Rotational Molding قالبگیری دورانی یا چرخشی برای تولید قطعات پلاستیکی تو خالی کاربرد بسیار وسیعی دارد. قالبهای نسبتا ارزان نسبت به روشهای رقیب مانند قالبگیری تزریقی و قالبگیری دمشی (Blow Molding) خصوص در حجمهای بیش از ۲۰۰۰ لیتر عملا این تکنیک را در تولید قطعات پلاستیکی تو خالی بی رقیب ساخته است. لازم به ذکر است بیشترین محصولاتی که با روش قالب گیری دورانی تولید می شوند انواع مخازن برای ذخیره سازی مایعاتی مانند آب می باشد.
در این روش مقادیر مشخصی پلاستیک مخصوص این کار به صورت پودر داخل قالب ریخته می شود. قالب داخل کوره ضمن حرارت دیدن چرخانده می شود تا آرام آرام پودر ذوب شده و به دیواره قالب بچسبد. در ادامه قالب از کوره خارج شده و حین چرخش خنک می گردد تا پلاستیک (پلی‌اتیلن ۰۱۹۰) درون قالب که به دیوار چسبیده و یک لایه را بر سطح آن قالب ایجاد کرده به آرامی سرد شود تا محصول با حفظ شکل خود از قالب خارج شود. لازم به ذکر است انواع پلاستیک گرمانرم مانند پلی‌اتیلن گرید ۳۸۴۰ برای روش قالب گیری دورانی استفاده می شود.
در قالبگیری دورانی از چه موادی استفاده می شود؟
پلی‌اتیلن حدود نود درصد مواد اولیه مورد نیاز در قالبگیری دورانی را شامل می‌شود. برای ذخیره بهداشتی آب شرب حتمی می بایست از پلی‌اتیلن ۳۸۴۰ دارای گرید بهداشتی و یا اصطلاحا FOODGRADE استفاده شود. استفاده از مواد دسته اول و فودگرید علاوه بر بحث بهداشتی بودن منجر به مقاومت مکانیکی بسیار بیشتری می گردد. به این ترتیب محصولات عمر به مراتب بیشتری دارند.
به دلیل عدم وجود فشار، قالب‌ها معمولاً دیواره‌های نازک دارند و به همین دلیل هزینه تولید آن‌ها نسبتاًپایین است.
معایب روش تولید دورانی
زمان تولید بالا، امکان انتخاب محدود مواد مورد استفاده، هزینه بالای مواد به دلیل استفاده از افزودنی‌های خاص، همچنین استفاده از مادهٔ پودر شده و مشکل بودن قالبگیری بعضی از شکل‌ها.
هر روشی با دارا بودن انواع مزیت ها، معایبی هم دارد و در روش دورانی هم زمان تولید بالا، امکان انتخاب محدود مواد مورد استفاده، هزینه بالای مواد به دلیل استفاده از افزودنی‌های خاص، همچنین استفاده از مادهٔ پودر شده و مشکل بودن قالبگیری در بعضی از شکل‌ها کار با این روش را سخت نموده است.
فرایند قالب گیری دورانی شامل ۴ مرحله اصلی می باشد:
- مرحله اول (Charging) که به مرحله پرکردن قالب نیز معروف است.مواد اولیه پودرشده به درون قالب هایی با درجه حرارت بالا که توسط دو صفحه عمود برهم می چرخند ریخته می شوند.
- مرحله دوم (Heating):مرحله حرارت دهی وگرما دهی می باشد که پس از بسته شدن قالب ماشین کار می کند وقالب حول دو محور عمود برهم می چرخد.جهت گرم کردن قالب از کوره های گردش هوای داغ استفاده می شود،گرمای کوره به پلیمر انتقال می یابد وپلیمر یا مواداولیه در سطوح قالب داغ،ذوب می شود وبه دیواره داخلی قالب می چسبد این فرایند تا زمانی که تمام مواد ذوب شود ادامه می یابد.
سرعت چرخش قالب حول دو محور نسبتا ارام است،اگرچه می توان با سرعت نیز این فرایند را انجام داد اما به دلیل پیچیدگی شکل قطعات وقالب های بزرگ معمولا بهتر است که اهسته انجام گیرد.
