| Home | Register | Members area | Search | Forum | Chat | Blogs | Articles | FAQ | Subscription | Links | Statistics | راهنما | | فروشگاه |

Forum

Forum :: Search by forum :: Forum Options :: Forum`s Top


H- كلوب هاي مهندسي > مهندسي مكانيك > مقاله ای در مورد یکی از روش های شکل دهی قطعات درصنعت سرامیک
mohammad77865 #1
Posts: 9

Offline
2011/05/29 10:01:09 		مقاله ای در مورد یکی از روش های شکل دهی قطعات درصنعت سرامیک

مقاله ای در مورد یکی از روش های شکل دهی قطعات درصنعت سرامیک
محمد قرباني

قالبگيري تزريقي((Injection Molding:
قالبگيري تزريقي يكي از روشهاي مفيد شكل دهي قطعات است .
اين روش براي 3 نوع از مواد مورد استفاده است:
1. سراميكها
2. فلزات
3. پليمرها و پلاستيك ها


قالبگيري تزريقي شامل سه مرحلة كلي است :
1. تهية مخلوط مواد اوليه
2. تزريق مخلوط درون قالب و قالبگيري
3. زينتر و پخت قطعه
قالبگيري تزريقي شامل تركيب مواد اوليه،‌ قالبگيري از طريق تزريق مواد درون حفره وزينترينگ است تا نهايتاً به خواص فيزيكي شيميايي مورد نظر در قطعه دستيابيم.

محدوديت روشهاي شكل دهي قديمي :
قطعات سراميكي به دلايلي داراي محدوديتهايي در روش توليد هستند :
1.تردي و شكنندگي قطعات:
تردي قطعات سراميكي قبل از زينترينگ نهايي دفورمه شدن قطعه را به همراه دارد.
2.سختي مواد اوليه:
سختي مواد اولية سراميكها فرآيندهاي سخت ماشيني و مراحل زينترينگ پرهزينه را به همراه دارد.
3.شكل دهي قطعات با اشكال پيچيده:
براي رفع 2 محدوديت اول روشهايي از قبيل پرس و اكستروژن جزِِ روشهاي قابل قبول براي شكلدهي سراميكهاست .
اما محدوديت سوم فقط از طريق روشهاي جديدي از جمله قالبگيري تزريقي سراميكها امكان پذير است .
قالبگيري تزريقي سراميكها اين قدر پيشرفت كرده كه مي توان با سراميك قطعات پيچيده اي مشابه فلز و پليمر ساخت .


مزاياي قالبگيري تزريقي نسبت به روشهاي ديگر :
1. شكل دهي قطعات با اشكال پيچيدة هندسي:
قطعاتي با اشكال پيچيده شامل : قطعات با سوراخهاي كور، داراي مقاطع عرضي، لوله هاي منحني، حفره هاي عمودي، مقاطعه تو رفته، حفرات پيچيده و ....
2. قابليت تكرار پذيري براي توليد انبوه با سرعت بالا
3. ميزان تلورانس و خطاي كم حتي كمتر از % 3/0< -/+
4. سطح پرداخت قطعه داراي كيفيت بالاست و نياز به پرداخت كاري و ماشين كاري ندارد .
5. توليد قطعه با خواص اجرايي خوب:
استحكام مكانيكي و سختي زياد، مقاومت در برابر شرايط آب و هوايي، مقاومت در برابر خوردگي و سايش, پايداري ابعادي، دماي كار پذيري بالا، عايق الكتريكي خوب و....
6. راه حل اقتصادي براي توليد قطعات با دقت و خواص بالا .
7. سرعت عمليات بالا براي رسيدن به كيفيت خوب

كاربردها :
روش قالبگيري تزريقي سراميكها براي توليد قطعات پيچيده با خواص و ويژگي هاي اجرايي عالي برا ي استفاده در :
ابزار ايمني الكتريكي،‌نوري، دندانپزشكي، ارتباطات تلفني، صنايع كشاورزي، نساجي، شيمي قطعات الكترو سراميكي و قطعات مهندسي دقيق و ....





