همهی آنچه که باید در خصوص قطعات پلاستیک بدانیم
پلاستیک ها متداول ترین مواد برای تولید قطعات و محصولات نهایی، از محصولات مصرفی گرفته تا تجهیزات پزشکی، هستند. پلاستیک ها دسته ای از مواد هستند که دارای تنوع بالایی شامل هزاران گزینه پلیمر با خواص مکانیکی خاص خود می باشند. اما سوال این است که قطعات پلاستیکی چگونه ساخته می شوند؟
پلاستیکها
موادی هستند جامد و پایدار با منشاء نفت و گاز که امروز جانشین بسیار مناسبی برای چوب و فلز و شیشه و سرامیک ها می باشند. منشاء اصلی پلاستیک اتیلن (C2 H4) می باشد که خود از اتان و پروپان تشکیل می شود و امروزه حجم بالایی از قطعات پلاستیکی توسط آنها ساخته و عرضه میشوند.
طبقه بندی انواع پلاستیک ها و خواص آنها در مهمترین تقسیم بندی به دو گروه اصلی تقسیم می شوند:
الف) ترموپلاست ها (پلاستیک های گرما نرم): یعنی پلاستیک هایی که در اثر حرارت نرم شده و در اثر از دست دادن حرارت سخت می شود؛ مثل: نایلون.
ب) ترموست ها (پلاستیک های گرما سخت): منظور پلاستیک هایی که برای اولین بار در اثر حرارت شکل پودری آنها به قطعه ای یک پارچه تبدیل می شود. اما این قطعه دیگر هرگز توسط گرما ذوب نخواهد شد؛ مانند: ملامین، باکالیت. (به علت وجود پیوند های عرضی و شبکۀ سه بعدی)
فرآیندهای تولید قطعات پلاستیک
فرایندهای تولید قطعات پلاستیک مختلفی برای طیف گسترده ای از کاربردها، هندسه ها و انواع پلاستیک ها توسعه یافته اند. برای هر طراح و مهندسی که در زمینه تولید محصول کار می کند، آشنایی با روش های ساخت امروزی و پیشرفت های جدیدی که نشان می دهد قطعات در آینده چگونه ساخته خواهند شد، بسیار اهمیت دارد. این مقاله یک مرور کلی بر متداول ترین فرایند های تولید قطعات پلاستیکی و دستورالعمل ها جهت کمک به انتخاب بهترین گزینه برای کاربرد مورد نظرتان ارائه می دهد.
هنگام انتخاب فرایند تولید محصول خود، فاکتور های زیر را در نظر بگیرید:
شکل: آیا قطعات شما دارای جزئیات داخلی پیچیده یا تلرانس بسته هستند؟ بسته به هندسه یک طرح، گزینه های تولید ممکن است محدود شوند یا به طراحی قابل توجهی برای بهینه سازی ساخت (DFM) نیاز باشد تا تولید قطعه از نظر اقتصادی مقرون به صرفه شود.
حجم / هزینه: حجم کل یا سالانه قطعاتی که قصد ساخت آن را دارید چقدر است؟ هزینه ابزارآلات و نصب در برخی از فرایندهای تولیدی بالا می باشد اما قطعاتی ارزان قیمت تولید می کنند. در مقابل، فرایندهای تولید درحجم کم هزینه راه اندازی کمی دارند اما به دلیل چرخه زمانی کندتر، اتوماسیون کمتر و نیروی کار، هزینه تولید هر قطعه ثابت می ماند یا با افزایش حجم فقط به میزان ناچیز کاهش می یابد.
زمان فرآوری: چقدر سریع به قطعات یا محصولات تولید شده نهایی نیاز دارید؟ برخی فرایندها قطعات اولیه را در عرض ۲۴ ساعت تولید می کنند، این در حالی است که ابزارآلات و راه اندازی برخی از فرایندهای تولیدی با حجم زیاد به ماهها زمان نیاز دارد.
ماده: محصول شما باید در برابر چه تنش ها و کرنش هایی مقاوم باشد؟ ماده بهینه برای یک کاربرد معین توسط فاکتورهای مشخصی تعیین می شود. قیمت باید با کاربرد و زیبایی مورد انتظار مطابقت داشته باشد. ویژگی های ایده آل برای کاربردهای خاص خود در نظر بگیرید و آنها را با گزینه های مواد موجود برای یک فرایند تولیدی معین مقایسه کنید.
