طرح مفهومی اولیه در طراحی قطعات پلاستیکی

 

نکات مربوط به مرحله طرح مفهومی اولیه در طراحی قطعات پلاستیکی در ادامه به صورت کامل بیان شده است. این نکات در طراحی و ساخت قالب های تزریق پلاستیک اهمیت بسیار زیادی دارد.

مرحله 2 – طرح مفهومی اولیه

هنگامی که الزامات استفاده نهایی برای محصول مشخص شد، تیم توسعه محصول با طراحان صنعتی برای توسعه طرح های مفهومی اولیه محصول همکاری خواهد کرد.

این طرح ها معمولاً به جای طراحی های CAD، رندرهای سه بعدی هستند. مناطقی از قطعه که مورد توجه خاص هستند برجسته شده و با جزئیات مشخص می شوند.

در این مرحله بهتر است مشخص شود که کدام عملکرد و ابعاد قطعه ثابت و کدام متغیر است. توابع ثابت آنهایی هستند که از نظر طراحی در آنها انعطاف پذیری وجود ندارد (مثلاً ابعاد مشخص شده توسط استانداردها و غیره)، در حالی که توابع متغیر آنهایی هستند که در مرحله اولیه طراحی مشخص نشده اند. به عنوان مثال، نازل های شلنگ باغچه نشان داده شده در شکل زیر را در نظر بگیرید.

 

 

مواد پلاستیکی معمولاً در کاربردهای جایگزینی مواد استفاده می شوند. قسمت پلاستیکی در وسط بسیار شبیه به قسمت فلزی سمت چپ است، در حالی که نازل شلنگ پلاستیکی در سمت راست با تأثیر کمی از محصول فلزی ساخته شده است.

 

وظیفه طراحی در این مورد، طراحی یک نازل شیلنگ تمام پلاستیکی است. اگر به 10 طراح مشخصات محصول معادل داده شود و به طور مستقل از آنها خواسته شود که نازل شیلنگ تمام پلاستیکی را طراحی کنند، این احتمال وجود دارد که 10 طرح مختلف ایجاد شود.

با این حال، جنبه های خاصی از هر طراحی معادل خواهد بود. به عنوان مثال، ابعاد داخلی در نواحی رزوه ورودی معادل خواهد بود، زیرا این ابعاد بر اساس استانداردها تنظیم می شوند و جایی برای تغییر یا خلاقیت وجود ندارد.

با این حال، جنبه‌های دیگر، مانند شکل کلی محصول یا روش استفاده شده برای دریچه‌سازی جریان آب، ممکن است از طرحی به طراحی دیگر متفاوت باشد. یکی از نازل های پلاستیکی نشان داده شده در شکل بالا از نظر ظاهری بسیار شبیه به نازل فلزی ریخته گری است.

به احتمال زیاد طراح قطعه پلاستیکی بسیار تحت تاثیر طراحی فلزی موجود بوده است. از سوی دیگر، نازل شیلنگ پلاستیکی دیگر در شکل بالا همان عملکرد اصلی را انجام می دهد، اما این کار را با استفاده از روش های مختلف انجام می دهد. این محصول ظاهری کاملا متفاوت دارد.

در واقع، در شرایطی مانند این برنامه جایگزینی فلز، بهتر است فقط با مشخصات محصول کار شود تا با قطعه فلزی موجود به تنهایی. هنگامی که یک طراح عملکرد قطعه فلزی را ببیند و ارزیابی کند، اجتناب از تمایل به کپی کردن ساده طرح موجود بسیار دشوار خواهد بود.

اگر طراح به طراحی موجود فکر می کند، خلاقیت و نوآوری که می تواند منجر به بهبود کیفیت قابل توجه و کاهش مولفه/هزینه شود، کمتر محتمل است. علاوه بر این، زمانی که محصولات رقابتی موجود قبل از فرآیند طراحی مفهومی مورد مطالعه قرار گیرند، بدیهی است که احتمال نقض طرح‌های ثبت شده بیشتر است.