فرآيند قالبگيري تزريقي سراميكي( CIM ):
اين فرآيند با انتخاب پودرهاي سراميكي خيلي ريز آغاز مي شود پودرها را با چسب مخلوط مي كنيم . ماده اولية خام را تهيه مي كنيم سپس اين مواد اوليه را به حالت كروي در مي آوريم در طول قالبگيري چسب ها ذوب مي شوند تا يك محلول واسطه تشكيل شود كه پودرهاي سراميكي را تا مرحلة تزريق حمل كنند .
با استفاده از يك ماشين قالبگيري تزريقي مواد اوليه را درون حفرة قالب با اعمال نيرو به شكل مورد نظر در مي آوريم . سپس آنرا در يك فرايند دو مرحله اي حرارت مي دهيم .
مرحلة اول : تجزية شيميايي حرارتي و يا سوختن چسب كه رفع چسب را به همراه دارد .
مرحلة دوم : زينترينگ و متراكم كردن و شكلدهي نهايي قطعه را شامل مي شود .
در كل قالبگيري تزريقي تركيبي از ساخت مواد اوليه، قالبگيري و زينترينگ نهايي است.








مراحل قالبگيري تزريقي سراميكها :
1- انتخاب پودر 2- انتخاب سيستم چسب
3- مخلوط كردن پودر و چسب و تهية ماده اوليه 4- قالبگيري
5- رفع بايندر 6- زينترينگ
7- پرداخت كاري نهايي
1. انتخاب پودر:
پودر بر اساس نوع ماده اولية مورد نياز به كاربرده مي شود بايد شامل3 خصوصيت زير باشد .
 ذرات با سايز كوچك :
• بهتر نگهداري شكل قطعه در طول رفع بايندر
• رفع بايندر آسانتر
• زينترنيگ سريعتر
 بالا بودن ويسكوزيتة مخلوط پودر و چسب (عيب به حساب مي آيد)
 توزيع اندازه دانة گسترده پهن :
• چگالي و تراكم بالاتر
• استحكام خام بالاتر
• انقباض كمتر در طول زينترينگ
• سرعت رفع چسب آرامتر
• تغيير شكل ريز ساختار, در طول زينترينگ هموژن تر است .
 دانه هاي كروي شكل :
• دانسيته و تراكم بالاتر
• ويسكوزيتة مخلوط چسب و پودر كمتر
• بهبود جريانيابي در طول شكلدهي
• سرعت رفع بايندر آرامتر
✵ استفاده از يك پودر سراميكي در حد ميكرون باعث مي شود سطح محصول نهايي كاملاً صاف باشد و ساختار آن ريزدانه و نزديك به دانسيته تئوري باشد .
✵ به طور كلي يك پودر گرانوله شده بدون آگلومره هاي سخت، با يك اندازه ذره كوچكتر از 10 ميكرومتر با توزيع اندازه ذرات پهن( داراي دانه هاي ريز متوسط و درشت)و دانسيته و تراكم بيشتر از 60% اغلب براي قالبگيري تزريقي اكثر سراميكها مناسب است .


2- انتخاب سيستم چسب :
خواص چسب (بايندر) مورد استفاده:
 خواص رئولوژي مورد نياز براي تغذية مواد را فراهم كند .
 تشكيل مخلوط پودر به حالت مورد نياز را فراهم كند .
 خواص چسب زدائي خوبي داشته باشد
 قبل از زينترينگ به طور كامل از قطعه خارج مي شود .
 در قطعه با پودر فشرده ايجاد گسيختگي نكند .
 با پودر واكنش شيميايي ندهد
 مشخصات شيميايي خوبي داشته باشد .
 ايمن محيط زيست باشد .
 قطعه با تلورانسهاي مورد نظر را ايجاد كند .
 كم هزينه باشد .

- سيستم چسب :
اغلب مشكل است كه با استفاده از يك چسب تكي تمام مشخصات مورد نظر را فراهم كنيم بنابراين عملاً به سراغ سيستم چسب مي رويم .
سيستم چسب عموماً يك تركيب سه جزئي است كه شامل
1. چسب اصلي 2. چسب فرعي 3. كمك فرايند
است
 چسب اصلي :
رئولوژي و جريانيا بي مواد تغذيه شده را در طول قالبگيري براي شكلدهي يك بدنة بدون نقص كنترل مي كند .
اين چسب2 عمل اصلي را كنترل مي كند .
• استحكام بدنة خام
• رفتار چسب زدائي


 چسب فرعي :
• اصلاح خواص جريانيابي مواد تغذيه شد .
• پر كردن قالب به صورت بهينه
• فوايد ويژه در مرحلة چسب زدائي از جمله :
رفع چسب فرعي قبل از چسب اصلي است براي ايجاد يك شبكة متخلخل تا اينكه چسب اصلي بتواند راحتتر خارج شود.

