چگونه طراحی قالب ترموفرمینگ عملکرد و هزینه بسته بندی را تعیین می کند

چرا طراحی قالب متغیر واقعی در پس نتایج ترموفرمینگ است؟

ترموفرمینگ پلاستیکی از بیرون ساده به نظر می رسد: یک ورق گرم شده پوشانده شده یا به داخل یک حفره فشار داده می شود، خنک می شود و بریده می شود. در عمل، قالب تصمیم می‌گیرد که آیا قطعه تمام شده تحمل‌های محکمی داشته باشد، به درستی مهر و موم شود و از یک دوره تولید بدون کار مجدد دوام بیاورد. دو ماشین یکسان که دارای درجه ورق یکسانی هستند می‌توانند نرخ‌های ضایعات بسیار متفاوتی را صرفاً به دلیل تفاوت در طرح دریچه، زاویه پیش نویس یا فاصله کانال خنک‌کننده در داخل ابزار تولید کنند. به همین دلیل است که تولیدکنندگان بسته بندی پلاستیکی ترموفرم شده زمان مهندسی بسیار بیشتری را صرف ابزارسازی می کنند تا خود ماشین شکل دهی.

این راهنما از طریق مکانیک فرآیند، تصمیمات طراحی که یک قالب قابل اجرا را از یک قالب مشکل ساز جدا می کند و معیارهای عملی که خریداران هنگام تهیه ابزار برای جعبه های نهار، درب فنجان، فنجان های نوشیدنی و سینی های صدفی استفاده می کنند، می پردازد.

فرآیند ترموفرمینگ: آنچه در واقع در داخل قالب اتفاق می افتد

ترموفرمینگ پلاستیک یک ورق اکسترود شده صاف را با استفاده از گرما، دیفرانسیل فشار و ابزاری شکل به یک قسمت سه بعدی تبدیل می کند. این توالی در اکثر کاربردهای گیج نازک سازگار است، اگرچه روش شکل‌دهی بر اساس هندسه قسمت متفاوت است.

1. ورق پلاستیکی در یک قاب بسته شده و به یک ایستگاه گرمایشی نشان داده می شود، معمولاً از بخاری های سرامیکی یا کوارتز استفاده می شود.
2. هنگامی که ورق به پنجره دمای شکل گیری خود رسید، روی قالب باز منتقل می شود.
3. خلاء، فشار هوا، یا یک پلاگین مکانیکی، ورق نرم شده را به سطح قالب فشار می‌دهد.
4. کانال های خنک کننده داخل ابزار به سرعت گرما را از بین می برند تا قطعه هنگام آزاد شدن شکل خود را حفظ کند.
5. ورق تشکیل شده یا در قالب یا بر روی یک پرس تریم جداگانه بریده می شود و بخش های جداگانه را از تار جدا می کند.

خود سطح قالب معمولاً آلومینیوم ماشینکاری شده است که برای هدایت حرارتی آن به جای سختی انتخاب می شود. آلومینیوم خیلی سریعتر از فولاد گرما را از پلاستیک تشکیل شده خارج می کند، که زمان چرخه را کوتاه می کند و یکی از دلایل اصلی تفاوت بسیار زیاد ابزارهای ترموفرمینگ با قالب های تزریقی است.

ابزار آلومینیومی مورد استفاده برای الف قالب قالب گیری حرارتی جعبه بسته بندی صدفی مستطیلی ، حفره ماشین کاری شده و چیدمان هواکش معمولی ابزارهای بسته بندی مواد غذایی با اندازه نازک را نشان می دهد.

عناصر طراحی قالب اصلی که بر کیفیت قطعه تأثیر می گذارد

چندین متغیر طراحی در هر بحث قالب ترموفرمینگ تکرار می‌شوند و هر کدام تأثیر قابل اندازه‌گیری بر روی قسمت نهایی دارند.

