فرآیند قالب گیری SMC: پرس، قالب، فشار و دما مورد نیاز

قالب‌گیری فشرده‌سازی ترکیب قالب‌گیری ورق (SMC) از بیرون ساده به نظر می‌رسد: شارژ آماده شده را در یک قالب گرم شده قرار دهید، پرس هیدرولیک را ببندید، فشار وارد کنید، مواد را خشک کنید و قسمت تمام شده را بردارید. با این حال، در تولید، قالب گیری SMC پایدار به پنجره فرآیند بسیار باریک تری بستگی دارد.

وزن بار و محل قرارگیری بر جریان مواد تأثیر می گذارد. سرعت بسته شدن پرس بر حرکت فیبر و هوای حبس شده تأثیر می گذارد. دمای قالب، ویسکوزیته و پخت رزین را کنترل می کند. فشار تعیین می کند که آیا دنده ها، باس ها، لبه ها و سطوح بزرگ به درستی پر می شوند یا خیر. سپس طراحی قالب تعیین می‌کند که آیا قطعه قالب‌گیری شده ضخامت، دقت ابعادی و کیفیت سطح ثابت را حفظ می‌کند یا خیر.

برای تولیدکنندگانی که پانل‌های بدنه خودرو، پوشش باتری، محفظه الکتریکی، اجزای ساختمانی و سایر قطعات FRP را تولید می‌کنند، پارامترهای پرس، قالب، مواد و فرآیند باید به‌جای چهار متغیر جداگانه به‌عنوان یک سیستم در نظر گرفته شوند.

جابجایی مواد SMC، قرار دادن شارژ، و توالی قالب گیری فشرده

پردازش SMC قبل از رسیدن مواد به مطبوعات آغاز می شود.

SMC تجاری معمولاً به عنوان یک ورق بالغ بین فیلم های حامل عرضه می شود. دمای ذخیره‌سازی، شرایط بلوغ، فرمولاسیون رزین و دستورالعمل‌های تامین‌کننده، نحوه کار با مواد را تعیین می‌کند. اگر از مواد یخچالی استفاده می شود، معمولاً باید اجازه داده شود تا قبل از قالب گیری به شرایط پردازش مشخص شده برسد. پردازش مستقیم مواد سرد می تواند ویسکوزیته و رفتار جریان را تغییر دهد و ممکن است مشکلات مربوط به تراکم ایجاد کند.

وزن بار مورد نیاز را می توان از موارد زیر تخمین زد:

وزن شارژ = حجم قالب‌گیری تمام‌شده × مقدار مجاز فرآیند چگالی مواد هدف

در تولید، محاسبه باید از طریق قالب‌گیری آزمایشی تأیید شود، زیرا فلاش، درج‌ها، دنده‌های محلی و توزیع مواد بر نیاز شارژ واقعی تأثیر می‌گذارند.

پوشش شارژ به همان اندازه مهم است. تحقیقات بر روی قالب گیری فشرده سازی SMC نشان می دهد که پوشش اولیه ورق ممکن است بسته به هندسه و فاصله جریان مواد مورد نیاز به طور قابل توجهی متفاوت باشد. مطالعات تجربی، پوشش شارژ اولیه را بسیار کمتر از پوشش کامل حفره ارزیابی کرده‌اند، در حالی که تحقیقات مدرن اشاره می‌کنند که فرآیندهای SMC می‌توانند تقریباً از 20٪ تا 100٪ از سطح قطعه نهایی بسته به کاربرد استفاده کنند.

ردپای شارژ کوچکتر به این نیاز دارد که مواد در حین بسته شدن دورتر حرکت کنند. این می تواند به پر کردن هندسه پیچیده کمک کند، اما جریان بیش از حد می تواند جهت گیری مجدد الیاف، جداسازی رزین/الیاف، حساسیت خط جوش و تنوع ویژگی های محلی را افزایش دهد. تحقیقات تأیید می کند که جریان فشرده سازی می تواند به طور قابل توجهی معماری فیبر محلی را تغییر دهد.

