روش اساسی طراحی قالب تزریق- قسمت چهارم
روش اساسی طراحی قالب تزریق پلاستیک
الگوریتم تعیین تعداد حفره قالب بهینه از نظر فنی و اقتصادی
از آنجا که تعیین واقع گرایانه تعداد حفره قالب بهینه فقط به توجه به مشخصات ماشین قالب گیری و قالب مناسب برای قطعه مورد نظر امکانپذیر است ،بنابراین اگر تعداد حفره قالب بهینه از نظر فنی و اقتصادی تعیین شود مناسب ترین ترکیب قالب و ماشین به صورت همزمان به دست می آید
برای شروع یک در خواست تولید قطعات قالبسازی تزریقی را در نظر بگیرید که در اصل شامل:
– شکل قطعه
– جنس قالبگیری
– شرایط قطعه
– تعداد تولید و
– تاریخ تحویل است.
در برآورد قالبساز و قالبگیر ، حداقل پارامترهای زیر را باید مقرر شوند:
– تعداد حفره قالب n ،
-نوع قالب W
– ابعاد اصلی قالب،
– تعداد m و انواعM ماشین های قالب گیری،
– هزینه قالب و
– هزینه های قطعات(n,W.M,m ) S .
پارامترهایی که در بالا ذکر شد فقط با هم می توان آنها را تعیین کرد چرا که به صورت متقابل به یکدیگر وابسته هستند .مثلا ارتباطی بین تعداد حفره قالب n و تعداد m همچنین نوع ماشین قالبگیری M وجود دارد.این وابستگی نتیجه تعداد تولید و زمان تحویل و از سوی دیگر ملزومات فنی فرآیند (سرعت نرم سازی،تعداد کورس،…) و از سوی دیگر اطلاعات راجع به ماشین است.
نوع تزریق و موقعیت آن و همچنین تعداد حفره قالب ،مثلا از قالب یک حفره ای به قالب دو حفره ای ،بستگی دارد.ابعاد اصلی قالب به تعداد حفره قالب ،طرح قالب و نوع ماشین بستگی دارد .برعکس ممکن است که طرح قالب به ابعاد اصلی قالب وابسته باشد .اگر مثلا به علت زیاد بودن نیروهای عرضی بازشدن، استفاده از یک میل راهنمای ضخیم برای قالب کشویی لازم شود نمی توان آنرا پس از تعیین شدن اندازه ها ایجاد کرد.بنابراین استفاده از قالب با حفره قالب دو تکه حساسیت بیشتری دارد .هزینه های قالب و قطعه به صورت مستقیم یا غیر مستقیم به پارامترهای باقیمانده که در برآورد مقرر شده اند بستگی دارد.
برای به دست آوردن مناسب ترین تعداد حفره قالب (ترکیب قالب –ماشین) با کار قابل قبول،روش زیر ارائه شده است.شکل ۵۹خلاصه فلوچارت یک الگوریتم برای تعیین بهترین ترکیب قالب و ماشین از نظر فنی و اقتصادی برای قطعه تولیدی نمایش می دهد. در گام ۱ قطعه آنالیز شده و تمام مقاصد عملی قالب به دست می آید.علاوه بر این ها انتخاب اولیه ماشین ها ،یعنی ماشین های قالبگیری که انتخاب نهایی از میان آنها خواهد بود ،انجام می شود .سپس در گام ۲ اولین محدودیت دامنه تعداد حفره قالب که بر مبنای معیارهایی که به اطلاعات راجع به قطعه بستگی دارد تعیین می شود.پس از این گام در گام ۳ دامنه تعداد حفره قالب با بازبینی معیارهای فنی مهم محدودتر می شود .در گام ۴ پس از محاسبه ابعاد اصلی قالب تزریق می توان هزینه قطعه را محاسبه کرد .در این مرحله تعداد حفره قالب برای یک ماشین و قالب مشخص صحیح و تعیین شده است و پس از این گام ماشین و قالب انتخاب شده اند .با این انتخاب در گام ۵ ماتریس نتایج برای هزینه های قطعه به دست می آید .این ماتریس باید اقتصادیترین ترکیب،البته لزوما بهترین ترکیب ماشین و نوع قالب و تعداد حفره قالب نیست،را مشخص سازد.
