قالب گیری فشاری چیست؟

قالب‌گیری فشاری ابتدا برای قالب‌گیری لاستیک مورد استفاده قرار گرفت، اما طیف موادی که با آن کار می‌کند از آن زمان تا حد زیادی گسترش یافته است. بسیاری از اقلام اطراف شما با استفاده از قالب گیری فشرده ساخته شده اند، و هنوز هم می تواند یک راه حل تولید عالی برای شما باشد.

قالب گیری فشرده چیست؟

قالب‌گیری فشاری فرآیند تولیدی است که از یک قالب گرم شده دو طرفه، بالا و پایین، برای فشرده‌سازی یک ماده قالب‌گیری به شکل یا فرمی که توسط قالب تعیین می‌شود، استفاده می‌کند. گرما و فشار هر دو جنبه های مهم فرآیند قالب گیری فشرده هستند. گرما به مواد مورد استفاده برای قالب گیری فشرده کمک می کند تا بسته به نوع ماده مورد استفاده ذوب یا پخته شوند. فشار باعث می شود که مواد نرم شده به طور یکنواخت در حفره های قالب جریان یابد.

همانطور که از نام آن پیداست، نیروهای فشاری کلید این روش قالب گیری هستند. تناژ پرس های مورد استفاده می تواند تا 2500 تن برسد. قالب گیری فشرده یک روش ساخت عالی برای تولید با حجم بالا است.

فرآیند قالب گیری فشرده

فرآیند قالب‌گیری فشرده بسته به نوع ماده‌ای که با آن کار می‌کنید، تغییرات کمی دارد. با این حال، فرآیند اصلی را می توان به شش مرحله اساسی تقسیم کرد.

مرحله 1: آماده سازی دستگاه برای قالب گیری

انواع مختلفی از تجهیزات قالب گیری فشرده وجود دارد، اما قبل از شروع چرخه تولید، هر کدام باید به نحوی آماده شوند. این می تواند شامل اقداماتی مانند:

• تمیز کردن قالب
• اسپری کردن عامل رهاسازی
• حرارت را روشن کرده و قالب را از قبل گرم می کنیم
• قرار دادن درج و غیره

این اقدامات ضروری هستند و از دست دادن یک مرحله می تواند منجر به یک قطعه معیوب یا آسیب دیده شود.

مرحله 2: اندازه گیری و بارگذاری مواد خوراک

مقدار مواد پلاستیکی مورد استفاده در قالب گیری فشاری باید دقیقاً اندازه گیری شود. این به اطمینان از سازگاری بین محصولات کمک می کند. مواد بیش از حد در قالب می تواند منجر به چندین مشکل از جمله:

• مقدار زیاد فلاش که باید قطع شود
• تخریب چالش ها
• قالب های آسیب دیده
• دقت ابعادی پایین

از سوی دیگر، مواد بسیار کم می‌تواند منجر به قطعه‌ای شود که فاقد چگالی مناسب، کیفیت سطح پایین یا حتی بخش‌هایی از مواد از دست رفته باشد.

هنگامی که مقدار صحیح مواد اندازه گیری شد، در حفره قالب قرار می گیرد. مواد قالب گیری ممکن است قبل از قرار دادن در قالب از قبل گرم شود. این می تواند به کاهش زمان چرخه کمک کند.

مرحله 3: بستن قالب / فشرده سازی مواد

هنگامی که مواد در جای خود قرار گرفتند، قالب بسته می شود تا فشرده سازی اعمال شود که مواد را وارد هر قسمت از حفره قالب می کند. در این مرحله نیز ممکن است برای نرم شدن مواد یا کمک به پخت مواد ترموست، روی قالب اعمال شود.

بسته شدن قالب با سرعت از پیش تعیین شده برای زمان چرخه سریعتر انجام می شود. سرعت همچنین نمی تواند خیلی زیاد باشد زیرا مواد می توانند از داخل حفره قالب جابجا شوند.

