قالب گیری تزریق پلاستیک هوافضا: اجزای کلیدی، ملاحظات طراحی، مواد و روندهای آینده
هفت هفته پیش، یک مدیر کیفیت پیمانکار دفاعی، عکس هایی از محفظه های کانکتور PEEK که در خط مونتاژ شروع به ترک خوردگی کرده بودند برای ما ارسال کرد. قطعات از همان دسته تولید، تامین کننده یکسان، تعداد مواد مشابه-برخی کامل، برخی از کار افتادند. صحبت های دقیق او: "ما سه سال است که از این تامین کننده استفاده می کنیم و اکنون همه چیز در حال خراب شدن است."

ما آن پروژه را نگرفتیم. نه به این دلیل که نمیتوانستیم بفهمیم چه مشکلی رخ داده است-علت اصلی در عرض یک ساعت پس از بررسی سوابق فرآیند آنها آشکار بود-بلکه به این دلیل که مشکل واقعی قطعات نبودند. مشکل واقعی این بود که فرآیند احراز صلاحیت تامین کنندگان آنها در وهله اول هرگز سوالات درستی را مطرح نکرده بود.
این وضعیت اکنون تقریباً ماهی یک بار در خانه ما ظاهر می شود. شخصی یک تامین کننده را بر اساس گواهینامه ها و قیمت احراز کرد، تولید را برای یک یا دو سال بدون مشکل اجرا کرد، سپس چیزی جابجا شد و ناگهان هیچ چیز کار نکرد. تامین کننده قسم می خورد که هیچ تغییری نکرده است. مشتری هیچ داده فرآیندی برای اثبات خلاف آن ندارد. در حالی که خط تولید بیکار است، همه با انگشت اشاره می کنند.
حقیقت ناراحت کننده در مورد پروژه های تبدیل پلاستیک در هوافضا
اقتصاد تبدیل فلز-به-پلاستیک روی کاغذ فوقالعاده به نظر میرسد. کاهش وزن از طریق هزینه های سوخت در طول عمر هواپیما. هزینه های واحد در حجم به نصف یا بیشتر کاهش می یابد. زمان سرب از ماه ها تا هفته ها فشرده می شود.
همکاری Aitiip{0}}Liebherr که در همه جا ذکر میشود-40% کاهش وزن، 30% صرفهجویی در هزینه - نشاندهنده اتفاقی است که وقتی همه چیز درست پیش میرود. چیزی که به آن مطالعات موردی وارد نمی شود: هجده ماه توسعه فرآیند، سه تکرار ابزار، سرمایه گذاری تجهیزات تخصصی که این اعداد را ممکن کردند.
ما یک برنامه براکت را در سه ماهه گذشته نقل کردیم که در آن هزینه ماشینکاری آلومینیوم فعلی مشتری حدود 400 دلار در هر واحد بود. قیمت قالب تزریق ما کمتر از 60 دلار بود. تصمیم واضح است، درست است؟
به جز براکت آلومینیومی دارای سطح آب بندی ماشینکاری شده با نیاز پایانی 0.4 Ra بود. دستیابی به کیفیت سطح مستقیماً خارج از قالب مستلزم تغییراتی در ابزار است که 35000 دلار به هزینه ابزار اضافه کرد. یا میتوانیم آن را قالبگیری کرده و سپس سطح آببندی را ماشینکاری کنیم-که کار، عملیات ثانویه را اضافه کرد و هزینه واحد را تا 85 دلار افزایش داد.
هنوز پروژه خوبی است. هنوز هم صرفه جویی قابل توجهی دارد. اما شکاف بین شماره عنوان و عدد واقعی زمانی مهم است که امور مالی در حال انجام محاسبات بازپرداخت است. پروژه ها بیش از این شکاف کشته می شوند. پروژههای خوب، پروژههایی که باید اتفاق بیفتند، میمیرند، زیرا کسی ابتدا یک مورد خوشبینانه را ارائه کرد و سپس مجبور شد آن را به عقب برگرداند.