- مرحله سوم (cooling) مرحله سردکردن یا همان خنک کاری در این مرحله قالب در حال چرخش وارد ایستگاه خنک کاری می شود وبا سرد کردن قالب به وسیله پاشش اب یا جریان هوا پلیمر درون قالب سرد می شود وقطعه نهایی شکل می گیرد. توجه نمایید که خنک کاری اهسته بااستفاده از جریان هوا باعث افزایش استحکام وسختی وکاهش مقاومت ضربه می شود.و خنک کاری سریع یا روش پاشش اب منجر به چقرمگی بیشتر وسختی کمترمحصول نهایی می شود.
مرحله چهارم،(Demolding) مرحله اخر که مرحله تخلیه محصول است.
پارامترهای مهم در قالب گیری دورانی
پارامترهایی از قبیل دما ،زمان ،روش وسرعت سردکردن،سرعت چرخش قالب،نسبت سرعت محورهای چرخش در قالب گیری دورانی مهم است وتاثیر بسزایی بر کیفیت قطعه نهایی می گذراند.به طور مثال گرمایش بیش از حد باعث تخریب ساختار پلیمر شده وباعث می شود محصول مقاومت پایینی در برابر ضربه داشته باشد وباعث رنگ گرفتگی وشکست سریع تر قطعه می شود وعمر مفید قطعه کم می شود.به هنگام طراحی محصولات تولید شده از طریق این فرایند تولیدکنندگان به مشخصات مورد نیاز محصول توجه می کنند،این مشخصات شامل مقاومت،مقاومت حرارتی ،انعطاف پذیری،رنگ دلخواه مشتری،ونوع مواد بکاررفته می باشد.
مزایای قالب گیری دورانی
فرآیند قالب گیری دورانی محصولات پلیمری ،نسبت به سایرروش های قالب گیری مزایایی دارد،که مهم ترین ان کم هزینه ومقرون به صرفه بودن ان است.در ادامه به سایر مزایا این فرایند اشاره میکنیم:
۱-راه حل عالی برای تولید قطعات پلاستیک توخالی
۲-به صرفه بودن از لحاظ اقتصادی
۳-کمتر بودن هزینه های مربوط به تجهیزات وراه اندازی ان نسبت به قالب گیری دمشی
۴-قابلیت بالا در خارج نمودن قطعه از قالب
۵-قابلیت تولید قطعات سه لایه وقطعات دوجداره با استحکام بالا
۶-کمتر بودن میزان ضایعات پلاستیک در نتیجه اسیب کمتری به محیط زیست وارد می شود
۷-زمان ساخت قالب نسبتا کوتاه است
۸-مقاومت ضربه ومقاومت شیمیایی بالاتر
۹-کوتاه ترشدن زمان چرخه تولید
۱۰-امکان تعویض سریع قالب در کوتاه ترین زمان
۱۱-استفاده مجدد از قطعات تولید شده پس از مصرف
۱۲-تحت فشار نبودن ماده در این روش
معایب قالب گیری دورانی
فرایند چرخشی مانند سایر فرایند علاوه بر اینکه مزایایی دارد،معایب ومحدودیت هایی نیز دارند از جمله:
۱-زمان تولید طولانی
۲-برای تولید تعداد زیادی از قطعات کوچک تر مناسب نیست
۳-در انتخاب مواد محدودیت داریم
۴-هزینه مواد نسبتا زیاداست
۵-برامدگی وریپ ها به اسانی قالب گیری نمی شوند
۶-حالت فیزیکی مواد باید مایع وبه صورت پودر های ریز باشد
کاربرد فرایند قالب گیری دورانی
فرایند قالب گیری چرخشی علاوه بر تولید مخازن پلاستیکی درطیف گسترده ای از صنایع نیز به کار می رود،از جمله ساخت وساز جاده،کشاورزی،لوله کشی،کالاهای ورزشی،مواد بسته بندی،خودروسازی،داروسازی،سوخت وروغن،اسباب بازی
مخازن ذخیره سازی،علایم هشداردهنده پلی اتیلن،گلدان ومحصولات دکوراتیو،تجهیزات دریایی از جمله بویه شناور،اسکله دریایی محصولاتی هست که به روش دورانی تولید میشوند.محصولات تولید شده به این روش در برابر فشارهای محیطی مقاومت نسبتا بالایی دارند.
