پروژه کارآموزی تولیدات صنایع پلاستیکی ( قالب سازی )

مقدمه

انگیزه ای فراگیر صنعتگران کشور را به تلاش روز افزون جهت بهبود بهره وری و ارتقا کیفی و ایجاد تنوع و نوع آوری در محصولات دعوت می کند.

با تکیه بر پتانسیل تحقیق و توسعه و با به کارگیری تکنولوژی هایی که با استانداردهای روز همگام و همراه می باشد و قابل رقابت با محصولات مشابه خارجی است، در کنر دیگر صنعتگران گامی بلند در جهت بهبود کیفیت خدمات و کسب رضایت خاطر مشتریان برداشته است. که این همه، میسر نیست مگر با حمایت، اعتماد و پشتیبانی متخصصین، تولید کنندگان و صنعت گران کشور.

قالب سازی سریع

لبهای نرم معمولا از سیلیکون، رزینهای اپوکسی، آلیاژهای نقطه ذوب پایین و شنهای ریخته گری ساخته می شوند، و امکان ریخته گری فقط یک نمونه و یا تولید تعداد کمی را فراهم میکنند. در روشهای قالبسازی سخت، که قالب معمولا از فولاد ساخته می شود، امکان تولید تعداد بیشتری قطعه فراهم میشود.قالب سازی مستقیم به معنی ساخت مستقیم به معنی ساخت مستقیم قالب ، بوسیله فرایند RP است. بعنوان مثال در مورد قالب تزریق پلاستیک، حفه های نری و مادگی، راهگاها و سیستم پران، مستقیما با استفاده از فرایند RPساخته می شود. در قالب سازی غیر مستقیم، فقط الگوی اصلی با استفاده از فرایند RP ساخته می شود، و سپس می توان یک قالب سیلیکونی، رزینی اپوکسی، فلز نقطه ذوب پایین، یا سرامیکی را از الگوی اصلی بدست آورد.

مهمترین مزایای ابزار سازی سریع عبارتند از:

زمان لازم برای ساخت ابزار و یا قالب از چند ماه به چند روز یا هفته کاهش می یابد.

هزینه تولید به میزان قابل توجهی کاهش می یابد.

به علت کاهش زمان تولید و هزینه ها، بسیاری از طراحان و مهندسین تمایل دارند قطعات را قبل از تولید انبوه در مرحله طراحی آزمایش کنند و در نتیجه بسیاری از عیوب طراحی از بین می رود.

به دلیل استفاده مستقیم از اطلاعات نرم افزارهای طراحی ، بسیاری از خطاهای فردی کاهش می یابند.

قالب سازی RTV Silicon Rubber

یکی از رایج ترین کاربردهای نمونه سازی سریع در قالبسازی، ساخت قالب به روش RTV Silicon Rubber می باشد. سیلیکون ماده ای گران و پر مصرف است که می توان با قالب گیری آن در اطراف الگوی (مدل) مرجع یک قطعه، به قالب آن دست یافت، این الگوی مرجع توسط یکی از روشهای نمونه سازی سریع ساخته می شود. ریخته گری در خلاء با قالب Silicon Rubberانعطاف پذیرترین روش RT، برای ساخت قطعات پلاستیکی، سرامیکی و فلزی است.

مراحل فرایند ساخت قالب سیلیکونی:

 ساخت الگوی اصلی (مرجع) توسط یکی از روشهای RP

 پرداخت و تمیزکاری الگو

 اتصال سیستم راهگاهی به الگو

 قراردادن الگو و سیستم راهگاهی به صورت معلق در جعبه و ریختن سیلیکون مایع در اطراف الگو پخت سیلیکون به منظور جامد سازی ایجاد یک خط جدایش توسط یک چاقوی جراحی وتقسیم قالب به دو نیمه خارج ساختن الگوی مرجع از داخل قالب آماده کردن قالب برای تزریق بوسیله قالبهای Silicon Rubber معمولا می توان حدود 20 قطعه تولید با خواص مکانیکی مشابه ترموپلاستیک های مهندسی نظیر ABS ، PE ، PP و یا لاستیک تولید نمود.

مهمترین ویژگیهای روش قالب سازی سیلیکونی عبارتند از: ساخت ارزان و سریع قالب، ساخت قالب با آرایش نهایی عالی و قالب استفاده از مواد مختلف. بعلاوه این فرایند هم برای قطعات کوچک و هم برای قطعات بزرگ مناسب است. علاوه بر قالگیری رزین، ماتریسهای (حفره های) سیلیکونی برای قالبگیری تزریقی (فشار پایین) مدل های ریخته گری دقیق نیز مناسب می باشند.

