بخشی از مقاله
چکيده:
اين آناليز قادر است انواع قالب گيري را براي مواد كامپوزيت ترموست با الياف تقويت شده بررسي كند. در اين قسمت، ارتباط لازم بين هندسه قالب، خواص مواد، شرايط حاكم بر پروسه مشخص ميشود.
از جمله موارد مهم و حياتي براي شبيه سازي عبارتند از:
1ـ هندسه سطحي دو ابزار در فرمت IGES نياز است.
2ـ مشخص كردن شرايط پروسه از قبيل:
* موقعيت شارژ
* موقعيت ماهيچه وسنبه و پينهاي(پران، بيرون انداز)
* گره‌هاي ثابت و نقاط مرجع (راهگاه كش)
* آناليز ساختاري جايگذاري‌ها
اين شبيه‌سازي بر اساس روش المان محدود پايه‌ريزي شده است. كه براي پروسه ايجاد شبكه‌بندي اوليه از يك مدل توپر با هندسه‌اي كه فرمت IGES دارد، استفاده ميشود.
بعد از اينكه شبكه‌بندي ايجاد شد، شرايط فرايند براي مدل‌سازي آماده ميشود.
• شرايط شبيه سازي فرايند و قالبگيري عبارتند از:
1ـ ايجاد المان محدود براي نمايش سطوح نيم‌صفحه‌اي.
2ـ الگوي پرشدن قالب براي قالبگيري فشاري
3ـ پيش‌بيني جهت‌گيري الياف.
4ـ فرايند Curing و انتقال گرمايي.
5ـ آناليز چروكها و انقباضات و تابيدگي‌هاو تركها.
6ـ آناليز ساختاري.
يك آناليز ديناميكي ـ حرارتي براي المان محدود روي كاسه چراغ انجام ميشود كه توسط نرم‌افزار شبيه‌سازي ميشود. توسط نرم‌افزار، خواص مواد ناهمسانگرد از طريق قطعه محاسبه ميشود. در اين قسمت، جريان القا شده ناهمسانگرد، مي‌تواند در داخل قطعه و در همه جاي آن كاملاً محسوس باشد كه اگر بجاي آن از فرضيه همسانگرد استفاده شود، نتايج سرشار از اشتباه بدست خواهد آمد.
قالب گيري فشاري
تاريخچه :
تاريخ به ياد ندارد مبنا و مبدأ هنر قالب سازي را، اما اولين كاربرد قالبگيري فشاري به عنوان يك فرايند در قرن 19 يعني زماني كه توماس هانكوك يك فرايند براي قالبگيري لاستيك ابداع كرد. اختراع اوليه پروسه قالبگيري، در 1870 در ايالات متحده، توسط john wesley و Isaiahs. Hayatt به ثبت رسيده است. Dr. LeoH. در 1908 رزينهاي فنل فرمالدهيد را به عنوان اولين ماده قالب گيري مورد استفاده در قالب گيري فشاري معرفي كرد.
1-1 تكنولوژي قالب گيري فشاري :
دو تكه از قالب، يك محفظه را مي‌سازد كه به شكل قطعه دلخواه توسط ماشينهاي ابزار توليد شده است. قالب گرم ميشود و مقدار مشخصي از مواد قالب گيري (مواد شارژ قالب) در درون نيمه پاييني تحت بار قرار داده ميشود. دو قسمت قالب، تحت فشار يكديگر مي‌رسند. تركيبي از مواد مختلف، بوسيله گرما، نرم ميشود، و يك جرم به هم پيوسته، به فرم محفظه، ايجاد ميشود. اين جرم به هم پيوسته سخت ميشود تا حدي كه بدون هيچ پيچشي از داخل قالب باز شد، برداشته ميشود.اگر پلاستيك از مواد ترموست باشد، سختي ماده تحت فشار، با افزايش گرما، بيشتر ميشود و اگر پلاستيك از مواد ترموپلاستيك باشد، سختي ماده تحت فشار، با سردكردن آن، كاهش مي‌يابد. قالبگيري فشاري به طور كلي براي مواد ترموست استفاده ميشود و براي مواد ترموپلاستيك رايج نيست (قالب گيري ترزيقي براي ترموپلاستيكها استفاده ميشود.)
2-1آشنايي اجمالي با مواد مورد استفاده در فرايند قالب گيري فشاري
الف - مواد ترموست:
تركيبات شيميايي هستند كه بوسيله فرايند تركيب رزين با پركننده‌ها، رنگدانه‌ها، مواد رنگي، روانكارها و غيره بدست مي‌آيند در حالي كه آماده براي قابلگيري نهايي هستند. اين مواد يا تركيبات قالبگيري بيشتر به صورت پورد يا به شكل گرانول يا كروي هستند كه داراي ضريب بالك بين محدوده (2-8) هستند. اين مواد در برابر حرارت تغيير شكل داده و پس از سردشدن، سخت مي‌شوند و با حرارت دوباره قابل بازيافت نيستند. مواد با ضريب بالك پايين‌تر آنهايي هستند كه تركيبات پودر چوب يا تركيبات معدني به عنوان پركننده دارند. در حالي كه مواد با ضريب بالك بالاتر پركننده‌هايي مانند گروه نايلون يا كتون و نخ تاير،شابر برشگر و براي هر استحكام موثر، الياف شيشه‌اي دارند.
