی بالا (HDPE):قوی، سفت و مقاوم در برابر آب و هوا برای جعبه ها و سطل ها استفاده میشه

  • کم چگالی (LDPE):انعطاف پذیر و شفاف استفاده می شه برای پوشش و فشار بطری ها

• پلی استیرین (PS):

  • HIPS (پولی استیرین با تاثیر بالا):سخت و سفت اما مي تونه شکننده باشه

این ها دارای خواص مکانیکی و حرارتی برتر هستند اما هزینه بیشتری دارند.

• آکریلونیتریل بوتادین استیرین (ABS):

  • مشخصات:مقاومت عالی در برابر ضربه، سختی و پایان سطح. به راحتی رنگ و چسبیده می شود.

  • کاربردها:بلوک های "لگو"، محفظه های کامپیوتر، پانل های داخلی خودرو.

• پلی کربنات (PC):

  • مشخصات:فوق العاده محکم، مقاومت بالا در برابر ضربه، و به طور طبیعی شفاف است.

  • کاربردها:عینک ایمنی، لنزهای چراغ جلو خودرو، شیشه های ضد گلوله

• نایلون (پلی آمید - PA):

  • مشخصات:قدرت مکانیکی بالا، اصطکاک کم و مقاومت خوب در برابر فرسایش اغلب با فیبر شیشه ای تقویت می شود.

  • کاربردها:دنده ها، بشينگ ها، زپ تاي ها، قطعات اتومبيل زير هود

• پلی اکسی متیلن (POM / Acetal):

  • مشخصات:سفتی بالا، اصطکاک کم و ثبات ابعاد عالی.

  • کاربردها:دنده هاي دقيق، لاکنگ ها، زپ ها

برای محیط های شدید، مواد مانندPEEK(پلی اتریتر کتون) یاآخريناین مواد می توانند در برابر دماهای بالا و مواد شیمیایی تهاجمی مقاومت کنند و اغلب جایگزین قطعات فلزی در فضاپیما و کاربردهای پزشکی می شوند.

قالب گذاری تزریقی استاندارد فقط آغاز است. چندین تکنیک پیشرفته برای ایجاد تخصصی وجود داردقطعات تزریق.

این شامل شکل دادن یک ماده روی ماده دیگر است.

• مثال:دستگیره حفاری الکتریکی: ابتدا بدن پلاستیکی سخت (سربست) شکل داده می شود و یک چسب لاستیکی نرم (TPE) بر روی آن شکل داده می شود.

• سود:مراحل مونتاژ را حذف می کند، چسبندگی را بهبود می بخشد و جذب شوک را فراهم می کند.

قبل از تزریق پلاستیک، یک قطعه از قبل ساخته شده (معمولا فلزی) در قالب قرار می گیرد.

• مثال:ورودی های مس باریک در داخل یک محفظه پلاستیکی.

• سود:رشته های فلزی قوی برای پیچ ها بدون نیاز به گرمایش پس از پردازش فراهم می کند.

گاز نیتروژن در کنار پلاستیک به قالب تزریق می شود. گاز از مسیر کمترین مقاومت (بخش های ضخیم تر) پیروی می کند و آنها را تخلیه می کند.

• سود:بخش های قوی، ضخیم و توخالی با وزن کم و بدون نشانه های سینک ایجاد می کند. معمولا برای دستگیره های بزرگ و قطعات مبلمان استفاده می شود.

حتی با طراحی کامل، نقص ها در طول تولید رخ می دهد.قطعات تزریقو دانستن چگونگی اصلاح آنها برای کنترل کیفیت ضروری است.

• توضیحات:گودال های کوچک یا شکاف در سطح قطعه، معمولاً در بالای بخش های ضخیم مانند دنده ها یا لبه ها یافت می شوند.

• علت:قسمت داخلی بخش ضخیم آهسته تر از پوست بیرونی خنک می شود.

• راه حل:ضخامت دنده / لبه را کاهش دهید، فشار بسته بندی را افزایش دهید یا زمان خنک شدن را افزایش دهید.

• توضیحات:پلاستیک اضافی نازک که از خط جدایی قالب (خیاط) خارج می شود.

• علت:نیروی کلیمپ خیلی کم است تا قالب را در برابر فشار تزریق بسته نگه دارد یا قالب فرسوده می شود.

• راه حل:افزایش حجم کلیمپ، بررسی تراز قالب، یا کاهش فشار تزریق.

• توضیحات:قطعه ناقص است؛ پلاستیک کل حفره را پر نکرد.

• علت:اندازه مواد ناکافی، فشار تزریق بسیار پایین، یا یخ زدن پلاستیک قبل از پر کردن بخش های نازک.

• راه حل:درجه حرارت ذوب شدن، سرعت تزریق یا فشار را افزایش دهید.

• توضیحات:یک خط قابل مشاهده جایی که دو خط جریان پلاستیک ذوب شده با هم ملاقات می کنند و همبسته می شوند.

• علت:اجتناب ناپذیری وقتی پلاستیک در اطراف یک سوراخ یا مانع جریان دارد.

• راه حل:در حالی که اغلب زیبایی هستند، اما می توانند نقاط ضعف باشند. محل دروازه را برای تغییر جایی که جبهه ها ملاقات می کنند، یا افزایش دمای برای اطمینان از ادغام بهتر، تغییر دهید.

• توضیحات:قطعه بعد از خنک شدن پیچیده یا خم شده است.

• علت:خنک شدن نامنظم ناشی از ضخامت دیواری نامنظم یا طراحی نامناسب کانال خنک کننده در قالب.

• راه حل:طراحی مجدد قطعه با دیوارهای یکنواخت. زمان خنک شدن را تنظیم کنید یا از وسایل برای نگه داشتن شکل قطعه در حالی که کاملا خنک می شود استفاده کنید.

