1. قالبهای تزریق پلاستیک

2. فهرست مطالب Facts and figures Why injection molding? Goals Advantages
Disadvantages
Overview of the injection molding process
Equipment
Materials consideration
Critical operation parameters
Mathematical modeling
Mold flow analysis
Commercial software

3. قالب های تزریق چیست؟
فرآیند تزریق مواد مذاب (اغلب پلاستیک) به یک قالب برای فرم گرفتن یک شکل.
همینکه مایع تبدیل به جامد با شکل قالب شد، از قالب خارج میشود و به این ترتیب فرآیند تزریق خاتمه می یابد.

4. تعریف قالبگیری تزریقی (تعریف کلیفورد)
”process where by a solid
thermoplastic material is heated
until it reaches a state of fluidity,
is then transferred under pressure
(injected) into a closed hollow space
(mold cavity), and then cooled in the
mold till it again reaches a solid
state, conforming in shape to the
mold cavity.”

5. حقایق و ارقام تنها در ایالات متحده: Over 1.5 million jobs
Fourth largest industry in US
Over $90 billion dollars in sales
Average rate of growth of 12% over the past 25 years

6. تاریخچه John Hyatt William Willert
John Hyatt patented the first injection molder in Further advances were made in Europe through the 1920s. In 1951, William H. Willert invented the first molder machine to use a screw to provide continuous feed of liquid material. From the 1980s on, the most significant developments in injection molding have been in the area of computerization of the process. (Rosato & Rosato)
I also invented the first synthetic material,
Celluloid, which lead to many important
advances in the plastics industry, including
the injection molding industry.
My invention, which allowed
continuous injection, made injection+blow
molding feasible and fast. This is the
method used to create bottles, jars
and many other containers.
John Hyatt
William Willert

7. اهداف تولید قطعات با کیفیت بالا و زیبا
تولید با در نظر گرفتن خصوصیات مواد
بدست آوردن حداکثر سود با کاهش دادن زمان سیکل کاری
رسیدن به یک توازن مناسب بین کیفیت و هزینه

8. مزایا قابلیت تولید قطعات با تلرانس بسته
قابلیت تولید قطعات با هندسه پیچیده
قابلیت تولید قطعات با بافت سطحی متفاوت
فرآیندی با قابلیت تکرار بسیار بالا
هزینه کم در تولید با حجم بالا
قابلیت تولید اتومات و در نتیجه کاهش هزینه کارگر
قابلیت تولید اشکال مشبک
امکان تقویت قطعات در ارتباط با قطعات دیگر

9. معایب هزینه اولیه بسیار بالای قالب، ماشین تزریق و تجهیزات جانبی
اقتصادی بودن فقط در تولید با حجم بالا
ضایعات بسیار بالا
تولیدی با سطح رقابتی بسیار بالا

10. نمای کلی
PART
DESIGN
MOLD
EQUIPMENT
MATERIAL

11. ماشین تزریق

12. تجهیزات ماشین تزریق تجهیزات جانبی Drier Chiller Heater Granulator
Mixer/Blender
Robots
Mold change system

13. ماشین تزریق اجزای اصلی Injection system Mold system Clamping system
Controls

14. شکل شماتیک ماشین و فرآیند تزریق*
قسمت گیره بندی
قالب
قسمت تزریق *
ماشین تزریق پلاستیک

15. سیستم تزریق وظیفه Plastification Injection (pump) انواع Conventional
Piston type
Screw type
Reciprocating Screw

16. انواع مختلف ماشین های تزریق

17. دو نوع سیستم تزریق 1. Reciprocating Screw System
مواد پلاستیکی ذوب شده توسط هیتر، با فشار توسط پیچ حلزونی به داخل قالب هدایت می شوند
2. Ram Injection Molding
مواد پلاستیکی از قبل ذوب شده در قسمت ابتدایی، به داخل حفره هدایت شده و با نیروی پیستون با فشار به قالب تزریق می شود

18. سیستم پیچ حلزونی کاربرد بیشتری دارد، زیرا:
- مذاب یکنواخت تر
- میکس بهتر رزین با افزودنیها
- فشار تزریق کمتر
- زمان سیکل سریعتر
- تنش کمتر در محصولات

19. سیستم گیره بندی (بستن قالب)
Mechanical Clamping
ارزانتر و با سرعت عمل بیشتر
Hydraulic Clamping
قابلیت اعمال مقادیر متنوع فشار

20. سیستم گیره بندی (ادامه)
نیروی گیره بندی
F = P x A
p: injection pressure, psi
A: cavity projected area, in2
F: clamping force, pounds
1 ton = 2000 pounds

21. سیستم گیره بندی (ادامه)
- انواع ماشین ها:
Small size machines tons
Medium size machines tons
Large size machines ,000 tons

22. نیروی گیره بندی و هزینه ماشین

23. سیستم پیچی تزریق
عملکرد
سیکل تزریق
طراحی پیچ
پارامترهای فرآیند

24. طراحی پیچ (نسبت طول به قطر) L/D Ratio, General purpose 20:1
گام
pitch
تزریق رزین
(نسبت طول به قطر) L/D Ratio, General purpose 20:1
(زاویه مارپیچ) Helix angle 17.8o