مواد ترموست تركيبي از مواد زير مي باشند :
1ـ رزين فنل فرمالدهيد
2ـ رزين اوره فرمالدهيد
3ـ رزين ملامين فرمالدهيد
از پركننده‌هاي معمول ترموستها مي‌توان به مواد طبقه‌بندي شده زير اشاره كرد :
مواد با ضريب بالك پايين:
1ـ پودر چوب
2ـ تركيبات معدني يا پركننده‌ها
مواد ضريب بالك بالا:
ـ گروه نايلون‌‌ها ـ گروه كتونها ـ سيم تاير ـ شابر يا برشگر (sisal)
مواد مهم ديگر ترموستها، رزينهاي آلكيد يا پلي‌استر همراه با پلي‌استرهايي مثل: آزبست، كتون، اليافهاي كتون، الياف شيشه‌اي، رزينهاي پلي استر در تركيب با شيشه و يا الياف sisal، به طور گسترده در قالبگيري با فشار پايين استفاده ميشود. رزينهاي سيليكون و اپوكسي همچنين در تركيب با پركننده‌ها،براي كاربردهايي كه نيازمند مقاوم بودن نسبت به گرما و رطوبت است، استفاده مي‌شوند.
اين مواد در قالبگيري نياز به ارتباط مستقيم دو فاكتور گرما و فشار هستند به طوري كه گرما، تركيبات را گرم مي‌كنند، تا نرم شده و شبيه بتونه شوند و فشار باعث جريان يافتن و انتشار به درون دو نيمه قالب (در حالي كه بسته است)، ميشود.استفاده از گرما و فشار بيشتر از حالت قبل، باعث ميشود كه تركيبات تحت يك واكنش به نام پليمريزاسيون قرار بگيرند.در جايي كه آنها هماهنگ با شرايط گداز‌پذيري و حل‌نشدني در اين حال باشند، نام ترموست را مي‌گيرند.
• قالب گيري فشاري مواد ترموست:
فرايند متراكم‌سازي مواد ترموست به واكنش Cure منتهي ميشود كه اين واكنش، يك شبكه به هم پيوسته‌اي از مولكولها را تشكيل مي‌دهد. شارژهاي ترموست به طور نوعي در دماي اتاق داخل قالب قرار مي‌گيرند و يا بعد از چند ثانيه گرم كردم، درون قالب قرار مي‌گيرند.
سطح قالب در يك دماي بالا با شارژ تماس پيدا ميكند و عمل curing اتفاق مي‌افتد. رزين موجود در تركيب ترموست يك لايه ويسكوز مي‌سازد. و تركيب تحت فشار اعمالي از طرف قسمت بالاي قالب، جريان مي‌يابد.
در طي قالبگيري فشاري تركيب، به علت اينكه موقعيت لغزش بين سطح قاب و تركيب وجود دارد ، به طور يكپارچه، در راستاي ضخامت تغيير شكل مي‌دهد . اين موقعيت لغزش، نتيجة شكل گرفتن لايه لزج است كه به طور كوتاه مدت بعد از گرم شدن بوجود مي‌آيد. مركز جريان تحت تنشهاي برشي خيلي كمي قرار دارد.
ب - ترموپلاستيكها:
اين مواد نيز تركيبات شيميايي هستند اما آنها قبل ازآنکه داخل قالب قرار بگيرند، همه واكنشهاي شيميايي را انجام مي‌دهند، آنها معمولاً به شكل گرانول هستند. با ضريب بالك تقريباً 2 ،اين مواد به داخل قالب جريان پيدا مي‌كنند و تحت فشار و حرارت، شكل محفظه‌اي به خود مي‌گيرند. انواعي از مواد ترموپلاستيك، استات سلولز، بوتيرت استات سلولز، اتيل پلي‌استايرن، وينيلها، PVC، پلي‌استايرن كوپليمر استيرن، نايلون، پلي‌اتيلن، فلور كربنها.
• تركيب ترزيق و فشاري:
براي قالب گيري ترموپلاستيكهايي كه پيوندهاي عرضي محكم دارند، اين نوع تركيب گاهي اوقات مفيد و مقرون به صرفه است قالب از مواد نرم شده بوسيله گرما، توسط ترزيق پر ميشود و سپس بوسيله نيروي فشاري سنبه ، فشرده ميشود. اين استفاده بهينه از فشار در طي خنك‌شدن، گسترش چروكيدگي‌ها و تابيدگي‌ها را كاهش مي‌دهد.
جزئيات روش قالب گيري مواد ترموست بوسيله يك توصيف از قالبگيري مواد فنول فرمالدهيد پوشش داده ميشود. البته از جمله موادي كه بوسيله قالبگيري فشاري، توليد مي‌شوند عبارتند از: تركيبات فنول فرمالدهيد، تركيبات اوره، ملامين فرمالدهيد، پلي‌استر، مواد آلكيد، مواد ترموپلاستيك، فلوركربنها.
• فوايد و مزاياي قالب گيري فشاري مواد ترموست نسبت به قالب گيري انتقالي:
1ـ از دور ريز و ضايعات مواد در بوش ترزيق، رانرها و قسمتهاي انتقال مواد جلوگيري ميشود.
