آنچه در مقاله “فرآیند قالب گیری فشاری (Compression molding)” می خوانید:

• معرفی فرآیند و مراحل آن

• مزایا و معایب فرآیند

• کاربرد محصولات تولید شده به این روش

• مواد مورد استفاده

• انواع قالب های فشاری

معرفی فرآیند و مراحل آن:

قالب گیری فشاری یک فرآیند تولیدی است که در آن مواد با اعمال گرما و فشار شکل قالب را به خود می گیرد. بدین صورت که  ابتدا مواد بین قالب های بالایی و پایینی از پیش گرم می شود و شکل قطعه را به خود می گیرد سپس تحت فشار هیدروستاتیکی (150-250 تن) و گرما پخت می شود.

این فرآیند از اوایل دهه 1950 رشد قابل توجهی در کاربرد های خودرو و لوازم خانگی داشته است و از چهار بخش اساسی تشکیل شده است:

1. آماده سازی و قرار دادن پیش شارژ:

دسته ای از مواد قالب گیری (مثلاً ورق های Sheet Molding Compound [SMC]) در قالب داغ قرار می گیرد. این ماده را پیش شارژ یا به طور ساده شارژ می نامند. ابعاد پیش شارژ به گونه ای انتخاب می شود که حدود 50 درصد از سطح قالب را پوشش دهد و وزن پیش شارژ قبل از قرار گرفتن در قالب اندازه گیری می شود. موقعیت پیش شارژ در قالب یک عامل کلیدی است که بر کیفیت قطعه تأثیر می گذارد زیرا بر جهت گیری الیاف، تشکیل خط کشباف و فضای خالی تأثیر می گذارد.

2. بسته شدن قالب:

هنگامی که پیش شارژ در قالب قرار می گیرد، قالب بالایی به سرعت به سمت پایین حرکت می کند تا سطح بالایی مواد پیش شارژ را لمس کند. سپس، قالب بالایی به آرامی به سمت پایین (معمولاً 10-5 میلی‌متر بر ثانیه) حرکت می‌کند تا پیش‌شارژ فشرده شود. همانطور که فشار قالب گیری با بسته شدن قالب افزایش می یابد، مواد پیش شارژ برای پر کردن حفره قالب جریان می یابد و باعث می شود هوا از طریق لبه های برشی یا دریچه های هوای قالب خارج شود. سرعت بسته شدن قالب و دمای قالب عوامل کلیدی هستند که بر عملکرد فرآیند و کیفیت محصول تأثیر می گذارند.

3. پخت:

پس از پر شدن کامل حفره قالب با مواد پیش شارژ، قالب بسته نگه داشته می شود در حالی که فشار قالب برای مدت زمان از پیش تعیین شده حفظ می شود. در این مدت، رزین پخته شده و قطعه یکپارچه می شود. زمان پخت به فرمولاسیون مخلوط رزین، ضخامت قطعه و دمای قالب بستگی دارد.

4. رهاساز:

هنگامی که رزین پخت شد و قطعه جامد شد، قطعه با کمک پین های اجکتور از قالب خارج می شود. سپس، قسمت خارج از قالب خنک می شود، در حالی که سطوح قالب تمیز می شوند، و یک عامل آزاد کننده قالب خارجی برای چرخه قالب گیری بعدی روی سطوح قالب اعمال می شود. (جهت تهیه رهاساز می توانید با کلیک بر روی عبارت “رهاساز” این محصول را از سایت ایران کامپوزیت کاویان تهیه فرمایید)

به طور کلی، زمان چرخه فرآیند بسته به ضخامت قطعه از 1 تا 3 دقیقه متغیر است (شکل 2). در طول فرآیند، دمای مواد در محدوده 130 درجه سانتیگراد تا 160 درجه سانتیگراد تحت فشار قالب گیری نسبتاً کم حدود 10 مگاپاسکال است (شکل 3).

مزایا و معایب

این یک روش در مقایسه با قالبگیری تزریقی و قالب گیری انتقالی مقرون به صرفه تر است و یک روش کارآمد در تولید انبوه قطعات کامپوزیتی بزرگ با اشکال پیچیده به شمار می رود. این مقاله مروری به مزایا و معایب قالب‌گیری فشاری، کاربردهای آن و مواد مورد استفاده در این فرآیند می‌پردازد.

مزایا:

• تکرارپذیری عالی بخش به دست آمده است.
• محتوای الیاف و نوع آن را می توان به راحتی کنترل کرد تا طیف گسترده ای از خواص مکانیکی و فیزیکی را به دست آورد.
• سطوح داخلی و خارجی هر دو تکمیل شده اند.
• عملکرد الکتریکی عالی و مقاومت در برابر حرارت را می توان بسته به فرمول رزین و نوع فیلر بدست آورد.
• اشکال پیچیده (شامل دنده ها، باس ها، انحناها، سوراخ ها، درج ها و جزئیات نازک) را می توان ساخت.
• تعدادی از اجزا را می توان بدون عملیات ثانویه یا مراحل مونتاژ در یک قسمت ادغام کرد.
• نرخ تولید بالا را می توان به دست آورد.
• هزینه های نیروی کار کم است.
• مواد دور ریز حداقل است.
• حداقل برش قطعات مورد نیاز است.
• قطعات SMC پایداری ابعادی بهتری نسبت به کامپوزیت های ترموپلاستیک از خود نشان می دهند.