آنچه پردازش PEEK در واقع به آن نیاز دارد
برگه های اطلاعاتی مواد Victrex و Solvay پارامترهای پردازشی را منتشر می کنند که برای کاربردهای صنعتی خوب کار می کنند. این پارامترها قطعات هوافضا را تولید میکنند که بازرسی ابعادی را پشت سر میگذارند و در سرویسدهی خراب میشوند.
دمای قالب مثال بارز آن است. حداقل منتشر شده در اطراف است160 درجه. قطعات قالبگیری شده در آن دما درست به نظر میرسند، درست اندازهگیری میشوند و شاید 25 درصد بلورینگی داشته باشند. قطعات قالب گیری شده در190-200 درجهبلورینگی به 35%+ رسید. تفاوت عمر خستگی افزایشی نیست-بلکه ضربی است.
مشکل این است که در حال اجرا است200 درجهدمای قالب به سیستم های گرمایش روغن، طرح های قالب با جرم حرارتی مناسب و کنترل های فرآیندی نیاز دارد که اکثر تاسیسات فاقد آن هستند. یک مغازه کنترل دمای آب گرم در بالای آن قرار دارد95 درجه. آنها هنوز هم می توانند PEEK را قالب بزنند. قطعات همچنان ارسال خواهند شد. در نهایت، قطعات همچنان از کار می افتند، به گونه ای که ردیابی به شرایط پردازش بسیار دشوار است.

نمرات پرشده از کربن-لایه دیگری اضافه میکنند. گرمایش برشی از پرکننده فیبر کربن، مشخصات حرارتی را از طریق بشکه تغییر می دهد. هندسههای پیچ استاندارد که برای مواد پرشده از شیشه-به خوبی کار میکنند، نقاط داغ با پر کردن کربن ایجاد میکنند. این ماده حتی قبل از اینکه به قالب برسد، به صورت موضعی تحلیل میرود. شما نمی توانید آن را ببینید. شما نمی توانید آن را در بازرسی ورودی اندازه گیری کنید. وقتی قطعات شروع به خرابی در میدان می کنند، متوجه می شوید.
هیچ گواهینامه ای وجود ندارد که این قابلیت خاص را تایید کند. AS9100 سیستم های کیفیت را پوشش می دهد. NADCAP فرآیندهای خاص را پوشش می دهد. هیچ کدام نمی پرسند که آیا یک تسهیلات واقعاً می تواند نگه داشته شود یا خیر200 درجهدمای قالب در داخل± 3 درجهدر طول یک ابزار چند حفره ای در حین اجرای PEEK پر از کربن-. این سؤال فقط در طول ممیزی صلاحیت تأمینکننده-در صورتی پاسخ داده میشود که حسابرس بداند آن را بپرسد.
مشکل صدور گواهینامه که هیچ کس درباره آن صحبت نمی کند
ثبت AS9100D به این معنی است که یک شرکت فرآیندهای مدیریت کیفیت را مستند کرده است. این بدان معنا نیست که آنها می توانند قطعات شما را بسازند. ما دیدهایم که تأسیسات دارای گواهی AS9100{4}} پروژههای پلیمری با دمای بالا را زمانی که تجهیزات آنها از نظر فیزیکی نمیتوانند به شرایط فرآیند مورد نیاز دست یابند، نقل قول میکنند.
این لزوما تقلب نیست. بسیاری از تأسیسات واقعاً معتقدند که می توانند هر ترموپلاستیک را پردازش کنند زیرا دستگاه ها برای محدوده دما درجه بندی می شوند. آنها نمیدانند که رتبهبندیها و قابلیتهای پایدار چیزهای متفاوتی هستند، یا اینکه الزامات فرآیندی خاص{2}}مادی فراتر از آنچه در برگه داده به صراحت بیان میشود وجود دارد.
اعتبار NADCAP اطمینان بیشتری را فراهم می کند زیرا فرآیندهای تولید خاص را به جای سیستم های عمومی تأیید می کند. اما دامنه اعتبارسنجی مهم است. تاسیساتی که برای فرآیندهای قالب گیری تزریقی استاندارد معتبر هستند ممکن است هرگز پلیمری با دمای بالا را از طریق آن سلول معتبر اجرا نکرده باشند. اعتباربخشی فرآیند را پوشش میدهد، نه هر ماده احتمالی را که از نظر تئوری قابل پردازش باشد.