یک توالی قالب گیری معمولی عبارت است از:

1. SMC را به شرایط پردازش مشخص شده برسانید.
2. فیلم های حامل را بردارید و الگوی شارژ مورد نیاز را برش دهید.
3. شارژ را وزن کرده و روی هم قرار دهید.
4. آن را با توجه به نقشه بارگیری معتبر قرار دهید.
5. پرس را از طریق ضربه بدون تماس به سرعت ببندید.
6. با شروع فشرده شدن و جاری شدن مواد، سرعت بسته شدن را کاهش دهید.
7. فشار قالب را با توجه به مشخصات برنامه ریزی شده ایجاد کنید.
8. تا زمانی که رزین ترموست سخت می شود، فشار را نگه دارید.
9. بعد از پخت کافی قالب را باز کنید.
10. قطعه را بیرون بیاورید و فلاش، پر، ابعاد و وضعیت سطح را بررسی کنید.

بنابراین هندسه بار باید به عنوان یک پارامتر فرآیند در نظر گرفته شود - نه صرفاً راهی مناسب برای جا دادن مواد در قالب.

مراحل تناژ پرس هیدرولیک، سرعت بسته شدن و اعمال فشار

یکی از رایج ترین اشتباهات SMC در انتخاب پرس انتخاب تناژ از وزن جزئی به تنهایی است.

نیروی پرس مورد نیاز در درجه اول مربوط به منطقه قالب گیری پیش بینی شده و فشار حفره مورد نیاز :

نیروی مورد نیاز = منطقه پیش بینی شده × فشار قالب گیری

برای محاسبات مبتنی بر اینچ:

تناژ پرس ≈ منطقه پیش بینی شده (در مربع) × فشار قالب گیری (psi) ÷ 2000

معمولاً یک حاشیه مهندسی اضافی برای تغییرات فرآیند، پیکربندی قالب، ناحیه فلاش و الزامات تولید آینده در نظر گرفته می‌شود.

منابع عمومی قالب گیری فشرده سازی فشار قالب گیری ترموست را در اطراف قرار می دهند 1000 تا 2500 psi روی سطح قالب گیری ، در حالی که سایر مقالات SMC فشارهای قالب گیری را تقریباً گزارش می دهند 3-20 مگاپاسکال بسته به شرایط فرمولاسیون و فرآوری این اعداد باید به‌عنوان محدوده‌های شروع به‌جای مشخصات SMC جهانی در نظر گرفته شوند.

برای مثال، یک قطعه با مساحت پیش‌بینی‌شده 2000 اینچ که با 1500 psi قالب‌گیری شده است، از نظر تئوری نیاز دارد:

2000 × 1500 ÷ 2000 = 1500 تن

ماشین مورد نیاز پس از اعمال ایمنی و حاشیه فرآیند مناسب می تواند بزرگتر شود.

سرعت فشار به اندازه حداکثر نیرو مهم است.

یک پرس سروو هیدرولیک SMC ممکن است از مشخصات حرکتی مرحله‌ای استفاده کند:

رویکرد سریع → تماس کنترل شده با مواد → بسته شدن قالب گیری آهسته → افزایش فشار → نگه داشتن فشار

رویکرد سریع زمان چرخه غیر تولیدی را کاهش می دهد. هنگامی که ابزار بالایی با شارژ تماس می گیرد، رم کند می شود بنابراین SMC می تواند بدون جابجایی کنترل نشده از طریق دنده ها، گوشه ها و سطوح بزرگ جریان یابد.

سرعت بسته شدن بر تاریخچه فشار، رفتار پر شدن و جهت گیری فیبر تأثیر می گذارد، به همین دلیل است که باید قابل برنامه ریزی باشد تا اینکه به عنوان یک سرعت ثابت ماشین در نظر گرفته شود. تحقیقات در مورد پردازش SMC سرعت بسته شدن قالب، دمای قالب و شرایط شارژ را به عنوان متغیرهای کلیدی حاکم بر جریان مواد شناسایی می کند.