انواع پلاستیکها جهت تولید قطعات پلاستیک
پلاستیک ها در هزاران نوع مختلف با مواد شیمیایی پایه گوناگون، مشتقات و مواد افزودنی متفاوت برای پوشش طیف وسیعی از کاربردها ارائه شده اند. برای ساده سازی فرایند یافتن مواد مناسب برای یک قطعه یا محصول خاص، ابتدا باید به دو نوع اصلی پلاستیک نگاه کنیم: ترموپلاستیک و ترموست.
ترموپلاستیکها
ترموپلاستیک ها متداول ترین نوع پلاستیک هستند. ویژگی اصلی که این پلاستیک ها را از ترموست ها متمایز می کند، توانایی آنها در گذراندن چرخه های ذوب و انجماد متعدد و بدون تخریب قابل توجه است. ترموپلاستیک ها معمولاً به صورت ساچمه های کوچک یا ورق هایی تهیه می شوند که گرم شده و با استفاده از فرایندهای مختلف تولیدی به شکل قطعات پلاستیک دلخواه در می آیند. این فرایند کاملاً برگشت پذیر است زیرا هیچ اتصال شیمیایی اتفاق نمی افتد، که این امر سبب بازیافت یا ذوب و استفاده مجدد از ترموپلاستیک ها می گردد.
انواع متداول مواد ترموپلاستیک عبارتند از:
- اکریلیک (PMMA)
- آکریلونیتریل بوتادین استایرن (ABS)
- پلی آمید (PA)
- پلی لاکتیک اسید (PLA)
- پلی کربنات (PC)
- پلیاتراترکتون (PEEK)
- پلی اتیلن (PE)
- پلی پروپیلن (PP)
- پلی وینیل کلراید (PVC)
- خرید و فرو ش مواد اولیه پلاستیک
پلاستیکهای ترموست جهت تولید قطعات پلاستیک
در مقایسه با ترموپلاستیک ها، پلاستیک های ترموست پس از پخت در یک حالت جامد دائمی باقی می مانند. ساختار مولکولی پولیمر ها همانطور که میدانید به چهار دسته خطی، شاخه ای، اتصال عرضی و شبکه ای دسته بندی می شوند. پلیمرهای موجود در مواد ترموست در طی فرایند پخت که در اثر حرارت، نور یا اشعه انجام می شوند پیوند عرضی (پیوند شیمیایی بین زنجیره های پلیمری) ایجاد می کنند. این فرایند پخت پیوند شیمیایی برگشت ناپذیری ایجاد می کند. پلاستیکهای ترموست هنگام گرم شدن به جای ذوب، تجزیه می شوند و پس از خنک شدن تغییر شکل نمیدهند. بازیافت ترموستها یا بازگرداندن مواد به اجزای اصلی آن امکان پذیر نیستساختار مولکولی پولیمرها
انواع متداول مواد ترموست:
- فنول فرمالدهید (با نام تجاری باکالیت)
- اوره فرمالدهید
- سیانات استر
- اپوکسی
- پلی استر
- پلی اورتان
- سیلیکون
- لاستیک ولکانیزه
انواع فرایندهای تولید قطعات پلاستیک
- پرینت سه بعدی
- ماشینکاری CNC
- ریخته گری پلیمر
- قالب گیری چرخشی
- شکل دهی با خلأ (وکیوم فورمینگ)
- تزریق پلاستیک-پلی اتیلن گرید 52518
- اکستروژن-پلی اتیلن گرید X3
- قالب گیری بادی پلی اتیلن BL3
برخی از پلاستیک های قابل ماشینکاری عبارتند از:
- اکریلیک (PMMA)
- آکریلونیتریل بوتادین استایرن (ABS)
- پلی آمید (PA)
- پلی لاکتیک اسید (PLA)
- پلی کربنات (PC)
- پلیاتراترکتون (PEEK)
- پلی اتیلن (PE)
- پلی پروپیلن (PP)- پلی پروپیلن C30S
- پلی وینیل کلراید (PVC)
- پلی کربنات (PC)
- پلی استایرن (PS)
- پلی استال (POM)
در ریخته گری پلیمر، یک رزین مایع واکنش پذیر یا لاستیک قالب را پر می کند و طی واکنش شیمیایی جامد و قطعات پلاستیک تولید میشود. پلیمرهای معمول برای ریخته گری شامل پلی اورتان، اپوکسی، سیلیکون و اکریلیک هستند.
