کاربرد تکنولوژی چند منظوره برای دامنه وسیعی از مواد
رشد و تنوع امکان ترکیب مواد در بخشهای رو به توسعه صنعت، استفاده از تکنولوژیهای انعطافپذیر با کارایی بالا را در تولید قطعات بهصورت چند جزئی طلب میکند.
مزایای استفاده از تکنولوژی چند منظوره:
انعطافپذیری و تنوع کاربرد:
* مناسب برای تمام فرایندهای تزریق چندجزئی نظیر، Composite injection Molding- Bi-Injection، تکنولوژی Sandwich و فرایند قرار دادن اجزای از پیش تزریق شده در قالب دوم
* ترکیب دامنه وسیعی از پلاستیکها، فلزات و قطعات نیمهتمام در ترکیبات یکنواخت و غیریکنواخت
* اتصال مستقیم مواد سازگار و اتصال مکانیکی ناسازگار از نظر چسبندگی
* تولید قطعات متحرک بهصورت مجزا از هم با مواد سازگار از نظر چسبندگی در یک قالب
قابلیت اضافی منحصربفرد:
* امکان طراحی جزء به جزء ماشین با شکل و طرح خاص
* طرح ماشین با نیروی کلمپ از رنج 500 تا kn13000 با 2 تا 4 یونیت تزریق
* دامنه وسیع پکیجهای اضافه برای تزریق قطعات چندرنگ و چند جزء
مقرون به صرف بودن:
* نصب و راهاندازی سریع و آسان ماشین
* فرایند تولید آسان وکوتاهسازی زمان تولید
* نیاز به ملزومات کم برای نصب و راهاندازی
* مصرف انرژی پایین
* اشغال فضای کم توسط ماشین
قدرتمند و دقیق:
* دارای دو یونیت تزریق، با پمپ هیدرولیک مجزا برای هر یک
* سرعت چرخش بالا و بهینهسازی حرکتهای چرخشی بهطور اتوماتیک با صفحات یکپارچه
* انجام عمل تزریق و ذوب مواد با دقت قابل محاسبه توسط یونیتهای تزریق که بهطور مجزا توسط پمپهای هیدرولیکی کنترل میشوند.
عوامل انسانی:
* کنترل حسی مراحل فرایند با استفاده از نمودارهای تصویری بر روی سیستم کنترل کننده عوامل انسانی
* مراحل استاندارد از پیش تعریف شده برای آسانسازی برنامهنویسی
جدول 1: ترکیب مواد مختلف
مروری بر تکنیکهای فرایند تولید
Bi-Injection- تزریق همزمان یا مرحلهای دو ماده در یک کویته
شکل 1: فناوری Bi- Injection
Core- Back Technique- تزریق دو ماده در یک کویته، یکی پس از دیگری. کویته قالب، توسط تیغهای متحرک به دو قسمت تقسیم شده و فضای خالی برای تزریق ماده دوم با عقب رفتن این تیغه، باز میشود
شکل 2: فناوری Core- Back
Transfer Technique- قطعه اولیه (Pre form) در یک قالب تزریق ساده تولید میشود و سپس توسط دست یا روبات از قالب خارج شده و در قالب بعدی گذاشته میشود و ماده دوم روی آن تزریق میگردد.
شکل 3: مدلینگ Transfer
شکل 4
Rotary Technique- قطعه تزریق شده در یک کویته قالب با چرخش یک سمت قالب بهصورت محوری یا عمودی، مقابل کویته دیگر قرار گرفته و تزریق دوم مطابق با سطح آببندی جدید روی آن تزریق میگردد.
Sandwich Technique- مواد مختلف با تأخیر در یک کویته تزریق میشوند، بهطوری که ماده اول تشکیل پوسته و ماده دوم تشکیل هسته مرکزی قطعه تولید شده را میدهند.
شکل 9: فناوری Sandwich
استفاده از تکنولوژی چند جزئی بهعنوان راهحل برای دامنهای وسیع از تولیدات
از جمله کاربردهای این تکنولوژی، کاربرد آن در تولید قطعات چندرنگ با کیفیت بالا، تولید قطعات مخلوطی از دو یا چند ماده (چند جنسی)، قطعات تزئینی، چاپی، تزریق پلاستیک در پشت پارچه و ورق فلزی و غیره است.