25. پارامترهای فرآیند

26. فرآیند تزریق
3- خنک شدن قطعه
1 -ذوب
2- تزریق
4- خارج شدن قطعه

27. پارامترهای فرآیند سرعت پیچ نرخ تزریق فشار تزریق دمای محفظه(Barrel)
دمای قالب
فشار برگشتی

28. سیکل دما / فشار نمودار فشار در یک قطعه تزریق شده
Time(sec)
Time(sec)
نمودار فشار در یک قطعه تزریق شده
نمودار دما در یک قطعه تزریق شده *
زمان خنک کاری معمولاً وابسته به زمان سیکل تزریق است

29. دما و فشار قالب روی انقباض (shrinkage) قطعه
0.030
0.000
0.010
0.005
0.015
0.020
0.025
100
120
140
160
180
200
220
240
Mold Temperature (F)
LDPE PP
Nylon 6/6
PMMA
Acetal
Shrinkage
0.030
0.000
0.010
0.005
0.015
0.020
0.025
Shrinkage
6000
8000
10000
12000
14000
16000
Pressure on injection plunger (psi)
Acetal
LDPE
Nylon
6/6
PP with flow
18000
PP across flow
PMMA

30. قالب تزریق

31. نمای کلی
PART
DESIGN
MOLD
EQUIPMENT
MATERIAL

32. Injection Molds

33. مفاهیم قالب گیری Basic mould consisting of cavity and core plate
Nozzle
Sprue
Cavity Plate
Core Plate
Moulding
Core
Cavity
Basic mould consisting of cavity and core plate
Cavity
Runner
Gate
Melt Delivery

34. Tooling for a plastic cup
Knob
Nozzle
Runner
Cavity
Core
Part
Stripper plate

35. Tooling for a plastic cup
Runner
Part
Cavity
Nozzle
Part
Cavity
Knob
Stripper plate
Runner
Part
Cavity
Nozzle

36. Tooling * * * * * ** *
* Source: ** (E-trainer by HZS Co.,Ltd.)

37. higher viscosity polymer = larger runners
ملاحظات در طراحی قالب
حفره ها:
- تکی یا چند تایی
- طراحی حفره وابسته به مشخصات طراحی قطعه، تجهیزات و بودجه سیستم است
):Runnersراهبرها (
- اندازه و شکل درست راهبرها وابسته به مشخصات پلیمر استفاده شده است
higher viscosity polymer = larger runners

38. Mold Design Considerations
گیت (gate):
مسیر بین رانرها و کویته قالب
چند نمونه گیت
Edge Gate
(در خط جدایش)
low cost
Tab Gate
(گیت نواری)
large parts
Fan Gate
(گیت لبه ای پهن)
intermediate size part
Ring Gate
cylinder parts

39. موقعیت گیت Center gate: radial flow – اعوجاج زیاد Edge gate: بدون تاب
2.0
60
1.96
Sprue
60.32
2.0
1.976
Before shrinkage
After shrinkage
Air entrapment
Gate
Center gate: radial flow – اعوجاج زیاد
Edge gate: بدون تاب
Diagonal gate: radial flow – تاب برداشتن
End gates: حداقل تاب

40. Where would you gate this part?

41. Weld line, Sink mark Mold Filling Solidified part Gate Weld line
* Source:

42. Material

43. ملاحظات طراحی و نوع مواد
هنگام انتخاب نوع مواد نکات زیر باید موردنظر قرار گیرد:
مشخصات طراحی قطعه
طراحی قالب
خصوصیات مواد
فاکتورهای انتخاب مواد:
-Shrinkage
-Thermal Properties
-Viscosity
-Viscoelasticy

44. Cost

45. آنالیز هزینه ملاحظات هزینه: Material and additives Tooling Cost
Machine Cost
Labor cost
Finishing cost
Injection Molded Parts

46. مدل کردن فرآیند

47. Modeling تشریح فرآیند چگونگی جریان مایع و انتقال حرارت
مدل کردن جهت فیبرهای تقویتی

48. Viscous Shearing of Fluids
F/A
v/h 1 m
Newtonian Viscosity
Generalization:
Injection molding
“Shear Thinning”
~ 1 sec-1 for PE

49. Non-Isothermal Flow Flow rate: 1/t ~V/Lx
Heat transfer rate: 1/t ~a/(Lz/2)2
Small value
=> Short shot
For injection molding
For Die casting of aluminum
* Very small, therefore it requires thick runners

50. Heat transfer Note; aTool > apolymer
1-dimensional heat conduction equation : qx
qx + Dqx
Fourier’s law
Boundary Conditions:
The boundary condition of 1st kind applies to injection molding since the tool is often maintained at a constant temperature

51. Heat transfer Let Lch = H/2 (half thickness) = L ; tch = L2/a ;TW
Tii t x +L -L
Let Lch = H/2 (half thickness) = L ; tch = L2/a ;
DTch = Ti – TW (initial temp. – wall temp.)
Non-dimensionalize:
Dimensionless equation:
Initial condition
Boundary condition
Separation of variables ;
matching B.C.; matching I.C.

52. Analytical Modeling
Flow simulation in a center gated round mold

53. Computer Simulation

54. Flow Simulation Project
Use MPI software
Design project for the course