2ـ مشکل سايش وجود ندارد كه بوسيله جريان مواد در درون گيتهاي باريك در يك محفظه بسته.
3ـ با ايجاد مسير كوتاهتري براي جريان مواد و حتي مسيرهاي چند راهه، مي‌توان تنش ورودي در ماده قالبگيري شده را به كمترين مقدار رساند.
4ـ گيتها حذف شده و هزينه كمتري براي عمليات پاياني صرف ميشود.
5ـ محفظه‌هاي زيادتري مي‌توان در پايه قالب ايجاد كرد كه نيازي به سيستم ترزيق و رانر نداشته باشد.
6ـ اين پروسه با بارگذاري اتوماتيك مواد سازگار است و نيز قطعه توليدي را مي‌توان به صورت اتوماتيك برداشت.
7ـ با پيشگرم با فركانس بالا، مي‌توان بخشهاي ضخيم‌تر را به طور موفق و بدون مک ، تخلل ، بادکردگي مركزي قالب گيري كرد.
• معايب قالب گيري فشاري (محدوديتها ) :
در قطعات طراحي شده پيچيده كه داراي برشهاي زيرين و طرحهاي لبه‌اي و سوراخهاي كوچك هستند، روش فشاري قابل استفاده نيست ، زيرا كه نياز به قالبگيري‌هاي خيلي پيچيده‌اي دارد و امكان شكستن و تابيدگي در پينهاي قالب در حين اعمال فشار بالا ، وجود دارد . نمونه‌هايي با ضخامت 0.5 اينچ يا بيشتر، بهتر است با روش قالبگيري انتقالي توليد شوند، بخصوص اگر قطعه با سطح مقطع كوچك باشد كه در آن جريان مذاب نيز كم است.
• نكاتي چند در مورد اين نوع قالب گيري:
- براي اطمينان از پرشدن قالب به طوركامل، بايد دو قسمت قالب در حد ميكروسكوپي با يكديگر جفت شوند و از فرار مذاب پلاستيك جلوگيري شود.
- همچنين بايد شارژ اوليه پلاستيك را در موقعيت مناسبي درون محفظه قرار داد.
- تركيبات پلي‌استر و آلكيد به طور ويژه حائز اهميت‌اند و نياز به وسايل محدود‌كننده دارند تا از پرشدن قالب به طور كامل اطمينان حاصل شود.
- همه ترموستها ويسكوزيته سطحي پايين دارند تا حدي كه حتي كيلرنس لقي كمتر از 0.0001 اينچ بين دو نيمه قالب، توسط مذاب پلاستيك پر ميشود. كه اين امر اغلب باعث آسيب ديدن قالب ميشود. نشتي مواد با آبندي قالب و جفت‌شدن قطعات قالب با يكديگر ، در حالت تميز و صاف جبران ميشود.
- ترموپلاستيكها بيشتر از ترموستها قابل كنترل هستند. و يك نكته قابل توجه براي مواد ترموست اينست كه درجه صلبيت آنها در نقطه‌اي از Cure نهايي چه اندازه‌اي باشدوهنگامي كه پران ميشود، درجه صلبيت آنها چه اندازه‌اي است.
- ملامينها خيلي سخت و صلب هستند‌ـ گروههاي فنولي كاملاً انعطاف‌پذير و فنري هستند‌ـ پلي‌استرها كاملاً ضعيف هستند و سختي پاييني دارند.
- يك قالب فشاري براي مواد فنولي ممكن نياز به نيروي پرسي كمتري براي اعمال در محل سنبه ها داشته باشد، حال آنكه همان قالب براي ملامينها، احتياج به فشار زيادي براي بازشدن و اعمال نيروي اوليه دارد كه احتمالاً باعث تحت برش قرار گرفتن قطعه قالبگيري ميشود و قطعه ترك برمي‌دارد.
- قطعاتي از جنس پلي‌استر نيازمند چسبندگي خيلي دقيق براي همه شرايط و انواع شيب هستند ، همچنين به سطوح بيرون‌انداز كم خطر و نرم و مطلوب نياز دارند البته تعيين دقيق شيب لبه‌ها ، از شكست قسمتهاي آزاد در قالب جلوگيري ميكند.
- در بعضي موارد فرايند قالبگيري فشاري مواد ترموست، ممكن است براي توليد قطعات، نامطلوب باشد مثلاً در جايي كه تلرانسهاي ابعادي بسته‌اي مدنظر باشد. بويژه در قالبهاي چند حفره اي ، مخصوصاً اينكه بي‌شكلي يا بدفرمي در ضخامت و در خط جدايش قطعات ايجاد شود. در چنين مواردي توصيه ميشود كه از روش سنبه‌اي يا انتقالي در قالب گيري، استفاده شود.
• جزئيات روش قالب گيري فشاري:
1ـ قالب باز مي شود.
2ـ قطعه قالب گيري شده پران ميشود.
3ـ قرار دادن قطعه در قيدهاي خنك‌كاري و يا تاب‌گيري هنگامي كه نيازمند حفظ تلرانس ابعادي بيشتري هستيم.
4ـ برداشتن همه مواد خارجي و فلش از قالب، كه معمولاً بوسيله فشار هوا انجام ميشود و نيز روغنكاري قالب، اگر نياز باشد.
