نکات طراحی برای قالب¬گیری تزریقی

فرآیند قالب­گیری تزریقی به طور گسترده در تولیدات با حجم بالا مورد استفاده قرار می­گیرد؛ زیرا ضایعات نسبتا کمی داشته و تکرارپذیری بالایی دارد. تطبیق­پذیری فرآیند قالب­گیری تزریقی، ملاحظات طراحی بسیار گسترده­تری را می­طلبد. بیشتر این ملاحظات طراحی روی قالب و پس از تعیین الزامات محصول انجام می­شود.

برخی از عواملی که بر طراحی قالب‌گیری تزریقی تاثیر می‌گذارند عبارتند از: نحوه­ی استفاده از قطعه (محصول منفرد یا برای مونتاژ)، نیازهای ابعادی و مکانیکی آن و توانایی آن برای مقاومت در برابر عواملی مانند مواد شیمیایی یا فشار. برخی از نکات ضروری که هنگام طراحی قالب تزریقی باید در نظر گرفته شوند، در ادامه بررسی خواهند شد.

1. مواد مناسب طراحی خود را با دقت انتخاب نمایید

مواد قالب­گیری تزریقی مختلف خواص متفاوتی را ارائه می­دهند. به عنوان مثال، برخی از مواد قالب­گیری تزریقی ثبات ابعادی بیشتری نسبت به سایر مواد ایجاد می­کنند. به طور مشابه، برخی دیگر نیز بهتر از سایرین با چسب­ها می­چسبند. در طراحی مواد، این موارد در نظر گرفته می­شوند: دما، فشار و فعل و انفعالات بیولوژیکی و شیمیایی.

رزین­های ترموپلاستیک را می­توان به طور کلی به دو دسته­ی بی­شکل و نیمه کریستالی طبقه­بندی نمود. در حالی که ترموپلاستیک­های نیمه کریستالی مقاومت شیمیایی و الکتریکی بهتری دارند، همتایان آمورف آن­ها از نظر ابعادی بسیار پایدارتر بوده و در برابر ضربه نیز مقاوم­تر هستند. انتخاب مواد می­تواند بر میزان تلرانس مورد نیاز یا ویژگی­های خاصی مانند ضخامت دیواره تاثیر بگذارد.

2. تلرانس قطعه را در نظر بگیرید

تلرانس­ها تحت تاثیر انقباضاتی هستند که در طول فرآیند خنک­سازی رخ می­دهند. مواد بی­شکلی مانند PLA عموما تلرانس دقیق­تری نسبت به مواد نیمه کریستالی مانند PEEK دارند.

تلرانس‌های دقیق تولید را گران‌تر می­نمایند؛ اما ممکن است برای تناسب یا عملکرد صحیح قطعه­ی شما ضروری باشند؛ به خصوص اگر از آن قطعه در یک مجموعه استفاده شود.

توصیه می­کنیم در مرحله­ی طراحی با تامین­کننده­ی خود تماس بگیرید تا در مورد استانداردهای تلرانس مورد استفاده­ی آن­ها بحث کنید.

به عنوان مثال، DIN 16901 شامل یک جدول تلرانس عمومی به عنوان مرجع برای مواد مختلف است. اگر تامین‌کننده­ی شما از این استاندارد استفاده می‌کند و به تلرانس‌های دقیق‌تر یا استانداردهای دیگری نیاز دارید، از شما می‌خواهند نقشه‌های دوبعدی ارائه دهید.

3. ضخامت دیواره­ی مناسب را انتخاب نمایید

برای اطمینان از انتخاب ضخامت دیواره­ی مناسب برای طراحی قالب­گیری تزریقی، باید چند نکته­ی کلیدی را در نظر گرفت:

·        دیواره­های نازک­تر زمان چرخه را کوتاه نموده و قیمت قطعه­ی شما را کاهش می­دهند. برای بسیاری از کاربردها، ضخامت دیواره­ی 2.5-1.5 میلی­متر کافی است؛ اما شما می­توانید به ضخامت دیواره­های توصیه شده برای مواد مختلف نیز مراجعه کنید.

·        بر خلاف قطعات ماشینکاری CNC، قطعات قالب­گیری تزریق پلاستیک از ضخامت دیواره­ی ثابتی بهره می­برند. اگر قطعه­ای در یک قسمت ضخیم­تر از قسمت دیگر باشد، در آن محل کشیدگی ظاهر خواهد شد.

·        ضخامت­های غیر یکنواخت دیواره نیز منجر به بروز اعوجاج می­شود؛ زیرا این دیواره­ها با سرعت­های مختلف سرد و منقبض می­شوند. اگر به ضخامت غیر یکنواخت نیاز دارید، تغییر ضخامت نباید از 15% ضخامت اسمی دیواره تجاوز نموده و همیشه باید انتقال آرام یا مخروطی شکلی داشته باشد تا قطعه­ای با کیفیت بالا به دست آید.

