در اين مطلب با فرآيند تزريق پلاستيک در ماشين های قالبگيری تزريقی آشنا خواهيد شد.
آشنايی گام به گام با فرآيند تزريق پلاستيک
به گزارش صنايع پلاستيک، تزريق پلاستيک يک تکنولوژي ساخت برای توليد انبوه قطعات پلاستيکی يکسان با خطای پايين است. در اين مطلب آشنايی گام به گام با فرآيند تزريق پلاستيک برای کاربران معمولی و تازه کار، هدف می باشد. البته لازمست با اجزای ماشين تزريق پلاستيک آشنا باشيد، تا در ادامه بتوانيد، که فرآيند تزريق پلاستيک را در انواع گوناگون آن دنبال نماييد.
در تزريق پلاستيک ابتدا گرانول های پليمر ذوب می شوند و سپس تحت فشار به درون يک قالب تزريق مي شوند. پلاستيک مايع درون قالب خنک شده و جامد می شود. مواد اوليه تزريق پلاستيک پليمرهای ترموپلاستيکی هستند که قابليت رنگ آميزی و پر شدن توسط افزودنی های ديگر را دارند.
تقريبا همه قطعات پلاستيکی که به طور روزمره از آنها استفاده می کنيم با استفاده از تکنولوژی تزريق پلاستيک ساخته شده اند: از قطعات خودرو و محفظه دستگاه های الکترونيکی گرفته تا لوازم آشپزخانه.
دليل محبوبيت و استفاده گسترده از تزريق پلاستيک، هزينه بسيار پايين ساخت هر قطعه در تيراژهای بالا است. تزريق پلاستيک تکرار پذيری بالا را در کنار آزادی بالای طراحی ارايه مي کند. محدوديت های اصلی تزريق پلاستيک از نوع اقتصادی هستند چون با اينکه توليد با استفاده از تزريق پلاستيک در تيراژ بالا بسيار به صرفه است، اما در مقابل سرمايه اوليه به نسبت بالايی برای شروع پروسه لازم است. از ديگر محدوديت های تزريق پلاستيک زمان نسبتا بالای رسيدن از طرح به توليد قطعه است(حداقل ? هفته).
در ابتدا مي بينيم قطعات تزريق پلاستيک چگونه ساخته می شوند و تکنولوژی تزريق پلاستيک چگونه کار مي کند. همچنين ويژگی های کلی اين پروسه را که روی طراحی يک قطعه برای تزريق پلاستيک تاثير دارند بررسی می کنيم. در ادامه به طور دقيق تر به مکانيک تکنولوژی تزريق پلاستيک وارد مي شويم، تاثير اين طرز کار روی هزينه های ساخت با اين تکنولوژی را بررسی می کنيم و قابليت های و محدوديت های کليدي آن را بر مي شماريم.
تزريق پلاستيک چگونه کار می کند؟
آشنايی گام به گام با فرآيند تزريق پلاستيک
طرز کار تزريق پلاستيک:
1.ابتدا گرانول های پليمر خشک شده و در قيف قرار داده می شوند. اين گرانول ها در قيف با پودرها و پيگمنت های رنگی و ديگر افزودنی های تقويت کننده ترکيب مي شوند.
2.گرانول ها به بشکه تغذيه وارد می شوند. گرانول ها در بشکه حرارت ديده، با يکديگر ترکيب شده و با يک پيچ چرخان به سمت قالب هدايت می شوند. هندسه پيچ و بشکه به گونه اي بهينه طراحی شده است که به بالا بردن فشار به ميزان لازم و ذوب شدن ماده کمک کند.
3.تلمبه به جلو حرکت کرده و پلاستيک ذوب شده از طريق سيستم چرخنده به قالب تزريق می شود و همه فضای خالی قالب را پر می کند. با پايين آمدن دمای ترموپلاستيک، ماده جامد شده و شکل قالب را به خود می گيرد.
در نهايت قالب گشوده شده و قطعه جامد توسط پين های افشانک به بيرون هل داده می شود، سپس قالب دوباره بسته شده و پروسه برای تزريق قطعه بعدی تکرار می شود.