شکل ۶۰ الگوریتم تعداد حفره قالب بهینه(ترکیب :قالب-ماشین)
الگوریتم تعداد حفره و قالب بهینه
شکل ۶۰ فلو چارت الگوریتم را به صورت کاملتری نمایش می دهد.در گام ۱ تمامی حالات طراحی ممکن برای قالب با توجه به آنالیز قطعه (بخشهای ۴-۴-۱ تا ۴-۴-۳ )تعیین می شود .مهم ترین هدف در این گام خلق سیستم و موقعیت تزریق و همچنین راه خروج قطعه از قالب است .هدف این مرحله مشخص کرده همه اشکال گوناگون عملی قالب است.باید به محدودیت های تعداد حفره قالب برای طراحی نوع مربوطه توجه شود. سپس در گام ۲ ماشین ها از مجموعه ماشین ها، تک تک کنار گذاشته می شوند تا یکی برای انجام دادن کار انتخاب شود. محدود کردن طیف ماشین ها به ماشین های که باید در نظر گرفت،با برنامه یا بر مبنای تجربه انجام می شود .این عمل باعث کاهش کار کلی برای پیداکردن مناسب ترین ماشین و قالب در مراحل بعدی می شود.
شکل ۶۰ الگوریتم تعداد حفره قالب بهینه
الگوریتم تعداد بهینه حفره قالب
الگوریتم تعداد بهینه حفره قالب
الگوریتم تعداد بهینه حفره قالب
در گام ۳ تعداد حفره قالب عملی با توجه به تجربیاتی که با قطعات مشابه وجود دارد مقرر می شوند.
برای افزایش مقاصد این روش ،بررسی با در نظر گرفتن وابستگی تعداد حفره قالب به مقدار تولید برای یک خانواده مشخص از قطعات قالب گیری که با اندازه های مشابه قطعه گروه بندی شده اند انجام می شود. این اطلاعات را می توان وارد نمودارها کرده و بنابراین به صورت ریاضی بیان نمود. به این وسیله برآورد اولیه تعداد حفره قالب ممکن می شود .گام ۵ به تعداد حفره مناسب از نظر کیفی ربط دارد .اگر بیش از یک حفره قالب در قالب باشد شرایط فرآیند مناسب نخواهد بود .تعداد حفره قالب صحیح باعث قالب گیری قطعه با کیفیت کامل می شود. بنابراین ارتباطی بین کیفیت مورد نیاز قطعه و حد اکثر تعداد حفره قالب ممکن وجود دارد ،حتی برای مقدار تولید بیشتر ،انتخاب تعداد کمتری حفره قالب نسبت به تعداد مجاز از نظر فنی ،باید انجام شود تا قطعات با کیفیت بالا به دست آید در{۲۲} یک ارزیابی کیفی (صحت شکل و ابعاد)در ۴ گروه ارائه شده است .علاوه بر این ،تقسیم بندی خانواده های قطعات باید انجام شود.نمی توان یک عبارت کمی قابل قبول عمومی درباره وابستگی درجه کیفیت به تعداد حفره قالب بیان کرد البته این وابستگی ها را به راحتی می توان با اندازه گیری وزن و ابعاد قطعات قالبگیری حاصل از قالبهای چند حفره ای که عملا در کارگاه استفاده می شود مشاهده کرد.
پس از تعیین تعداد حفره قالب با توجه به کیفیت در گام ۵ در مورد تعداد حفره قالب لازم که با زمان تحویل مناسب باشد تصمیم گیری می شود – این تعداد نباید کم باشد تا اینکه سفارش در فاصله زمانی مجاز تولید شود.
زمان ساخت کل سفارش tu تشکیل شده از:
t_ u =t _Des +t_ M +t_ Pro
t_ Des : مدت زمان طراحی قالب
t_ M M : مدت زمان ساخت قالب
t_ M : مدت زمان تولید سفارش قطعه
مدت زمان طراحی قالب t Des مستقل از تعداد حفره قالب فرض می شود ،در حالی که مدت زمان ساخت قالب
t M با افزایش حفره قالبها افزایش می یابد {۲۲}.این ارتباط با رابطه تقریبی زیر مشخص می شود :
t_ MM = t_c1 × n_ 0.7
t: مدت زمان ساخت قالب با یک حفره قالب
n : تعداد حفره(توان ۰٫۷ از اطلاعات تجربی به دست آمده است.
علاوه بر این تعداد حفره ها، حفره بهینه دیگری با توجه به زمان بندی وجود دارد،n_topt که در آن حداقل زمان tu وارد شده است .همچنین این زمان با t MMوtM(n) به تعداد حفره قالبها بستگی دارد.با مساوی قرار دادن مشتق اول تابع tu= f(n) با صفر ،تعداد حفره قالب که مقدار بهینه آن است نسبت به زمان به دست می آید.اولین دامنه کاربردی تعداد حفره های قالب مورد انتظار با nD,nQ,np در گام ۶ برپا می شود .حد پایین با
nD و حد بالا با nQ مشخص می شود .اعداد nD و ntopt اطلاعات غیر ضروری اضافی می دهند.