مرحله 4: پخت یا خنک کردن

پس از بسته شدن قالب، مواد برای مدت زمان معینی، معمولاً 1 تا 5 دقیقه در جای خود قرار می گیرند. این ماده در این مدت برای یک پلاستیک گرماسخت عمل می کند. پخت فرآیندی است که در آن اتصال عرضی در پلیمر انجام می شود و در نتیجه یک قطعه جامد با خواص خاص ایجاد می شود.

در مورد ترموپلاستیک ها، قسمت تشکیل شده در قالب در این مدت خنک می شود تا زمانی که به اندازه کافی سخت شود که بدون آسیب از بین برود.

مرحله 5: تخریب

در این مرحله قالب باز شده و قسمت جامد از قالب خارج می شود. پین های تخلیه و سایر سیستم های مکانیکی می توانند به این امر کمک کنند. در برخی موارد می توان قالب گیری را با دست انجام داد.

برخی از قطعات فرآیند قالب گیری پیچیده تری نسبت به سایرین دارند. برای مثال، برای قطعه‌ای که با کمک اینسرت قالب‌گیری می‌شود، در مرحله‌ی قالب‌گیری، درج‌ها باید در مرحله‌ای از قالب برداشته شوند.

مرحله 6: پس پردازش

بعد از اینکه قسمتی از قالب خارج شد، ممکن است لازم باشد چند مرحله دیگر را طی کند تا آماده در نظر گرفته شود. برش مواد اضافی یا فلاش یک روش معمول در این مرحله است. سایر قسمت ها ممکن است برای کاهش تنش های داخلی یا تمیز کردن نیاز به عملیات حرارتی داشته باشند.

طراحی قالب در قالب گیری فشرده

موفقیت در قالب گیری فشرده با طراحی قالب مناسب برای قسمت شما شروع می شود.مکانیک قالب‌گیری فشاری محدودیت‌های خاصی را روی ویژگی‌هایی که یک قطعه می‌تواند داشته باشد، ایجاد می‌کند. مهم است که از این محدودیت ها آگاه باشید تا مطمئن شوید که قطعه طراحی شده می تواند ساخته شود.

از ماشین های قالب گیری فشرده می توان برای قالب گیری قطعات با طرح های پیچیده استفاده کرد، اما این ها فرآیند را چالش برانگیزتر می کنند.

یک طراحی پیچیده می تواند چندین مرحله را به فرآیند اضافه کند. چنین طرح هایی همچنین می تواند جریان مواد و رسیدن به هر قسمت از قالب را سخت تر کند. مراحل اضافی به معنای چرخه تولید طولانی تر و هزینه های بالاتر است در حالی که جریان ضعیف مواد می تواند منجر به نقص در قطعه شود.

خروج قطعه را آسان کنید

هنگام طراحی یک قطعه باید به سهولت پرتاب قطعه توجه شود زیرا قطعاتی که خارج کردن آنها دشوار است ممکن است با مشکلات زیر مواجه شوند:

• زمان چرخه طولانی
• پرداخت سطحی ضعیف
• شکستن در حین تخلیه

دو عاملی که بیرون راندن قطعات را آسان‌تر می‌کند، استفاده از زوایای کشش در طراحی قالب و اجتناب از زیر بریدگی است.

ضخامت دیوار مناسب را انتخاب کنید

هر دو دیوار ضخیم و نازک می توانند برای قطعات قالب گیری مشکل ایجاد کنند. دیوارهای ضخیم مستعد ایجاد حفره های داخلی هستند. این به دلیل سرد شدن بخش های بیرونی دیوارها بسیار سریعتر از بخش های داخلی است.

دیوارهای نازک فاقد استحکام برای مقاومت در برابر نیروهای تغییر شکل ناشی از تغییرات دما هستند. احتمال تاب برداشتن یا اعوجاج آنها به دلیل خنک شدن بخشی بیشتر است.

این چالش ها به این معنی است که طراحی قالب باید ضخامت دیواره بهینه را بر اساس نیازهای ساختاری قطعه و جریان مواد انتخاب کند. دنده ها اغلب برای به دست آوردن قطعات مستحکم بدون بخش های دیوار ضخیم استفاده می شوند.