تکرار اين پروسه مي تواند بسيار سريع انجام شود: چرخه تزريق پلاستيک معمولا بسته به اندازه قطعه مي تواند از ?? تا ?? ثانيه طول بکشد.
پس از آماده شدن محصول، قطعه روی کانواير و يا در يک مخزن نگهدارنده رها می شود. معمولا قطعاتی که با تزريق پلاستيک ساخته می شوند به محض ساخت آماده استفاده بوده و نيازي به طی مراحل پوليش ، پرداخت و پست پروسس ندارند.
قالب گيری تزريقی
يکی از رايج ترين و مهم ترين روشهای ساخت قطعات پلاستيکی، استفاده از ماشين تزريق است.
قالب گيری تزريقی بر فرآيند توليد محصولات پلاستيکی تزريقی – بر مبنای ترموپلاستيک و ترموست‌ها – اطلاق مي‌گردد مواد پس از وارد شدن به سيلندری داغ، ميکس و سپس توسط مارپيچ به داخل کويته‌ی قالب، جايی که قطعه‌ی قالب گيری شده در آن سرد و سخت میگردد، رانده ميشود. پس از طراحي يک قطعه توسط مهندس يا طراح صنعتی، قالب متناسب با قطعه توسط قالب‌ساز ساخته میشود. قالب‌های تزريق عموماً از فولاد يا آلومينيوم و طی ماشين‌کاری دقيقی ساخته شده تا منعکس‌کننده‌ی ويژگی های قطعه طراحي‌شده باشند. قالبگيري تزريق به منظور توليد طيف وسيع محصولات از کوچکترين اشياء تا بدنه کامل اتوموبيل‌ها، مورد استفاده قرار مي‌گيرد.
ماشين‌آلات تزريق
دستگاه‌های تزريق پلاستيک متشکل از قيف تغذيه، مته‌ی مارپيچی تزريق و واحد حرارتی می باشند. قالب‌ها در صفحات گيره‌ی دستگاه قفل شده و سپس پلاستيک از دهانه اسپرو به قالب داخل و قطعه تزريقی ايجاد می گردد.
دستگاه‌های تزريق بسته به ميزان نيروی اعمالی صفحات گيره‌ی آنها به تناژهای مختلف تقسيم‌بندی می شوند. اين نيرو، قالب را هنگام فرآيند تزريق ثابت و بی حرکت نگاه می دارد. تناژِ دستگاه می تواند محدوده‌ایی مابين ? تا ???? تن را در بر گرفته و البته تناژهای بسيار بالا از کاربرد نسبتاً کمتری برخوردار می باشند. نيروی گيره‌ی موردنياز توسط مساحت تصوير‌شده‌ی قطعه تعيين می گردد. سپس، به ازای هر اينچ‌مربع از اين ناحيه تصوير‌شده، ضريبی مابين ? تا ? تن در آن ضرب شده و نيروی گيره موردنياز حاصل می گردد. به عنوان قاعده‌‌ای کلی، ? يا ? تن بر اينچ‌مربع عددی قابل قبول برای اکثريت قطعات تزريقی محسوب ميشود. اگر پلاستيک مورد استفاده بسيار خشک باشد، به فشار تزريق بيشتری براي پر نمودن قالب نياز خواهيم داشت و نتيجتاً نيروي گيره بالاتری نيز برای نگاه داشتن قالب مد نظر خواهد بود. همچنين، نيروی گيره‌ی مورد نياز ممکن است به واسطه‌ی نوع مواد مصرفي و ابعاد قطعه تعيين گردد: قطعات پلاستيکی بزرگتر نيروی گيره‌ی بيشتری را نياز خواهند داشت.
سيکل فرآيند توليد
سيکل توليد در فرآيند تزريق پلاستيک بسيار کوتاه و معمولا در حدود ? ثانيه تا ? دقيقه به طول می انجامد. اين فرآيند شامل مراحل زير مي‌باشد:
بستن
پيش از تزريق مواد به داخل قالب، ابتدا دو نيمه‌ي قالب میی بايست توسط واحد گيره به يکديگر قفل شوند. هر دو نيمه‌ی قالب به دستگاه متصل‌اند ولی تنها يکی از آن دو می تواند از قابليت حرکت برخوردار باشد. واحد گيره با اتکا به نيروی هيدروليکی، دو نيمه‌ی قالب را به يکديگر فشرده و با اِعمال فشار کافي آنها را در طی روند تزريق ثابت و بی حرکت نگاه می دارد.