این نیز جایی است که پرس های هیدرولیک با کنترل سروو ارزش عملی را ارائه می دهند. پلتفرم پرس کامپوزیت Wuxi PengdaHZ از کنترل حلقه بسته فشار، سرعت و جابجایی استفاده می‌کند و اجازه می‌دهد تا مراحل مختلف حرکت و فشار برای چرخه قالب‌گیری برنامه‌ریزی شود.

در جاهایی که هوای محبوس شده، تخلخل یا نیازهای سطحی ضروری هستند، می توان قالب گیری به کمک خلاء را اضافه کرد. قبل از اینکه فشار قالب گیری کامل ایجاد شود، قالب در یک مرحله مناسب از بسته شدن تخلیه می شود.

روش های گرمایش قالب، رمپ های دما و کنترل یکنواختی

SMC یک ماده ترموست است، بنابراین قالب باید حرارت کافی برای کاهش ویسکوزیته ترکیب را در ابتدا فراهم کند و سپس واکنش اتصال عرضی رزین را آغاز و تکمیل کند.

یک منطقه دمای قالب SMC که معمولاً به آن اشاره می شود تقریباً است 140-160 درجه سانتی گراد (284-320 درجه فارنهایت) ، اگرچه تنظیم صحیح به سیستم رزین، بسته آغازگر، ضخامت قطعه، هندسه و نیاز سطح بستگی دارد. منابع پردازش SMC منتشر شده به طور مشابه دمای قالب‌گیری را در این منطقه عمومی گزارش می‌کنند.

معمولاً سه روش گرمایش در نظر گرفته می شود.

روش گرمایش	ویژگی های اصلی	ملاحظات معمولی
کارتریج/بخاری برقی	نصب ساده و منطقه بندی مستقل	به توزیع خوب بخاری نیاز دارد
روغن حرارتی	انتقال حرارت خوب و قابلیت کنترل	به هیتر، پمپ، لوله کشی و مدار روغن نیاز دارد
بخار	انتقال سریع حرارت در ابزار مناسب	به زیرساخت بخار و کنترل میعانات نیاز دارد

نقطه تنظیم اسمی، با این حال، تنها بخشی از داستان را بیان می کند.

قالبی که دمای 150 درجه سانتیگراد را در یک سنسور نشان می دهد ممکن است همچنان دارای مناطقی باشد که به طور قابل ملاحظه ای گرمتر یا سردتر هستند. تفاوت دما در سراسر حفره می تواند ویسکوزیته موضعی و سرعت پخت را تغییر دهد و منجر به انقباض ناهموار، تفاوت براقیت، تاب خوردگی، پخت زودرس یا پر شدن ناقص شود.

بنابراین، قالب‌های بزرگ SMC باید به مناطق گرمایش عملی تقسیم شوند، با ترموکوپل‌ها به‌جای اینکه فقط مدار بخاری را نشان دهند، مناطق حفره بحرانی را نشان دهند.

قبل از شروع تولید، ابزار نه تنها باید به دمای مورد نظر خود برسد، بلکه باید به آن نیز برسد تعادل حرارتی . تولید نباید صرفاً به این دلیل شروع شود که یک کنترلر به نقطه تنظیم خود می رسد.

همین اصل در مورد نیمه های بالا و پایین قالب نیز صدق می کند. اختلاف دمای آنها باید به طور عمدی کنترل شود. برخی از فرآیندهای تخصصی به طور عمدی از دماهای مختلف بالا و پایین استفاده می کنند، اما عدم تعادل کنترل نشده می تواند درمان دیفرانسیل و اعوجاج ابعادی ایجاد کند.

برای مقاطع ضخیم یا مسیرهای جریان دشوار، دمای قالب پایین تر همراه با دوره پخت طولانی تر ممکن است ترجیح داده شود. راهنمای پردازش کامپوزیت به طور خاص اشاره می‌کند که بخش‌های SMC ضخیم معمولاً از دمای پایین‌تر و پخت طولانی‌تر برای به دست آوردن واکنش یکنواخت‌تر از طریق بخش بهره می‌برند.