مواد را در نظر بگیرید

مواد مختلف در طول فرآیند قالب گیری فشاری رفتار متفاوتی دارند. برخی از مواد به آسانی سایر مواد جاری نمی شوند. برخی دیگر با سرعت کمتر یا سریعتر گرم یا سرد می شوند. برخی از مواد نیز می توانند در طی مراحلی از فرآیند منبسط یا منقبض شوند.

در طراحی قالب باید چنین حقایقی در نظر گرفته شود تا از ساخت قطعات معیوب یا قطعات با ابعاد نادرست جلوگیری شود.

طراحی برای ماندگاری

قالب گیری فشرده به عنوان یک روش تولید با حجم بالا طبقه بندی می شود. به این معنی که قالب مورد استفاده باید مدت زیادی دوام بیاورد و برای بسیاری از قسمت ها استفاده شود.

برای اطمینان از این موضوع، قالب باید به گونه ای طراحی شود که اثر مخرب دما و فشار بالا را به حداقل برساند.

قسمت هایی از قالب که به راحتی آسیب می بینند باید طوری طراحی شوند که تعمیر آنها آسان باشد. این کار باعث کاهش زمان خرابی در صورت نیاز به تعویض یا تعمیر این قطعات می شود.

مواد برای قالب گیری فشرده

قالب گیری فشاری یکی از معدود فرآیندهای تولیدی است که می تواند هم با ترموست و هم با ترموپلاستیک ها کار کند. این امر طیف وسیعی از محصولاتی را که می توان با استفاده از این فرآیند تولید کرد، گسترش می دهد. برخی از مواد رایج مورد استفاده در حال حاضر عبارتند از سیلیکون، اپوکسی و HDPE.

سیلیکون

سیلیکون یک ماده الاستومری شگفت انگیز است که در بسیاری از کاربردها جایگزین لاستیک طبیعی می شود. مقاومت دمایی بهتری دارد و به عنوان یک عایق بسیار خوب عمل می کند. همچنین دوام بیشتری نسبت به لاستیک دارد و می توان از آن در کاربردهای پزشکی و غذایی استفاده کرد.

سیلیکون برای قالب گیری فشرده عالی است زیرا به راحتی جریان می یابد و به آن اجازه می دهد تا فرم های قالب را به خوبی پر کند.سیلیکون معمولاً برای تولید واشر، مهر و موم و قطعات تجهیزات پزشکی استفاده می شود.

پلوتونیم

PU که به نام پلی اورتان نیز شناخته می شود، قطعاتی با استحکام ضربه، مقاومت در برابر سایش و چقرمگی بالا می سازد.بسته به فرمول، یک قطعه PU می تواند کیفیت های فیزیکی مختلفی داشته باشد.

این ترموست به راحتی جریان می یابد و با قالب گیری فشاری می توان از آن برای ساخت چرخ، آب بندی، غلتک و ... استفاده کرد.

HDPE ( HDPE )

پلی اتیلن با چگالی بالا یک ترموپلاستیک است که به راحتی ذوب می شود و در حالت مذاب به خوبی جریان می یابد. می توان از آن برای قالب گیری فشرده قطعات نسبتاً پیچیده استفاده کرد. این ماده دارای ثبات ابعادی و مقاومت در برابر ضربه بسیار خوبی است.

قالب گیری فشرده برای ساخت قطعات HDPE برای کاربردهای صنعتی و خودرو استفاده می شود.

Ptfe

پلی تترا فلوئورواتیلن خواص نچسب بسیار خوبی از خود نشان می دهد و همچنین در برابر مواد شیمیایی بسیار مقاوم است. PTFE یک ماده خوب برای قالب گیری فشرده است زیرا به راحتی جریان می یابد. بلبرینگ ها، واشرها و قطعات عایق الکتریکی را می توان با استفاده از PTFE قالب گیری کرد.