مواد اولیه برای فرایند قالب گیری دورانی
از مواد اولیه به کار رفته در فرایند تولید چرخشی،می توان به پلی‌اتیلن۳۸۴۰، پلی‌اتیلن متقاطع، پلی‌اتیلن گرید ۵۲۵۱۸ با چگالی بالا،پلی وینیل کلرید اشاره کرد،که پلی اتیلن از پرکاربردترین ومعروف ترین ان می باشد.پلی اتیلن سنتز شیمیایی اتیلن است که معمولا از ترکیب نفت خام وگازهای طبیعی به وجود می اید واز خانواده گرم نرم ها می باشند. محصولات پلیمری ساخته شده از پلی‌اتیلن به دلیل مقاومت بالا در برابرضربه وسختی واستحکام وانعطاف پذیری ومقاوم در برابر اصطحکاک پلی‌اتیلن طول عمر بیشتری دارند.
تاریخچه قالب گیری دورانی
اولین فرایند قالب گیری چرخشی در سال۱۸۵۵توسط یک فرد انگلیسی به نام جی.ار.پیترز اختراع شد،پیترز به دنبال یافتن راهی برای ساخت توپ های توپخانه وسایرکشتی ها بود،از مهم ترین مزیت های این اختراع دستیابی به ضخامت ودانسیته یکنواخت تر می باشد.اگرچه اختراع پیترز جدید ونواور بود اما مهندسین تا اواخر قرن۲۰ ام هیچ استفاده ای نکردند،تااینکه در سال۱۹۰۵یک فرد امریکایی بنام اف.ای.ولک ،به تولید اشکال توخالی پی برد، وتا پایان جنگ جهانی دوم اختراعات زیادی در صنعت قالب گیری دورانی رخ داد.پلی اتیلن با دانسیته پایین ومتوسط در اواسط دهه ۱۹۴۰به بازار واردشده ومنجر به تغییرات جدی در قالب گیری دورانی گردید.
Rotational Molding قالبگیری دورانی یا چرخشی برای تولید قطعات پلاستیکی تو خالی کاربرد بسیار وسیعی دارد. قالبهای نسبتا ارزان نسبت به روشهای رقیب مانند قالبگیری تزریقی و قالبگیری دمشی (Blow Molding) خصوص در حجمهای بیش از ۲۰۰۰ لیتر عملا این تکنیک را در تولید قطعات پلاستیکی تو خالی بی رقیب ساخته است. لازم به ذکر است بیشترین محصولاتی که با روش قالب گیری دورانی تولید می شوند انواع مخازن برای ذخیره سازی مایعاتی مانند آب می باشد.
در این روش مقادیر مشخصی پلاستیک مخصوص این کار به صورت پودر داخل قالب ریخته می شود. قالب داخل کوره ضمن حرارت دیدن چرخانده می شود تا آرام آرام پودر ذوب شده و به دیواره قالب بچسبد. در ادامه قالب از کوره خارج شده و حین چرخش خنک می گردد تا پلاستیک (پلی‌اتیلن ۰۱۹۰) درون قالب که به دیوار چسبیده و یک لایه را بر سطح آن قالب ایجاد کرده به آرامی سرد شود تا محصول با حفظ شکل خود از قالب خارج شود. لازم به ذکر است انواع پلاستیک گرمانرم مانند پلی‌اتیلن گرید ۳۸۴۰ برای روش قالب گیری دورانی استفاده می شود.
در قالبگیری دورانی از چه موادی استفاده می شود؟
پلی‌اتیلن حدود نود درصد مواد اولیه مورد نیاز در قالبگیری دورانی را شامل می‌شود. برای ذخیره بهداشتی آب شرب حتمی می بایست از پلی‌اتیلن ۳۸۴۰ دارای گرید بهداشتی و یا اصطلاحا FOODGRADE استفاده شود. استفاده از مواد دسته اول و فودگرید علاوه بر بحث بهداشتی بودن منجر به مقاومت مکانیکی بسیار بیشتری می گردد. به این ترتیب محصولات عمر به مراتب بیشتری دارند.