ضخامت دیواره­های توصیه شده برای مواد مختلف بدین شرح است:

 4. زوایای خروج را به طرح خود اضافه نمایید

بسیاری از فرآیندهای حذف مواد مانند ماشینکاری CNC می­توانند دیواره­های عمودی ایجاد کنند. با این حال، ایجاد طرح یک قطعه برای قالب‌گیری تزریقی با دیواره‌های عمودی باعث می‌شود که قطعه، به‌ویژه در ماهیچه­های خود، به دلیل انقباض در هنگام خنک‌سازی، گیر کند.

اگر نیروی زیادی برای بیرون انداختن قطعه وارد شود، خطر آسیب رساندن به بیرون­انداز و حتی قالب بسیار زیاد می­شود. برای جلوگیری از این مشکل، دیواره­های قطعات را با شیب کمی طراحی نمایید. به این شیب، زاویه­ی خروج  می­گویند.

به دلیل پیچیدگی بالای طراحی، این زاویه معمولا در مراحل پایانی طراحی قطعه اضافه می­شود. سطوح مختلف نیاز به زوایای متفاوتی دارند. سطوح بافت­دار به بیشترین مقدار زاویه نیاز دارند. برخی از سطوح رایج در قالب­گیری تزریقی و حداقل زوایای خروج آن­ها به شرح زیر است.

·        برای شرایط «نزدیک به عمودی»: 0.5 درجه

·        متداول­ترین موقعیت­ها: 1 تا 2 درجه

·        تمام سطوح جداکننده: 3 درجه

·        سطوح دارای بافت کم: 1 تا 3 درجه

·        سطوح دارای بافت متوسط: 5+ درجه

5. به برخی قطعات نوارهای تقویت­کننده و صفحات مهاربند اضافه نمایید

برخی قطعات به نوارهای تقویت­کننده نیاز دارند. نوارهای تقویت­کننده و صفحات مهاربند استحکام بیشتری به قطعات بخشیده و به از بین بردن عیوب ظاهری مانند اعوجاج، کشیدگی و حفره­ها کمک می­کنند. این اجزا برای قطعات ساختاری ضروری هستند. بنابراین برای افزایش استحکام، بهتر است به جای افزایش ضخامت قطعات، از آن­ها استفاده شود.

با این حال، اگر به درستی طراحی نشوند، می­توانند منجر به بروز انقباض گردند. انقباض زمانی اتفاق می‌افتد که سرعت خنک‌شدن برخی از قسمت­ها بسیار سریع‌تر از بعضی دیگر بوده و در نتیجه خمش دائمی آن­ها را در پی دارد. اعوجاج را می­توان با حفظ ضخامت نوارهای تقویت­کننده بین 50 تا 60 درصد ضخامت دیواره­ای که به آن متصل است، به طور موثری کاهش داد.

6. شعاع و فیلت را به طرح قطعه اضافه نمایید

اعمال شعاع بر روی قطعات، در صورت امکان، گوشه­های تیز را حذف نموده و جریان مواد و یکپارچگی ساختاری قطعه را بهبود می­بخشد. گوشه­های تیز باعث ضعف در قطعه می­شوند؛ زیرا مواد مذاب از گوشه یا به سمت آن جریان می­یابد. تنها مکان­هایی که گوشه­های تیز اجتناب­ناپذیر هستند، سطوح جداکننده می­باشند.

شعاع‌ها و فیلت­ها نیز به جدایش قطعه کمک می‌کنند؛ زیرا گوشه‌های گرد نسبت به گوشه‌های تیز کمتر در حین جدایش گیر می‌کنند. علاوه بر این، گوشه­های تیز نیز از نظر ساختاری توصیه نمی­شوند؛ زیرا منجر به ایجاد نقاط پرتنشی می­شوند که ممکن است سبب از کار افتادن قطعه گردند. شعاع­ها به کاهش تنش در گوشه­ها کمک می­کنند.

قرار دادن گوشه­های تیز در قطعه­ی شما، به طور تصاعدی هزینه­ی تولید را نیز افزایش می­دهد؛ زیرا این امر مستلزم آن است که قالب دارای گوشه­های تیز باشد که تنها با استفاده از تکنیک­های ساخت بسیار گران قیمت به دست می­آید.

شعاع­های داخلی را حداقل 0.5 برابر ضخامت دیواره­ی مجاور و شعاع­های خارجی را 1.5 برابر اندازه­ی آن اضافه نمایید.

7. از زیربرش­ها و شیب­های معکوس خودداری نموده و در صورت امکان شیار­هایی را ایجاد کنید

چفت و بست­ها از طریق زیربرش­ها و شیب­های معکوس به دست می­آیند. قالب کشش مستقیم که از دو نیمه تشکیل شده و ساده­ترین طرح است، برای ساخت قطعاتی با این اجزا مناسب نیست. این امر به دلیل دشواری ماشینکاری چنین قالبی با CNC و تمایل مواد به گیر کردن در هنگام جدایش است.

