راهنمای دقت و بهره وری هزینه در قالب گیری تزریقی

تصور کنید این سناریو را: قطعه‌ای که کاملاً طراحی کرده‌اید در مرحله قالب‌گیری تزریقی به دلیل انحرافات جزئی ابعادی با شکست مواجه می‌شود. چگونه می‌توان از این نتیجه ناامیدکننده جلوگیری کرد؟ راه‌حل در درک و کنترل تلرانس‌های قالب‌گیری تزریقی نهفته است. این راهنمای جامع جنبه‌های حیاتی تلرانس‌ها در قالب‌گیری تزریقی پلاستیک را بررسی می‌کند.

در قالب‌گیری تزریقی، تلرانس‌ها نشان‌دهنده محدوده انحراف قابل قبول برای ابعاد و ویژگی‌های قطعه هستند که معمولاً بر حسب میلی‌متر یا اینچ اندازه‌گیری می‌شوند و به عنوان مقادیر مثبت/منفی (±) بیان می‌شوند. بزرگی تلرانس به نوع ماده و ابعاد کلی قطعه بستگی دارد. طراحان تلرانس‌ها را در فایل‌های CAD مشخص می‌کنند تا قالب‌سازان را از تغییرات مجاز مطلع کنند، در حالی که تولیدکنندگان از این مشخصات در طول بررسی‌های طراحی برای تولید (DFM) برای هدایت تصمیمات قالب و فرآیند استفاده می‌کنند.

تلرانس‌های تنگ‌تر، قالب‌های با کیفیت بالاتر و فرآیندهای دقیق‌تری را می‌طلبد که به ناچار هزینه‌ها را افزایش می‌دهد. کیفیت قالب تأثیر قابل توجهی بر نتایج دارد، همانطور که نرخ‌های پر شدن حفره مناسب و دمای خنک‌کننده ثابت نیز تأثیرگذار هستند. حتی با وجود تجهیزات پیشرفته، تغییرپذیری فرآیند اجتناب‌ناپذیر باقی می‌ماند. قالب‌سازان باتجربه می‌توانند نرخ‌های انقباض را برای پلاستیک‌های مختلف محاسبه کنند، اما انتخاب‌های طراحی در نهایت تلرانس‌های قابل دستیابی را تعیین می‌کنند. موادی که نرخ انقباض بالاتری دارند، چالش‌های بیشتری را در کنترل تلرانس ایجاد می‌کنند.

بسیاری از اجزای قالب‌گیری شده در مجموعه‌های بزرگتر ادغام می‌شوند. انباشت تلرانس به این اشاره دارد که چگونه همه قطعات مونتاژ شده باید در کنار هم قرار گیرند. از آنجایی که هر جزء تلرانس‌های خاص خود را دارد، طراحان باید تغییرات ابعادی تجمعی را در نظر بگیرند.

سه قطعه قالب‌گیری شده را در نظر بگیرید که با پیچ به هم متصل شده‌اند و هر کدام دارای سوراخ‌هایی در تلرانس‌های مشخص شده هستند. در حالی که هر سوراخ ممکن است مشخصات فردی را برآورده کند، هر سه باید کاملاً با هم تراز شوند تا بتوان پیچ را وارد کرد. در نظر گرفتن زودهنگام انباشت تلرانس بسیار مهم است و نرم‌افزار تجزیه و تحلیل تخصصی می‌تواند سناریوهای مونتاژ را شبیه‌سازی کند تا از تناسب مناسب اطمینان حاصل شود.

1. تلرانس‌های ابعادی: اندازه کلی قطعه را کنترل می‌کنند. قطعات بزرگتر در طول خنک شدن انقباض بیشتری را تجربه می‌کنند که نیاز به محدوده‌های تلرانس خاص اندازه دارد.
2. تلرانس‌های راستا/تخت بودن: به تاب برداشتن در سطوح مسطح بزرگ می‌پردازند. عناصر طراحی قالب مانند قرارگیری دروازه و خنک‌سازی یکنواخت می‌تواند تاب برداشتن را به حداقل برساند.
3. تلرانس‌های قطر سوراخ: سوراخ‌های بزرگتر به محدوده‌های تلرانس وسیع‌تری به دلیل افزایش انقباض نیاز دارند.
4. تلرانس‌های عمق سوراخ کور: این ویژگی‌ها به عناصر قالب کنسولی نیاز دارند. فشارهای تزریق بالا ممکن است پین‌های هسته را خم کند و سوراخ‌های عمیق‌تر بیشتر مستعد این امر هستند.
5. تلرانس‌های هم‌مرکزی/بیضی بودن: قطعات استوانه‌ای بزرگ با دیواره‌های نازک ممکن است به طور ناهموار منقبض شوند و دایره‌ای بودن را به خطر بیندازند.