مقایسه با سایر فرآیندهای قالب گیری

قالب‌گیری فشرده و قالب‌گیری تزریقی اغلب با هم مقایسه می‌شوند زیرا هر دو فرآیند از قالب استفاده می‌کنند. اگرچه درجه قابل توجهی از همپوشانی وجود دارد، این دو روش تولید به طور قابل توجهی متفاوت هستند و معمولاً نیازهای تولید متفاوتی را برآورده می کنند.

باز کردن Vs بسته قالب

قالب گیری فشرده از طراحی قالب باز استفاده می کند. قبل از اینکه قسمت بالایی قالب روی آن بسته شود، مواد داخل حفره قالب قرار می گیرد.

از طرف دیگر، قالب گیری تزریقی از طراحی قالب بسته استفاده می کند. مواد در قالبی که از قبل بسته شده است تزریق می شود. گذرگاه هایی برای ورود مواد یا هواگیری وجود دارد.

طراحی قسمت

ماهیت باز بودن قالب‌های مورد استفاده برای قالب‌گیری فشرده‌سازی، آن را برای ساخت قطعات بزرگ با هندسه‌های غیرپیچیده، مانند پانل‌ها، فرآیند خوبی می‌سازد. با استفاده از این فرآیند می توان قطعاتی مانند سپر خودرو را به راحتی ساخت.

بسته بودن قالب‌های تزریقی، آن را به فرآیندی عالی برای تولید قطعات با طرح‌های پیچیده‌تر تبدیل می‌کند. مواد با فشار بالا وارد قالب می شوند که آن را قادر می سازد به اشکال پیچیده جریان یابد.

هزینه راه اندازی

راه اندازی عملیات قالب گیری تزریقی گران تر از راه اندازی برای قالب گیری فشرده است.هزینه های ابزار بسیار زیاد است زیرا آنها باید بتوانند فشارهای بالای فرآیند قالب گیری تزریقی را تحمل کنند و پارامترهای فرآیند را به شدت کنترل کنند.

ابزار برای قالب گیری فشرده هزینه زیادی ندارد، و این باعث می شود زمانی که حجم تولید کمتر باشد، انتخاب بهتری باشد.

زمان چرخه

چرخه های قالب گیری فشرده می تواند بین یک تا شش دقیقه باشد. از سوی دیگر برخی از چرخه های قالب گیری تزریقی می توانند تا دو ثانیه نیز کم باشند.

مواردی وجود دارد که زمان تولید برای قالب گیری تزریقی بیش از یک دقیقه طولانی است، اما به طور کلی فرآیند سریعتر است و یک انتخاب عالی برای تولید انبوه است.

این تفاوت در زمان‌های چرخه از این واقعیت ناشی می‌شود که فرآیندهای قالب‌گیری تزریقی معمولاً کاملاً خودکار هستند در حالی که قالب‌گیری فشاری می‌تواند دستی باشد و قطعات قبل از بیرون ریختن نیاز به زمان برای پخت دارند. بارگیری مواد و بیرون ریختن قطعات نیز ممکن است به صورت دستی در قالب گیری فشاری انجام شود.

سطح دقت

فرآیند قالب گیری تزریقی در مقایسه با قالب گیری فشرده، فرآیند بسیار دقیق تری است.قالب های مورد استفاده برای قالب گیری تزریقی از مواد بسیار قوی ساخته شده اند. کمتر احتمال دارد عیبی ایجاد کنند که بر شکل و ابعاد قطعات تأثیر بگذارد.

سطح دقت به اندازه‌ای بالاست که قطعات تزریقی ممکن است نیازی به پس‌پردازش نداشته باشند.

گزینه های مواد

اگرچه قالب‌گیری تزریقی با بسیاری از مواد به خوبی کار می‌کند، یک مورد خاص در قالب‌گیری فشاری این است که می‌توان از ترکیب قالب‌گیری حجیم یا ترکیب قالب‌گیری ورق استفاده کرد. این مواد حاوی الیاف خرد شده هستند و می توان از آنها برای ساخت قطعات کامپوزیتی استفاده کرد.

قالب تزریقی نمی تواند از چنین موادی استفاده کند و برای ساخت قطعات ساخته شده از مواد کامپوزیتی مناسب نیست.