5ـ قراردادن اينسرتها و يا ديگر قطعات قالب.
6ـ بارگيري تركيبات قالب (پودر يا پيش فرم، به صورت سرد يا پيشگرم)
7ـ بستن قالب گرم شده (هواگيري از قالب، اگر نياز باشد).
8ـ a) براي مواد ترموست، فشاروگرما اعمال شود، تا عمل curing كامل شود، و براي حفظ تلرانس ابعادي دقيق و مطمئن، از سرما و فشار استفاده ميشود.
b) براي مواد ترموپلاستيك از سرما و فشار براي سخت كردن قطعه استفاده ميشود.
ـ دماي قالب و فشار مورد استفاده خيلي مهم است و مقرون به صرفه است كه جريان توصيه شده براي توليد هردرجه از مواد بكار رود.
ـ مواد ترموست بكار رفته در قالبگيري فشاري، مي‌توانند طبقه‌بندي شوند به عنوان مواد كم فشار و متداول (بعداً نبايد اشتباه شود با مواد بكار رفته در قالب گيري كم‌فشار لايه‌هاي بارور شده)
5 تفاوت مهم در قالبگيري فشاري مواد ترموست وجود دارد كه فشار لازم براي بهترين توليد و در كوتاهترين زمان ممكن براي قالبگيري را مشخص ميكند.
(1) طرح و نقشه قطعه مشخص باشد:
a)مساحت و عمق b) ضخامت ديواره c) تيغه‌ها d) الزام و قيدي براي حركت عمودي (مانند پينها، بادگيرهاو گوشه‌هاي تيز)
(2) سرعت پرس در بستن قالب:
a) استفاده از پرس خودكار سريع يا آهسته b) استفاده از پرس سريع كه ذخيره انرژي توسط سيستم آكومولاتور خطي هيدروليكي است.
c) ظرفيت آكامولاتور براي ثابت نگهداشتن فشار روي ماده در حركت به طرف بالا.
(3) پلاستيسيته مواد:
a) درجه و نوع پيشگرم b) چگالي شارژ (به صورت پودر يا پيش فرم باشد)
c) موقعيت شارژ در محفظه قالب
d) سيلان (نرخ جريان مواد رزين تحت فشار )
e) نوع مواد پركننده (پودر چوب، گروه كتونها، پارچه خيس‌شده، آزبست‌ها، شيشه يا ميكا باشد)
(4) دماي كلي قالب: اختلافات دمايي درون محفظه و سنبه فشارنده
(5) شرايط سطحي محفظه قالب و سنبه فشارنده :
a)سطوح تخت كروم‌دار و با پرداخت‌نهايي b) فولاد پرداخت شده c) پوليش خيلي زياد (پوشش صفحه‌اي كروم، حفره‌ها، ناوداني‌ها و شكافها)
• توضيحات:
فشارهاي مورد نياز براي قالبگيري، براي اكثر مواد ترموست، از الگوي فشار بدست آمده براي مواد فنولي، پيروي ميكند. مواد فنولي انتقالي، كه در دماي اتاق بدون پيشگرم بارگذاري شده، نيازمند يك مينيمم فشار در حدود psi300 براي اولين اينچ از عمق قطعه قالبگيري شده است ، بعلاوه اينكه براي هر اينچ عمق اضافي psi 700، فشار نياز است.
پيشگرم ماده با فركانسي به اندازه كافي زياد، مي‌تواند فشار مورد نياز را تا حدود psi1000 وارد بر منطقه مورد نظر كاهش دهد، بعلاوه psi250 براي هر اينچ از عمق.
فشار مورد نياز روي مواد تحت تنش بالا، ممكن است بين psi(1200ـ1000) ايجاد شود. اين فشارهاي پيشنهادي روي كمترين سرعت بسته شدن پرس يعني in/s1 اينچ بر ثانيه پيش‌بيني ميشود.
خصوصيات جريان مواد در قالبگيري ترموستها به طور پيوسته در حين فرايند قالبگيري تغيير ميكند، و به طور مخصوص تأثير قابل توجهي بر روي پرسهايي كه آهسته بسته مي‌شوند، دارند.
مواد فنولي كه در فشار پايين قالبگيري مي‌شوند، به اندازه كافي بوسيله فركانس بالا، پيشگرم مي‌شوند و همچنين فشار حداقل به فشار psi350 روي منطقه بارگذاري احتياج دارند. علاوه بر آن psi100 بار اضافي براي هر يك اينچ عمق اضافي بايد وارد شود.
جدول صفحه بعد استفاده ميشود براي راهنمايي فشارهاي مورد نياز و منطبق با عمق قطعه قالب گيري شده.
جدول فشار ، فشار بر حسب psi براي سطح مورد نظر
مواد فنولي کم فشار موادفنولي متداول
بدون پيشگرم پيشگرم شده با فرکانس بالا بدون پيشگرم پيشگرم شده با فرکانس بالا عمق قالبگيري (اينچ )
1000
1250
1500
1750
2000
**
**
**
**
**
**
**
**
** 350
450
550
650
750
850
950
1050
1150
1250
1350
1450
1550
1650 3000
3700
4400
5100
5800
*
*
*
*
*
*
*
*
*
1000-2000
1250-2500
1500-3000
1750-3500
2000-4000
2250- 4500
2500- 5000
2750- 5500
3000- 6000
3250- 6500
3500- 7000
4000- 8000
4500- 9000
5000-10000 0-0.75
0.75-1.5
2
3
4
5
6
7
8
9
10
12
14
16
علائم جدول:
* اضافه كنيد psi700 براي هر اينچ عمق اضافي، اما بالاتر از 4 اينچ در عمق، اگر پيشگرم شود، بهتر است.
