استفاده از شبیه سازی قالب گیری برای جلوگیری از عیوب پرداخت سطح
شبیه سازی صرفاً برای خوراندن و سرد کاری قالب نیست بلکه می تواند به پیشبینی و غلبه بر عیوب ظاهری در قطعات قالبگیری شده کمک کند.
علامت های فرورفتگی، خطوط جوش، پَخ، سرخ شدگی، خراشیدگی ها. هر فردی که با توسعه ی اجزای قالبگیری شده سروکار دارد باید این لیست را به خوبی بشناسد (که در واقع لیست بسیار طویلی است).
حقیقت اجتناب ناپذیر این است که عوامل ظاهری، کیفیت درکشده ی قطعه ی پلاستیکی را تحت تاثیر قرار میدهند، خواه این عوامل عملکرد آن را تحت تاثیر قرار دهند یا نه. بیشتر قطعات قالبگیری شده تنها یک هدف زیبایی شناسی، را انجام می دهند که حتی عیوب ظاهری را مسئله ی بزرگتری می کند. در هر دو مورد، چالش اساسی این است که ارزیابی شیوع و سرسختی عیوب ظاهری به تنهایی با استفاده از قوه ی درک و تجربه بسیار دشوار می باشد.
این جایی است که تکنولوژی شبیه سازی به کمک کامپیوتر وارد می شود. قالبسازان تزریقی به صورت کلی با استفاده از چنین نرمافزاری آشنا می باشند تا خوراندن و سردسازی قالب را پیشبینی و بهبود ببخشند. اما با نقش آن در پیشبینی، رفع مشکل و حل یا حتی بهتر، جلوگیری از عیوب سطح کمتر آشنا هستند. در این مقاله، ما نشان خواهیم داد که چگونه ترکیبی از شیوه های طراحی خوب و تکنولوژی نمونه سازی، مانند جریان قالب اتودسک، می تواند به مهندسها کمک کند تا به عیوب ظاهری موثرتر بپردازند.
توضیح چالش ها
یکی از دلایل اینکه چرا پرداخت سطح بسیار دشوار است، صرفاً تعداد تصمیمات وارده می باشد. ماتریس انتخاب ها نسبت به هندسه ی قطعه، مواد، فرایندها، طراحی قالب و بافت های قالب و چگونگی نتایج هر انتخاب بر تصمیمات دیگر تاثیر میگذارد باعث می شوند تا عیوب ظاهری سخت تر دیده شوند تا اینکه شما قطعه ی قالبگیری شده را ببینید.
بر اساس نقش شما ممکن است شما همیشه در این تصمیمات کنترل نداشته باشید. به عنوان مثال، ممکن است شما دریابید که ساده ترین راه برای حل یک مسئله ی ظاهری استفاده از رنگ مواد، بافت قالب یا نوع فرایند مختلف می باشد اما این انتخاب ممکن است که به دلیل محدودیت های برند داده شده، بودجه ی پروژه و یا زمانبندی در دسترس نباشد.
چالش سوم، طبیعت عیوب ظاهری می باشد. این عیوب اصولاً پدیده های بصری می باشند که بسیار سخت سنجیده و شبیه سازی می شوند. بافت ها و رنگ های سطح با داده های مشابه در وضعیت های خوراندن قالب (مانند دمای ، برش یا سرعت جلوی جریان) به آسانی قابل توصیف نمی باشند. ممکن است عیوب بر اساس شدت ، جهت، طیف منبع، زمان دید، زاویه و فاصله نوردهی کوچکنمایی یا بزرگنمایی شوند.
به عنوان مثال، یک رنگ مایل به سفید، عیوب را بهتر از خاکستری یا (حتی بدتر) سیاه پنهان می کند.