فرآیند Ketool3D

در فرآیند Ketool3D از تفت جوشی ذرات پودر فولاد برای ساخت قالب، استفاده می شود. این فرایند، معمولا با طراحی CAD اینسرتهای سنبه و ماتریس قالب تزریق مورد نظر آغاز می شود. مدل CAD اینسرتها، توسط فرایند استریولیتوگرافی یا دیگر فرایندهای RP، به الگوهای سنبه و ماتریس با صافی سطح مناسب، تبدیل می گردد. با ریختن مایع سیلیکونی در اطراف الگوها، قالب سیلیکونی سنبه و ماتریس بدست می آید. سپس درون قالبهای سیلیکونی پودر فلز و چسب ریخته شده و پخت می شود. اینسرتهای سنبه و ماتریس بدست آمده در این مرحله به حالت سبز هستندکه به این منظور آنها را درون کوره قرار می دهند تا چسب بین آنها از بین رود، فضاهای خالی بین ذرات فلزی  با نفوذ مس موجود درکوره پر می شود.

حاصل کار، اینسرتهایی با تقریبا 70% فولاد و 30% مس است، این اینسرتها بعد از ماشینکاری و ایجاد سوراخ پینهای بیرون انداز، درون پایه های قالب محکم می شوند.

زمان هدایت ساخت در این فرایند بین 4 تا 6 هفته بوده، و در مقایسه با روشهای سنتی ساخت قالبهای تزریق، هزینه ها حدود 25 تا 45 در صد کمتر می باشد. قالبهای بدست آمده توسط این روش دارای کیفیت و صافی سطح بسیار خوبی هستند.

تفت جوشی مستقیم فلزی DMLS

در روش DMLS   بر روی پودرهای فلزی به طور مستقیم توسط دستگاه تفت جوشی با توان لیزر بسیار بالا کار می شود. معمولا دستگاه برای ساخت اینسرتهای قالب استفاده می شود، اما ساخت قطعات فلزی نیز توسط آن امکان پذیر است. مواد مورد استفاده در فرایند DMLS عبارتند از:

1.   مواد پایه برنزی که در ساخت قالب های تزریق استفاده می شود و این قالبها را می توان در ساخت حداکثر 1000 قطعه از جنسهای مختلف استفاده نمود.

2.   مواد پایه فولادی که در ساخت قالبهای تزریق، جهت تولید 100000قطعه پلاستیکی، بکار می روند.

 ساخت یک قالب تزریق به این روش، حدود 2 هفته به طول می انجامد، در صورتیکه ساخت همین قالب بروش ماشینکاری تقریبا به 10 هفته زمان نیاز دارد. بعلاوه هزینه ساخت قالب به این روش به مراتب کمترمی باشد. قالبها یا قطعات تفت جوشی شده با پودر برنز، پس از تفت جوشی، بمنظور افزایش چگالی، توسط یک رزین عالی نفوذ دهی می شوند. در مورد پودرهای فولادی، فرایند قادر است قطعاتی با چگالی 95% ایجاد نماید، که در این حالت دیگر به نفوذ دهی نیاز نمی باشد. قطعات ساخته شده بروش DMLS ، دارای دقت و صافی سطح خوبی می باشند. البته صافی سطح در پودرهای پایه فولادی نیاز به بهبود دارد، علاوه بر اینکه ساخت قطعات فولادی به آهستگی انجام می گیرد.

جوشکاری در قالب سازی

جوشکاری اولتراسونیک شامل استفاده از انرژی صوتی با فرکانس بالا برای نرم کردن و ذوب کردن ترموپلاستیک ها در منطقه جوش است . قسمت هایی که باید به یکدیگر جوش داده شوند زیر فشار روی هم نگه داشته شده و تحت ارتعاشات اولتراسونیک با فرکانس 20 تا 40 کیلو هرتز قرار می گیرند. موفقیت جوش به طراحی مناسب اجزا و مناسب بودن موادی که جوش داده می شوند بستگی دارد.

از آنجا که جوشکاری اولتراسونیک بسیار سریع است ( کمتر از 1 ثانیه ) و قابلیت اتوماسیون دارد به طور وسیع از آن در صنعت استفاده می شود . برای تضمین سلامت جوش طراحی مناسب اجزا بخصوص فیکسچرها لازم است . با طراحی مناسب از این روش می توان در تولید انبوه استفاده کرد.

راهنمای جوشکاری فولادهای زنگ نزن بر اساس استاندارد EN-1011

جوشکاری فولادهای آستنیتی منگنز دار در حین عملیات حرارتی بویژه در درجات حرارت بالا ، لایه نازکی از سطح دکربوره و احتمالا" مقداری از منگنز هم می سوزد که در حین سریع سرد شدن بصورت مارتنزیتی همراه با " ترک " های ریز در می آید که از نظر خواص مکانیکی ضعیف بوده ولی خاصیت مغناطیسی دارد . این موضوع بویژه در قطعات نازک و آنهایی که تحت نیروهای خستگی زا قرار می گیرند ممکن است قابل توجه باشد و در بعضی موارد ضرورت ایجاب می کند تا این لایه تراشکاری شود . این پدیده در حین برشکاری یا جوشکاری نیز ممکن است اتفاق بیفتد . تبدیل و تغییر فاز ممکن است در درجه حرارت ثابت در اثنای حرارت دادن مجدد در درجه حرارت بالای Alupper ایجاد شده و ساختاری شامل ورقه هایکاربید و پرلیت بوجود آورد . (کاربید در درجه حرارت °C 593 - 538 (F 1100 - 1000 ) و پرلیت °C 760- 538 (F 1400 -1000) ظاهر می شوند ) . تغییر فاز از مرزدانه ها شروع شده و ترکیب شیمیایی تاثیر قابل ملاحظه ای بر روی ساختار بوجود آمده دارد . بهر حال نتیجه این تغییرات کاهش استحکام و انعطاف پذیری است.

