Қысыммен қалыптау әдісі

Кіріспе

Қалыптау әдісі

Қысыммен қалыптау – қалыптау материалының, әдетте алдын ала қыздырылған, ашық, қыздырылған қалып қуысына орналастырылатын қалыптау әдісі. Қалып жоғары күшпен немесе тығынмен жабылады, материалды қалыптың барлық бөліктерімен жанасуға мәжбүр ету үшін қысым қолданылады, ал материал қатып қалғанға дейін жылу мен қысым сақталады; бұл процесс қысыммен қалыптау әдісі деп аталады, ал резеңке болған жағдайда – «Вулканизация» деп те аталады. Бұл процесте термопластикалық шайырлар толық қатып қалмаған күйде, гранулалар, пластилин тәрізді массалар немесе дайын бұйымдар түрінде қолданылады. Қысыммен қалыптау – күрделі, жоғары беріктігі бар шыны талшықты құрылымдарды жасауға қолайлы, үлкен көлемде және жоғары қысыммен жүзеге асырылатын әдіс. Жоғары технологиялық термопластиктерді де бір бағытты ленталармен, тоқылған маталармен, кездейсоқ бағытталған талшық матымен немесе кесілген талшықтармен қалыптауға болады. Қысыммен қалыптаудың артықшылығы – үлкен, күрделі бөлшектерді жасау мүмкіндігі. Бұған қоса, бұл трансферлік қалыптау және инъекциялық қалыптау сияқты басқа әдістермен салыстырғанда ең төмен құнмен жасалатын қалыптау әдістерінің бірі; сонымен қатар, ол салыстырмалы түрде аз материалды ысыраптайды, бұл қымбат құралымдармен жұмыс істегенде тиімді. Дегенмен, қысыммен қалыптау өнімнің сапасының тұрақсыздығына және жарқылдауды бақылаудағы қиындықтарға әкелуі мүмкін, сондай-ақ кейбір бөлшектерге жарамсыз болуы мүмкін. Инъекциялық қалыптаумен салыстырғанда, тоқыма сызықтары аз пайда болады және талшықтың ұзындығының өзгеруі байқалады. Қысыммен қалыптау экструзия техникасының мүмкіндіктерін асып түсетін үлкен көлемдегі негізгі пішіндерді өндіруге де жарамды. Қысыммен қалыптау арқылы әдетте өндірілетін материалдар: полиэстерлі шыны талшықты шайыр жүйелері (SMC/BMC), Торлон, Веспель, полифенилен сульфиді (PPS) және PEEK-тің көптеген түрлері. Қысыммен қалыптауды тиімді резеңке және силикон бөлшектерін іздейтін өнімді әзірлеуші инженерлер жиі қолданады. Аз көлемде қысыммен қалыпталған бөлшектерді өндірушілерге PrintForm, 3D, STYS және Aero MFG жатады. Қысыммен қалыптау алғаш рет металл бөлшектерін ауыстыру үшін композиттік бөлшектерді өндіру мақсатымен жасалды, әдетте үлкен, жазық немесе орташа иілген бөлшектерді жасау үшін қолданылады. Бұл қалыптау әдісі автомобиль өндірісінде, мысалы, капоттар, крылья, спойлерлер және кішкентай, күрделі бөлшектерді жасауда кеңінен қолданылады. Қалыптауға жарамды материал қалып қуысына орналастырылады, ал қыздырылған пластиналар гидравликалық пресстің күшімен жабылады. Үлкен қалыптау қосылысы (BMC) немесе табақша қалыптау қосылысы (SMC) қолданылатын қысыммен қалып пішініне келтіріліп, қатаю реакциясы басталарша қыздырылады. SMC-нің бастапқы материалы әдетте қалыптың бетіне сәйкес кесіледі. Содан кейін қалып салқындатылып, бөлшек алынып тасталады. Материалдар қалыпқа гранулалар немесе табақшалар түрінде салынуы мүмкін, немесе қалып пластикалық экструдерден толтырылады. Материалдар балқу температурасынан жоғары қыздырылып, пішінделіп, салқындатылады. Қоректендіру материалы қалыптың бетіне қаншалықты біркелкі таратылса, сығылу кезеңінде ағыстың бағыты соншалықты аз болады. Қысыммен қалыптау сэндвич құрылымдарын жасау үшін де жиі қолданылады, олар бал арасы немесе полимер көбігі сияқты өзекті материалды қамтиды. Термопластикалық матрицалар жаппай өндірісте кеңінен қолданылады. Автомобиль өндірісі – маңызды мысал, онда ұзын талшықты термопластиктер (LFT) және шыны талшықты матамен нығайтылған термопластиктер (GMT) жетекші технологиялар болып табылады. Қысыммен қалыптау кезінде инженер ескеруі тиіс алты маңызды фактор бар: Материалдың қажетті мөлшерін анықтау. Материалды қыздыру үшін қажетті ең аз энергия мөлшерін анықтау. Материалды қыздыру үшін қажетті ең аз уақытты анықтау. Тиімді қыздыру әдісін анықтау. Атудың қажетті пішінге жетуін қамтамасыз ету үшін қажетті күшті болжау. Материал қалыпқа сығылғаннан кейін оны жылдам салқындату үшін қалыпты жобалау.