زیربرش­ها و شیب­های معکوس معمولا با استفاده از ماهیچه­های جانبی ساخته می­شوند. با این حال، استفاده از آن­ها به طور قابل توجهی هزینه­های ابزار را افزایش می­دهد. خوشبختانه نکاتی در طراحی برای دستیابی به عملکرد مناسب قطعات بدون استفاده از ماهیچه­های جانبی وجود دارد. یکی از راه­های انجام این کار، بهره­گیری از یک شیار به جای آن است.

از این مورد به عنوان ماهیچه­ی یک تکه نیز یاد می­شود. راه دیگر، تنظیم یا جابجایی خط جدایش قطعه است. هنگام انجام این کار، زاویه­ی خروج را نیز متناسب با آن تنظیم نمایید. جابجایی خطوط جداکننده برای زیربرش­ها و شیب­های معکوسی که در قسمت بیرونی قطعه قرار دارند، مناسب­تر است.

همچنین می‌توانید از زیربرش­ها و شیب­های معکوسی استفاده کنید که به آن­ها ضامن نیز گفته می‌شود. با این حال، تنها زمانی از این اجزا استفاده کنید که قطعه به اندازه­ی کافی انعطاف­پذیر باشد تا در هنگام خروج از قالب تغییر شکل داده و منبسط شود.

فاصله­ی کافی ایجاد کنید: ضامن‌ها باید دارای زاویه راهنمای 30 تا 45 بوده تا خروجی موثری داشته باشند. همه­ی این جایگزین­ها برای ماهیچه­های جانبی گران قیمت نیاز به طراحی مجدد قابل توجه قطعه دارند. زمانی که طراحی مجدد یک قطعه به دلیل احتمال اینکه ممکن است بر عملکرد آن تاثیر بگذارد امکان­پذیر نیست، برای بهره­گیری از زیربرش­ها و شیب­های معکوس، باید از عوامل جانبی و ماهیچه­ها استفاده نمایید.

این اجزا با بسته شدن قالب به داخل لغزیده و با باز شدن آن بیرون می­روند. ماهیچه­های جانبی باید به صورت عمودی حرکت کرده و دارای زوایای خروج مناسب باشند.

8. نافی­ها را به دیواره­های جانبی یا نوارهای تقویت­کننده وصل نمایید

نافی­ها، پایه­های استوانه­ای شکلی هستند که در یک قطعه­ی پلاستیکی قالب­گیری می­شوند تا یک اینسرت، پیچ خودکار یا پین را برای مونتاژ یا نصب قطعات بپذیرند.

قطر خارجی (OD) نافی باید 2.5 برابر قطر پیچ برای کاربردهای خودکار باشد.

نافی­ها نباید آزاد باشند. همیشه آن­ها را با نوارهای تقویت­کننده یا صفحات مهاربند به دیواره­ی کناری یا زمین بچسبانید. ضخامت آن­ها نباید از 60 درصد ضخامت کلی قطعه تجاوز کند تا کشیدگی قابل مشاهده در قسمت بیرونی قطعه به حداقل برسد.

به عنوان مثال، قطعه­ای با دیواره­ی بیرونی 3 میلی­متر باید دارای نوارهای تقویت­کننده­ی داخلی باشد که ضخامت آن­ها از 1.7 میلی­متر بیشتر نباشد.

9. سیستم راهگاهی: سطوح مهم را در جایی که نباید هیچ علامتی وجود داشته باشد، برجسته نمایید

به منظور طراحی و ساخت صحیح قطعه­ی خود با استفاده از قالب­گیری تزریقی، برای سازنده مهم است که از همان ابتدا نیازهای شما را از نظر ظاهری درک نماید.

یکی از نکات کلیدی که سازنده­ی ابزار باید در نظر بگیرد، محل سیستم راهگاهی است. راهگاه­ها بخش­های ورودی هستند که از طریق آن­ها مواد مذاب وارد قالب می­شود. سازنده­ی ابزار باید نوع راهگاه­ها را انتخاب کرده و آن­ها را به صورت استراتژیک قرار دهد تا مشکلات بالقوه­ی کیفیت را به حداقل برساند.

راهگاه­ها همچنین بقایای سیستم راهگاهی یا نشانه­های ظاهری را بر جای می‌گذارند که نمایانگر وجود آن­ها در قطعه است. حتی اگر ظریف باشند.

به همین دلیل است که توصیه می­کنیم به تامین­کننده­ی خود در مورد هر گونه الزامات ظاهری و عملکردی اطلاع دهید و تعیین نمایید که کجا نباید از سیستم راهگاهی استفاده شود.

قطعات خود را برای قالب­گیری تزریقی طراحی نموده و آن­ها را با 3Dhub تهیه کنید

در مجموعه 3Dhub، ما خدمات قالب­گیری تزریقی را ارائه می­دهیم. به سادگی به سایت ما مراجعه نموده و stl مدل خود را آپلود کنید.