نکات مربوط به طرح مفهومی اولیه در طراحی قطعات پلاستیکی به صورت کامل توضیح داده شد. در ادامه، مراحل بعدی مربوط به طراحی و ساخت قطعات پلاستیکی توضیح داده خواهد شد.  شرکت نوآوران علوم مهندسی پویا آماده ارائه خدمات مشاوره و طراحی در زمینه ساخت و تولید قطعات پلاستیکی و قالب های تزریق پلاستیک می باشد.

فرآیند طراحی قطعات پلاستیکی

 

در حالی که فرآیند طراحی قطعات پلاستیکی با استفاده از روش های مهندسی همزمان به بهترین وجه انجام می شود، یک سری مراحل (برخی با همپوشانی موازی) وجود دارد که با طراحی و ساخت قطعات پلاستیکی مرتبط است. برای شرح به صورت تصویر، در نظر گرفتن مراحل اساسی زیر در طراحی قطعه راحت تر است.

 مرحله 1: تعریف الزامات استفاده نهایی

 مرحله 2: طرح مفهومی اولیه ایجاد کنید

 مرحله 3: انتخاب مواد اولیه

 مرحله 4: طراحی قسمت مطابق با خواص مواد

 مرحله 5: انتخاب نهایی مواد

 مرحله 6: طراحی را برای تولید اصلاح کنید

 مرحله 7: نمونه سازی

 مرحله 8: ابزارسازی

 مرحله 9: تولید

 

بسیاری از فعالیت های طراحی و توسعه در هر یک از این حوزه ها به صورت موازی انجام می شود. با این حال برای اهداف بحث، ما به هر مرحله از فرآیند طراحی به صورت جداگانه نگاه خواهیم کرد.

مرحله 1 – تعریف الزامات استفاده نهایی

کل فرآیند توسعه محصول با تعریف کامل مشخصات محصول و الزامات استفاده نهایی آغاز می شود. از آنجایی که این اولین مرحله توسعه است، شاید مهمترین مرحله باشد زیرا طراحان و مهندسان محصولی را بر اساس این مشخصات توسعه خواهند داد.

اگر مشخصات ناقص یا نادرست باشد، محصول برای کاربرد مناسب نخواهد بود. مشخصات زیربنا و پایه ای هستند که طراحان بر آن بنا می کنند. مهم است که الزامات مصرف نهایی محصول به صورت کمی “و نه کیفی” توصیف شود.

عباراتی مانند قوی یا شفاف جای زیادی برای تفسیر نادرست باقی می گذارد. بهتر است بگوییم که محصول باید در برابر برخورد از ارتفاع یک متری روی بتن در دمای 20- درجه سانتیگراد مقاومت کند یا شفافیت باید بیش از 88 درصد برای مدت پنج سال باقی بماند تا اینکه به سادگی نشان دهیم که محصول باید قوی یا شفاف باشد.

متأسفانه، پیش‌بینی و تعیین کمیت همه الزامات استفاده نهایی برای یک محصول، به ویژه زمانی که احتمال استفاده نادرست در نظر گرفته می‌شود، می‌تواند دشوار باشد.

در کاربردهای های جایگزین، یک تاریخچه محصول برای استفاده وجود دارد. با این حال، زمانی که محصولات کاملا جدید در حال توسعه هستند، این تاریخچه وجود ندارد.

پیش‌بینی تمام الزامات محصول نهایی در این کاربردهای جدید می‌تواند دشوار باشد.

نمونه‌های اولیه (یا مدل‌ها) اغلب در این مرحله از طراحی صرفاً برای کمک به ایجاد درک کامل‌تر از الزامات کاربرد نهایی استفاده می‌شوند. در نظر گرفتن عواملی مانند بارگذاری سازه، شرایط محیطی، الزامات ابعادی، الزامات استانداردها و مسائل مربوط به بازار معمول است.

ملاحظات سازه ای و بارگذاری پیش بینی شده:

انواع بارگذاری، میزان بارگذاری، مدت بارگذاری، دفعات بارگذاری و … باید در نظر گرفته و مشخص شود.

بارهایی که ممکن است در هنگام مونتاژ، حمل و نقل، ذخیره سازی و استفاده نهایی رخ دهد، همگی باید در نظر گرفته شوند. پیشرفت‌ و بهبود بسته‌بندی، برای محافظت از محصول در طول حمل و نقل و ذخیره‌سازی، معمولاً به موازات فرآیند طراحی قطعات پلاستیکی انجام می‌شود.