سؤالات حسابرسی که در واقع مهم هستند هیچ ربطی به گواهی ها ندارند. آنها شامل پارامترهای فرآیند خاصی برای مواد خاص در برنامه شما، مطالعات قابلیت فرآیند مستند شده و داده های بازده تاریخی در برنامه های مشابه هستند. اگر تامین کننده نتواند آن مستندات را تهیه کند، گواهینامه مربوطه نیست.
انتخاب مواد فراتر از دیتاشیت
PEEK بر مکالمات پلاستیکی هوافضا تسلط دارد زیرا با وسیعترین طیف شرایط{0}}دما، مواد شیمیایی، استرس مکانیکی، تشعشعات کنترل میکند. همچنین هزینه آن تقریباً 100 دلار به ازای هر کیلوگرم است، که به این معنی است که هزینه مواد در هر حجم معقولی قابل توجه است.
PPS
PPS بسیاری از برنامه های مشابه را با قیمت 25-30 دلار در هر کیلوگرم انجام می دهد. معاوضه ها عبارتند از پنجره های پردازش باریک تر، مقاومت در برابر ضربه کمتر و حساسیت بیشتر به اثرات جهت گیری فیبر. برای اجزایی که بارهای استاتیک را در محیط های شیمیایی تهاجمی می بینند، PPS اغلب منطقی تر از PEEK است. برای هر چیزی که نیاز به بارگذاری یا ضربه دینامیکی دارد، تفاوت هزینه بیربط است.
اولتم
Ultem به دلیل خواص دی الکتریک و مقاومت ذاتی در برابر شعله در محفظه های الکتریکی و الکترونیکی خود را نشان می دهد. دمای پردازش پایینتر از PEEK است، تجهیزات مورد نیاز کمتر است، و هزینه مواد در این بین قرار میگیرد. برای کاربردهایی که عملکرد الکتریکی بیشتر از عملکرد مکانیکی اهمیت دارد، Ultem از هزینه و عوارض پردازش PEEK بدون به خطر انداختن عملکرد جلوگیری می کند.
گفتگو در مورد انتخاب مواد معمولاً خیلی دیر در فرآیند توسعه اتفاق می افتد. تا زمانی که قطعات به مرحله نقلقول میرسند، مهندسی قبلاً یک ماده را بر اساس ویژگیهای منتشر شده بدون در نظر گرفتن پیامدهای تولید مشخص کرده است. تغییر مواد در آن مرحله نیاز به اعتبار سنجی مجدد، نقشه های به روز شده، ابزارهای بالقوه جدید- دارد که همگی هزینه و تاخیری را اضافه می کنند که می توانست با مشارکت تامین کننده قبلی از آن جلوگیری شود.

ابزار سرمایه گذاری و اقتصاد برنامه
ابزار قالب تزریق برای کاربردهای هوافضا معمولاً بسته به پیچیدگی بین 50000 تا 150000 دلار هزینه دارد. این عدد باعث ایجاد شوک برچسب برای برنامههایی میشود که در گذشته قطعات ماشینکاری شده را بدون سرمایهگذاری ابزار خریداری کردهاند.
این مقایسه اصل مطلب را از دست می دهد. قطعات ماشینکاری شده هزینه ابزارآلات خود را در هر واحد{1}}تجهیزات، برنامه نویسی، راه اندازی و صلاحیت دستگاه حمل می کنند. این هزینه ها فقط در قیمت قطعه تعبیه شده است نه اینکه به طور جداگانه نامیده شوند. یک قطعه ماشینکاری 400 دلاری ممکن است شامل 80 دلار هزینه های مستهلک شده راه اندازی و برنامه ریزی باشد که هیچ کس آن را ردیابی نمی کند زیرا خطی برای آن وجود ندارد.
مهمتر از آن، سرمایه گذاری ابزاری باعث ایجاد اهرم می شود. هنگامی که ابزار وجود داشته باشد و واجد شرایط باشد، هزینه افزایشی قطعات اضافی به مواد اولیه به اضافه زمان چرخه نزدیک می شود. تولید می تواند با تقاضا مقیاس شود. سفارشات سریع امکان پذیر می شود. تغییرات طراحی که نیازمند برنامهریزی مجدد کامل برای ماشینکاری است، به اصلاحات ابزاری تبدیل میشوند که اعتبار فرآیند را حفظ میکنند.
