آشنایی گام‌به‌گام با فرآیند تزریق پلاستیک

تزریق پلاستیک یک تکنولوژی ساخت برای تولید انبوه قطعات پلاستیکی یکسان با خطای پایین است. لازمست با اجزای ماشین تزریق پلاستیک آشنا باشید، تا در ادامه بتوانید، که فرآیند تزریق پلاستیک را در انواع گوناگون آن دنبال نمایید. در تزریق پلاستیک ابتدا گرانول های پلیمر ذوب می شوند و سپس تحت فشار به درون یک قالب تزریق می شوند. پلاستیک مایع درون قالب خنک شده و جامد می شود. مواد اولیه تزریق پلاستیک پلیمرهای ترموپلاستیکی هستند که قابلیت رنگ آمیزی و پر شدن توسط افزودنی های دیگر را دارند. تقریبا همه قطعات پلاستیکی که به طور روزمره از آنها استفاده می کنیم با استفاده از تکنولوژی تزریق پلاستیک ساخته شده اند: از قطعات خودرو و محفظه دستگاه های الکترونیکی گرفته تا لوازم آشپزخانه. دلیل محبوبیت و استفاده گسترده از تزریق پلاستیک، هزینه بسیار پایین ساخت هر قطعه در تیراژهای بالا است. تزریق پلاستیک تکرار پذیری بالا را در کنار آزادی بالای طراحی ارایه می کند. محدودیت های اصلی تزریق پلاستیک از نوع اقتصادی هستند چون با اینکه تولید با استفاده از تزریق پلاستیک در تیراژ بالا بسیار به صرفه است، اما در مقابل سرمایه اولیه به نسبت بالایی برای شروع پروسه لازم است. از دیگر محدودیت های تزریق پلاستیک زمان نسبتا بالای رسیدن از طرح به تولید قطعه است(حداقل ۴ هفته) در ابتدا می بینیم قطعات تزریق پلاستیک چگونه ساخته می شوند و تکنولوژی تزریق پلاستیک چگونه کار می کند. در ادامه به طور دقیق تر به مکانیک تکنولوژی تزریق پلاستیک وارد می شویم ، تاثیر این طرز کار روی هزینه های ساخت با این تکنولوژی را بررسی می کنیم و قابلیت های و محدودیت های کلیدی آن را بر می شماریم.

تزریق پلاستیک چگونه کار می کند؟

۱.ابتدا گرانول های پلیمر خشک شده و در قیف قرار داده می شوند. این گرانول ها در قیف با پودرها و پیگمنت های رنگی و دیگر افزودنی های تقویت کننده ترکیب می شوند.

۲.گرانول ها به بشکه تغذیه وارد می شوند. گرانول ها در بشکه حرارت دیده،با یکدیگر ترکیب شده و با یک پیچ چرخان به سمت قالب هدایت می شوند. هندسه پیچ و بشکه به گونه ای بهینه طراحی شده است که به بالا بردن فشار به میزان لازم و ذوب شدن ماده کمک کند.

۳.تلمبه به جلو حرکت کرده و پلاستیک ذوب شده از طریق سیستم چرخنده به قالب تزریق می شود و همه فضای خالی قالب را پر می کند. با پایین آمدن دمای ترموپلاستیک، ماده جامد شده و شکل قالب را به خود می گیرد

در نهایت قالب گشوده شده و قطعه جامد توسط پین های افشانک به بیرون هل داده می شود، سپس قالب دوباره بسته شده و پروسه برای تزریق قطعه بعدی تکرار می شود.

تکرار این پروسه می تواند بسیار سریع انجام شود: چرخه تزریق پلاستیک معمولا بسته به اندازه قطعه می تواند از ۳۰ تا ۹۰ ثانیه طول بکشد. پس از آماده شدن محصول، قطعه روی کانوایر و یا در یک مخزن نگهدارنده رها می شود. معمولا قطعاتی که با تزریق پلاستیک ساخته می شوند به محض ساخت آماده استفاده بوده و نیازی به طی مراحل پولیش ، پرداخت و پس پروسس ندارند.

قالب گیری تزریقی

یکی از رایج ترین و مهم ترین روشهای ساخت قطعات پلاستیکی، استفاده از ماشین تزریق است. قالب گیری تزریقی بر فرآیند تولید محصولات پلاستیکی تزریقی – بر مبنای ترموپلاستیک و ترموست‌ها – اطلاق می‌گردد مواد پس از وارد شدن به سیلندری داغ، میکس و سپس توسط مارپیچ به داخل کویته‌ی قالب، جایی که قطعه‌ی قالب گیری شده در آن سرد و سخت می‌گردد، رانده می‌شود. پس از طراحی یک قطعه توسط مهندس یا طراح صنعتی، قالب متناسب با قطعه توسط قالب‌ساز ساخته می‌شود. قالب‌های تزریق عموماً از فولاد یا آلومینیوم و طی ماشین‌کاریِ دقیقی ساخته شده تا منعکس‌کننده‌ی ویژگی‌های قطعه طراحی‌شده باشند. قالب‌گیری تزریق به منظور تولید طیف وسیع محصولات از کوچکترین اشیاء تا بدنه کامل اتومبیل‌ها، مورد استفاده قرار می‌گیرد.