زاویه پیش نویس

زاویه کشش به قسمت تشکیل شده اجازه می دهد تا بدون پارگی یا خراش از قالب خارج شود. قسمت‌های کم‌عمق مانند درب‌های صاف می‌توانند از 1 تا 2 درجه استفاده کنند، در حالی که اقلام عمیق مانند فنجان‌های بلند معمولاً به 3 تا 5 درجه روی دیواره‌های قالب نیاز دارند تا از علائم کشش جلوگیری شود.

محل و اندازه سوراخ دریچه

سوراخ‌های دریچه اجازه می‌دهند تا هوای محبوس شده در اثر تماس ورق با سطح قالب خارج شود. سوراخ‌ها معمولاً 0.3 تا 0.8 میلی‌متر قطر دارند و در گوشه‌ها و قسمت‌هایی از جزئیات قرار می‌گیرند که ابتدا حفره‌های هوا تشکیل می‌شوند. دریچه های بسیار کمی به جای گوشه های تیز، گوشه های گرد را به جا می گذارند. تعداد بیش از حد آن سطح حفره را ضعیف می کند و می تواند علائم قابل مشاهده ای را روی قسمت باقی بگذارد.

چیدمان کانال خنک کننده

کانال های آب حفر شده یا ریخته شده در بدنه قالب، گرما را از پلاستیک دور می کند. فاصله کانال های ناهموار باعث ایجاد نقاط داغی می شود که دیواره های نازک را پس از قالب گیری تاب می دهد، که یکی از شایع ترین دلایلی است که باعث می شود قطعات از ابزار درست به نظر برسند اما در عرض چند ساعت منحرف می شوند.

کمک هزینه انقباض

رزین های مختلف با سرد شدن با سرعت های متفاوتی جمع می شوند. پلی پروپیلن بیشتر از PET منقبض می شود، بنابراین اگر مواد بدون تنظیم اندازه حفره تعویض شوند، قالب برای یک خانواده رزین ابعاد را حفظ نمی کند.

ترموفرمینگ دیوار نازک: جایی که اکثر مشکلات زندگی می کنند

ترموفرمینگ دیواره نازک به قطعاتی اطلاق می‌شود که از ورق زیر تقریباً 0.5 میلی‌متر تشکیل شده‌اند که در درب‌ها، سینی‌ها و فنجان‌های یکبار مصرف رایج است. چالش این است که مواد نازک‌تر سرد می‌شوند و به‌طور ناهموار کشیده می‌شوند، بنابراین قالب باید فیزیک را جبران کند که خود ورق به تنهایی قادر به تحمل آن نیست.

نازک شدن دیوار موضوع اصلی است. همانطور که ورق به داخل یک حفره کشیده می شود، مواد در حال حرکت به گوشه های عمیق یا دور قالب بیش از مواد نزدیک قاب گیره نازک می شوند. یک حفره با طراحی ضعیف می تواند گوشه ای در 60 درصد ضخامت اسمی ورق باقی بگذارد که به ضعیف ترین نقطه ظرف نهایی تبدیل می شود. طراحان قالب با چندین تکنیک به این موضوع می پردازند:

• تنظیم هندسه حفره برای کاهش نسبت کشش در عمیق ترین بخش ها
• استفاده از کمک پلاگین برای پیش کشش ورق قبل از اینکه جاروبرقی به کار رود
• توالی مناطق خلاء را طوری تنظیم کنید که مواد به‌جای یک‌باره کشیده شوند
• پروفیل دمای ورق را کنترل می‌کند تا مرکز ورق قبل از شروع شکل‌دهی کمی خنک‌تر از لبه‌ها باشد

برای تولید دیواره نازک با حجم بالا، حتی بهبود 5 درصدی در توزیع مواد می تواند به صرفه جویی قابل توجهی در رزین در طول تولید کامل منجر شود، زیرا بسته بندی دیواره نازک معمولاً قیمت گذاری شده و بر اساس وزن هر قطعه مشخص می شود.