** اضافه كنيد psi250 براي هر اينچ عمق اضافي، اما بالاتر از 4 اينچ در عمق، اگر پيشگرم شود، بهتر است.
لازم است محدوده وسيعي از فشارهاي داده شده در ستون دوم جدول، ، قطعات قالبگيري شده متنوع و انواع تجهيزات پرس مورد نياز را تحت پوشش خود قرار دهد.
براي مثال و به طور مقايسه‌اي يك قطعه با سطح كوچك و عمق زياد نياز به حد بالاي كوچكتري در بازه داده شده براي فشار، دارد. و يك قطعه با سطح بزرگ و عمق زياد ممكن است به حد بالاي بزرگتري در بازه داده شده براي فشار، نياز داشته باشد.
همچنين ضخامت ديواره‌هاي يك قطعه نيازمند فشار ميباشد. بخشهاي نازك نيازمند فشار بيشتري نسبت به بخشهاي ضخيم است.
براي قطعاتي كه تحت كشش عميق هستند، استفاده ازپرسهايي كه سريع بسته مي‌شوند (با سرعتهاي پرسي بالاتر از 20 اينچ بر دقيقه، براي كشش عميق ) اين امر را ممكن ميكند كه از فشارهاي پايين‌تر نيز مي‌توان استفاده كرد.
زمان مورد نياز براي سخت شدن مواد ترموست به طور معمول به زمان مورد نياز براي curing برمي‌گردد. بسته به نوع مواد، دماي پيشگرم و ضخات قطعات قالبگيري شده، اين زمان ممكن است بين 2 تا چندين ثانيه باشد.
• انواع قالب هاي فشاري:
الف - قالبهاي دستي
ب ـ قالبهاي نيمه اتوماتيک
- مثبت
- نيمه مثبت
- فلش دار
- قالبهايي با صفحات شناور نگهدارنده قطعه
- قالبهايي براي قرقره ها و قطعاتي با تورفتگي در ديواره هاي کناري (قالبهاي کشويي دار )
ج – قالب هاي تمام اتوماتيک
1- قالب هاي مثبت
در اين قالبها فضاي خيلي كمتري نسبت به دو نوع قبل براي خروج مواد اضافي به داخل كانال فلاش تعبيه شده است .
سنبه در محفظه فالب داراي انطباق كاملا جذب بوده و تلرانس در هر طرف 3 هزارم اينچ ميباشد . اين قالبها براي قالبگيري مواد با فيلر پارچه اي و قطعات عميق مانند محفظه راديو بكار ميرود و از هر قالبي براي قالبگيري مواد با فيلر پارچه اي مناسب تر هستند .
مزيت اين قالبها در اين است كه پليسه يا فلاش بصورت عمودي ميبا شد و به سادگي بر طرف ميشود.
مهمترين عيب اين قالب ها خراشيدگي محفظه ي قالب توسط سنبه است كه مستقيما اثر آن روي قطعه مشاهده ميشود .
2- قالب هاي نيمه مثبت
اين قالبها متشكل از يك قالب سنبه اي پله دار و يك قالب مثبت هستند .از اين قالبها براي ساخت قطعات با عمق زياد ، قطعاتي كه در ته آنها مقاطع بزرگ و قطعا تي كه در برخي از مقاطعشان اختلاف ضخامت وجود دارد بكار ميروند.پليسه يا فلاش ايجاد شده به راحتي توسط سنگ بر طرف مي شوند.معمولا براي فرم دادن ملامينها و تركيبات اوره اي از اين نوع قالبها كمك مي گيرند .
لقي بين سنبه و ماترس 1هزارم اينچ در هر طرف است .معمولا اين گونه قالبه را بصورت چند محفظه اي با محفظه ي باردهي مشترك مي سازندبطوريكه به آنها قالبهاي ويژه اطلاق ميشود زيرا گاهي حتي بيشتر از يكصد محفظه درآنها تعبيه شده است.
3- قالب هاي فلاش دار
در اين قالب در اثر فشار حاصل از طرف پرس ،به مواد اضافي اجازه داده ميشود كه به راحتي به كانال فلاش راه پيدا كند . در اين روش قالبگيري ، فلاش معمولا به صورت افقي است .در اين روش قلبگيري لازم است، علاوه بر هزينه طراحي و ساخت،هزينه اي براي سنگ زدن پليسه حاصل شده در اطراف قطعه در نظر بگيريم .
در واقع يكي از معايب اينگونه قالبها ،همين هزينه اضافي مي باشد.مزيت اين گونه قالبها در ارزان بودن و ساده بودن آنها است .كاربرد اين قالبها براي توليد قطعاتي از مواد پلاستيكي با ضريب بالك پايين و قطعاتي كه رعايت ضخامت يكنواخت ديوارهاي آن مهم نباشد،البته يكنواختي ضخامت ديوارها تا حد زيادي به دقت ميله هاي راهنماي قالب بستگي دارد .