طراحان قطعات باید هر دو حالت متوسط ​​(شرایط بارگذاری معمولی) و بدترین سناریوها را در نظر بگیرند. شاید سخت‌ترین تصمیم‌ها در اینجا تصمیماتی باشند که بین بدترین سناریوی بارگذاری در مقابل پتانسیل آماری برای این بار و همچنین در مقابل پیامدها/نتایج خرابی فاجعه‌بار تعادل برقرار می‌کنند.

محصولاتی که برای برآورده کردن سطوح نامعقول عدم استفاده درست طراحی شده‌اند، به احتمال زیاد بسیار گران هستند، در حالی که محصولاتی که استفاده نادرست را در نظر نمی‌گیرند، احتمالاً نرخ خرابی بالایی را در خدمات تجربه می‌کنند.

طراح باید توجه زیادی به موضوع قابلیت اطمینان داشته باشد، به ویژه زمانی که خرابی محصول می تواند منجر به آسیب شخصی شود.

به صورت کلی موارد بالا برای طراحی قطعات پلاستیکی بسیار مهم و حیاتی می باشد.

 

 

رویکردهای “موازی” یا “مهندسی همزمان” برای طراحی محصول، زمان توسعه را کاهش می‌دهد، کیفیت را بهبود می‌بخشد و پتانسیل مشکلات تولید یا عملکرد پیش‌بینی نشده را به حداقل می‌رساند.

 

شرکت نوآوران علوم مهندسی پویا در زمینه طراحی و ساخت قطعات پلاستیکی به صورت ویژه خدمات مشاوره ارايه می دهد.

فرآیند طراحی و انتخاب مواد در قالبسازی تزریق پلاستیک

 

در ادامه بحث طراحی و ساخت قالب های تزریق پلاستیک به موضوع فرآیند طراحی و انتخاب مواد در قالبسازی تزریق پلاستیک پرداخته خواهد شد.

قالب گیری تزریقی یک فرآیند تولید با نرخ بالا است که می توان از آن برای تولید قطعات پلاستیکی با هندسه بسیار پیچیده استفاده کرد. این فرآیند را می توان با مواد ترموست و مواد ترموپلاستیک برای تولید محصولاتی که انواع نیازهای مصرف نهایی را برآورده می کنند استفاده کرد.

هنگام طراحی قطعات پلاستیکی، طراحان باید تعدادی از مسائل مربوط به زیبایی، عملکرد و ساخت را در نظر بگیرند. طراحی قطعه نهایی باید الزامات هر یک از این مناطق مجزا را برآورده کند، که در بسیاری از موارد با یکدیگر در تضاد هستند.

تعدادی از رویکردهای متفاوتی وجود دارد که می توان هنگام توسعه یک محصول جدید اتخاذ کرد. از لحاظ تاریخی، قطعات یا محصولات جدید با استفاده از روش مهندسی متوالی یا “روی دیوار” برای طراحی همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، توسعه یافته اند.

 

 “مهندسی ترتیبی” یا رویکرد “بر روی دیوار” برای طراحی محصول

 

فرآیند طراحی روی دیوار با ایده محصول جدیدی که توسط گروه های بازاریابی ایجاد می شود که نیاز را مشخص کرده اند و الزامات استفاده نهایی را برای محصول مشخص کرده اند، آغاز می شود.

سپس این گروه اول پروژه را برای مرحله بعدی توسعه که معمولاً توسط تیم طراحی صنعتی انجام می شود، از روی دیوار عبور می دهند. طراحان صنعتی شکل، ظاهر و احساس کلی محصول را مشخص می‌کنند و بیشتر به ارگونومی و زیبایی طراحی در مقابل قابلیت ساخت توجه دارند.

هنگامی که آنها مدل های اولیه را توسعه دادند، طرح را به مهندسی محصول منتقل می کنند.

گروه مهندسی پروژه عموماً مسئول انتخاب مواد و فرآیندهایی است که در نهایت برای ساخت قطعه مورد استفاده قرار می گیرد و اطمینان حاصل می کند که محصول تمام الزامات مصرف نهایی را برآورده می کند.