پرداخت های ویژه ی سطح می توانند قابلیت دید عیوب سطح را افزایش یا کاهش دهند. طبیعت عیب، مانند عمق یا عرض علامت فرورفتگی، نیز ممکن است احتمال تشخیص بصری را افزایش دهد. رنگ اشیاء در اطراف قطعه این اثر را نیز تحت تاثیر قرار میدهد. در نتیجه، حتی حرفهای ترین شبیه سازی ها ممکن است قادر به نمایش کامل تجربه ی بصری کاربر نهایی را نداشته باشد.
خبر خوب این است که ما داریم پیشرفت می کنیم: برخی از فناوری های جدید در حال پیشبردن تجسم می باشند:
- هندسه ی کوچک شده را به عنوان فایل CAD (sat or .step) به منظور مقایسه ی راحت تر با مدل اصلی خارج کنید.
- پیشبینی های عمق فرورفتگی را از ابزارهای شبیه سازی تا ابزارهای بصری خارج (VRED or 3Ds Max)
- برگرداندن با کیفیت بالا به واقعیت بسیار نزدیک به صورت رنگ، بافت و نورده ی . در همین اثنا، تولیدکننده ها با تکنولوژی های جدید، شامل کنترل حرارتی بسیار پیچیده تر قالب، تکنولوژی های بافت سازی سه بعدی، قالبگیری تزریق مایع لاستیک سیلیکن (LSR) و ادغام مولفه ها مانند تکنولوژی های چند بار تزریق (چند شاتِ)، به جلو میروند تا با عیوب ظاهری مبارزه کنند.
با این وجود، مهندسان هموراه به روش های قابل اطمینان نیاز خواهند داشت تا خطر مسائل مربوط به زیبایی را شناسایی و مدیریت کنند. این دوباره جایی است که شبیه سازی وارد می شود.
چهار متغییر کلیدی
به منظور غلبه بر چالش های ناشی از عیوب ظاهری، مهندسانی باید چهار متغیر اصلی را بررسی کنند. شبیه سازی میتواند بر اساس سناریو به مهندسان کمک کند تا راه هایی را در نظر بگیرند که خطرهای فاز طراحی را کاهش داد و یا در صورت دیده شدن عیوب در نمونه، فرایند رفع مشکل را تسریع ببخشد.
۱- نوع فرایند: هر زمان که شما قادر به بررسی فرایندها باشید این امر روش شما را به ارزیابی زیبای تغییر خواهد داد. به عنوان مثال، یک روش مرسوم، گیت ضخیم به نازک می باشد. اما گیت به ناحیه ی بزرگ و ضخیم می تواند بر اساس نوع گیت (نوع ورود مستقیم، تونل، نواری یا لبهای) به جستن شود. تولید قطعه ی مشابه با کمک گاز، سکه زنی یا تکنولوژی چند بار تزریق میتواند این منابع عیوب سطح را از بین ببرد.
روش دیگری که این کار را انجام میدهد، جایگزینی فاز فشرده و نگه داری با رشد اسفنجی میکروسلولی است که در این مورد برای گیت به نواحی نازک ایدهآل میباشد تا تحرک حباب را کنترل و نگهداری کند. البته، مهندسان باید دمای قالب را نیز تغییر دهند تا سطحی غنی از رزین ایجاد کنند که کیفیت نهایی را بهبود ببخشد. یک نمونه از این، استفاده از گرمسازی و سردسازی سریع یا گرمسازی القایی است. بسیاری از این گزینه های فرایندی می توانند شبیه سازی شوند و این امکان را می دهند که بتوان مشاهده کرد که کدام یک برای تضمین سطح مطلوب کیفیت پرداخت سطح مناسب ترین می باشد .
۲- انتخاب ماده: در رابطه با زیبایی ظاهری تمام مواد به صورت یکسان تولید نشده اند. شبیه سازی شما را قادر می سازد تا بررسی کنید که انتخاب ماده چگونه بر توانایی-فرایند و عیوب سطح تاثیر می گذارد. درک مشخصات مواد مختلف میتواند برای یک مهندس پلاستیک راهنمایی هایی دربارهی چگونگی طراحی گیت ها برای جلوگیری از عیوبی به عنوان مثال، مانند عیب گیت، فراهم کند. پرکننده هایی مانند فیبرها یا پولک های فلزی نیز می توانند تاثیر قابل توجهی بر روی ظاهر محصول داشته باشند و شبیه سازی می تواند این امر تسلط داشته باشد.