زمان مورد نياز جهت بستن و فشردن دو نيمه‌ی قالب بسته به دستگاه مورداستفاده متغير است: دستگاه‌های بزرگ (آنهايي که از نيروی گيره‌ی بالاتری برخوردارند) زمان بيشتري نياز خواهند داشت. اين زمان را مي‌توان با توجه به زمان چرخه‌ی بی بارِ دستگاه مورد ارزيابی قرار داد.
تزريق
مواد پلاستيکی خام معمولا به شکل تکه‌های پلاستيک به دستگاه وارد و توسط واحد تزريق به سمت قالب رانده می شود. در حين اين فرآيند، مواد به واسطه اِعمال حرارت و فشار ذوب و سريعا به داخل قالب تزريق وارد می گردد. تجمع فشار پشت مواد، تراکم هر چه بيشتر آن در فضای داخلی قالب را در پی خواهد داشت. مقدار مواد لازم جهت پر نمودن کامل فضای قالب اصطلاحا شات ناميده ميشود. به دليل جريان پيچيده و متغير مواد در قالب، عموما محاسبه و تخمين زمان تزريق دشوار می باشد. با اين حال، اين زمان می تواند با لحاظ نمودن حجم شات موردنياز، فشار و قدرت تزريق، مورد ارزيابی قرار گيرد.
خنک‌کاری
مواد مذاب درون قالب به محض تماس با سطح داخلی آن، حرارت خود را به تدريج از دست خواهد داد. همزمان با اين خنک‌شدن، مواد شکل و حالت قطعه مورد نظر را به خود خواهد گرفت. اگرچه، در اين مدت ممکن است پديده‌ی کوچک شدن قطعه نيز به وقوع پيوندد. تجمع و جريان بيشتر مواد به قالب در مرحله تزريق، می تواند مقدار کوچک‌شدنِ قابل مشاهده را کاهش دهد. قالب تا پايان مدت‌زمان خنک‌کاری به صورت قفل و بی حرکت باقی می ماند. همچنين، زمان خنک‌کاري با در نظر گرفتن خواص ترموديناميک پلاستيک و نيز حداکثر ضخامت قطعه قابل تخمين خواهد بود.
خروج قطعه
پس از گذشتن زمان کافی، قطعه سردشده می تواند توسط سيستم پرانِ تعبيه شده در نيمه‌ی پشتی قالب، از درون آن خارج گردد. هنگامی که قالب باز می گردد، مکانيزمی خاص با اِعمال فشار برای بيرون راندن قطعه وارد عمل ميشود. نياز به اين اِعمال فشار بدان جهت است که قطعه در حين سرد شدن کوچک‌تر و به هسته‌ی اصلی قالب جذب ميشود. جهت تسهيل بيرون راندن قطعه، گاها پيش از عمليات تزريق، از اسپری کردن عنصری کمکی به فضای داخلی کويته‌ی قالب استفاده مي‌گردد. زمان موردنياز جهت باز شدن قالب و نيز بيرون راندن کامل قطعه می تواند از زمان چرخه‌ی بی بارِ دستگاه تخمين زده شود. پس از بيرون راندن قطعه، قالب مجدداً قفل و براي تزريق شات بعدی آماده می گردد.
قالب گيری بادی
قالبگيری بادی يک فرايند توليد است که در توليد قطعات پلاستيکی توخالی مانند بطری های پلاستيکی به کار ميرود. قالبگيری بادی به سه صورت انجام ميشود: قالبگيری بادی اکستروژن، قالبگيری بادی تزريقی، قالبگيری بادی تزريق کششی.