زمان پخت، ویسکوزیته، جریان، و بهینه سازی پنجره فرآیند

هیچ پاسخ جهانی مانند "SMC به 90 ثانیه برای درمان نیاز دارد" وجود ندارد.

زمان درمان مورد نیاز بستگی به موارد زیر دارد:

• رزین و شیمی آغازگر؛
• دمای قالب؛
• ضخامت جزء؛
• دمای شارژ؛
• فیلر و محتوای فیبر؛
• مقاطع ضخیم محلی؛
• استحکام قالب گیری مورد نیاز
• هندسه بخش; و
• رفتار گرمازا فرمول

ادبیات قالب‌گیری فشرده‌سازی منتشر شده، چرخه‌های نگهداشت فشار را در محدوده تقریباً گزارش می‌دهد 1-4 دقیقه برای برخی از فرآیندهای SMC، اما این باید فقط به عنوان یک محدوده مرجع در نظر گرفته شود.

نکته مهم این است که ویسکوزیته SMC در طول چرخه قالب گیری ثابت نمی ماند.

پس از تماس شارژ با ابزار داغ، ویسکوزیته در ابتدا به شرایطی می رسد که ماده می تواند تحت فشار جریان یابد. این ترکیب از طریق حفره پخش می شود در حالی که الیاف می چرخند و با جریان هم تراز می شوند. با ادامه افزایش دما و تسریع واکنش پخت، ویسکوزیته به سرعت افزایش می یابد تا زمانی که جریان به طور موثر متوقف شود.

بنابراین پنجره پردازش مفید بین:

نرم شدن کافی برای پر شدن قالب و درمان بیش از حد که از جریان بیشتر جلوگیری می کند .

اگر قالب خیلی داغ باشد یا بسته شدن خیلی کند باشد، رزین ممکن است قبل از پر شدن مسیرهای جریان طولانی شروع به پخت شود. اگر دما خیلی پایین باشد، حفره ممکن است پر شود اما عمل آوری می تواند خیلی طول بکشد یا ناقص بماند.

علائم معمولی سرنخ های مفیدی را ارائه می دهند:

نقص	علل فرآیند احتمالی
درمان کمتر	دمای قالب پایین، زمان نگهداری ناکافی
پر ناقص	فشار کم، درمان زودرس، محل شارژ ضعیف
تاول/حباب	گاز به دام افتاده، رطوبت، تهویه ناکافی
درمان بیش از حد سوزاننده/محلی	دمای بیش از حد موضعی یا قرار گرفتن در معرض طولانی مدت
Warpage	دمای قالب ناهموار، گرادیان پخت، جهت گیری فیبر
خط جوش	الگوی شارژ و جبهه های جریان مخالف
منطقه غنی از رزین	جریان بیش از حد یا جداسازی فیبر/رزین

بنابراین، بهینه‌سازی فرآیند باید یک متغیر کنترل‌شده را در یک زمان تغییر دهد و به جای تکیه بر مشاهدات اپراتور، داده‌های فشار، موقعیت، دما و سیکل واقعی را ثبت کند.

الزامات طراحی قالب برای کنترل ضخامت و کیفیت سطح

حتی یک پرس هیدرولیک بسیار تکرارپذیر نیز نمی تواند قالب نامناسب SMC را جبران کند.

طراحی ابزار مستقیماً بر جریان، تهویه، تشکیل فلاش، تکرارپذیری ابعادی و ظاهر سطح تأثیر می گذارد.

لبه های برشی با رسیدن ابزار به موقعیت بسته شدن نهایی، مواد را کنترل کنید و به کنترل فلاش کمک کنید.

دریچه ها باید اجازه دهد هوای جابجا شده و گازهای فرار بدون ایجاد تلفات غیرقابل قبول رزین خارج شوند. تهویه ضعیف می تواند منجر به گاز گرفتگی، سطوح ناقص، سوختگی و تخلخل شود.

