قالبگیری دورانی (چرخشی) (قسمت دوم): آشنایی با تجهیزات

مقدمه

در مقاله گذشته به بررسی کلی قالبگیری دورانی (چرخشی)، تفاوت ها و مزایای آن نسبت به سایر روش ها و یک مکانیزم کلی از این روش پرداخته شد. حال باید با جزئیات بیشتری بررسی کرد که این روش چگونه اجرا می شود و چه تجهیزات و قالب هایی برای استفاده از آن لازم است.
در این مقاله ساز و کار این روش، تجهیزات و ابزار مورد نیاز و قالب های مورد استفاده بررسی خواهد شد.

ساز و کار روش قالب گیری چرخشی

شش مرحله در فرایند قالب گیری چرخشی وجود دارد:

1. قالب یا حفره توسط پودر پلیمر، برای مثال پودر پلی اتیلن، پر می شود. این مرحله Charging the Mold نامیده می شود.

2. نیمه قالب ها با پیچ و مهره به هم وصل می شوند. برای قطعات کاملاً محصور، کل قالب از فلز هادی حرارتی ساخته می شود. هم چنین برای قطعاتی که یک یا هردو طرفشان باز است، از پوشش عایق برای پوشاندن قالب استفاده می شود.

3. قالب پر شده در یک آون با حرارت بالا قرار داده می شود که هم زمان تحت چرخش توسط دو صفحه در دو محور عمود برهم قرار دارد.

4. در طول این فرایند گرمایشی/چرخشی، رزین ذوب می شود و سپس با چسبیدن به دیواره ها توسط نیروی گریز از مرکز، شکل توخالی قالب را به خود می گیرد.

5. وقتی که تمام پودر به یک لایه همگن روی دیواره حفره های قالب تبدیل شد، ترکیبی از هوا و آب در یک محفظه خنک کننده برای سرد کردن آرام قالب استفاده می شود.

6. قالب ها از محفظه سرد کننده خارج می شوند و محصول از قالب جدا می گردد.

هربار پس از اتمام کار، قبل از آن که مراحل 1 تا 6 بار دیگر تکرار شود، لازم است که از بابت عدم وجود رطوبت روی دیواره قالب، اطمینان حاصل شود.

ساز و کار فوق را می توان در شکل زیر مشاهده کرد.

قالب های مورد استفاده در قالبگیری چرخشی

از آن جا که نیروی بسیار کمی در فرایند چرخشی اعمال می شود و هیچ هسته ای برای خنک سازی نیاز نیست، از قالب های ساده استفاده می شود. همین سادگی باعث کاهش قیمت قالب های چرخشی، در مقایسه با قالب های تزریقی یا دمشی شود.
معمولاً به طور استاندارد از قالب های دو تکه استفاده می شود؛ اما گاهی لازم است برای تسهیل در امر شکل دهی، قالب سه تکه مورد استفاده قرار گیرد. قالب ها می توانند به سادگی یک جسم کروی باشند و یا می توانند با حضور لوازمی جانبی مثل زیر برش، دنده و سوزن به قالب های پیچیده تری تبدیل شوند.
انتخاب قالب های چرخشی به اندازه، شکل ظاهری و سطح دو انتهای ماده مطلوب بستگی دارد.

انواع قالب ها

مهم ترین ویژگی یک قالب چرخشی این است که سطح داخلیش کاملا غیر متخلخل باشد. قالب های ریخته گری آلومینیومی، قالب های به مراتب مورد استفاده تری در صنعت شکل دهی چرخشی هستند. بیشتر محصولات کوچک یا متوسط توسط قالب های ریخته گری آلومینیومی تولید می شوند.
آلومینیوم شاخصه های حرارتی خوبی دارد و برای مواقعی که چندین قالب در اندازه های یکسان مورد نیاز است، مفید واقع می شود. تنها نقطه ضعف آلومینیم، می تواند تخلخل پذیری بالا و آسیب پذیری آن باشد.
قالب های صفحه ای فلزی برایقطعات بزرگ تر مناسب است. این قالب ها به آسانی ساخته می شوند و در بسیاری از موارد، تنها نیاز به جوشکاری دارند. این قالب ها برای مواقعی مفیدند که نیاز به تنها یک قالب تکی بزرگ وجود دارد.
سایر قالب ها مثل قالب نیکل الکترومغناطیسی، یک محصول نهایی با جزئیات بسیار دقیق تولید می کند. هچنین قالب های Vaporformed محصولاتی با جزئیات بسیار دقیق ارائه می دهند؛ با این تفاوت که قیمت بیش تری نسبت به نوع قبلی دارند. هم چنین قالب های دیگری مثل قالب ماشینی CNC و قالب های کامپوزیتی با پوشش هایی حرارتی نیز استفاده می شوند.