تکنولوژی تولید قطعات چند جزئی در سالهای اخیر، بسرعت در حال گسترش و پیشرفت است. ابداع فرایندهای مختلف، ترکیبات متنوع مواد برای کاربردهای مختلف در خودرو، تکنولوژیهای پزشکی، ارتباطات، الکترونیک، صنایع بستهبندی و ورزشی، نمونههایی از حوضههای کاربرد این تکنولوژی بهشمار میآیند.
مواردی از کاربردهای جدید این تکنولوژی وجود دارد که تا چند سال پیش حتی تصور هم نمیشدند.
مزایا
بهرغم وجود تفاوتها، بیشتر تکنیکهای تولید قطعات چندجزئی دارای مزایای مشابهی هستند که مهمترین آنها عبارتند از:
* کاهش قابلملاحظه زمان سیکل تولید
* تنظیمات لازم برای یک ماشین چند تزریقی در مقایسه با تنظیم دو یا چند دستگاه معمولی مجزا، سادهتر و سریعتر است
* عملکرد سادهتر دستگاه
* کاهش مراحل عملیات مونتاژ قطعات
* ارتقای تضمین کیفیت قطعه و امکان تولید متوالی قطعه با کیفیت ثابت در تولید انبوه
* اشغال فضای کمتر
* اتلاف انرژی کمتر
ترکیبات امکانپذیر مواد
بهطور کلی ساخت ترکیبات زیر امکانپذیر است:
* پلاستیک با فلز: مثلاً میتوان یک قطعه فلزی را درون قالب تزریق پلاستیک گذاشت و روی آن پلاستیک تزریق کرد
* پلاستیک با پلاستیک: میتوان از پلاستیکهای مشابه یا متفاوت استفاده کرد
* پلاستیک و پارچه یا ورق فلزی: پارچه یا ورق نازک فلزی بین دو کفه قالب قرار میگیرد و پلاستیک مذاب پشت آن تزریق میشود.
ترکیب پلاستیک با پلاستیک
عاملی کلیدی در تولید بسیاری از ترموپلاستیکها، ترموستها و الاستومرهایی که قابلیت ترکیب شدن با هم را دارند، بهغیر از هندسه قطعه و روش فرایند تولید، زاویه مرز لازم بین اجزاست.
در صورتیکه کیفیت و قدرت چسبندگی بالایی بین اجزاء تزریق شده مدنظر باشد و یا اینکه مرز اتصال اجزای لازم، دقیق و مشخص باشد، لازم است از موادی که با هم سازگاری چسبندگی بالایی دارند استفاده شود. در صورت استفاده از مواد ناسازگار از نظر چسبندگی، باید در طراحی قطعه محلهایی برای درگیر شدن دو جزء و تداخل فیزیکی آنها درنظر گرفته شود. مثلاً باید سوراخ یا شکافهایی در مرز دو جزء درنظر گرفته شود تا اجزا کاملاً در هم نفوذ کنند.
در صورتیکه نیازی به ایجاد مرزی، دقیق و مشخص در محل برخورد دو جزء تزریق شده نباشد، باید از مواد سازگار از نظر چسبندگی استفاده شود.
فرایند تولید
از نظر نوع ماشین و طرح قالب، این سادهترین روش در میان روشهای دیگر است. مواد بهطور همزمان یا با تأخیر از دو گیت مجزا تزریق میشوند و در کویته با یک خط مرز تقریباً مشخص بههم میرسند.
ویژگیها
* عدم نیاز به تجهیزات اضافه
* قالب، دارای یک کویته است
وضعیت ماشین
ماشین مخصوص تزریق چند جزئی با یونیت تزریق در وضعیتهای V-L یا P
فرایند تولید
روش Core- Back سادهترین فرایند تزریق چند جزئی برای تزریق دو ماده در داخل یک کویته است که از قابلیت بالایی برای تولید مستمر قطعه برخوردار است. در این روش، کویته قالب توسط یک تیغه متحرک (CORE) که مانند یک شیر عمل میکند، به دو قسمت مجزا تقسیم میشود. در حین فرایند تزریق، با حرکت این تیغه، مسیر جریان مواد باز و بسته میشود. بعد از تزریق ماده اول و خنک شدن قطعه اولیه، تیغه عقب رفته و مسیر را برای تزریق دوم و حرکت ماده تا لبه قطعه اول باز میکند و دو ماده با یک مرز مشخص بههم متصل میشوند.