زوایای پیش نویس باید بدون آسیب رساندن به سطوح بافت دار یا کلاس A، امکان رهاسازی قابل اعتماد را فراهم کند.

محل اجکتور باید نیروی حذف را به اندازه کافی توزیع کند تا از تغییر شکل موضعی قسمتی که هنوز داغ است جلوگیری کند.

ضخامت تا حد زیادی توسط هندسه قالب بسته تعریف می شود. بنابراین طراحی دنده، باس، درج و انتقال باید همراه با رفتار جریان SMC در نظر گرفته شود. تغییرات ناگهانی بزرگ در ضخامت بخش می تواند باعث بهبود موضعی، انقباض و مشکلات سطحی شود.

سازندگان ابزار همچنین باید به جای اعمال یک عامل انقباض عمومی برای هر ترکیب، انقباض مورد انتظار فرمول انتخابی SMC را جبران کنند.

برای اجزای قابل مشاهده با کیفیت بالا، مشکلات سطحی مانند سوراخ‌ها، علائم سینک، موج‌بودن و براقیت ناهموار همیشه نمی‌توانند به سادگی با افزایش فشار پرس اصلاح شوند. طرح شارژ، دمای ابزار محلی، هواگیری، پایان حفره، رفتار درمان و سفتی ابزار همگی ممکن است در این امر نقش داشته باشند.

پوشش درون قالب (IMC) همچنین می تواند در مواقعی که کاربرد نیاز به رنگ پذیری یا کیفیت سطح بهبود یافته داشته باشد، استفاده شود. نقطه تزریق، ترتیب باز شدن قالب، فشار، مقدار پوشش و زمان بندی آن باید در چرخه قالب گیری کامل طراحی شود تا اینکه به عنوان یک فکر بعدی اضافه شود.

به همین دلیل است که قالب SMC، پرس هیدرولیک، سیستم گرمایش و مشخصات مواد باید در طول توسعه پروژه با هم ارزیابی شوند.

ساخت یک پنجره فرآیند قالب گیری SMC پایدار

قالب گیری تراکمی SMC موفقیت آمیز با به حداکثر رساندن هیچ پارامتر واحدی به دست نمی آید.

فشار بیشتر به طور خودکار قطعه بهتری تولید نمی کند. دمای بالاتر قالب به طور خودکار بهره وری را افزایش نمی دهد. بستن سریع تر همیشه چرخه واقعی را کوتاه نمی کند.

هدف ایجاد یک پنجره فرآیند تکرارپذیر است که در آن:

جای شارژ جریان را کنترل می کند ← سرعت فشار حرکت مواد را کنترل می کند ← فشار پر شدن حفره را کامل می کند ← دما را کنترل می کند ویسکوزیته و واکنش ← زمان پخت استحکام قطعه کافی را ایجاد می کند ← طراحی قالب هندسه نهایی و کیفیت سطح را کنترل می کند.

بنابراین، قبل از انتخاب پرس قالب‌گیری SMC، سازندگان باید منطقه پیش‌بینی‌شده، ابعاد، سیستم مواد، فشار حفره مورد انتظار، ابعاد قالب، زمان چرخه هدف، روش گرمایش، الزامات سرعت بسته شدن، نیاز خلاء، و هرگونه الزامات فرآیند IMC را در اختیار تامین‌کننده تجهیزات قرار دهند.

Wuxi PengdaHZ Intelligent Equipment Co., Ltd. پرس های هیدرولیک سروو کامپوزیت را برای SMC و سایر فرآیندهای قالب گیری فشرده سازی کامپوزیت توسعه می دهد. برای یک پروژه جدید SMC، تولیدکنندگان می توانند از چک لیست پارامترهای فرآیند استفاده کنند، ارزیابی تناژ پرس و کنترل دما را درخواست کنند، یا اطلاعات قطعات و قالب را برای ارزیابی اولیه فرآیند قالب گیری ارائه دهند.