هزینه هایقطعات تزریقبه دو دسته اصلی تقسیم می شود:هزینه ابزار(شکل) وقیمت قطعه(هزینه واحد)

قالب گران ترین سرمایه گذاری اولیه است، که از 3000 دلار برای یک قالب نمونه اولیه ساده تا 100،000 دلار برای یک قالب تولید چند حفره ای است.

• هندسه ي ساده:برای هر قطعه زیر نیاز به یک اسلاید یا لیفتر است که هزاران دلار به هزینه ابزار اضافه می کند.

• پوشش سطحی:پولیش آینه با درخشندگی بالا مستلزم ساعت ها کار دستی است. یک فرآوری استاندارد یا بافت سبک به طور قابل توجهی ارزان تر است.

• تعداد حفره ها:ساخت قالب تک حفره ای ارزان تر است اما تولید قطعات آهسته تر است. قالب چند حفره ای هزینه بیشتری دارد اما قیمت واحد را برای حجم های زیاد به طور قابل توجهی کاهش می دهد.

• مواد رو به حداقل برسونيد:برای کاهش وزن قطعه از ریب ها و هسته ها استفاده کنید. پلاستیک به پوند فروخته می شود؛ قطعات سبک تر ارزان تر هستند.

• زمان چرخه:همان طور که قبلاً ذکر شد، زمان خنک شدن باعث می شود که زمان چرخه بیشتر شود.

• اتوماسیون:استفاده از ربات ها برای انتخاب قطعات و بسته بندی آنها می تواند هزینه های نیروی کار را در قیمت نهایی کاهش دهد.

پایداری دیگر یک کلمه ی محبوب نیست بلکه یک نیاز است.قطعات تزریق.

• بازپرداخت:اسپروها، رانرها و قطعات رد شده می توانند خرد و با مواد تازه مخلوط شوند. استفاده از 10 تا 20٪ از دوباره خرد کردن یک عمل رایج است که ضایعات را بدون از دست دادن کیفیت کاهش می دهد.

• پلاستیک های زیستی:مواد مشتق شده از نشاسته ذرت یا قصاب شکر (مانند PLA) برای کاربردهای خاص مناسب تر می شوند، اگرچه اغلب مقاومت گرما کمتری نسبت به پلاستیک های مبتنی بر نفت دارند.

• طراحی برای جداسازی:طراحی قطعات که می توانند به راحتی از مواد دیگر جدا شوند (مانند ورودی فلزی) در پایان عمر محصول به تسهیل بازیافت کمک می کند.

تولید با کیفیت بالاقطعات تزریقترکیبی هماهنگ از هنر و مهندسی است. با یک طراحی هوشمندانه شروع می شود که به جریان پلاستیک ذوب احترام می گذارد، از طریق انتخاب دقیق مواد مناسب برای محیط استفاده نهایی حرکت می کند.,و از طریق کنترل دقیق فرآیند تحقق می یابد.

با پیروی از اصول DfM، شما می توانید نقص هایی مانند نشانه های سینک و ورودی را کاهش دهید.درک تعادل بین سرمایه گذاری ابزار و قیمت واحد به شما اجازه می دهد تصمیمات استراتژیک را که به نفع خط پایین شما.

با پیشرفت تکنولوژی، با ادغام قالب های چاپی سه بعدی برای نمونه سازی و نظارت بر فرآیند مبتنی بر هوش مصنوعی، قابلیت های قالب بندی تزریقی فقط گسترش خواهد یافت.اصول اساسی که در این راهنما ذکر شده است، همچنان پایه موفقیت است..

آیا آماده اید که طراحی محصول خود را به زندگی بیاورید؟ اجازه ندهید چالش های تولید راه اندازی شما را متوقف کند.امروز با گروه مهندسي ما تماس بگيريدبرای یک بررسی رایگان DfM از فایل های CAD 3D خود را.قطعات تزریقبرای هزینه، کیفیت و سرعت.

سوال اول:زمان پیشبرد معمولی برای قطعات قالب بندی تزریقی چیست؟پاسخ اول:زمان های تحویل بسته به پیچیدگی قالب متفاوت است. قالب های نمونه ای می توانند در عرض 1-2 هفته آماده باشند، در حالی که قالب های پیچیده،قالب های تولید حجم بالا به طور معمول 6-10 هفته طول می کشد تا قبل از ارسال قطعات تولید و آزمایش شود.

سوال دوم:چطور می توانم بین چاپ سه بعدی و قالب گذاری تزریقی انتخاب کنم؟جواب دوم:استفاده از چاپ سه بعدی برای حجم های کم (1-50 قطعه) و نمونه سازی سریع که در آن هزینه ابزار بسیار بالا است.یا حجم بالاتر (100+ قطعات) که هزینه واحد به طور چشمگیری کاهش می یابد.

سوال سوم:بعد از ساخت قالب، می توانم طرح قطعه ام را تغییر دهم؟جواب سوم:بستگی دارد. حذف فلز از قالب (برای اضافه کردن پلاستیک به بخش) نسبتا آسان است.تغییرات "محافظی از فلز" ◄ اضافه کردن فلز به قالب (برای حذف پلاستیک از قطعه) ◄ دشوار و گران است، اغلب نیاز به جوش و جوش یا ورودی قالب جدید دارد.

• انجمن مهندسان پلاستیک (SPE)

• انجمن صنعت پلاستیک - داده ها و آمار

• MatWeb - داده های ملکیت مواد

• راهنمای کامل برای نمونه سازی سریع

• ABS در مقابل پلی کربنات: مقایسه مواد

• محاسبه هزینه ابزار برای پروژه های جدید