فرایند ساخت در ریخته گری پلیمر
آماده سازی قالب: در این مرحله قالب با یک عامل آزاد کننده جهت سهولت جدا کردن قالب پوشش داده می شود و اغلب تا دمای ویژه یک ماده گرم می شود.
- ریخته گری: رزین مصنوعی با یک عامل پخت مخلوط شده و در قالب ریخته یا تزریق می شود تا جایی که فضای داخلی قالب را پر می کند.
- پخت: عملیات پخت آغاز می شود تا زمان جامد شدن ادامه می یابد. (قرار دادن قالب در معرض حرارت می تواند باعث تسریع زمان پخت برخی از پلیمرهای خاص شود).
- جداسازی قالب: قالب باز شده و قطعه پخته شده جدا می شود.
- اصلاح: پلیسه ها، راهگاه ها و شکاف ها برش داده می شوند یا از بین می روند.
قالب های انعطاف پذیر ساخته شده از لاستیک لاتکس یا لاستیک سیلیکونی ولکانیزه شده در دمای اتاق (RTV) در مقایسه با ابزار سخت ارزان هستند اما فقط تعداد محدودی (حدود ۲۵ تا ۱۰۰) ریخته گری را می توانند انجام دهند زیرا واکنش شیمیایی اورتان ها، اپوکسی ها، پلی استر و اکریلیک سطح قالب را تخریب می کند.
فرایند ساخت قالب گیری چرخشی
- پر کردن قالب یا charging: مقدار معینی پودر پلاستیک در حفره قالب ریخته می شود و سپس قسمتهای باقی مانده قالب نصب شده و حفره برای گرم شدن بسته می شود.
- حرارت دهی یا heating: قالب تا زمانی که پودر پلاستیک ذوب شود و به دیواره های قالب بچسبد گرم می شود، در این مرحله به منظور اطمینان از ایجاد یک پوشش پلاستیکی یکنواخت، قالب در امتداد دو محور عمود بر هم چرخانده می شود.
- خنک سازی یا cooling: سپس قالب به آرامی سرد می شود، در این مرحله جهت جلوگیری از ته نشینی و یا ریزش پودر، قالب همچنان درحال چرخش باقی می ماند.
- جداسازی قطعه: پس از سرد شدن، چرخش قالب متوقف شده و قطعه از قالب جدا می شود.
تکنیک قالب گیری چرخشی نسبت به سایر روش های قالب سازی به ابزارآلات کم هزینه تری نیاز دارد زیرا در این فرایند از نیروی گریز از مرکز به جای فشار برای پر کردن قالب استفاده می شود. قالب ها را می توان از اپوکسی یا آلومینیوم با هزینه کمتر و بسیار سریعتر از سایر فرایندهای قالب سازی، ساخت.
قالب گیری چرخشی قطعات پلاستیک با ضخامت دیواره نسبتاً یکنواختی ایجاد می کند. پس از آماده سازی ابزارآلات و فرایند، هزینه ساخت هر قطعه نسبت به اندازه قطعه بسیار کم است. همچنین می توان قطعاتی مانند لوله های داخلی و سازه ها را به قالب اضافه کرد.
این فاکتورها قالب گیری چرخشی را برای تولید کوتاه مدت یا به عنوان جایگزینی برای قالب گیری دمشی در تولیدات حجم کم به گزینه ای ایده آل تبدیل می کند. بویه ها، مخازن، اسباب بازی ها، کلاه ایمنی و بدنه قایق ها جزو محصولاتی هستند که به طور معمول به این روش ساخته می شوند.