تعريف ضريب بالك: حاصل تقسيم حجم مواد فرم نگرفته به مواد فرم گرفته را ضريب بالك گويند.
4- قالب هاي سنبه اي كفي يا پله اي
اين قالبها شبيه قالبهاي فلاش دار ميباشند ، با اين تفاوت كه در اينجا يك محفظه بار دهي به مجموعه قالب اضافه شده است .پله ي كفي عموما 16/3 اينچ عرض دارد به منظور خروج مواد اضافي كه از بين سنبه و محفظه نشت ميكند.اين قالبها ،قطعات را با چگالي يا دانسيته بيشتري نسبت به نوع فلاشدار مي سازند . قطعات با پين هاي كوچك و مقاطع ظريف از اين راه قابل ساخت هستند.
در اين گونه قالبها نيز همانند قالبهاي فلاشدار سنگ زني فلاش يا پليسه با مقدار كمتري نسبت به قبل لازم است.
(( نكته ))
مكانيزم توليد قطعه در قالب هايي كه در اسلايد قبل توضيح داده شد براي توليد قطعاتي بود كه در ديواره ي جانبي آنها هيچ گونه حفره يا سوراخ وجود نداشت ،حال اگر بخواهيم قطعاتي را كه ديوا ه ي آنها داراي حفره يا سوراخ مي باشد را توليد كنيم لازم است كه اين قالبها را بصورت تكه اي با سنبه ي ماهيچه جانبي و متحرك بسازد.
ج ـ قالب هاي تمام اتوماتيك :
براي محصولات اقتصادي‌تر، قالبها از فولادهاي با سختي بالا ساخته مي‌شوند، تا حدي كه آنها را بتوان پوليش كرد. يك قالب دستي، قالبي است كه به طور دستي از داخل پرس برداشته ميشود و مونتاژ ميشود و به طور دستي براي سيكل بعدي آماده ميشود. اين قالبها به طور ابتدايي براي آزمايشات يا توليد محصول كوچك يا براي قالبگيري قطعاتي كه به خاطر پيچيدگي طرح، نيازمند مجزا كردن بخشهاي قالب هستند استفاده شوند. اين قالبها معمولاً كوچك و سبك هستند و داراي محفظه‌هاي زيادي نيستند، آنها معمولاً بوسيله بخار داغ يا المنتهاي پلاتيني گرم شده يا به طور الكترونيكي بوسيله صفحه‌هاي تخت در تماس با پرس، گرم مي‌شوند.
قالب هاي نيمه اتوماتيك شامل قسمتهايي است كه به طور محكم روي صفحات بالا و پايين پرس بسته مي‌شوند. عملكرد پرس باعث باز و بسته شدن قالب و همچنين باعث عملكرد مكانيزم پران قطعه قالبگيري شده از داخل قالب ميشود. اين نوع قالبها به طور ويژه براي كار چند محفظه اي و براي قطعات خيلي بزرگ يا خيلي عميق براي كشش در قالبهاي دستي هماهنگ شده‌اند.
استفاده از پينهاي بيرون انداز، باعث مجهز كردن قالب به كانالهاي بخار يا گرمكنهاي الكتريكي شده كه اين سيستمها را به عنوان قسمتي از قالب حين طراحي بايد در نظر داشت.
قالبهاي اتوماتيك براي پرسهاي اتوماتيك طراحي شده‌اند و سيكل كامل عمليات كاري شامل: بارگذاري و باربرداري از قالب و نيز حمل قطعه به بيرون، به طور اتوماتيك انجام مي‌شوند.
در اين نوع قالبگيري يك قالب چند محفظه‌اي نيز مي‌تواند استفاده شود و به طور معمول قطعات قالبگيري شده با اين نوع قالب، شامل اينسرت‌گذاري يا قطعات فلزي نمي‌شوند.
پرسهاي مورد نياز براي قالبهاي دسته، داراي ظرفيت (100ـ15) تن و پرسهاي مورد نياز براي قالبهاي نيمه اتوماتيك، داراي ظرفيت (4000ـ15 ) تن ميباشند.
• گرم و سردكردن قالب:
يك قالب دستي بوسيله صفحه‌اي كه روي پرس بسته شده گرم و سرد ميشود. ايجاد گرما در قالبهاي نيمه اتوماتيك و تمام اتوماتيك مي‌تواند توسط كانالهاي جريان بخار داغ و يا بوسيله گرمكنهاي الكتريكي كه روي صفحات قالب يا پرس نصب مي‌شوند، انجام شود.
از روشهاي ديگري مانند استفاده از آب و يا روغن نيز براي گرم‌كردن استفاده ميشود و نيز براي سردكردن ترموپلاستيكها مانند ترموستها مي‌توان از آب سرد استفاده كرد كه در كانالهاي مشابه كانالهاي بخار، آب جريان مي‌يابد و عمل خنك‌كاري را انجام مي‌دهد.