Plug Assist Thermoforming: زمانی که ارزش افزوده شدن پیچیدگی را داشته باشد

ترموفرمینگ کمکی دوشاخه یک دوشاخه مکانیکی اضافه می کند که قبل از اعمال خلاء به داخل ورق فشار می دهد و مواد را از قبل کش می دهد تا پس از تماس با سطح قالب به طور یکنواخت توزیع شود. برای هر قسمت مورد نیاز نیست، اما زمانی اهمیت پیدا می کند که عمق کشش تقریباً 1.5 برابر ابعاد کوچکتر طرح قطعه شود.

مواد را به اندازه زمان بندی وصل کنید و به آن شکل دهید. دوشاخه‌ای که خیلی داغ است، مواد را می‌کشد و لکه‌های نازک موضعی را در اولین تماس ایجاد می‌کند، در حالی که دوشاخه‌ای که خیلی سرد است، ورق را زودتر سرد می‌کند و می‌تواند باعث تار شدن شود. ابزار کمکی دوشاخه معمولاً با یک دوشاخه کنترل‌شده دما و شکلی که تقریباً 70 تا 85 درصد حجم حفره را منعکس می‌کند مشخص می‌شود و خلاء را برای تکمیل جزئیات نهایی باقی می‌گذارد.

تطبیق نوع قالب با برنامه بسته بندی

فرمت‌های بسته‌بندی مختلف، رویکردهای ابزارسازی متفاوتی را می‌طلبند و به مقایسه مستقیم آن‌ها کمک می‌کند تا اینکه طراحی قالب‌های حرارتی را به‌عنوان یک دسته یکنواخت در نظر بگیریم.

ابزار درب و ابزار ظروف برای خط تولید یکسان اغلب با هم طراحی می شوند، زیرا دو سطح جفت گیری باید به طور قابل اعتماد در یک محدوده تحمل تولید کامل آب بندی شوند، نه فقط زمانی که به صورت جداگانه روی یک نیمکت اندازه گیری شوند.

انتخاب مواد برای بسته بندی پلاستیکی ترموفرم شده

انتخاب رزین تقریباً به اندازه هندسه قطعه بر طراحی قالب تأثیر می‌گذارد، زیرا انقباض، دمای شکل‌گیری و سفتی بر اساس خانواده مواد متفاوت است.

• PET : شفاف، سفت، مورد علاقه برای بسته بندی قابل مشاهده خرده فروشی. در یک پنجره دمای باریک‌تر شکل می‌گیرد که نیاز به کنترل دقیق‌تر ناحیه بخاری دارد
• PP : مقاومت شیمیایی و حرارتی بهتر، معمول برای ظروف پر گرم یا قابل مایکروویو. انقباض بیشتر از PET است، بنابراین ابعاد حفره باید آن را در نظر بگیرند
• PS : کم هزینه و به راحتی شکل می گیرد، اما شکننده تر است، اغلب برای درب ها و سینی هایی استفاده می شود که به مقاومت بالایی در برابر ضربه نیاز ندارند.
• PLA و دیگر رزین های زیستی : به طور فزاینده ای برای بسته بندی های قابل کمپوست مشخص می شود. معمولاً در دماهای پایین تر تشکیل می شود و می تواند به یکنواختی سرعت خنک کننده حساس تر باشد

از آنجایی که نرخ انقباض متفاوت است، قالب ساخته شده برای یک خانواده رزین اغلب نمی تواند بدون تنظیم ابعاد با دیگری تعویض شود. خریدارانی که قصد دارند چندین ماده را بر روی یک ابزار اجرا کنند، باید این موضوع را در مرحله طراحی به جای پس از برش دادن قالب مشخص کنند.