قالب گیری چرخشی دارای برخی محدودیت های طراحی است و محصولات نهایی دارای تلرانس بازتری هستند. از آنجا که کل قالب باید گرم و سرد شود، این فرایند دارای چرخه زمانی طولانی است و نیاز به نیروی کار زیادی دارد که کارایی آن را برای کاربردهای با حجم بالاتر محدود می کند.
مواد قالب گیری چرخشی
متداول ترین مواد در قالب گیری چرخشی، پلی اتیلن (PE) است که در ۸۰٪ موارد استفاده می شود زیرا این ماده به راحتی در دمای اتاق پودر می شود.
پلاستیک های معمول در قالب گیری چرخشی عبارتند از:
- پلیاتیلن
- پلیپروپیلن
- پلیوینیل کلراید
- نایلون
- پلی کربنات
شکل دهی با خلأ یا وکیوم فورمینگ
وکیوم فورمینگ یک روش ساخت است که در آن از حرارت دادن یک پلاستیک به طور معمول با استفاده از یک قالب، برای شکلدهی استفاده می شود. دستگاه های وکیوم فورمینگ از نظر اندازه و پیچیدگی با یکدیگر متفاوتند و از دستگاه های رومیزی ارزان قیمت تا ماشین آلات صنعتی خودکار را شامل می شوند. مراحل زیر روند معمول فرایند شکلدهی خلأ صنعتی را توصیف می کند.
فرایند ساخت در روش وکیوم فورمینگ قطعات پلاستیک
- بستن ورق پلاستیک: یک ورق پلاستیکی در یک فریم بسته می شود.
- حرارت دهی: ورق و قاب به عناصر گرم کننده نزدیک می شوند که باعث نرم شدن و انعطاف پذیری پلاستیک می گردد.
- ایجاد خلأ: فریم پایین آمده و پلاستیک گرم شده دور قالب کشیده می شود، خلأ ایجاد شده در این مرحله هوای بین قالب و پلاستیک را تخلیه کرده و باعث شکلدهی به پلاستیک می شود.
- خنک سازی و جداسازی: پس از شکل گیری قطعه روی قالب و پیش از جداسازی، باید زمانی جهت سرد شدن قطعه در نظر گرفته شود. در این مرحله از سیستم خنک کننده مانند فن ها و اسپری قطرات کوچک آب برای کاهش زمان سرد شدن استفاده می شود.
- اصلاح: پس از جداسازی قطعه، مواد اضافی با دست یا با استفاده از دستگاه CNC حذف می شوند.
ترموفرمینگ با خلأ: (۱) یک ورق پلاستیکی تخت با حرارت نرم می شود. (۲) ورق پلاستیکی نرم روی قسمت فرو رفته حفره قالب قرار می گیرد. (۳) ایجاد خلأ سبب کشیدن ورق پلاستیکی به درون قالب می شود. (۴) پلاستیک در تماس با سطح سرد قالب سخت می شود و قطعه از قالب جدا می گردد.
هزینه ابزارآلات در روش وکیوم فورمینگ به دلیل نیروها و فشارهای کم در مقایسه با سایر تکنیک های قالب سازی کم است. قالب ها برای تولید کوتاه مدت و قطعات سفارشی از چوب، گچ یا رزین های پرینت سه بعدی ساخته می شوند. تولید کنندگان برای تولید در حجم بالا از ابزارآلات فلزی با دوام تر استفاده می کنند.
با توجه به میزان گسترده ماشین آلات ترموفرمینگ و وکیوم فورمینگ موجود، ترموفرمینگ برای هرگونه کاربرد از محصولات سفارشی یا نمونه های اولیه تا تولید انبوه ایده آل است. با این حال، این فرایند فقط آزادی هندسی محدودی را ارائه می دهد و فقط می تواند برای ساخت قطعات با دیواره های نسبتاً نازک و هندسه های ساده مورد استفاده قرار گیرد.
قطعات ساخته شده به این روش معمولاً شامل بسته بندی محصول، پاشور حمام، بدنه قایق و محصولات سفارشی مانند الاینر دندان می باشند.