به دلیل عدم وجود فشار، قالب‌ها معمولاً دیواره‌های نازک دارند و به همین دلیل هزینه تولید آن‌ها نسبتاًپایین است.
معایب روش تولید دورانی
زمان تولید بالا، امکان انتخاب محدود مواد مورد استفاده، هزینه بالای مواد به دلیل استفاده از افزودنی‌های خاص، همچنین استفاده از مادهٔ پودر شده و مشکل بودن قالبگیری بعضی از شکل‌ها.
هر روشی با دارا بودن انواع مزیت ها، معایبی هم دارد و در روش دورانی هم زمان تولید بالا، امکان انتخاب محدود مواد مورد استفاده، هزینه بالای مواد به دلیل استفاده از افزودنی‌های خاص، همچنین استفاده از مادهٔ پودر شده و مشکل بودن قالبگیری در بعضی از شکل‌ها کار با این روش را سخت نموده است.
فرایند قالب گیری دورانی شامل ۴ مرحله اصلی می باشد:
- مرحله اول (Charging) که به مرحله پرکردن قالب نیز معروف است.مواد اولیه پودرشده به درون قالب هایی با درجه حرارت بالا که توسط دو صفحه عمود برهم می چرخند ریخته می شوند.
- مرحله دوم (Heating):مرحله حرارت دهی وگرما دهی می باشد که پس از بسته شدن قالب ماشین کار می کند وقالب حول دو محور عمود برهم می چرخد.جهت گرم کردن قالب از کوره های گردش هوای داغ استفاده می شود،گرمای کوره به پلیمر انتقال می یابد وپلیمر یا مواداولیه در سطوح قالب داغ،ذوب می شود وبه دیواره داخلی قالب می چسبد این فرایند تا زمانی که تمام مواد ذوب شود ادامه می یابد.
سرعت چرخش قالب حول دو محور نسبتا ارام است،اگرچه می توان با سرعت نیز این فرایند را انجام داد اما به دلیل پیچیدگی شکل قطعات وقالب های بزرگ معمولا بهتر است که اهسته انجام گیرد.
- مرحله سوم (cooling) مرحله سردکردن یا همان خنک کاری در این مرحله قالب در حال چرخش وارد ایستگاه خنک کاری می شود وبا سرد کردن قالب به وسیله پاشش اب یا جریان هوا پلیمر درون قالب سرد می شود وقطعه نهایی شکل می گیرد. توجه نمایید که خنک کاری اهسته بااستفاده از جریان هوا باعث افزایش استحکام وسختی وکاهش مقاومت ضربه می شود.و خنک کاری سریع یا روش پاشش اب منجر به چقرمگی بیشتر وسختی کمترمحصول نهایی می شود.
مرحله چهارم،(Demolding) مرحله اخر که مرحله تخلیه محصول است.
پارامترهای مهم در قالب گیری دورانی
پارامترهایی از قبیل دما ،زمان ،روش وسرعت سردکردن،سرعت چرخش قالب،نسبت سرعت محورهای چرخش در قالب گیری دورانی مهم است وتاثیر بسزایی بر کیفیت قطعه نهایی می گذراند.به طور مثال گرمایش بیش از حد باعث تخریب ساختار پلیمر شده وباعث می شود محصول مقاومت پایینی در برابر ضربه داشته باشد وباعث رنگ گرفتگی وشکست سریع تر قطعه می شود وعمر مفید قطعه کم می شود.به هنگام طراحی محصولات تولید شده از طریق این فرایند تولیدکنندگان به مشخصات مورد نیاز محصول توجه می کنند،این مشخصات شامل مقاومت،مقاومت حرارتی ،انعطاف پذیری،رنگ دلخواه مشتری،ونوع مواد بکاررفته می باشد.