Compression molding is a method of molding in which the molding material, generally preheated, is first placed in an open, heated mold cavity. The mold is closed with a top force or plug member, pressure is applied to force the material into contact with all mold areas, while heat and pressure are maintained until the molding material has cured; this process is known as compression molding method and in case of rubber it is also known as 'Vulcanisation'. The process employs thermosetting resins in a partially cured stage, either in the form of granules, putty like masses, or preforms. Compression molding is a high volume, high pressure method suitable for molding complex, high strength fiberglass reinforcements. Advanced composite thermoplastics can also be compression molded with unidirectional tapes, woven fabrics, randomly oriented fiber mat or chopped strand. The advantage of compression molding is its ability to mold large, fairly intricate parts. Also, it is one of the lowest cost molding methods compared with other methods such as transfer molding and injection molding; moreover it wastes relatively little material, giving it an advantage when working with expensive compounds. However, compression molding often provides poor product consistency and difficulty in controlling flashing, and it is not suitable for some types of parts. Fewer knit lines are produced and a smaller amount of fiber length degradation is noticeable when compared to injection molding. Compression molding is also suitable for ultra large basic shape production in sizes beyond the capacity of extrusion techniques. Materials that are typically manufactured through compression molding include: Polyester fiberglass resin systems (SMC/BMC), Torlon, Vespel, Poly(p phenylene sulfide) (PPS), and many grades of PEEK. Compression molding is commonly utilized by product development engineers seeking cost effective rubber and silicone parts. Manufacturers of low volume compression molded components include PrintForm, 3D, STYS, and Aero MFG. Compression molding was first developed to manufacture composite parts for metal replacement applications, compression molding is typically used to make larger flat or moderately curved parts. This method of molding is greatly used in manufacturing automotive parts such as hoods, fenders, scoops, spoilers, as well as smaller more intricate parts. The material to be molded is positioned in the mold cavity and the heated platens are closed by a hydraulic ram. Bulk molding compound (BMC) or sheet molding compound (SMC), are conformed to the mold form by the applied pressure and heated until the curing reaction occurs. SMC feed material usually is cut to conform to the surface area of the mold. The mold is then cooled and the part removed. Materials may be loaded into the mold either in the form of pellets or sheet, or the mold may be loaded from a plasticating extruder. Materials are heated above their melting points, formed and cooled. The more evenly the feed material is distributed over the mold surface, the less flow orientation occurs during the compression stage. Compression molding is also widely used to produce sandwich structures that incorporate a core material such as a honeycomb or polymer foam. Thermoplastic matrices are commonplace in mass production industries. One significant example are automotive applications where the leading technologies are long fibre reinforced thermoplastics (LFT) and glass fiber mat reinforced thermoplastics (GMT). In compression molding there are six important considerations that an engineer should bear in mind:
Determining the proper amount of material. Determining the minimum amount of energy required to heat the material. Determining the minimum time required to heat the material. Determining the appropriate heating technique. Predicting the required force, to ensure that shot attains the proper shape. Designing the mold for rapid cooling after the material has been compressed into the mold.

Процесс анықтамасы

Компрессиялық қалыптау – пластик материалды қыздырылған металл қалыпқа тікелей салғанда, оның жылудан жұмсарып, қалып жабыла келе қалыптың пішініне келтірілетін қалыптау процесі. Қалыптау толыққаннан кейін, артық материалды (Flash) жоюға болады. Әдетте, компрессиялық қалыптау машиналары тік ось бойымен ашылады.