مزایا و معایب قالب گیری فشرده

قالب گیری فشرده برای بیش از یک قرن زنده مانده است. این به این دلیل است که دارای مزایایی است که عبارتند از:

• هزینه ابزار کمتر:تجهیزات مرتبط با قالب گیری فشاری مانند پرس های هیدرولیک، به اندازه تجهیزات مورد استفاده برای قالب گیری تزریقی پیچیده نیستند. این باعث می شود شروع عملیات قالب گیری فشاری هزینه کمتری داشته باشد.
• برای تولید کم حجم بهتر است:هزینه پایین تر ابزار قالب گیری فشرده سازی آن را برای حجم های پایین تولید بهتر می کند. این به این دلیل است که محصولات کمتری برای شکستن نیاز است.
• عالی برای اقلام بزرگ:عوامل محدود کننده اصلی از نظر اندازه و وزن قطعات ساخته شده با استفاده از قالب گیری فشاری، تناژ و اندازه پرس است. بنابراین، قالب گیری فشرده معمولاً برای ساخت قطعات بزرگتر در مقایسه با قالب گیری تزریقی و سایر فرآیندها استفاده می شود.
• درج امکان پذیر است:قالب گیری درج قالب گیری یک ماده بر روی ماده دیگر است. در صورت استفاده از روش‌ها و ابزار مناسب، این امر با قالب‌گیری فشرده امکان‌پذیر است.
• بخش های قوی:قالب‌گیری فشاری قطعات متراکمی را تولید می‌کند که به لطف نیروهای فشاری زیادی که استفاده می‌کند، کاملاً مقاوم هستند.
• سازگاری مواد:قالب گیری فشرده با انواع مختلفی از مواد از جمله کامپوزیت های آغشته به الیاف سازگار است.

این روش ساخت همیشه برای برخی از محصولات مناسب نیست. معایب قالب گیری فشاری عبارتند از:

• پیچیدگی بخش:سطح پیچیدگی که می توان با استفاده از قالب گیری فشاری به دست آورد ضعیف نیست اما نمی تواند با قالب گیری تزریقی و برخی فرآیندهای دیگر رقابت کند.
• زمان تولید:زمان تولید برای قالب گیری تراکمی طولانی تر از زمان های قالب گیری تزریقی است.
• پس پردازش:بدون اقدامات مناسب، فلاش می تواند مشکل مهمی در قالب گیری فشرده باشد. این مواد اضافی باید بریده شود و این مرحله اضافی می تواند گران باشد.

کاربردهای قالب گیری فشاری

قالب گیری فشاری را می توان برای ساخت طیف وسیعی از قطعات از پلیمرهای ترموپلاستیک و ترموست استفاده کرد. چند نمونه از این موارد عبارتند از:

• قطعات الکتریکی:سوکت ها، صفحات، کلیدها و سایر اجزای الکتریکی را می توان با استفاده از قالب گیری فشاری ساخت.
• لوازم برقی:با استفاده از این تکنیک می توان قطعات صفحه کلید، کنترلرهای بازی و ... را ساخت.
• قطعات خودرو:پانل های بزرگ و سایر قسمت های وسایل نقلیه را می توان با استفاده از قالب گیری فشرده سازی ساخت.
• قطعات تجهیزات پزشکی:ماسک های تنفسی و سایر وسایل پزشکی با استفاده از قالب گیری فشرده ساخته می شوند.

نتیجه

قالب‌گیری فشرده‌سازی پیچیدگی قالب‌گیری تزریقی را ندارد، اما بهترین روش برای ساخت انواع خاصی از محصولات است.

این فرآیند تولید ساده است و مواد حتی به صورت دستی در قالب بارگذاری می شوند. با وجود سادگی، محصولاتی تولید می کند که دارای استحکام بسیار بالا و روکش سطحی خوبی هستند و حتی می تواند هندسه های پیچیده ای را مدیریت کند.

قالب گیری فشرده اکنون با بسیاری از مواد ترموپلاستیک و ترموست کار می کند و محصولات آن در بسیاری از صنایع استفاده می شود.