سوالات متداول

چه تناژ پرس هیدرولیک برای قالب گیری تراکمی SMC مورد نیاز است؟

ناحیه قالب گیری پیش بینی شده را محاسبه کرده و آن را در فشار حفره مورد نیاز ضرب کنید. برای واحدهای اینچی:

تناژ = مساحت پیش بینی شده (in²) × فشار (psi) ÷ 2000.

سپس یک حاشیه مهندسی مناسب اضافه کنید. فشار نهایی مورد نیاز باید از تامین کننده مواد SMC، طراحی قالب و آزمایشات قالب گیری به جای استفاده از یک مقدار psi ثابت برای هر قطعه باشد.

کدام محدوده دمای قالب و روش گرمایش برای قطعات SMC بهترین است؟

بسیاری از سیستم های SMC معمولی در اطراف پردازش می شوند 140-160 درجه سانتیگراد ، اما مشخصات پردازش سازنده مواد باید نقطه تنظیم اولیه را تعیین کند. گرمایش الکتریکی و گرمایش نفتی حرارتی هر دو راه حل های رایج هستند. یکنواختی دما در سراسر قالب معمولاً مهمتر از انتخاب ساده ترین قدرت گرمایشی است.

چگونه زمان پخت SMC را محاسبه می‌کنید و از نقص‌های زیر کیورینگ یا گرمازا جلوگیری می‌کنید؟

با داده های دمایی و پخت توصیه شده تامین کننده SMC شروع کنید، سپس آن را بر اساس ضخامت واقعی قطعه، دمای قالب، سیستم رزین و نیاز قالب گیری تایید کنید. مقاطع ضخیم ممکن است به دماهای پایین تر و دوره های درمان طولانی تری نیاز داشته باشند تا گرمازدگی بیش از حد داخلی محدود شود.

الگوی شارژ SMC و نسبت پوشش صحیح برای ضخامت قطعه یکنواخت چیست؟

درصد جهانی وجود ندارد. شارژ باید حاوی جرم صحیح باشد و طوری قرار گیرد که فواصل جریان مورد نیاز بدون حرکت زیاد فیبر، خطوط جوش یا جداسازی رزین/الیاف قابل دستیابی باشد. قطعات پیچیده باید از طریق شبیه‌سازی جریان و آزمایش‌های قالب‌گیری بهینه شوند.

چه ویژگی های طراحی قالب به جلوگیری از مشکلات پرداخت سطح SMC و تغییر ضخامت کمک می کند؟

ویژگی های مهم عبارتند از: ابعاد دقیق ابزار بسته، لبه های برشی مناسب، تهویه موثر، پیش نویس کنترل شده، جهش متعادل، مناطق گرمایش یکنواخت، انتقال دنده مناسب، جبران انقباض، و استحکام قالب کافی.

سرعت بسته شدن قالب و فشار مرحله ای چگونه بر جریان SMC، جهت گیری فیبر و عیوب تأثیر می گذارد؟

رویکرد سریع زمان چرخه بیکاری را کاهش می دهد، در حالی که بسته شدن آهسته کنترل شده پس از تماس مواد تعیین می کند که شارژ چقدر سریع پخش می شود. جریان بیش از حد تهاجمی می تواند جهت گیری فیبر و توزیع مواد را تغییر دهد. مراحل سرعت و فشار قابل برنامه ریزی این امکان را فراهم می کند که فرآیند بر اساس پر شدن حفره به جای اعمال نیروی کامل بلافاصله تنظیم شود.

آیا قالب گیری فشاری SMC به کمک خلاء کیفیت سطح را بهبود می بخشد و تخلخل را کاهش می دهد؟

می تواند. تخلیه هوای محبوس شده قبل از فشرده سازی نهایی می تواند حفره های مربوط به هوا را کاهش دهد و قوام قالب گیری را بهبود بخشد، به ویژه برای اجزای بزرگ یا حساس به ظاهر. با این حال، جاروبرقی نمی‌تواند جای شارژ ضعیف، هواگیری نامناسب قالب، وضعیت نامناسب مواد، یا پنجره فشار و دمای نامناسب را جبران کند.