یک ناحیه ی دیگر که شبیه سازی میتواند مفید واقع شود مطالعه ی خطوط جوش می باشد. معمولاً مهندسان پلاستیک زاویه ی جبه هی جوش را به همراه دما و فشار بررسی می کنند تا نواحی را مشخص کنند که جبهه های جوش توسط مانعی (هندسه ی قطعه یا چند گیت) جدا شده و دوباره به هم متصل شده اند. این دینامیک هم استحکام قطعه و هم ظاهر آن را تحت تاثیر قرار میدهد. با شبیه سازی، شما میتوانید گزینه های موجود را امتحان کنید و بگذارید تا نرمافزار برای کمک به انتخاب بهترین ماده، مکان (های) گیت و به زودی هندسه فرایند را تکرار کند.
هندسه ی قطعه: نمونه سازی در روش DFM کلاسیک (طراحی برای تولید) برتریهایی دارد که به مهندس روش قابل اعتمادی را میدهد تا اثر تغییر ضخامت را بررسی کند، مانند نسبت های باریکه به سطح، نسبت های ضخیم به نازک و پدیده های جریان. یک بررسی سریع درفت ها و زیربرش ها نیز میتواند هنگام ارزیابی هزینه ی قالب، قابلیت تولید، عمق بافت و پتانسیل اعوجاج در خارج سازی (مانند علامت های خراش) مفید باشد.
کیفیت جریان و ضخامت با هم در ارتباط نزدیکی می باشند. قاعده ی اصلی برای پرکردن بالانس، یکنواختی– خواه فشار ، دما، سرعت یا حجم/ضخامت ذوب- است که برای ظاهر بسیار مهم می باشد. اثرات تاخیر جریان اغلب قابل مشاهده می باشند و وابسته بسیار ضخیم می باشند. نمونه سازی قالبگیری تزریق می تواند به سرعت کمک کند تا مسائل را با استفاده از نمودارهای کانتور شناسایی کرد تا عیوب مربوط به جریان و همچنین استفاده از سرعت جبهه جریان، تنش برشی در دیواره، دما در جبه هی جریان و دیگر پارامترهای محاسبه شده توسط نرم افزار را شناسایی کرد. نرم افزارهای شبیه سازی همچنین می توانند تضمین کنند که قالب به راحتی و بدون تغییرات دمایی زیاد به صورت یکنواخت پر شده و همچنین کمک میکنند تا اثرات جستن، مکانهای خط جوش و تلههای هوا را پیشبینی کرد.
۴- طراحی قالب : طراحی قالب یک ناحیه ی پژوهشی گسترده می باشد، به خصوص طراحی گیت و سرخ کردن. ناحیه ی گیت و گذارهای ضخامت موضوع بزرگی را برای ظاهر مطرح میکنند و نرخ برش یک نتیجهی کلیدی برای مترکز شدن میباشد. شبیهسازی یک روش اثبات شده برای دیدن اینکه آیا، به عنوان مثال، تغییر یک گیت دایرهای به یک شکل مستطیلی میتواند نرخهای برشی را کاهش دهد. شبیهسازی همچنین یافتن بهترین موقعیت گیت و نرخ جریان، سایز گیتها برای کاهش نرخ برش را آسان میسازد .
به علاوه، نمونه سازی میتواند به مهندسان کمک کند تا به روش های جدید جلوگیری از عیوب سطح، مانند گرم سازی و سرد سازی سریع (به نام قالبگیری variotherm) نگاه کنند. نمونه سازی میتواند تحلیل حرارتی گذرا یا دینامیکی قالب و فصل مشترک پلاستیک و فولاد ابزار را نشان دهد. گرماده ی القایی از یک روش دیگر است که می تواند تا توزیع بهینه ی دما بدون تاثیرگذاری بر زمان چرخه قالبگیری شود.