برنامههایی که در آنها قالبگیری تزریقی معنا ندارد، برنامههایی با حجم کم،-ترکیب زیاد هستند که در آنها ابزارسازی نمیتواند به طور مؤثر مستهلک شود و هندسه مرتباً تغییر میکند. کمتر از حدود 500 واحد کل طول عمر، ماشینکاری معمولاً برنده است. بالاتر از این آستانه، محاسبه بسته به پیچیدگی قطعه، الزامات تحمل و مدت برنامه تغییر می کند.
آنچه صلاحیت در واقع شامل می شود
بازرسی مقاله اول برای قطعات قالبگیری شده تزریقی هوافضا بیش از آنچه اکثر خریداران انتظار دارند، درگیر است. خود FAI یک راستیآزمایی ساده-بُعدی در برابر نقشه، گواهی مواد، مستندات پارامتر فرآیند است. اعتبار سنجی فرآیندی که قبل از FAI انجام می شود جایی است که برنامه ها موفق یا شکست می خورند.
نظارت بر فشار حفرهبر روی قطعات صلاحیت، امضای فرآیندی را ایجاد می کند که اجرای تولید باید مطابقت داشته باشد. این برای برنامه های کاربردی حیاتی اختیاری نیست. ردیابی فشار حفره نشان می دهد که آیا قطعه در هر ضربه به درستی پر شده، به درستی بسته بندی شده و به درستی سرد شده است. قطعاتی که به درستی اندازه گیری می کنند اما دارای ردپای فشار غیرعادی هستند، نشان دهنده بی ثباتی فرآیند است که در نهایت باعث ایجاد نقص می شود.
تایید کریستالینیتبرای PEEK و سایر مواد نیمه{0}}کریستالی اهمیت دارد. تجزیه و تحلیل DSC بر روی نمونه های واجد شرایط، سطح بلورینگی پایه را ایجاد می کند. قطعات تولیدی را میتوان-بر اساس آن خط پایه بررسی کرد. هنگامی که فرآیند تأمینکننده-عمداً یا ناخواسته- تغییر میکند، معمولاً تبلور اولین نشانه تغییر چیزی است.
قابلیت فرآیند آمارینیاز به اندازه نمونه محاسبه شده از تعداد ابعاد بحرانی و سطح اطمینان مورد نیاز دارد. سی{1}}دو نمونه برای یک قطعه با سه بعد بحرانی در Cpk 1.33 کافی نیست. ریاضیات پیچیده نیست، اما اغلب اشتباه انجام می شود، که منجر به مطالعات قابلیتی می شود که در واقع توانایی را نشان نمی دهند.
خواندن پیشنهادات و شناسایی پرچم های قرمز
نقل قول ها در مورد توانایی واقعی یک تامین کننده بیشتر از ارائه قابلیت آنها به شما می گوید.
تخمینهای زمان تحویل که در پیچیدگیهای مختلف قطعات یکسان به نظر میرسند، نشان میدهند که تامینکننده واقعاً نیازهای خاص شما را ارزیابی نکرده است. یک ابزار تک حفرهای ساده در فولاد P20 نسبت به ابزار چهار حفرهای در H13 با خنککننده همنظم زمان کار متفاوتی دارد. اگر نقل قول برای هر دو عبارت "16 هفته" باشد، شخصی به جای انجام مهندسی از یک الگو استفاده می کند.
مشخصات مواد که به صورت "PEEK یا معادل" نوشته شده است بدون علامت درجه نشان می دهد که تامین کننده ای قصد خرید ارزان ترین گزینه ای را دارد که از نظر فنی واجد شرایط است. برای کاربردهای ساختاری، تفاوت بین PEEK 450G و 150G بی اهمیت نیست. اگر در مظنه نپرسید کدام درجه، تامین کننده کاربرد را درک نمی کند.