برای مثال، طراح صنعتی ممکن است ظاهر بیرونی محفظه کامپیوتر را که در شکل بالا نشان داده شده است، مشخص کند، اما گروه مهندسی محصول باید ضخامت کلی دیواره و تعداد دنده هایی را که برای تحمل بار مرتبط با مانیتور نشسته در محفظه آن لازم است، تعیین کند.

اکثر مهندسان محصول هم بر تحلیل های نظری و هم بر آزمایش نمونه اولیه تکیه می کنند. هنگامی که گروه مهندسی محصول کار خود را به پایان رساند، طرح را به مهندسان قالبسازی که هم مسئول طراحی قالب و هم ساخت قالب هستند، منتقل می کند.

استفاده از نرم افزارهای شبیه سازی فرآیند مانند مولد فلو کمک شایانی در طراحی و ساخت قالب های تزریق پلاستیک خواهد کرد.

قالب گیری تزریقی همزمان (بخش دوم)

 

در ادامه مباحث مربوط به طراحی و ساخت قالب های تزریق پلاستیک، بخش دوم مربوط به قالب گیری تزریقی همزمان در ادامه توضیح داده خواهد شد.

 

شکل بالا شماتیک مراحل اساسی فرآیند قالب گیری همزمان تزریق را نشان می دهد: (الف) مرحله اولیه پر کردن قالب با تزریق مواد پوسته شروع می شود. (ب) تزریق در مرحله میانی: مواد هسته از طریق قسمت مرکزی جریان می یابد. ج) در رقابت تزریق هسته، هسته تقریباً پر است. پوسته شکسته نیست و به طور یکنواخت هسته را در بر می گیرد. (د) پس از تکمیل تزریق هسته، شیر به موقعیت شروع باز می گردد و در آماده سازی شات بعدی از مواد هسته پاک می شود.

کاربردهای رایج شامل تولید:

• قطعات قالب گیری شده سفت و پایدار با کیفیت سطح بالا که با پوسته های تمیز و هسته های تقویت شده با الیاف تولید می شوند.
• محفظه‌های قالب‌گیری شده با قابلیت محافظ تداخل الکترومغناطیسی که با استفاده از هسته تقویت‌شده با فیبر فلزی رسانا و رزین‌های پوسته تمیز تولید می‌شوند، و
• قطعات قالب گیری شده با کیفیت سطح بالا با استفاده از رزین بکر (غیر بازیافتی) برای پوسته و رزین بازیافتی یا غیرمشخصات برای هسته.

کاربرد دوم به صورت ویژه ای جذاب است زیرا هسته 50 تا 60 درصد حجم قالب گیری را تشکیل می دهد و در نتیجه در بسیاری از کاربردها صرفه جویی قابل توجهی در هزینه ها ایجاد می شود.

در حالی که اکثر هندسه ها و مواد ابزار برای فرآیند تزریق همزمان مناسب هستند، محدودیت هایی در ترکیب مواد وجود دارد که می توان از آنها استفاده کرد.

متغیرهای موادی که نگرانی خاصی دارند عبارتند از ویسکوزیته مذاب و مقادیر انقباض قالب (آنها باید دقیقاً مطابقت داشته باشند) و چسبندگی متقابل.

همچنین ممکن است دستیابی به یکنواختی کامل پوسته/ هسته در سرتاسر قطعه دشوار باشد، به ویژه در مناطقی مانند دنده ها و باس ها که تمایل به پر شدن با رزین پوسته دارند.

اگرچه فرآیند تزریق همزمان برای سال‌ها در دسترس بوده است، اما به طور گسترده مورد استفاده قرار نمی‌گیرد، اما شکی نیست که تطبیق پذیری و مزایای این فرآیند منجر به استفاده گسترده‌تر می‌شود.

برای طراحی و ساخت قالب های تزریق پلاستیک همواره استفاده از نرم افزارهای شبیه سازی بسیار پر سود است. نرم افزار مولد فلو می تواند به صورت بسیار موثری در این زمینه کمک رسانی کند.