جدول 1 لیستی از هدایت حرارتی مواد مورد استفاده در قالب های چرخشی را ارائه می دهد.

جدول 1- هدایت حرارتی فلزهای مورد استفاده در قالب های چرخشی

3. نصب قالب

قالب باید روی بازوی ماشین قالب گیری چرخشی نصب شود. قالب های صفحه ای بزرگ فلزی به سادگی با پیچ و مهره یا گیره نصب می شوند. برای قالب های آلومینیمی از سیستمی تحت عنوان عنکبوت یا Spider به جهت نصب چندین قالب کوچک یا متوسط روی یک بازو استفاده می شود.
اسپایدر شامل چندین بازو یا پایه است که به هرکدام یک قالب نصب می شود و برای نصب هرقالب معمولاً از پیچ و مهره استفاده می شود. این وسیله دارای یک بخش مرکزی است که به بازوی ماشین متصل می شود. این طراحی باعث می شود که 24 تا 36 قالب به قسمت مرکزی متصل شود.
اسپایدر یا قالب ورقه ای بزرگ فلزی می تواند به سادگی توسط جرثقیل برداشته شود.

تجهیزات قالب گیری چرخشی

تجهیزات مورد استفاده در قالب گیری چرخشی، ساده اما متنوع اند (شکل7). رایج ترین نوع این ماشین ها، ماشین چند اسپیندل (multiple-spindle) یا چرخ و فلکی (carousel) می باشد. ماشین های carousel عمدتا چرخی شکل هستند. اسپیندل ها که گروهی از قالب های کوچک تر یا یک قالب بزرگ را حمل می کنند، به یک توپی اصلی متصل می شوند. بیش تر carousel ها در چرخیدن یک دور کامل دایره ای آزادی عمل دارند.

همچنین carousel شامل یک جایگاه گرمایشی یا آون و یک مرکز سرمایشی است. در بسیاری از موارد هم دارای یک محفظه بسته و جایگاه بارگیری و تخلیه است.

ماشین های شاتلی (Shuttle-type machine) (شکل9) اغلب برای قالب های بزرگ تر استفاده می شوند. یک قاب برای نگه داشتن قالب، روی یک تخته قابل حرکت نصب شده است. درون تخته، چند موتور برای چرخاندن قالب در دو محور استفاده می شود.

تخته، روی ریلی است که به قالب و تخته اجازه ورود و خروج از آون را می دهد. پس از اتمام سیکل گرمایشی، قالب وارد یک جایگاه باز سرمایشی می شود. یک تخته با یک قالب هم از جهت مخالف وارد آون می شود.

ماشین کشویی (clamshell) (شکل10) از یک آون بسته استفاده می کند که می تواند به عنوان جایگاه سرمایشی هم عمل کند. این ماشین تنها یک بازو دارد و جایگاه گرمایشی، سرمایشی و بارگیری و تخلیه در یک مکان قرار دارند. انواع دیگر تجهیزات شامل open-flame و rock-and-roll هستند.

جدید ترین تجهیز قالب چرخشی، تکنولوژی قالب کامپوزیت Wytkin یا CMT(Composite Mold Technology) است که در آن قالب به طریق الکتریکی گرم و به وسیله هوا سرد می شود (شکل11).

در مقاله بعد به عنوان سومین بخش مقاله قالب گیری چرخشی، به بررسی ماده رزین مورد استفاده در این روش شکل دهی پرداخته می شود.

گرد آورنده: حسین چیانی