تلرانس‌ها همچنین بر اساس سطح دقت طبقه‌بندی می‌شوند:

• تلرانس‌های درجه تجاری دقت کمتری را با کاهش هزینه‌های قالب و قطعه ارائه می‌دهند.
• تلرانس‌های درجه خوب (تلرانس‌های دقیق) محدوده‌های تنگ‌تری را ارائه می‌دهند اما هزینه‌ها را افزایش می‌دهند.

تلرانس‌های قطعه به تلرانس‌های قالب بستگی دارد که باید ابعاد ویژگی‌ها و خواص مواد را در نظر بگیرد. جداول زیر تلرانس‌های معمولی را برای مواد قالب‌گیری تزریقی رایج، همانطور که توسط انجمن صنعت پلاستیک (که قبلاً SPI نامیده می‌شد) تعریف شده است، ارائه می‌دهند.

قطعات قالب‌گیری تزریقی در حین خنک شدن منقبض می‌شوند و بر ابعاد نهایی تأثیر می‌گذارند. طراحان با مقیاس‌بندی قالب‌ها بر اساس نرخ‌های انقباض مورد انتظار، که از طریق آزمایش‌های استاندارد شده مانند ASTM D955 تعیین می‌شود، این موضوع را جبران می‌کنند. فرمول انقباض، انقباض خطی را محاسبه می‌کند:

انقباض = 100% × (Lc - Lp) / Lp

که در آن Lc طول حفره را نشان می‌دهد و Lp طول قطعه خنک شده را نشان می‌دهد. این محاسبه برای موادی با خواص نامتقارن، مانند رزین‌های تقویت شده با الیاف بلند، بسیار مهم است.

برای قطعات پیچیده، نرم‌افزار تجزیه و تحلیل جریان قالب، الگوهای پر شدن رزین را شبیه‌سازی می‌کند و چالش‌های احتمالی پر شدن را شناسایی می‌کند. این شبیه‌سازی پیشرفته به پیش‌بینی تغییرات انقباض در سراسر قطعه کمک می‌کند.

جدول زیر محدوده‌های انقباض را برای مواد قالب‌گیری رایج ارائه می‌دهد:

پایبندی به اصول DFM، قابلیت ساخت و دستیابی به تلرانس را بهینه می‌کند.

ابعادی که از خطوط جدایش عبور می‌کنند، معمولاً تغییرات بیشتری نسبت به ویژگی‌های بدون وقفه نشان می‌دهند.

مواد مختلف با نرخ‌های متفاوتی منقبض می‌شوند و تغییرات بین دسته‌ای و تامین‌کننده امکان‌پذیر است. مواد تقویت شده با الیاف بلند، تفاوت‌های انقباض جهت‌دار را نشان می‌دهند.

فشار تزریق، زمان نگهداری، چگالی مواد و دمای قالب تأثیر قابل توجهی بر ثبات انقباض دارد.

بسته به الزامات طراحی، مشخصات ممکن است شامل تلرانس‌های ابعادی، راستا/تخت بودن، قطر سوراخ، عمق سوراخ کور و هم‌مرکزی/بیضی بودن باشد.

برنامه‌های تجاری معمولاً از تلرانس‌های ±0.1 میلی‌متر استفاده می‌کنند، در حالی که برنامه‌های دقیق مانند دستگاه‌های پزشکی ممکن است به ±0.025 میلی‌متر نیاز داشته باشند.

قطعات بزرگتر انقباض بیشتری را تجربه می‌کنند و تلرانس‌های تنگ را چالش‌برانگیزتر می‌کنند. ضخامت دیواره یکنواخت، خنک‌سازی ثابت و پایداری ابعادی را ارتقا می‌دهد.

پلاستیک‌ها و افزودنی‌های مختلف، ویژگی‌های انقباض منحصربه‌فردی را نشان می‌دهند که باید در طراحی قالب در نظر گرفته شوند.

قالب‌های فولادی ماشین‌کاری شده با دقت با سیستم‌های خنک‌کننده مناسب، پایداری لازم برای کنترل تلرانس تنگ را فراهم می‌کنند. تلرانس‌های ماشین‌کاری قالب معمولی از ±0.127 میلی‌متر برای ابزارهای استاندارد تا ±0.0254 میلی‌متر برای برنامه‌های با دقت بالا متغیر است.