در مرحله ۳ اولین ماشین از ماشینهای از پیش انخاب شده (گام ۲) و اولین طرح قالب از همه طرحهای عملی (گام ۱ ) در گامهای ۷و ۸ بیشتر بررسی می شوند. در گام ۹ آرایش حفره ها و تعداد حفره ها از نظر فنی nt1 (فضای روی صفحه )تعیین می شود .در آرایش باید متقارن باشد ؛در غیر این صورت نیروهای موثر بر قالب و میلهای راهنما یکنواخت عمل نمی کنند(خارج از مرکز) .شکل ۶۱ آرایش سری و یک آرایش دایروی را نمایش می دهد.
در{۲۳و۱۶} جزئیات آرایش حفره ها جود دارد .مهمترین معیار آرایش صلبیت کافی بین حفره ها و فضای سیستم مبدل گرما است .سطح گیرنده ممکن با ابعاد WhوWv با فاصله بین میلهای راهنما تعین می شود.در موارد خاص امکانپذیر بودن جابه جایی میلهای راهنما باید پیش بینی شود.(شکل ۶۲) .
آرایش حفره قالب برای تعداد حفره قالب nQ=1nt بنا می شود.شکل ۶۳ این عملیات را نشان می دهد ،که در آن با قرار دادن آرایش حفره قالب روی صفحه قالب با توجه به ابعاد قالبگیری ۱nt به دست می آید .
اگر در صفحه قالب فضای کافی برای تعداد حفره قالب nQ وجود داشته باشد آنگاه nQ=1nt .در غیر این صورت عدد کوچکتر بعدی انتخاب شده و آرایش مجددا تعیین می شود.تعداد حفره قالب خواسته شده هنگامی که فضای کافی برای همه حفره ها وجود داشته باشد به دست می آید.
شکل ۶۱: آرایش حفره قالب با یک خط جدایش
آرایش حفره قالب
شکل ۶۲: تعداد حفره قالب که از نظر فنی عملی است
آرایش حفره قالب
شکل ۶۳: تعداد حفره قالب که از نظر فنی عملی است(سطح گیرندده)
آرایش حفره قالب
شکل ۶۴: تعداد حفره قالب که از نظر فنی عملی است
آرایش حفره قالب
در گام ۱۰ تعداد حفره قالب nt2 با توجه به فشار تزریق تعیین می شود.تعداد حفره قالب از پیش تعیین شده
nt1 با این یکی مقایسه می شود تا nt1 = nt2 که در این صورت فشار تزریق برای پر کردن همه حفره قالب ها کافی است،در غیر اینصورت nt2 کم می شود تا پاسخگوی نیاز باشد.
یک راه ممکن برای بررسی شرایط مورد نیازاین است که فشار لازم در حفره قالب و گلویی تزریق برآورد شده و این مقدار از حداکثر فشار تزریق کم شود .فشار باقیمانده برای نازل و سیستم راهگاه است. این فشار،محاسبه حداکثر طول Lmax راهگاه ها را ممکن می سازد که باید آنرا به سطح خط جدایش وارد کرد(شکل ۶۴).
علاوه بر این بررسی تقریبی ،روش بسیار عمومی تری برای تعیین فشار لازم در کل سیستم با برنامه های مجزا وجود دارد{۲۴ؤ۲۲}.
در گام ۱۱ تعداد حفره قالب ها از نظر فنی ،nt3 تا nt6 تعیین می شود:
nt3 :بر مبنای نیروی گیرنده است.
nt4 : بر مبنای حداقل ظرفیت یک کورس تزریق می باشد.
nt5 : بر مبنا حداکثر ظرفیت یک کورس تزریق می باشد
nt6 : بر مبنای سرعت نرم سازی است.
اعداد nt3 ، nt5و nt6 مشابه تعیین nt6 در گام ۱۰ تعیین می شوند.یعنی همیشه با بزرگترین عدد موجود شروع می شوند در حالی که ،تعداد حفره قالب nt4 گام به گام بیشتر می شود ،این عدد با nD (گام ۶) شروع شده و تا هنگامی که ظرفیت کورس تزریق واقعی بزرگتر از حداقل آن بشود زیاد می شود.