ارزیابی سازنده قالب ظروف غذا

تهیه قالب های بسته بندی پلاستیکی سفارشی برای کاربردهای تماس با مواد غذایی بیش از مقایسه قیمت ابزار را شامل می شود. چند معیار به طور مداوم تامین کنندگان قابل اعتماد را از تامین کنندگانی که مشکلات تولید پایین دستی ایجاد می کنند جدا می کند.

درخواست یک نمونه مقاله اول که بر اساس ابزار واقعی شکل گرفته است، به جای تکیه بر گزارش ماشینکاری، مطمئن ترین راه برای تأیید اینکه یک قالب پس از رسیدن به سرعت تولید کار می کند، باقی می ماند.

گردش کار طراحی قالب سفارشی، شروع به پایان

یک ابزار سفارشی معمولی قبل از تایید نهایی از طریق بررسی قطعات، چیدمان حفره، ماشینکاری و شکل دهی آزمایشی حرکت می کند. مرحله آزمایشی جایی است که اکثر تنظیمات، معمولاً برای قرارگیری هوا یا تعادل خنک‌کننده انجام می‌شود، زیرا پیش‌بینی این موارد با دقت کامل تنها از روی نقشه‌ها دشوار است. ایجاد به موقع برای حداقل یک تکرار آزمایشی قبل از قفل کردن برنامه تولید، از تغییرات عجولانه بعداً جلوگیری می کند.

نقص های رایج و علل ریشه ای آنها

سوالات متداول

Q1: تفاوت بین شکل دهی خلاء و ترموفرمینگ کمکی پلاگین چیست؟

شکل‌دهی خلاء تنها به اختلاف فشار هوا متکی است تا ورق را به سمت قالب بکشد، در حالی که شکل‌دهی کمکی پلاگین از یک شاخه مکانیکی برای پیش کشش ورق استفاده می‌کند. کمک دوشاخه عموماً برای قسمت‌های عمیق‌تر یا دقیق‌تر استفاده می‌شود، جایی که خلاء به تنهایی ضخامت دیواره را ناهموار می‌کند.

Q2: یک دیوار ترموفرم شده به طور واقعی چقدر نازک است؟

بسته بندی دیواره نازک تولیدی معمولا بین 0.15 تا 0.4 میلی متر بسته به رزین، عمق قطعه و سطح پیش کشش تعبیه شده در قالب و فرآیند انجام می شود. نازک تر شدن از مواد و طراحی که می تواند پشتیبانی کند، معمولاً منجر به پارگی یا خمش بیش از حد در قسمت نهایی می شود.

Q3: چرا قالب های درب و ظرف باید با هم طراحی شوند؟

از آنجایی که مهر و موم بین یک درب و ظرف آن بستگی به تطابق هر دو قسمت با تلورانس دارد، طراحی جداگانه آنها خطر مشکلات مربوط به تناسب را افزایش می دهد که تنها زمانی ظاهر می شوند که هر دو ابزار در تولید کامل باشند، نه در طول بررسی های نمونه فردی.

Q4: معمولاً چه مدت طول می کشد تا یک قالب حرارتی سفارشی ایجاد شود؟

جدول زمانی با پیچیدگی متفاوت است، اما یک ابزار ساده تک حفره ای اغلب از طراحی تایید شده به شکل آزمایشی در عرض چند هفته منتقل می شود، در حالی که ابزار کمکی چند حفره یا پلاگین به دلیل مراحل آزمایشی و متعادل سازی اضافی معمولاً طولانی تر می شود.

Q5: آیا یک قالب می تواند بیش از یک نوع رزین پلاستیکی را اجرا کند؟

در برخی موارد ممکن است، اما از آنجایی که نرخ انقباض بین رزین هایی مانند PET و PP متفاوت است، ابعاد برش برای یک ماده ممکن است تحمل را در ماده دیگر نداشته باشد. استفاده از چند ماده باید قبل از ماشینکاری مشخص شود تا حفره بتوان بر این اساس اندازه گرفت.