مزایای قالب گیری دورانی
فرآیند قالب گیری دورانی محصولات پلیمری ،نسبت به سایرروش های قالب گیری مزایایی دارد،که مهم ترین ان کم هزینه ومقرون به صرفه بودن ان است.در ادامه به سایر مزایا این فرایند اشاره میکنیم:
۱-راه حل عالی برای تولید قطعات پلاستیک توخالی
۲-به صرفه بودن از لحاظ اقتصادی
۳-کمتر بودن هزینه های مربوط به تجهیزات وراه اندازی ان نسبت به قالب گیری دمشی
۴-قابلیت بالا در خارج نمودن قطعه از قالب
۵-قابلیت تولید قطعات سه لایه وقطعات دوجداره با استحکام بالا
۶-کمتر بودن میزان ضایعات پلاستیک در نتیجه اسیب کمتری به محیط زیست وارد می شود
۷-زمان ساخت قالب نسبتا کوتاه است
۸-مقاومت ضربه ومقاومت شیمیایی بالاتر
۹-کوتاه ترشدن زمان چرخه تولید
۱۰-امکان تعویض سریع قالب در کوتاه ترین زمان
۱۱-استفاده مجدد از قطعات تولید شده پس از مصرف
۱۲-تحت فشار نبودن ماده در این روش
معایب قالب گیری دورانی
فرایند چرخشی مانند سایر فرایند علاوه بر اینکه مزایایی دارد،معایب ومحدودیت هایی نیز دارند از جمله:
۱-زمان تولید طولانی
۲-برای تولید تعداد زیادی از قطعات کوچک تر مناسب نیست
۳-در انتخاب مواد محدودیت داریم
۴-هزینه مواد نسبتا زیاداست
۵-برامدگی وریپ ها به اسانی قالب گیری نمی شوند
۶-حالت فیزیکی مواد باید مایع وبه صورت پودر های ریز باشد
کاربرد فرایند قالب گیری دورانی
فرایند قالب گیری چرخشی علاوه بر تولید مخازن پلاستیکی درطیف گسترده ای از صنایع نیز به کار می رود،از جمله ساخت وساز جاده،کشاورزی،لوله کشی،کالاهای ورزشی،مواد بسته بندی،خودروسازی،داروسازی،سوخت وروغن،اسباب بازی
مخازن ذخیره سازی،علایم هشداردهنده پلی اتیلن،گلدان ومحصولات دکوراتیو،تجهیزات دریایی از جمله بویه شناور،اسکله دریایی محصولاتی هست که به روش دورانی تولید میشوند.محصولات تولید شده به این روش در برابر فشارهای محیطی مقاومت نسبتا بالایی دارند.
مواد اولیه برای فرایند قالب گیری دورانی
از مواد اولیه به کار رفته در فرایند تولید چرخشی،می توان به پلی‌اتیلن۳۸۴۰، پلی‌اتیلن متقاطع، پلی‌اتیلن گرید ۵۲۵۱۸ با چگالی بالا،پلی وینیل کلرید اشاره کرد،که پلی اتیلن از پرکاربردترین ومعروف ترین ان می باشد.پلی اتیلن سنتز شیمیایی اتیلن است که معمولا از ترکیب نفت خام وگازهای طبیعی به وجود می اید واز خانواده گرم نرم ها می باشند. محصولات پلیمری ساخته شده از پلی‌اتیلن به دلیل مقاومت بالا در برابرضربه وسختی واستحکام وانعطاف پذیری ومقاوم در برابر اصطحکاک پلی‌اتیلن طول عمر بیشتری دارند.
تاریخچه قالب گیری دورانی
اولین فرایند قالب گیری چرخشی در سال۱۸۵۵توسط یک فرد انگلیسی به نام جی.ار.پیترز اختراع شد،پیترز به دنبال یافتن راهی برای ساخت توپ های توپخانه وسایرکشتی ها بود،از مهم ترین مزیت های این اختراع دستیابی به ضخامت ودانسیته یکنواخت تر می باشد.اگرچه اختراع پیترز جدید ونواور بود اما مهندسین تا اواخر قرن۲۰ ام هیچ استفاده ای نکردند،تااینکه در سال۱۹۰۵یک فرد امریکایی بنام اف.ای.ولک ،به تولید اشکال توخالی پی برد، وتا پایان جنگ جهانی دوم اختراعات زیادی در صنعت قالب گیری دورانی رخ داد.پلی اتیلن با دانسیته پایین ومتوسط در اواسط دهه ۱۹۴۰به بازار واردشده ومنجر به تغییرات جدی در قالب گیری دورانی گردید.
دستگاه و بستهبندی پیلو پک در صنعت پلاستیک