تعداد مقاله اول در اعداد گرد-دقیقاً 50، دقیقاً 100 - نشان می دهد که حجم نمونه بر اساس الزامات تحمل خاص شما محاسبه نشده است. اندازههای نمونه اعتبارسنجی قابلیت فرآیند به تعداد ویژگیهای حیاتی و سطح اطمینان مورد نیاز بستگی دارد. محاسبه به ندرت اعداد گرد را تولید می کند.
قیمت قطعهای که در حجمهایی که برنامه هرگز به آن نمیرسد به شدت کاهش مییابد، نشان میدهد که تامینکننده کسبوکار را با یک شماره تیتر جذاب خریداری میکند. اگر حجم سالیانه شما 2000 قطعه است و قیمت قیمت 10000 قانع کننده را نشان می دهد، این قیمت گذاری بی ربط است. به عددی که با نیاز واقعی شما مطابقت دارد نگاه کنید.
واقعیت های جدول زمانی توسعه
برنامه های جدید قالب گیری تزریقی هوافضا به 20-30 هفته از درگیری اولیه با قطعات واجد شرایط در شرایط عادی نیاز دارند. این جدول زمانی شامل تجزیه و تحلیل DFM، طراحی ابزار، ساخت ابزار، توسعه فرآیند، بازرسی اولین مقاله و مستندات صلاحیت است.
تلاش برای فشرده سازی آن جدول زمانی معمولاً با شکست مواجه می شود. ساخت ابزار را می توان با صرف پول در آن تسریع کرد-اضافه کاری، مواد درجه یک، ظرفیت اختصاصی. توسعه فرآیند را نمی توان فشرده کرد زیرا فیزیک تعیین می کند که آزمایش مواد، مطالعات فرآیند و اجرای صلاحیت چقدر طول می کشد. فولاد با سرعتی که سرد می شود خنک می شود. پلیمر با سرعتی که کریستال می شود، متبلور می شود.
برنامه هایی که با جدول زمانی تهاجمی شروع می شوند، معمولاً دیرتر از برنامه هایی که با جدول زمانی واقعی شروع شده اند، پایان می یابند. برنامه تهاجمی فشاری برای رد شدن از مراحل توسعه فرآیند ایجاد می کند که پس از آن باید در هنگام بروز مشکلات در تولید تکرار شود. ابزاری که دو هفته زودتر ارسال می شود اما قطعاتی با نرخ ضایعات 15 درصد تولید می کند، در واقع جلوتر از برنامه نیست.
جدول زمانی اضطراری برای ابزارهای موجود و واجد شرایط متفاوت است. جابجایی ابزارهای واجد شرایط بین تأسیسات یا شروع مجدد تولید پس از وقفه میتواند در هفتهها اتفاق بیفتد تا ماهها، زیرا توسعه فرآیند قبلاً رخ داده است. برنامه های جدید این گزینه را ندارند.
وقتی قالب گیری تزریقی جواب نمی دهد
برخی از کاربردهای هوافضا بدون توجه به اقتصاد حجم نباید قالب گیری تزریقی شوند.
اجزای دارای افزایش دهنده استرس متمرکز در جهت گیری های غیرقابل پیش بینی در ترموپلاستیک های تقویت شده با الیاف{0}به طور متناقض عمل می کنند. جهت گیری فیبر از الگوهای جریان پیروی می کند که به موقعیت دروازه، هندسه قطعه و سرعت پر شدن بستگی دارد. این قسمت در جایی که الیاف با تنش هماهنگ هستند قوی است و در جایی که الیاف با آن هماهنگ نیستند ضعیف است. پیشبینی و کنترل جهتگیری فیبر نیازمند قابلیتهای شبیهسازی و کنترلهای پردازشی است که هزینه و پیچیدگی را اضافه میکند.
سطوح آب بندی که نیاز به پرداختی فراتر از آنچه قالب گیری می تواند مستقیماً به آن برسد، نیاز به ماشین کاری ثانویه دارند. این ماشینکاری تنش باقیمانده را از فرآیند قالبگیری آزاد میکند و میتواند باعث تغییر ابعادی در ویژگیهایی شود که قبل از ماشینکاری به درستی اندازهگیری شدهاند. ترکیب قالبگیری و ماشینکاری، پشته تحمل را-افزایش میدهد که ماشینکاری خالص یا قالبگیری خالص از آن اجتناب میکند.