• انتخاب ماده قالب گيري:
به طور كلي اين روش نيازمند موادي است كه به آساني در حالت خشك، سيلان داشته باشند و سريع پخته و سفت نشوند و در حالت شارژ و يا در مرحله‌اي قبل از شارژ (ذخيره) نيز تحت تأثير گرما، تغيير حالت شيميايي ندهند. ضريب بالك به طور كلي بايد زير 0/3 باشد و اغلب اوقات بايستي پودرهاي نرم‌تر و گرانولهاي خشن را برداريم.
توليدكنندگان مواد قالب گيري، جداولي از انواع مواد و شرايط انتخاب آنها براي قالب گيري ارائه مي‌دهند كه بتوان بهترين كيفيت را در قطعه قالب گيري نهايي ايجاد كرد.
در بعضي پرسهاي قالب گيري اتوماتيك از لرزاننده و يا مرتعش‌كننده براي كاهش پختن مواد و يا تركيب‌شدن آنها، استفاده مي‌كنند.
شبيه سازي قالب گيري فشاري
معرفي:
با استفاده از نكات هندسي برتر، مهندس طراح مي‌تواند يك طرح قابل اجرا را براي محصول جديد توسعه بدهد. اگر چه يك روش درست براي مشخص‌كردن روش قالبگيري يك قطعه يا چگونگي عكس‌العمل قطعه نسبت به بارگذاري ساختاري، وجود ندارد، اما تجربه با ارزشي در اين مورد وجود دارد. وقتي كه يك طرح جديد يا محصول بايد ساخته شود، اغلب يك كار زمان‌بر است. علاوه بر اين امكان اين است كه هنوز با پيروي از اقدامات توصيه شده در روش قالب گيري، مشكلاتي موجود باشد.
چگونه يك مهندس، يك طرح جديد را با طي‌كردن مراحل توليد و فرايند و طراحي به نتيجه مي‌رساند؟ پاسخ به همه اين سؤالهاي مهم عبارتست از:
((با استفاده از شبيه‌سازي كامپيوتري))
خيلي بيشتر از آنچه كه براي طراحي و توليد يك محصول جديد، هزينه و زمان صرف ميشود، شبيه‌سازي كاميپوتري مي‌تواند در كاهش هزينه و زمان موثر باشد. طراحان و مهندسين كارا به طور موثر، مشكلات فرايند را حذف كرده‌اند و نيروي شبيه‌سازي را براي كوتاهتر شدن پروسه توليد به كار مي‌گيرند.
شبيه سازي‌هاي كامپيوتري، مهندسين و طراحان را قادر ميكند تا به طور مجازي هر عمليات قالب گيري را، بدون استفاده از صرف هزينه زياد، ضايعات مواد وزمان، مورد بررسي و تحليل قرار دهند و مشكلات و موانع موجود را قبل از شروع توليد، حذف كند. همچنين مهندس مي‌تواند سريع و به آساني حساسيت پارامترهاي مخصوص قالبگيري را بر روي كيفيت و توليد محصول نهايي، مشخص كند.
طرح مجازي مهندسي به كمك كامپيوتر توانايي خاصي به مهندس مي‌دهد تا اثرات شارژهاي متفاوت را و طرحهاي مهندسي متفاوت و قالبگيري‌هاي متفاوت را شناسايي كرده و شرايط متنوع پروسه را نيز تا رسيد به محصول مطلوب نهايي بررسي و مشخص كند.
مثلاً با هر شبيه‌سازي كامپيوتري، يك تعداد معيني از فرضها و ساده‌سازي‌ها وجود دارد كه در برنامه كامپيوتري ساخته شده است. بعضي از آنها به برنامه اجازه مي‌دهد تا آناليزهاي كاملي در زمان مشخص ارائه دهد و برخي ديگر به طور كلي براي شناسايي رفتار مواد هستند.
بعضي ديگر هم با مشكلات و مسائلي كه در ساختن يك الگوريتم ساده عددي مناسب است، روبرو نيستند ولي با وجود تمام مشكلاتي كه در انجام يك آزمايش هست ديگر نيازي به تشخيص يك پاسخ ماده يا تاثير پروسه احساس ميشود. به طور حتم بيشتر كاربران به طور كامل از فرضها و ساده‌سازي‌ها، دور نيستند و مهمتر از آن اين است كه اكثراً با مفاهيم تحليل مسائل آشنا نيستند.
با قدرت برجسته نرم‌افزارمهندسي بکمک کامپيوتر در قالبگيري فشاري، رسيدن به عكسهاي خيلي زيبا، ساده است و فقدان ارتباط با پروسه قالبگيري واقعي نيز ساده است. استفاده از CAE مي‌تواند باقيماندن دررقابتي جهاني و پايدار را براي مهندسان و قالبسازان به همراه داشته باشد.
1ـ2ـ تاريخچه:
پس از شروع قالب گيري فشاري طرح قطعه و آناليز آن، در زمانهاي گذشته دور، جادوگر و سحر به حساب مي‌آمده است، از طريق آزمايشات قالبگيري و تجربه‌هاي حاصله، خطوط راهنما و قوانين لمس با شست دست گسترش يافته است تا كمكي باشد براي طراحي قطعات قالبگيري فشاري . هنگامي كه روشهاي طراحي (ad hoc) مفيد شناخته شد، نيازخيلي شديدي دراصلاح هزينه‌هاي توليد، كاهش مواد مصرفي و بهينه‌سازي توليد محصولات با استفاده از شبيه‌سازي كامپيوتري، مشاهده شد.