با گامهای ۱۲و ۱۳ هماهنگی تعداد حفره های قالب که داخل دامنه تعین شده اند با طرح قالب M گام ۸ بررسی می شود.در گامهای ۱۴ و ۱۵ و بر مبنای تکمیل گامهای ۱۳-۱ دامنه تعداد حفره قالب ها ازnt min تا nt max مشخص می شود که در این دامنه ،خواسته های کیفی و از سویی شرایط زمان تحویل رعایت شده است و از سوی دیگر در این دامنه،طرح قالب W و ماشین M از نظر فنی مورد توجه بوده است.به این ترتیب در مرحله ۴ فلوچارت زمینه فعالیت آماده می شود و در این مرحله تعداد حفره ها تصحیح و تعیین شده و محاسبات اقتصادی که شامل هزینه های تولید قطعه است انجام می شود.
برای ماشین M یکسان و طرح قالب W مشابه (گامهای ۱۶و۱۷) ابعاد اصلی قالب قبل از محاسبات هزینه تعیین می شود(گامهای ۲۲تا۲۷) .باید دانست که نه فقط اطلاعات و ابعادی که بر طرح قالب موثر هستند بلکه همه اطلاعات هندسی مهم خارج از آن مثل ابعاد صفحات و ارتفاع قالب مورد نظر است.
در گام ۱۱ با تعداد حفره قالبnt min ابعاد اصلی قالب تعیین می شود.با تعریف ابعاد ،طرح باید از نظر عملی ممکن باشد و به این منظور بررسی می شود (مثلا آیا ابعاد قطعه قابل دستیابی هستند؟ نیروی خارج کردن قطعه از قالب توسط سیستم پران کافی است؟).
سپس در گام ۲۱ هماهنگی قالب با ماشین بررسی می شود .ارتفاع قالب و کورس باز شدن و پران برای اولین بار و ابعاد میز قالب با اطلاعات ماشین برای دومین بار مقایسه می شوند.
شکل ۶۵ سیشتم محاسبه هزینه بر مبنای گامهای ۲۷-۲۲ را نمایش می دهند.
هزینه ساعتی ماشین (گام ۲۲) شامل موارد زیر است:
– کاهش بها
– بهره
– هزینه نگهداری
– هزینه استقرار
– هزینه انرژی
– هزینه آب خنک کن و
– سهم دستمزدهای ساعتی.
هزینه های مربوط به قطعه (گام۲۳) هزینه مواد وهزینه تکمیل قطعه است.
برای نوع قالب مشخص شده (گام ۱۷) و با دانستن ابعاد اصلی قالب( گام ۱۹) هزینه قالب را با روشهای مختلفی می توان برآورد کرد.{۲۶،۲۵،۱۶} با رجوع به{۱۶} هزینه های قالب تشکیل شده اند از:
– هزینه طراحی
– هزینه جنس
– هزینه ساخت و
– هزینه سازندگان بیرونی
هزینه های غیر مستقیم قالب تشکیل شده اند از:
– هزینه نمونه سازی
– هزینه مونتاژ
– هزینه نگهداری
هزینه هایی که تعریف شده اند مستقیما هزینه نامیده می شوند.
با تخصیص بالا سری حسابهای فرعی به حسابهای اصلی هزینه های کلی بالا سری برای هر سفارش مشخص می شود.سپس هزینه تولید هر قطعه با گام ۲۷ و مطابق شکل ۶۵ محاسبه می شود.
با توجه به ملاحظات هر شرکت مشخص روشهای دیگری برای محاسبه هزینه ممکن است و یا باید به کار برود.
پس از پایان کل محاسبات مربوط به عملیات در مرحله ۴ (n متغیر) طرح قالب بعدی در ماشین مشابهی بررسی می شود.محاسبات برای ماشینهای دیگر از گام ۲ به روش مشابهی انجام می شود.
تمامی هزینه های مربوط به یک قطعه قالبگیری به شکل یک نتیجه کلی در گام۲۷ به دست می آید و آن را می توان به گام ۲۸ وارد کرد. در اینجا اقتصادی ترین تعداد حفره ،که ترکیب تعداد حفره قالب – قالب- ماشین با کمترین هزینه قطعه است به دست می آید.
کامپیوتر بهترین وسیله برای کار با این داده های بسیار زیاد و اجرای محاسبات پرشمار است.
شکل ۶۵: محاسبه هزینه های تولید برای هر قطعه
آرایش حفره قالب
منبع:
تئوری و عملی قالبهای تزریق پلاستیک
مولف : Menges,Mohren
مترجم: فرزاد بیغال/تحت نظر:عبدالله ولی نژاد