قطعاتی که نیاز به مونتاژ پست{0}}قالب با تداخل یا فشار دادن-در درجها دارند، در طول زمان به ثبات ابعادی نیاز دارند که برخی از پلیمرها نمیتوانند آن را فراهم کنند. کاهش خزش و استرس در ترموپلاستیکها باعث میشود که تداخلها در طول ماهها یا سالها از بین بروند. طرح هایی که به طور کامل در آلومینیوم کار می کنند ممکن است برای عملکرد در پلاستیک نیاز به تغییرات اساسی داشته باشند.
تلورانسهای هندسی بسیار تنگ در قطعات بزرگ باعث اختلاف انبساط حرارتی بین پلاستیک و تجهیزات اندازهگیری میشود. یک قطعه پلاستیکی 300 میلی متری که در 20 درجه اندازه گیری می شود در 35 درجه به طور قابل اندازه گیری متفاوت خواهد بود. تعریف شرایط اندازه گیری بخشی از مشخصات ابعادی می شود و همه امکانات بازرسی نمی توانند کنترل های محیطی مورد نیاز را حفظ کنند.
شروع مکالمه
اگر یک پروژه قالبگیری تزریق پلاستیک هوافضا روی میز شما وجود دارد-توسعه جدید، مشکلات تامینکننده موجود، ارزیابی تبدیل فلز{1}}مسیر رو به جلو بستگی به جایی دارد که در این فرآیند هستید.
قبل از اینکه مهندسی مشخصات را نهایی کند،-انتخاب مواد اولیه از ورودی تأمینکننده سود میبرد. پیامدهای تولید انتخاب مواد بر اقتصاد پروژه تأثیر میگذارد، به گونهای که مقایسههای برگه داده نمیتواند نشان دهد. درگیر کردن تامین کنندگان بالقوه در طول انتخاب مواد به جای پس از آن، از تصمیم گیری های مشخصات که مشکلات پایین دستی ایجاد می کند، جلوگیری می کند.
برنامه هایی با طرح های موجود قبل از نقل قول نیاز به ارزیابی قابلیت ساخت دارند. تجزیه و تحلیل DFM مسائلی را شناسایی می کند که در غیر این صورت در حین اشکال زدایی ابزار یا رمپ تولید ظاهر می شوند. هزینه تجزیه و تحلیل در مقایسه با هزینه اصلاح ابزار یا مشکلات کیفیت تولید ناچیز است.
موقعیت های فعلی تامین کننده که کار نمی کنند نیاز به ارزیابی صادقانه از اینکه آیا مشکل با تامین کننده فعلی قابل حل است یا نیاز به صلاحیت منبع جایگزین دارد. گاهی اوقات پاسخ، بهبود فرآیند در تامین کننده موجود است. گاهی اوقات پاسخ با کسی که توانایی مناسب را دارد شروع می شود.
ما همه این موقعیت ها را کنترل می کنیم، اما همه آنها به خوبی با کاری که انجام می دهیم مطابقت ندارند. گفتگوی اولیه مشخص می کند که آیا مطابقت وجود دارد یا خیر. اگر وجود داشته باشد، به نقل قول رسمی می رویم. اگر نباشد می گوییم.
پایه تأمین قالبگیری تزریق پلاستیک هوافضا از قالبگیران کالا که امیدوارند در هوافضا رشد کنند تا تأسیسات تخصصی که منحصراً بر-پردازش پلیمری با کارایی بالا تمرکز دارند، متغیر است. گواهینامه ها به طور قابل اعتمادی بین آنها تمایز قائل نمی شوند. قیمت به طور قابل اعتمادی بین آنها تمایز قائل نمی شود. قابلیت تنها از طریق ارزیابی فنی دقیق یا متأسفانه از طریق مشکلات تولید آشکار می شود.
سؤالات این مقاله چارچوبی برای آن ارزیابی ارائه می دهد. پاسخها تعیین میکنند که آیا یک تامینکننده واقعاً آنچه را که برنامه شما به آن نیاز دارد دارد- یا اینکه پیشنهاد او بیانگر قابلیتی است که هنوز توسعه نداده است.