از این روش میتوان برای تزریق بیش از دو جزء نیز استفاده کرد، اما قالب بسیار پیچیده میشود. طرح و نقشه قطعه نقش مهمی در امکان استفاده از این روش تولیدی دارد.
مزایا
* اتصال خوب اجزاء به یکدیگر به دلیل سرعت بالای مراحل تزریق
* عدم نیاز به تجهیزات اضافه و ماشین تزریق
ویژگیها
* تجهیزات اختیاری
* شیرهای هیدرولیکی
وضعیت ماشین
ماشین مخصوص تزریق چند جزئی با یونیت تزریق در وضعیتهای V-L-R یا P
فرایند تولید
رایجترین و سادهترین روش تولید قطعات چند جزئی، تولید یکی از اجزاء در یک قالب و انتقال آن توسط دست یا روبات به کویته دیگری در همان قالب یا قالب دیگر و تزریق ماده بعدی بر روی آن است.
دو روش اجرای این فرایند
*روش اول: ابتدا یک جزء از قطعه در یک قالب تزریق معمولی تزریق شده، سپس جهت تزریق جزء بعدی روی آن، داخل کویته قالب بعدی که روی ماشین تزریق دیگری نصب شده منتقل میشود. در این روش از ماشینهای تزریق معمولی که یک یونیت تزریق دارد استفاده میشود. در ا ین روش میتوان قطعه را کاملاً در مرکز قالب قرار داد که در این صورت نیروی کلمپ و فشار تزریق کاملاً یکنواخت به سطح قالب اعمال میشود.
قیمت پایین قالب از مزایای دیگر روش یاد شده است. این روش برای تولید قطعات با تیراژ تولید کم، قطعات نمونه یا نمونههای آزمایشگاهی بسیار مناسب است.
وضعیت ماشین برای انتقال قطعه بین دو ماشین
ماشین معمولی با یک یونیت تزریق، انتقال قطعه از ماشین اول به ماشین بعدی توسط دست یا روبات انجام میگیرد. طرح قالب مانند قالبهای معمولی با یک سیستم تزریق است.
*روش دوم: عمل انتقال در داخل یک قالب و در یک ماشین تزریق انجام میشود. انتقال قطعه اولیه از یک کویته به کویته بعدی قالب، توسط روبات انجام میشود. با توجه به زمانبر بودن انتقال قطعه از یک کویته به کویته دیگر، وجود یک صفحه دوار برای جابجایی کویتههای قالب (در نتیجه چرخش انتقال قطعه نیز صورت میپذیرد) کمک مؤثری خواهد بود.
در این روش، قطعه طی دو مرحله و تنها در یک قالب و یک ماشین تزریق تکمیل خواهد شد. گرچه ممکن است هزینه ساخت قالب بیشتر از یک قالب معمولی باشد، اما بهدلیل چرخه تولید کوتاهتر و استفاده از یک ماشین تزریق بهجای دو ماشین، کاهش هزینه قابلملاحظهای در تولید قطعه خواهیم داشت. طرح و هندسه قطعه نقش مهمی در امکان استفاده از این روش برای تولید دارد.
خصوصیات ویژه:
قطعه اولیه هنوز کاملاً سرد نشده و احتمال رخ دادن شریک آزاد قطعه بههنگام خروج دارد. لذا این مورد در طراحی و ساخت کویته دوم مدنظر گرفته شود.
وضعیت ماشین
ماشین تزریق دو جزئی با یونیت تزریق در حالتهای V-L-R و یا P، روبات با گیرههای مخصوص.
برخلاف روش Transfer که قطعه توسط دست یا روبات از قالب خارج شده و در کویته بعدی قرار میگیرد، در روش Rotary، قطعه اولیه در قالب باقی میماند، در نتیجه شرینک آزاد ایجاد نشده (در روش Transfer شرینک آزاد ایجاد میشود) و ابعاد آن ثابت باقی میماند.