علاوه بر این، ضریب انبساط حرارتی SMC را می توان برای مطابقت با فولاد یا آلومینیوم کنترل کرد، بنابراین قطعات SMC را با قطعات فولادی یا آلومینیومی سازگار می کند.

با وجود این مزایا، برخی از معایب مرتبط با قالب گیری فشاری وجود دارد:

• یکی از معایب آن این است که برای تشکیل صحیح قطعات به دما و فشار بالا نیاز دارد که در صورت عدم کنترل صحیح می تواند منجر به تاب برداشتن یا اعوجاج شود.
• علاوه بر این، به تجهیزات تخصصی نیاز دارد که خرید یا نگهداری آن می تواند گران باشد.
• در نهایت، به دلیل اتکا به کار دستی و سطح مهارت اپراتور، دستیابی به نتایج ثابت می تواند دشوار باشد.

کاربرد:

قالب گیری فشرده در بسیاری از صنایع از جمله خودروسازی، هوافضا، تولید تجهیزات پزشکی، تولید محصولات مصرفی، تولید الکترونیک و غیره استفاده می شود.

در صنعت خودروسازی، قالب‌گیری فشرده برای تولید قطعاتی مانند کیسه هوا و کمربند ایمنی و همچنین قطعات تزئینی داخلی مانند پانل‌های درب و داشبورد استفاده می‌شود.

در صنعت هوافضا، برای اجزای ساختاری هواپیما مانند بال ها و بدنه و همچنین اجزای موتور مانند پره های توربین و تیغه های فن استفاده می شود.

در تولید تجهیزات پزشکی، قالب گیری فشرده برای مواردی مانند ایمپلنت های ارتوپدی و پروتزها استفاده می شود در حالی که تولید کنندگان محصولات مصرفی از آن برای مواردی مانند تجهیزات کالاهای ورزشی مانند کلاه ایمنی یا اسکی / اسنوبرد استفاده می کنند.

در نهایت، تولیدکنندگان لوازم الکترونیکی از قالب‌گیری فشرده‌سازی برای بردهای مدار یا سایر قطعات الکترونیکی استفاده می‌کنند که به ابعاد یا شکل‌های دقیقی نیاز دارند که تنها از طریق فرآیندهای ماشینکاری سنتی به دست نمی‌آیند.

مواد مورد استفاده در قالب گیری فشاری

ترکیبات قالبگیری آمیزه هایی از رزین، کاتالیزر، شتابدهنده، پرکننده، الیاف و دیگر مواد افزودنی می باشد که تحت فشار و دما به محصول نهایی تبدیل می شوند.این ترکیبات با توجه به شکل ظاهری آنها به نام های مختلف نامیده می شوند که می توان آنها را در انواع زیر طبقه بندی کرد:

جهت کسب اطلاعات بیشتر می توانید مقاله “مواد قالبگیری فشاری” را مورد مطالعه قرار دهید.

انواع قالب های فشاری

انواع مختلفی از قالب های فشاری وجود دارد که شامل قالب های تزریق، قالب های انتقالی، قالب های خلاء و قالب های تزریق واکنش می شود.

قالب های تزریقی شامل تزریق مواد مذاب به داخل حفره ای است که قبل از خارج شدن از حفره سرد می شود.

قالب های انتقال شامل انتقال مواد مذاب از یک حفره به حفره دیگر است که قبل از خارج شدن از حفره دوم سرد می شود.

قالب های خلاء شامل استفاده از فشار خلاء در طول فرآیند خنک سازی است که به کاهش تاب برداشتن یا اعوجاج در قسمت نهایی کمک می کند.

قالب‌های تزریق واکنش شامل تزریق دو ماده شیمیایی واکنش‌گر مختلف به یکدیگر است که سپس قبل از خارج شدن از حفره جامد می‌شوند.

منابع:

1) “What Is Compression Molding?” Composites One https://www2compositesonecom/what-is-compression-molding/

2) “Compression Molded Plastics” Plastics Technology https://www2plasticstechnologycom/articles/compression-molded-plastics/

3) “The Advantages & Disadvantages Of Compression Molded Plastics” eHow https://wwwehowcom/info_8398822_advantages-disadvantages-compression-moldedplasticshtml

4) “Types Of Compression Moulds” Injection Moulders https://wwwinjectionmoulderscom/typesofcompressionmoulds/

5) “Compressive Strength Of Materials” Engineering Toolbox https://wwwengineeringtoolboxcom/compressivestrengthmaterials_1069html

6) “Heat Deflection Temperature Of Plastics” Engineering Toolbox https://wwwengineeringtoolboxcom/heatdeflectiontemperatureplastics_1159html

7) “Chemical Resistance Of Plastics And Elastomers” Engineering Toolbox https://wwwengineeringtoolboxcom/chemicalresistanceplasticselastomers_1168html

8) “Manufacturing Techniques for Polymer Matrix Composites (PMCs)”Woodhead Publishing Series in Composites Science and Engineering, 2012, Pages 47-94

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/B9780857090676500031