ماشین‌آلات تزریق

دستگاه‌های تزریق پلاستیک متشکل از قیف تغذیه، مته‌ی مارپیچی تزریق و واحد حرارتی می‌باشند. قالب‌ها در صفحات گیره‌ی دستگاه قفل شده و سپس پلاستیک از دهانه اسپرو به قالب داخل و قطعه تزریقی ایجاد می‌گردد. دستگاه‌های تزریق بسته به میزان نیروی اعمالی صفحات گیره‌ی آنها به تناژهای مختلف تقسیم‌بندی می‌شوند. این نیرو، قالب را هنگام فرآیند تزریق ثابت و بی‌حرکت نگاه می‌دارد. تناژِ دستگاه می‌تواند محدوده‌ای مابین ۵ تا ۶۰۰۰ تن را در بر گرفته و البته تناژهای بسیار بالا از کاربرد نسبتاً کمتری برخوردار می‌باشند. نیروی گیره‌ی موردنیاز توسط مساحت تصویر‌شده‌ی قطعه تعیین می‌گردد. سپس، به ازای هر اینچ‌مربع از این ناحیه تصویر‌شده، ضریبی مابین ۲ تا ۸ تن در آن ضرب شده و نیروی گیره موردنیاز حاصل می‌گردد. به عنوان قاعده‌‌ای کلی، ۴ یا ۵ تن بر اینچ‌مربع عددی قابل قبول برای اکثریت قطعات تزریقی محسوب می‌شود. اگر پلاستیک مورد استفاده بسیار خشک باشد، به فشار تزریق بیشتری برای پر نمودن قالب نیاز خواهیم داشت و نتیجتاً نیروی گیره بالاتری نیز برای نگاه داشتن قالب مد نظر خواهد بود. همچنین، نیروی گیره‌ی مورد نیاز ممکن است به واسطه‌ی نوع مواد مصرفی و ابعاد قطعه تعیین گردد: قطعات پلاستیکی بزرگتر نیروی گیره‌ی بیشتری را نیاز خواهند داشت

سیکل فرآیند تولید

سیکل تولید در فرآیند تزریق پلاستیک بسیار کوتاه و معمولا در حدود ۲ ثانیه تا ۲ دقیقه به طول می‌انجامد. این فرآیند شامل مراحل زیر می‌باشد:

بستن

پیش از تزریق مواد به داخل قالب، ابتدا دو نیمه‌ی قالب می‌بایست توسط واحد گیره به یکدیگر قفل شوند. هر دو نیمه‌ی قالب به دستگاه متصل‌اند ولی تنها یکی از آن‌ دو می‌تواند از قابلیت حرکت برخوردار باشد. واحد گیره با اتکا به نیروی هیدرولیکی، دو نیمه‌ی قالب را به یکدیگر فشرده و با اِعمال فشار کافی آن‌ها را در طی روند تزریق ثابت و بی‌حرکت نگاه می‌دارد. زمان مورد نیاز جهت بستن و فشردن دو نیمه‌ی قالب بسته به دستگاه مورداستفاده متغیر است: دستگاه‌های بزرگ (آنهایی که از نیروی گیره‌ی بالاتری برخوردارند) زمان بیشتری نیاز خواهند داشت. این زمان را می‌توان با توجه به زمان چرخه‌ی بی‌بارِ دستگاه مورد ارزیابی قرار داد.

تزریق

مواد پلاستیکی خام معمولا به شکل تکه‌های پلاستیک به دستگاه وارد و توسط واحد تزریق به سمت قالب رانده می‌شود. در حین این فرآیند، مواد به واسطه اِعمال حرارت و فشار ذوب و سریعا به داخل قالب تزریق وارد می‌گردد. تجمع فشار پشت مواد، تراکم هرچه‌بیشتر آن در فضای داخلی قالب را در پی خواهد داشت. مقدار مواد لازم جهت پر نمودن کامل فضای قالب اصطلاحا شات نامیده می‌شود. به دلیل جریان پیچیده و متغیر مواد در قالب، عموما محاسبه و تخمین زمان تزریق دشوار می‌باشد. با این حال، این زمان می‌تواند با لحاظ نمودن حجم شات موردنیاز، فشار و قدرت تزریق، مورد ارزیابی قرار گیرد.

خنک‌کاری

مواد مذاب درون قالب به محض تماس با سطح داخلی آن، حرارت خود را به تدریج از دست خواهد داد. همزمان با این خنک‌شدن، مواد شکل و حالت قطعه موردنظر را به خود خواهد گرفت. اگرچه، در این مدت ممکن است پدیده‌ی کوچک‌شدن قطعه نیز به قوع پیوندد. تجمع و جریان بیشتر مواد به قالب در مرحله تزریق، می‌تواند مقدار کوچک‌شدنِ قابل مشاهده را کاهش دهد. قالب تا پایان مدت‌زمان خنک‌کاری به صورت قفل و بی‌حرکت باقی می‌ماند. همچنین، زمان خنک‌کاری با در نظر گرفتن خواص ترمودینامیک پلاستیک و نیز حداکثر ضخامت قطعه قابل تخمین خواهد بود.

خروج قطعه

پس از گذشتن زمان کافی، قطعه سردشده می‌تواند توسط سیستم پرانِ تعبیه شده در نیمه‌ی پشتی قالب، از درون آن خارج گردد. هنگامی که قالب باز می‌گردد، مکانیزمی خاص با اِعمال فشار برای بیرون راندن قطعه وارد عمل می‌شود. نیاز به این اِعمال فشار بدان جهت است که قطعه در حین سرد شدن کوچک‌تر و به هسته‌ی اصلی قالب جذب می‌شود. جهت تسهیل بیرون راندن قطعه، گاها پیش از عملیات تزریق، از اسپری کردن عنصری کمکی به فضای داخلی کویته‌ی قالب استفاده می‌گردد. زمان موردنیاز جهت باز شدن قالب و نیز بیرون راندن کامل قطعه می‌تواند از زمان چرخه‌ی بی‌بارِ دستگاه تخمین زده شود. پس از بیرون راندن قطعه، قالب مجدداً قفل و برای تزریق شات بعدی آماده می‌گردد