در روش Rotation در صورتیکه قطعه در دو مرحله تکمیل شود، قطعه اولیه با چرخش 180 درجه کور قالب، مقابل کویته بعدی قرار میگیرد و تزریق بعدی روی آن انجام میشود. در صورتیکه قطعه طی 3 یا 4 مرحله تکمیل شود، زاویه چرخش به 120 یا 90 درجه کاهش مییابد.
بسته به طرح و هندسه قطعه، سایز و نیروی کلمپ ماشین از روشهای مختلف چرخش استفاده میشود:
1. چرخش قطعه توسط یک صفحه دوار، درون قالب (شکل 5)
وظیفه صفحه دوار انتقال قطعه اولین بعد از تزریق، از موقعیت اول به موقعیت بعدی است. همانطور که در شکل نشان داده شده، این عمل با چرخش 180 درجه صفحه دوار انجام میگیرد. در مرحله دوم، مرز آببندی قالب تغییر کرده و یک یا چند لبه قطعه اولیه تکمیل کننده این مرز خواهند شد، در نتیجه هنگام تزریق ماده دوم، مرز مشترکی بین دو جزء ایجاد شده و دو جزء به هم متصل میشوند.
شکل 5: مدلینگ Rotating
مزایا
صفحه دوار، بسادگی فضای لازم برای تزریق دوم را ایجاد میکنند و نیازی به استفاده از مکانیزمهای پیچیده نیست.
مراحل چرخش صفحه دوار:
1 . ماشین باز میشود
2 . قطعه اولیه تکمیل میشود
3 . صفحه دوار ابتدا با یک حرکت خطی در جهت محور به جلو حرکت میکند
4 . چرخش صفحه بههمراه قطعه اولیه. در این حالت قطعه مقابل کویته بعدی قرار میگیرد
5 . صفحه به عقب جمع میشود
6 . قالب بسته میشود
7 . تزریق دوم انجام میشود. همزمان با انجام عمل تزریق دوم روی قطعه اولیه، عمل تزریق قطعه اولیه (قطعه جدید) در کویته اول انجام میشود.
2. استفاده از صفحه دوار متصل به قالب (شکل 6)
در این روش، کل قسمت متحرک قالب دوران میکند. در ماشینهای تزریق با نیروی کلمپ حدود 2500kn استفاده از این روش ترجیح داده میشود. مزیت بارز استفاده از این روش این است که اگر طرح قطعه اولیه اجازه بدهد، میتوان با طراحی سیستمهای دوار در قالب بدون نیاز به دوران کامل قالب مراحل کامل تزریق اجزاء را انجام داد.
دوران قالب، معمولاً توسط جک هیدرولیک یا چرخ دنده شانهای انجام میگیرد.
شکل 6
3. صفحه دوار متصل به ماشین تزریق
کاربرد این روش برای تولید قطعات بزرگ با ماشینهای تزریق دارای نیروی کلمپ بالاتر از 2500kn پیشنهاد شده است. صفحه دوار را میتوان جداگانه بهعنوان جزئی از ماشین، خریداری کرد. این روش، بخصوص در مواقعی که از یک ماشین برای تولید با چند قالب با سیستم Rotational استفاده میشود، بسیار کاربرد دارد.
محرک سیستم دوار:
سیستم دوار بیشتر این گونه ماشینها، توسط موتورهای هیدرولیکی و چرخ دندههای رینگی که روی صفحه ماشین نصب شدهاند کار میکند.
ملاحظات تکنیکی:
روش Rotary Table را میتوان با روش Transfer ادغام کرد. برای مثال، یک قطعه سه جزئی خودرو که مرحله اول و دوم تزریق دو جزء آن روی یک ماشین تزریق دو جزئی انجام میشود (Rotational) و در یک سیکل کاملاً اتوماتیک قطعه درون قالب دیگری که روی ماشین دوم نصب شده منتقل میشود (Transfer) و در آنجا تزریق نهایی صورت میگیرد.
وضعیت ماشین تزریق
ماشین تزریق دو جزئی، مجهز به صفحه دورانی و یونیت تزریق در وضعیتهای V-L-R ویا P.
4. چرخش با یک بلوک دوار حول محور عمودی (شکل 7)
انتقال قطعه توسط صفحه دوار ماشین یا Plate دوار داخل قالب با دوران افقی انجام میشود.