مواد وکیوم فورمینگ
بیشتر ترموپلاستیک ها را می توان برای ترموفرمینگ مورد استفاده قرار داد، که این امر انعطاف پذیری در انتخاب مواد را افزایش میدهد. پلاستیک هایی که معمولاً برای ترموفرمینگ استفاده می شوند عبارتند از:
- اکریلیک (PMMA)
- آکریلونیتریل بوتادین استایرن (ABS)
- پلی اتیلن ترفتالات گلیکول (PETG)
- پلی پروپیلن (PP)
- پلی وینیل کلراید (PVC)
- پلی کربنات (PC)
- پلی استایرن (PS)
- پلی اتیلن (PE)- پلی اتیلن F7000
تزریق قطعات پلاستیک
تزریق پلاستیک با تزریق ترموپلاستیک مذاب در قالب کار می کند. این فرایند معمول ترین روش مورد استفاده برای تولید انبوه قطعات پلاستیکی است.
فرایند تزریق پلاستیک
- آماده سازی قالب: پس از تعبیه قطعه، این تنظیمات با دست یا به صورت رباتیکی اضافه می شوند. قالب توسط پرس هیدرولیک بسته می شود.
- تزریق پلاستیک: ساچمه های پلاستیکی کوچک ذوب شده و از طریق یک محفظه گرم توسط یک پیچ تزریق می شوند.
- قالب گیری: پلاستیک مذاب به داخل قالب تزریق می شود.
- خنک سازی و جداسازی: قطعه تا زمانی که به اندازه کافی برای جدا شدن از قالب سخت شده باشد، سرد می شود.
- پس پردازش: پلیسه ها و راهگاه ها اغلب به طور خودکار به عنوان بخشی از فرایند باز شدن قالب، از قطعه جدا می شوند.
قالب های تزریق پلاستیک بسیار پیچیده هستند و برای تولید قطعات با کیفیت بالا با تلرانس بسته تولید شوند. این قالب ها به دلیل درجه حرارت بالا و فشارها در این فرایند، از فلزاتی مانند فولاد سخت شده ساخته می شوند. قالب های آلومینیومی نرم تر ارزانتر هستند و به طور معمول برای تولید متوسط استفاده می شود.
از تزریق پلاستیک می توان برای تولید قطعات بسیار پیچیده استفاده کرد، اما هندسه های خاص هزینه را به میزان قابل توجهی افزایش می دهند. ایجاد قالب های جدید برای تزریق پلاستیک ممکن است ماه ها طول بکشد و هزینه های زیادی در بر داشته باشد.
با وجود هزینه های اولیه بالا، هنگامی که ابزارآلات تولید به کار افتاد زمان تولید قطعه فقط چند ثانیه طول می کشد و میلیون ها قطعه با کیفیت بالا می توانند با کسری از هزینه سایر فرایندهای تولیدی تولید شوند.
مواد تزریق پلاستیک
فرایند تزریق پلاستیک را می توان تقریباً با هر نوع ترموپلاستیکی انجام داد. روش مشابهی که با عنوان تزریق پلاستیک واکنشی (RIM) شناخته می شود برای ساخت قطعات با استفاده از پلاستیک های ترموست مناسب است.
پلاستیک هایی که معمولاً در تزریق پلاستیک استفاده می شوند عبارتند از:
- اکریلیک (PMMA)
- آکریلونیتریل بوتادین استایرن (ABS)
- پلی اتیلن ترفتالات گلیکول (PETG)
- پلی پروپیلن (PP)
- پلی وینیل کلراید (PVC)
- پلی کربنات (PC)
- پلی استایرن (PS)
- پلی اتیلن (PE)
- پلی آمید (PA)
اکستروژن- پلی اتیلن پایپ گرید
قالب گیری قطعات پلاستیک به روش اکستروژن با هدایت پلاستیک به سمت قالب کار می کند. شکل قالب یک مقطع از قطعه نهایی است.
فرایند ساخت اکستروژن
- اکستروژن پلاستیک: پلاستیک گرم می شود و از طریق محفظه گرم به سمت پیچ هدایت می شود.
- قالب گیری: پلاستیک با فشار از قالب عبور کرده و شکل نهایی قطعه را ایجاد می کند.
- خنک سازی: پلاستیک اکسترود شده خنک می شود.
- برش: شکل مداوم آن به طول های مورد نظر برش داده می شود.