فرايند قالبگيری بادی با گرم کردن پلاستيک و ايجاد لقمه اوليه آغاز می شود، لقمه اوليه به صورت يه استوانه يک سر آزاد دارای رزوه است که هوا می تواند از آن عبور کند، سپس لقمه داخل قالب قرار می گيرد و باد در آن دميده می شود، فشار باد پلاستيک را هل داده و به ديواره قالب می چسباند، پس از خنک شدن پلاستيک و سرد شدن آن قالب باز شده و قطعه خارج می شود. در دو روش ديگر لقمه از تزريق در قالب مخصوص ايجاد ميشود در مرحله دميده شدن روش آخر يعنی قالبگيری بادی تزريقی کششي يک ميله لقمه گرم شده را ميکشد و در همين حال هوا در آن دميده می شود.
انواع قالب گيری بادی
1. قالب گيری بادی اکستروژن
2. قالب گيری بادی تزريقی
3. قالب گيری بادی کشش تزريقی
قالب گيری بادی اکستروژن
در اين روش پلاستيک ذوب شده و سپس به شکل لقمه اکسترود می شود سپس اين لقمه به داخل قالب رفته و باد داخل آن با فشار دميده می شود، پس از سرد شدن قالب باز شده و قطعه خارج می شود. اين فرايند به دو صورت انجام می شود يکی پيوسته و يکی متناوب، در فرايند پيوسته گرانول‌های پلاستيک به طور پيوسته اکسترود شده و لقمه‌های اوليه توليد می شود، سپس وارد قالب شده و در آنها هوا با فشار دميده می شود. در فرايند متناوب ابتدا رزوه بالای لقمه ايجاد شده سپس با تزريق لقمه ايجاد می شود و سپس در آن دميده ميشود. در قالبگيری پيوسته وزن لقمه باعث تغيير ضخامت آن می شود و يجاد ضخامت يکنواخت را دشوار می سازد، براي حل اين مشکل با سيستم‌های هيدروليکی به سرعت لقمه را از قالب خارج می کنند تا اثر وزن بر روي ضخامت ديواره‌ها حداقل شود.
براي مثال بطری های شير، بطری های شامپو و آب پاش‌ها با اين روش توليد مي‌شوند.
مزيت اين روش هزينه پايين ابزار آن، سرعت توليد بالا و قابليت ايجاد قطعات پيچيده است.
معايب اين روش محدود بودن به قطعات تو داخلي و استحکام پايين قطعات توليدي است
قالب گيري بادي تزريقي
اين روش براي توليد انبوه قطعات تو داخلي شيشه‌اي و پلاستيکي به کار ميرود. در اين روش لقمه اوليه با تزريق درست شده و سپس باد داخل آن دميده ميشود، اين روش کمتر از بقيه روش‌هاي قالبگيري بادي استفاده ميشود و بيشتر براي توليد ظروف يکبار مصرف داروها به کار ميرود. به طور خلاصه اين فرايند به ? بخش: تزريق، دميدن، بيرون انداختن.
در اين فرايند ابتدا گرانول‌هاي پليمر در اکسترودر ذوب شده سپس با يک نازل داخل يک قالب تزريق ميشود و لقمه ايجاد ميشود سپس اين لقمه از قالب خارج شده و داخل قالبي ديگر قرار مي‌گيرد تا باد در آن دميده شود، پس از سرد شدن قالب باز شده و قطعه خارج ميشود.
قطعه نهايي با توجه به اندازه خود مي‌تواند از ? تا ?? حفره داشته باشد. براي خارج کردن قطعه از قالب معمولاً از ? پين پران استفاده ميشود.
مزايا: دقت بالا
معايب: بيشتر در توليد بطري‌هاي کوچک استفاده ميشود زيرا کنترل فرايند دميدن در ابعاد بزرگ دشوار است، به علت کشيده شدن پلاستيک، قطعات توليد شده استحکام بالايي ندارد.
پيش از تزريق مواد به داخل قالب، ابتدا دو نيمه‌ي قالب مي‌بايست توسط واحد گيره به يکديگر قفل شوند. هر دو نيمه‌ي قالب به دستگاه متصل‌اند ولي تنها يکي از آن دو مي‌تواند از قابليت حرکت برخوردار باشد. واحد گيره با اتکا به نيروي هيدروليکي، دو نيمه‌ي قالب را به يکديگر فشرده و با اِعمال فشار کافي آنها را در طي روند تزريق ثابت و بي‌حرکت نگاه مي‌دارد.