در این روش، طرح قالب مشابه یک Stack Mould با دو سطح جدایش موازی است که هر سطح جدایش مربوط به کویتههای تولید قطعه اولیه (تزریق اول) و تزریق دوم (تزریق تکمیلی) است.
انتقال قطعه یا قطعات اولیه به کویتههای بعدی توسط چرخش عمودی بلوک وسطی (بلوک دوار) حول محور مرکزی انجام میشود. از آنجا که کویتههای قالب در دو طرف آن ایجاد میشوند، ابعاد قالب نسبت به قالب معمولی با تعداد کویتههای برابر، کوچکتر خواهد بود در نتیجه میتوان از ماشین تزریق کوچکتری استفاده کرد.
شکل 7
5. چرخش با تکنولوژی Gram (شکل 8)
تکنولوژی Gram روش مخصوص انحصاری انتقال قطعه برای تولید قطعات چند جزئی است. قالب شبیه به یک Stack Mould بوده و دارای دو سطح جدایش است. زمانی که قالب باز میشود، بلوک مرکزی حول محور عمودی خود دوران میکند. تقسیمات زاویه چرخش بلوک میتواند 90 یا 180 درجه باشد. با باز شدن کامل قالب، بلوک مرکزی نیز کاملاً حول محور مرکزی خود دوران میکند. قطعات اولیه تولید شده، روی بلوک مرکزی باقی میمانند و بعد از چرخش، در مقابل صفحات متحرک قالب قرار میگیرند. سپس، قالب دوباره بسته میشود و در این حالت قطعات اولیه به داخل کویتههای بعدی منتقل شدهاند و تزریق دوم روی آنها انجام میشود.
شکل 8
مزیتهای مهم:
در روش Gram میزان لازم باز شدن قالب به حداقل میرسد که موجب کاهش زمان سیکل تولید میشود. از آنجا که سطح تصویر مقطع تزریق نصف میشود، به نیروی کلمپ کمتری نیاز است.
خصوصیات تکنیکی:
چرخش بلوک مرکزی توسط یک موتور، هیدرولیکی یا الکتریکی انجام میشود. به یک یونیت تزریق ثانویه بهمنظور تزریق ماده دوم از سمت پران قالب، نیاز است.
وضعیت ماشین تزریق:
ماشین تزریق دو جزئی با یونیت تزریق در حالتهای V-L و یا R
فرایند
قطعات تولید شده با این روش، قطعات سه لایهای هستند که از دو جزء ساخته میشوند. مراحل تزریق اجزاء توسط نازلی مجزا کنترل میشود بهطوری که ماده اول تزریق شده، تشکیل پوسته خارجی قطعه را میدهد و ماده دوم، تشکیلدهنده هسته داخلی است.
ترکیبات مختلف مواد میتواند یک قطعه با هسته سفت و رویه نرم و یا برعکس را تشکیل دهند. قیمت کم، امکان بازیافت قطعات تولیدی با این روش، امکان تولید قطعه با پوسته رنگی، راه راه و مواج از خصوصیات بارز استفاده از این روش است.
خصوصیات ویژه
نازل مجزا: یک سیستم راهنمای مواد مذاب برای ترکیب و کنترل دقیق دو جریان مذاب، برای فرم دادن جزء پوسته و هسته داخل آن.
وضعیت ماشین
ماشین چند تزریقی با یونیت تزریق در وضیتهای V-L-R و یا P.
تکنولوژی ماشین تزریق
تکنولوژی ماشینهای تزریق کاملاً با کاربرد موردنظر متناسب است. شرکتهای سازنده ماشینآلات تزریق، طراحی ماشینها را بهگونهای مدنظر گرفته که دامنه وسیعی از انتظارات و احتیاجات تولیدکنندهها را پوشش میدهند. ماشینهای تزریق با دو، سه یا چهار یونیت تزریق با نیروی کلمپ در دامنههای 500 تا 13000kn و سیستمهای کنترلی دیجیتال بسیار پیشرفته برای کنترل کردن بهینه فرایند، تولیدکنندگان را در تولید قطعات با سرعت و کیفیت بالا و هزینه پایینتر یاری میکند.