اجزا و نمودار یک اکسترودر (تک پیچ) برای پلاستیک ها و الاستومرها.
ماشین آلات اکستروژن به دلیل پیچیدگی کمتر و عدم نیاز به سطح دقت بالا، در مقایسه با سایر ماشین آلات صنعتی مانند CNC یا تزریق پلاستیک نسبتاً ارزان هستند. قالبها نیز با توجه به اشکال ساده آنها، قیمت کمتری دارند و هزینه ابزارآلات کسری از هزینه قالب ها در روش قالب گیری تزریق است.
قالب گیری اکستروژن دقیقاً مانند تزریق پلاستیک یک فرایند تقریباً مداوم است که باعث می شود قیمت قطعات اکسترود شده بسیار پایین باشد.
اشکال و هندسه های قابل تولید با استفاده از اکستروژن، محدود به محصولاتی با پروفیل مداوم مانند مقاطع T، مقاطع I، مقاطع L، مقاطع U و مقاطع مربع یا دایره می شوند. کاربرد های معمول این روش شامل ساخت لوله ها، شلنگ ها، نی ها و قالب های قاب پنجره است.
مواد اکستروژن
تقریباً هر نوع ترموپلاستیک با استفاده از این روش قابل ساخت است از جمله:
- اکریلیک (PMMA)
- آکریلونیتریل بوتادین استایرن (ABS)
- پلی آمید (PA)
- پلی اتیلن ترفتالات گلیکول (PETG)
- پلی کربنات (PC)
- پلی استایرن (PS)
- پلی اتیلن (PE)
- پلی پروپیلن (PP)PP440L
- پلی وینیل کلراید (PVC)
قالب گیری بادی
قالب گیری بادی یک تکنیک ساخت است که برای ایجاد قطعات پلاستیکی توخالی استفاده می شود. در این فرایند با دمیدن هوای فشرده درون یک لوله پلاستیکی گرم شده که در داخل قالب قرار گرفته است، هندسه مورد نظر را شکل می دهند.
فرایند ساخت قالب گیری بادی
- آماده سازی قالب: ساچمه های پلاستیکی کوچک ذوب می شوند و به شکل یک لوله توخالی در می آیند که بسته به نوع قالبگیری دمشی، parison یا پریفرم نامیده می شوند.
- قالب گیری: در این مرحله parison درون قالب بسته می شود و توسط هوای فشرده باد می شود تا زمانی که به شکل داخل قالب درآید.
- خنک سازی و جداسازی: قطعه تا زمانی که به اندازه کافی برای جداسازی سخت شود، درون قالب سرد می شود.
قالب گیری بادی اکستروژن: (۱) اکستروژن parison؛ (۲) parison در بالا بسته می شود و در قسمت پایین با اتصال دو نیمه قالب، حول یک پین دمشی فلزی مهرو موم می شود. (۳) لوله باد می شود و به شکل حفره قالب در می آید. (۴) قالب برای جداسازی قطعه جامد باز می شود.
قالب گیری بادی در فشارهای بسیار کمتری در مقایسه با تزریق پلاستیک کار می کند که سبب هزینه کمتر ابزارآلات در این روش می گردد. این تکنولوژی دقیقاً مانند تزریق پلاستیک و اکستروژن، یک فرایند پیوسته است که می تواند به طور کامل به صورت خودکار انجام شود و در نتیجه دارای سرعت تولید بالا و قیمت واحد پایین است.
قالب گیری بادی معمول ترین فرایند ساخت محصولات پلاستیکی توخالی در مقیاس بالا است. کاربردهای معمول این فناوری شامل ساخت بطری ها، اسباب بازی ها، اجزای خودرو، قطعات صنعتی و بسته بندی می باشد.
مواد قالب گیری بادی
قالب گیری بادی را می توان با انواع مواد ترموپلاستیک انجام داد که نمونه های متداول آن عبارتند از:
- آکریلونیتریل بوتادین استایرن (ABS)-ABS SD0150
- پلی کربنات (PC)
- پلی پروپیلن (PP)- PPMR230
- پلی وینیل کلراید (PVC)
- پلی استایرن (PS)
- پلیاتیلن ترفتالات (PET)
دیدگاهتان را بنویسید