Процесс сипаттамалары

Терморезистентті пластикалық қоспаларды қолдану осы қалыптау процесін көптеген басқа қалыптау процестерінен ерекшелендіреді. Бұл термосеттер алдын ала дайын түрінде немесе гранула түрінде болуы мүмкін. Кейбір басқа процестерден өзгеше, материалдарды қалыптау алдында әдетте қыздырып, өлшеп аламыз. Бұл артық қалдықтардың пайда болуын азайтуға көмектеседі. Пластмассамен бірге металлдан жасалған кіріктірмелерді де қалыптауға болады. Ескеріңіз, бұйым пішінінде қандай да болжамаған ойықтар болмауы керек, себебі бұл оны қалыптан шығаруды айтарлықтай қиындатады. Термопластикалық матрицалар шексіз сақтау мерзіміне және қысқа циклды қалыптау уақытына ие, олар кеңінен қолданылады және мысалдары 3-суретте көрсетілген.

Процесс схемасы

Компрессиялық қалыптау – резеңке қалыптаудың ең ежелгі өндіріс техникаларының бірі. Процестің параметрлеріне қалыптау уақыты, температура және қысым жатады. Әдетте, 300-400 тонналық қысқыш қысымы қолданылады. Типикалық қалып, түбі қалып қуысы болатын, сиырғақ қабығына ұқсайды. Қалыптау пресі алюминийді құю үшін қолданылатын, сабамен толтырылған тік преске ұқсайды. Компрессиялық қалыптау экструдер және кескіш (екі пышақ ортада кездесіп, экструдатты қажетті ұзындықта кеседі) немесе ролик және қалып кескіші арқылы жасалған дайын өнімдерді пайдаланады. Компрессиялық қалыптау арқылы жасалған су бөтелкелері 3 дюйм x 6 дюйм өлшемді кесілген жамылғылардан жасалады. Бір жамылғы өзектің астына, ал оған тең өлшемді бір жамылғы өзектің үстіне қойылады, содан кейін қалыптың жоғарғы бөлігі қолмен немесе көтергішпен жабылуға жақын түсіріледі. Содан кейін қалып преске салынып, пресс гидравликалық түрде толық қысымға дейін жабылады. Қалыптың температурасы шамамен 350 градусқа жетеді. Цикл аяқталғаннан кейін (шамамен 3,5-4,0 минуттан соң) пресс ашылады және қалып операторға қарай тартылады. Оператор сиырғақ қабықшасы тәрізді қалыптың жоғарғы бөлігін ашып, қалыптың жоғарғы бөлігін преске сүйейді. Осылайша, ішінде өзегі бар бөтелке көрінеді. Бөтелке әлі де ыстық болғанда, оператор бөтелке мен болат өзектің арасына тіректер енгізіп, оны өзектен босату үшін мойын тұсын созады. Компрессиялық қалыптау арқылы жасалған гольф доптарының орталықтарына арналған дайын өнімдер экструзияланады. Дайын өнімнің 1 дюйм x 1 дюйм өлшемді дөңгелек бөлігі қалып қуысында тік тұрады. Цикл барысында оператор тіректің үстіне бөліктерді орналастырып, тіректі қалыптың үстіне қояды. Дайын өнімдер қалыптың қуысына сығады, слайд табақ тартылғанда. Қалып ашылғанда, төменгі пластина төмен түсіп, қалып гидравликалық түрде операторға қарай шығарылады. Жылу жамылғысы (осы циклде жасалған барлық қалыпталған бөліктер бөлгіш сызықтан (қалдықтан) біріккен) кесу үшін тасымалдау арбасына салынады.

Өндірілген типтік құралдар мен геометрия

Қалыптардың үш түрі қолданылады: жылдам толтырушы поршеньді қалып, тік поршеньді қалып және "тіреулі" поршеньді қалып. Жылдам толтырушы қалыпқа пластик зарядының мөлшері дәл болуы керек және ол көлденең артық материалды (қалыптан шығып тұрған қосымша материалды) шығарады. Тік поршеньді қалып пластик зарядының мөлшеріндегі белгілі бір қателіктерге мүмкіндік береді және тік артық материалды тудырады. "Тіреулі" поршеньді қалыпқа пластик зарядының мөлшері дәл болуы керек, ал артық материал пайда болмайды. Толықрақ мәліметтер 3-нұсқауда келтірілген.