در اغلب ماشینهای تزریق چند جزئی برای تزریق هر جزء از پمپهای مجزا استفاده میشود. این کار باعث امکان کنترل بهتر فرایند تولید میشود.
در زمان باز و بسته شدن قالب، یونیت اعمال نیروی کلمپ ماشین توسط یکی از پمپها تغذیه میشود. پمپ دیگر، نیروی لازم برای حرکتهای بعدی مانند حرکت پرانها، مکانیزمها و مکانیزم دوار قالب را تأمین میکند.
برای تنظیم ماشین متناسب با احتیاجات ما برای تولید یک قطعه، میتوان با هزینه کمی یونیتهای تزریق دیگری برای کنترل نیروی کلمپ، وزن تزریق و غیره را روی ماشین نصب کرد.
ماشینهای تزریق چند جزئی از نظر نحوه قرار گرفتن یونیتهای تزریق در چهار فرمت کلی طراحی شدهاند:
مزایای تیپ L:
* پایداری و استحکام مکانیکی بالا
* طرح مناسب برای یونیتهای تزریق بزرگ
* دسترسی راحت روباتهای خطی برای برداشتن و گذاشتن قطعه
* امکان تزریق مستقیم در محل سطح جدایش قالب
* امکان استفاده از این نوع ماشین برای تولید قطعات تک رنگ و یک جزئی
مزایای تیپ V:
* نقطه اثر تزریق کوچک، روی قطعه
* عدم نیاز به بستر اضافی ماشین برای یونیت تزریق دوم
* دسترسی آسان و مستقیم به قالب در روی ماشین
* امکان تزریق مستقیم در محل سطح جدایش قالب
* امکان استفاده از این نوع ماشین برای تولید قطعات تک رنگ و یک جزئی
مزایای تیپ P:
* نقطه اثر تزریق کوچک، روی قطعه
* دسترسی آسان و مستقیم به قالب در روی ماشین
* دسترسی راحت روباتهای خطی برای برداشتن و گذاشتن قطعه
* ایدهآل برای تولید قطعات Sandwich با حجم تزریق بالا
مزایای تیپ R
* نقطه اثر تزریق کوچک، روی قطعه
* عدم نیاز به بستر اضافی ماشین برای یونیت تزریق دوم
* دسترسی آسان و مستقیم به قالب در روی ماشین
* دسترسی راحت روباتهای خطی برای برداشتن و گذاشتن قطعه
* امکان استفاده از این نوع ماشین برای تولید قطعات تک رنگ و یک جزئی
شکل 10
قابلیت کنترل هوشمند فرایند
یکی از جنبههای متمایز کننده تکنولوژی ماشینهای چندجزئی، تعدد آیتمهای تعریف و کنترل فرایند برای تولید است. در ماشینهای پیشرفته، تعریف این آیتمها در سیستم کنترل ماشین، کاری بسیار ساده است. در برنامه سیستم کنترل ماشین صفحات مخصوصی برای این تعاریف پیشبینی شده است.
برای راحتی اپراتور در برنامهنویسی فرایند تولید، برنامههایی استاندارد در حافظه ماشین وجود دارد. اپراتور با اجرا کردن آنها میتواند بنا به نیاز، تغییرات کوچکی در برنامه داده و برای موارد خاص مورداستفاده قرار دهد.
کنترل هوشمند دوران
1. صفحه دوار روی ماشین بهصورت یکپارچه است (شکل 11):
* سرعت بالای دوران
* بهینهسازی اتوماتیک حرکت دورانی
* امکان ایجاد سوراخ جک پران استاندارد یا مطابق طرح موجود
* طرح بهینه و جمع و جور ماشین
* ظرفیت بالا در امکان نصب قالبهای سنگین روی ماشین
* سیستم دوران هیدرولیکی یا الکتریکی
2. صفحه دوار بهصورت جداگانه روی ماشین نصب میشود:
* کاربرد آسان و متنوع
* سهولت نصب و جداسازی از دستگاه
* با برداشتن صفحه دوار، میتوان از کل سطح صفحه ماشین استفاده کرد
* با برداشتن صفحه دوار، فضای بیشتری برای نصب قالبهای بزرگتر خواهیم داشت
شکل 11
شکل 12
منبع
DEMAG Plastics Group