به طور سنتي وقتي فردي، شبيه‌سازي را در قالبگيري فشاري بررسي ميكند، به طور حتم فكر و تصور آناليز ساختاري نيز در ذهن او نقش مي‌بندد. اين نوع آناليز، ده‌ها سال است كه براي كمك به پيش‌بيني چگونگي قالبگيري قطعه كامپوزيتي استفاده ميشود. همچنين به بررسي رفتار مواد در زيربارهاي ساختاري نيز كمك ميكند.
به منظور ارزيابي تأثيرات الياف تقويت شده بر روي قطعه تحت بار، يك آناليز با جزئيات بيشتر از فرايند مورد نياز است. تكنولوژي شبيه‌سازي كامل فرايند قالبگيري فشاري، تقريباً در همان زمان تولد نرم‌افزار شبيه‌سازي قالبگيري ترزيقي بوجود آمد اما با CAE متفاوت، قالبگيريان فشاري با سرعت كمتري اين نرم‌افزار را گسترش دادند.
پروسه شبيه‌سازي، براساس روش آناليز المان محدود بنا شده است كه پرشدن قالب، جهت‌گيري الياف، متراكم‌سازي، تأثيرات انتقال گرما و انقباضات و تابيدگي‌ها را مورد بررسي قرار مي‌دهد.
2ـ2 رفتار حاكم بر مواد قالب گيري :
هر شبيه‌ساز مي‌تواند تحت كنترل باشد اگر چه يك فهم بهتر از قطعاتي كه ممكن است از مواد ترموست ساخته شده باشد يا از مواد ترموپلاستيك، مي‌تواند مدلهايي را بسازد كه با شرايط مواد قابل انطباق باشد. همچنين به خاطر اينكه روشهاي عددي مبتني بر ساده‌سازي‌هاي مطمئن هستند، كاربر بايد يك سطح پايه و اساسي از فهم و درك و اطلاعات داشته باشد تا روي نتايج حاصله از شبيه‌سازي اتفاق نظر داشته باشد. در كل شبيه‌سازي‌هاي كامپيوتري براي پروسه قالب گيري فشاري بر اساس المان محدود و كنترل حجم پايه‌ريزي شده است.
در حالي كه استفاده از المانهاي محدود براي شبيه‌سازي جريان سيلان مواد به نوبه خود، جديد نيست، كاربرد آن براي ساختارهاي ديوار‌دار نازك در قالبگيري فشاري احتياج به اطلاعات اضافه‌تري دارد. حساس‌ترين مدلي كه براي جريان مواد در محفظه‌هاي نازك تهيه شده بر اساس فرمولبندي Hele- shaw پايه‌ريزي شده است.
1ـ2ـ2 مدلهاي جريان :
مثلاً با الگوريتمهاي مدرن كامپيوتري خيلي زيادي، تئوري اصولي و مهمي از جريان مواد در قالبگيري فشاري و فشاري- ترزيقي، بر مبناي كار قديمي در رياضيات كلاسيك ، پايه‌ريزي شده است.
اين تئوري به طور كلي ساخته شده در 1899 بوسيله يك مهندس نيروي دريايي به نام Hele shaw Henry در ابتدا Hele shaw علاقمند به كشف جريان نامرئي فيزيكي در يك شكاف باريك بود. به هر حال، ده‌ها سال پيش از ظهور قالب گيري پليمر، كار او اساس و پايه لازم را براي آناليز جريان با استفاده از روش المان محدود، مهيا كرده بود.
خوشبختانه، حوزه جريان در شكاف باريك، مطابقت زيادي با حوزه جريان مواد ترموست و ترموپلاستيك دارد. اما هر كدام از اين مواد نيازمند عمليات متفاوت و ارائه فرضهاي مختلفي هستند.
در اين بحث جريان مواد ترموپلاستيك، همانند مدل Hele shaw نشان داده شده و جريان مواد ترموست همانند مدل Baron caulk سطح بندي شده است. ولو اينكه هر دو مدل بر مبناي معادله تعميم‌يافته يكساني پايه‌ريزي شده باشند.
براي مواد ترموپلاستيك، جريان Hele shaw مي‌تواند براي يك سيال تعميم‌يافته استفاده شود كه ممكن است تنوع زيادي هر ويسكوزيته داشته باشد كه اين تنوع نيز به علت نرخ برش و دما مي‌تواند ايجاد شود.
همچنانكه در شكل 2.1 نشان داده شده اساس مدل جريان Hele- shaw بر پايه فرضيه شكاف باريك است. در اين مورد، ضخامت عرضي شكاف جريان خيلي كوچكتر از طول مسير جريان است . شروع با فرضهايي از قابليت تراكم‌ناپذيري، رفتار سيال نيوتني تعميم يافته، اينرسي لختي ناچيز و شرايط پيوندي بدون لغزش در ديواره‌ها، شكاف باريك، بقاء جرم و بقاء نيروها، و مقدار حركت روي يك معادله انتگرالي بدست آمده از طريق راستاي ضخامت است.
شکل 2.1 : هندسه جريان کلي hele-shaw
اين فرمولبندي كاهش مي‌دهد معادله حاكم براي جريان را تا معادله پواسون نشان داده شده در 2.1 برقرار شود.