 كمك فرآيند :
كمك فرآيند ممكن است يكي از موارد زير باشد .
• پلاستي سايزر :
كاهش دماي تغيير شيشه اي شدن چسب هاي ترموپلاستيك
• تر كننده :
بهبود در نركنندگي بين سطح ذرات و پليمر ذوب شده
• لوبركينت (روغني كننده) :
كاهش سايش ديواره قالب و كاهش اصطلاك در بين ذرات
دسته بندي سيستم هاي چسب مورد استفاده در CIM :
1. تركيب ترموپلاستيك (thermoplastic compounds)
قابل ارتجاع در اثر حرارت
2. تركيب ترمو ستينگ (thermosetting compounds)
قابل سخت شدن در اثر حرارت
3. سيستم هاي بر مبناي آب (Water-based system)
4. سيستم هاي ژله اي (gelation system)
5. چسب هاي معدني (inorganice)

✵از بين اين سيستم ها چسبهاي ترموپلاستيك بيشترين كاربرد را دارا هستند .
پليمرهاي تجاري اين دسته از قبيل :
پلي استيرن، پلي اتلين، پلي پروپيلن، پلي وينيلاكتات، پلي ميتل متاكريلات .
3- مخلوط كردن پودر و چسب و تهية ماده اوليه:
نسبت پودر و چسب وهمگني مخلوط مسئله اساسي در كيفيت قالبگيري تزريقي است
 نسبت تركيب چسب و پودر بايد بهينه باشد :
الف . اگر بايندر خيلي كم باشد .
• ايجاد ويسكوزيتة خيلي زياد مخلوط
قالبگيري را مشكل مي سازد .
• حبس تخلخلهاي هوا در قطعه

ب. اگر بايندر خيلي زياد باشد .
• ايجاد هتروژني و ناهمگني ريز ساختار در قطعه
• كاهش فعاليت در فرسودگي چسب
✵به طور كلي سبستم چسب بايد به گونه اي انتخاب شود كه ذرات در طول قالبگيري ازذرات مجاورشان به وسيله ي يك لايه ي نازك پليمر به ضخامت 50 جدا شوند(اين مقدار براي جريانيابي مخلوط مورد نياز است)
 مخلوط چسب و پودرهمگن باشد:
مخلوط نا همگن وداراي تجزيه ي ناقص پودرهاي آگلومره سبب ايجاد معايبي از جمله كاهش وبسكوزيته و مشكلاتي در قالبگيري مي شود.
براي رفع اين عيب از مخلوط كن ها با تنش برشي زياد براي رفع دي آگلومراسيون رسوبات استفاده مي
شود
پس از مرحله ي مخلوط كردن مخلوط سرد از ميان يك آسياب برشي عبور مي كند تا اينكه ماده اوليه خام كروي شكل براي قالبسازي توليد شود.
4.قالبگيري:
پس ازاينكه مخلوط چسب و پودر به صورت ماده اوليه كروي شكل آماده شد
ماده اوليه آماده شده را كمي گرم ميكنند تا لزج و ويسكوز شود سپس تحت فشار درون قالبهاي تك حفره اي يا چند حفره اي تزريق ميشود.

✵ميزان فشار حفره و كنترل آن يكي از موثرترين عوامل بر روي كيفييت قطعه ي نهايي ست.
ميزان فشار حفره به عوامل زير بستگي دارد:
• فشار تزريق
• دما
• سرعت پيستون
• شكل حفره
قالبگيري تزريقي سراميكها در مقايسه با قالبگيري تزريقي پلاستيكها مشكلتر است:
 به دليل بالا بودن
• دانسيته
• ويسكوزيته
• قابليت هدايت گرمايي
• ضريب الاستيك
• سرعت سرمايش
ضريب الاستيك بالاو سرعت سرمايش زياد(هدايت گرمايي زياد)
✚
تافنس شكست كمتر چسب پر كننده ي مخلوط
↓
قطعه ي قالبگيري شده مستعد ترك خوردن است.
تلاشها در اين مرحله از فرايند بر اين اساس است كه تنش باقي مانده در سيستم را توسعه دهند و با يك تغييرات سيستماتيك شرايط قالبسازي را بهينه كنند.
5.رفع بايندر(Debinding):
پس از قالبگيري قطعه مرحله ي از بين بردن چسب است
با توجه به كاربردهاي اقتصادي,تلودانسهاي مورد نظر وسايز هندسي قطعه
از سيستمهاي مختلف چسب وهمينطور تكنولوژي هاي مختلف رفع چسب استفاده مي كنيم
روشهاي مرسوم رفع بايندر:
 استفاده از كاتاليزور
 روش حرارت دهي
 روش حلاليت