با توضیحات بالا می توان گفت که تبدیل و تغییرات از درجه حرارت محیط تا °C 482 (F 900 ) اتفاق نمی افتد بنابراین باید توجه کرد که قطعات جوش داده شده را نباید بهیچوجه تحت عملیات حرارتی پس گرم یا تنش زدایی قرار داد . بطور کلی این فولاد نباید بالا °C 316 (F 600 ) تحت حرارت مجدد قرار گیرد ، مگر در شرایط خاص و زمان بسیار کوتاه . از طرف دیگر این فولادها شدیدا" تحت کار سرد سخت می شوند . اگر قطعه ای که تحت کار سرد قرار گرفته است مواجه با حرارت دادن مجدد شود ترد شدن آن خیلی سریع تر اتفاق می افتد چون نطفه های بیشتری برای تغییر فاز وجود دارد . این لایه نازک است و در ضمن حرارت دادن زیر قوس الکتریکی ذوب می شود ، اما در شرایطی که کیفیت ویژه برای اتصال تقاضا شود باید حتی المقدور این قشر کار سختی شده را با دقت سنگ زده یا تراشید .

ضریب انبساط حرارتی فولادهای آستنیتی منگنز دار شبیه فولادهای آستنیتی کرم – نیکل دار بوده و تقریبا" یک ونیم برابر فولادهای فریتی است که خود مشکلاتی را از نظر تنش های حرارتی و انقباضی در حین گرم و سرد شدن بوجود می آورد . خواص مکانیکی این گروه فولادها بین °C 204 تا 45- (F 400 تا 50- ) عالی است و بطور کلی برای موارد سایش بیشتر بکار می رود .

فقط روش های جوشکاری با قوس الکتریکی برای فولادهای منگنزی توصیه می شود ، زیرا با توجه به توضیحات در مقدمه ، حرارت دادن مجدد این فولادها که قبلا" سمج یا چقرمه شده باعث از دست دادن شدید استحکام کششی و انعطاف پذیری آنها می شود ، بنابراین هر فرآیند جوشکاری که تناوب طولانی حرارت داشته باشد مناسب نیست ( جوشکاری با گاز یا شعله ) جوشکاری مقاومتی نیز بر روی فولادهای منگنز دار متداول می باشد .

از پیش گرم کردن قطعه فولاد آستنیتی منگنز دار قبل از جوشکاری اکیدا" باید پرهیز کرد . علاوه بر فلز اصلی قطعه کار فلز جوش رسوب داده شده نیز تحت حرارت دادن مجدد نباید قرار گیرد هر چند این تاثیر ناشی از حرارت مجدد با بهسازی هایی که در تولید فلز پر کننده یا الکترود پیش بینی شده تا حدودی محدود است و فقط باعث ضخیم شدن مرزدانه ها می شود . بهسازی در الکترود یا مفتول جوشکاری شامل کاهش هر چه بیشتر کربن و افزودن بعضی عناصر کند کننده تبدیل فاز می باشد .

جوشکاری فولاد آستنیتی منگنزی به فولادهای دیگر ( کربنی و کم آلیاژی ) فقط با استفاده از فلز پرکننده فولاد منگنزی امکان پذیر است و در صورتی که با تفکیک صحیح جوشکاری کار شود بهترین نتیجه وقتی حاصل می شود که میزان فسفر در مفتول یا الکترود کمتر از 025/0% و منگنز بیش از 14 درصد و " میزان امتزاج " در لبه فولاد غیر منگنزی کمتر از 25 درصد باشد . در غیر اینصورت ممکن است ترک برداشتن در جوش یا مجاور آن اتفاق افتد . هرگز نباید از مفتول یا الکترود فولاد کربنی یا کم آلیاژی در این موارد استفاده شود . بعضی جوشکار ها مفتول فولاد زنگ نزن 308 را ترجیح می دهند . البته باید عمق نفوذ و میزان امتزاج پایین نگهداشته شود .

انواع گوناگونی از الکترود جوشکاری با ترکیبات متفاوت برای جوشکاری این گروه فولادها تولید و عرضه می شود که بعضی از آنها صرفا" برای عملیات سطحی رسوب دادن لایه سخت در مواضع تحت سایش زیاد مناسب است . جدول زیر خواص مکانیکی و ترکیب شیمیایی چند نمونه فلز جوش رسوب داده شده با چند نوع مفتول بر روی فولاد آستنیتی منگنز دار نشان می دهد . خاصیت ضربه پذیری نمونه دیگری ازفلز جوش در جدول بعدی آورده شده است .