یکی از انتخاب هایی که مهندسان باید انجام دهند، نوع سیستم راهگاه و گیت (گیت سرد، گیت گرم یا شیردار). شبیه سازی میتواند مکانیک باز و بسته کردن را نیز مجسم کند. مانند سرعت باز شدن پین شیردار و همچنین ساختن اطلاعات پروفیل جبه هی جریان. این پروفیل تاخیرهای بالقوهای را مشخص میکند که ممکن است سرعت جبه هی جریان و مشخصات ذوب ماده را که تاثیر زیادی در حک بافت و پرداخت سطح داشته، تغییر دهند.
مطالعه ی موردی
بررسی موردی سریع یک قطعه ی واقعی میتواند نشان دهد که چگونه تمام این پیچیدگی کنار هم جمع میشوند تا کیفیت ظاهری قطعه را تحت تاثیر قرار دهند. و چگونه شبیه سازی میتواند به یافتن راه حلی برای آن کمک کند.
در این مورد، قطعه یک TP الاستومتر قالبگیری شده با فرایند دو شات بود. این کار به دلیل پخش رنگساز یک کار دشوار بود. با این حال، اولین اجراها عالی بودند. سپس برنامه هم ماده و هم رنگ افزا را تغییر داد، که باعث شکل گیری عیبی در پایین قطعه شد .
پوشش تحلیل های مختلف شامل خطوط مسیر، پیشروی جبه هی جریان و کانتور منفرد در نرم افزار شبیه سازی به مهندسان کمک کرد تا سرعت جریان را مشاهده کرده و تاخیر نزدیک حاشیه را شناسایی کنند که باعث می شد تا سرعت جبه هی جریان تغییر کرده و منجربه عیب بصری شود .
این مثال اهمیت چگونگی تصمیماتی که ما به عنوان مهندس میگیریم را نشان میدهد که میتواند اثرات غیرقابل پیش بینی در کیفیت سطح داشته باشد. در این مورد، تاخیر در هر دو وضعیت وارد شده بود. اما در یکی ماده آن را پنهان کرد درحالی که برای دیگری، ماده آن را بزرگ نمایی کرد.
حجم قطعه در این مورد بسیار کوچک بود که کنترل فرایند قالبگیری را مشکل میکرد. برخی تغییرات فرایند اثر را تا حدودی کم کردند اما علت پوششی تاخیر، هندسه ی قطعه بود. به طور ویژه تغییر ضخامت که منجربه تاخیر و تضمین اثر تاختگاه شد. هنگامی که علت ریشهای موضوع شناسایی شد، به سرعت آشکار شد که باید در مرحله ی بعد چه کرد.
تمام مهندسان پلاستیک هنگام بهبود بخشیدن کیفیت پرداخت سطح با مشکلات مشابه ی مواجه می شوند اما آرایهای بسیار زیاد از گزینه ها وجود دارد تا مشکل را قبل از اینکه بسیار گران تعمیر شود، حل کرد. با این حال، تعادل حاصل همواره به راحتی قابل ارزیابی نمیباشد. قضاوت اینکه چه چیزی قابل قبول است اغلب ذهنی و وابسته به کاربرد می باشد.
با این حال، علل پایهای عیوب پرداخت سطح، ذهنی نمی باشند. شبیه سازی گسترهای وسیع از ابزارهای تحلیل را برای مهندسان فراهم می کند که می توانند از آنها برای بررسی و درک چگونگی تغییر ظاهر محصول نهایی توسط انتخاب ها در فرایند، ماده، هندسه و طراحی قالب، استفاده کنند.
تکنولوژی شبیه سازی مانند جریان قالب اتودسک، میتواند یک دید سریع فراهم کند که مهندسان را قادر می سازد تا گزینه های بیشتری را در زمانبندی فشرده در نظر بگیرند و زودتر به جواب رضایت بخش دست پیدا کنند.
منبع : اینترنت
برگردان : ایران ملد