مرسوم ترين روش رفع چسب از طريق حرارت است(كه با گرم كردن قطعه ي قالبگيري شده ,بايندر را مي سوزانيم و آن را از بين مي بريم)
6- زينترينگ :
پس از رفع چسب بسته به نوع ماده مواد را در اتمسفرهاي اكسيدي، اتمسفرهاي پاين و يا در خلاء در يك كورة دما بالا زينترينگ مي كنند :
زينترينگ، فرآيند حرارت دهي مواد با درجه كمتر از نقطة ذوب اما به اندازه كافي زياد است تا اجازه دهد ذرات تكي ذوب شوند و به هم متصل گردند .
✵ در طول زنترينگ دو عمل انجام مي گيرد:
1. تراكم قطعه 2. شكل دهي قطعه
 در طول زينترينگ قطعه به ميزان حداكثر 20% منقيض مي شود .
 با كنترل دقيق فرآيند مي توانيم انقباض قابل تكرار و يكسان را با تلورانس كم ايجاد كنيم .
 بعد از فشردگي دانسيته و استحكام خام كم است. اما بعد از زنترينگ هر دو خاصيت ماده افزايش مي يابد .
 در كاربردهاي خاص گاهي براي افزايش دانسيته به ميزان خيلي زياد در مرحلة قالبگيري و زينترينگ از يك سيستم (HIP) پرس ايزداستايك گرم استفاده مي كند .
7- پرداخت كاري نهايي:
در مواردي كه مراحل فرايند تحت كنترل دقيق نباشد :
• تلورانسهاي ابعاد قطعه نهايي زياد است.
نياز به ماشين كاري و پرداخت كاري است.
• سطح نهايي قطعه كيفيت خوبي ندارد.
اما در اكثر موارد با كنترل دقيق مراحل و رسيدن به تلورانسهاي كم نياز به پرداخت كاري نداريم بنابراين در وقت و هزينه صرفه جوئي شده است .
يكي از عيوب (CIM)
به دليل اينكه در قالبگيري تزريقي سراميكها
• در مخلوط ماده اوليه حدود 60%- 50% حجم كلي پودر جامعه است .
• چسب مورد استفاده دائمي نيست و از قطعه خارج مي شود .
• قالب پيچيده است به دليل وجود دريچه ها، مجراها، و لوله هاي منحني و ... كه گوشه ها و زواياي نوك تيز ايجاد مي كند .
• جمع شدن بيش از اندازه پودر در ورودي دريچه ها و گوشه ها
• گراديان دما و فشار در قسمت هاي مختلف قالب
همة اين مسائل ذكر شده سبب ايجاد دانيستة غير يكنواخت در قطعه مي گردد و در هنگام پخت قطعه كج مي شود و يا ترك مي خورد .


اگر مراحل مختلف اين فرايند به خصوص مرحلة قالبگيري و فشار قالب كنترل نشود سبب عيوب زير مي گردد .
 دانسيتة غير يكنواخت در قطعه
 استحكام پايين قطعه در مقايسه با ديگر روشهاي شكلدهي
براي رفع اين عيب بهتر است .
 فشار در همه جاي قالب به طور يكسان و كافي وارد شود .
 در صورت نياز از قالبهاي چند حفره اي به جاي تك حفره اي استفاده كنيم .

به اين مطلب امتياز دهيد:

+12
Users here:

You haven`t enough privileges to reply in this forum.


| Processing time: 0.0646901 sec. | Users online: - 0 | Guests online: - 1 | اين بخش متعلق است به: كانون دانش |

Feedback | پرسش از مدير | RSS News Feeds | Testimonials | Terms Of Use | Privacy Statement