آشنایی با قالب تزریق پلاستیک راهگاه سرد و گرم
از زمان معرفی قالب تزریق پلاستیک (پلی‌اتیلن ۵۲۵۱۸) در اواخر قرن نوزدهم، این قالب انقلاب بزرگی در زمینه ساخت محصولات پلاستیک ایجاد کرد. دستگاه‌های اولیه تزریق پلاستیک در مقایسه با ماشین‌آلات امروزی اجزای کمتری داشتند و ساده‌تر بودند. در ابتدا از این فناوری برای ساخت توپ بیلیارد، فرم‌دهنده یقه پیراهن، دکمه و شانه‌های جیبی استفاده می‌شد؛ اما در طول جنگ جهانی دوم و به‌واسطه بالا رفتن تقاضا، قالب‌های تزریق پلاستیک رشد چشمگیری کردند.
در اواسط قرن بیستم و اختراع دستگاه تزریق مارپیچی، تحول بزرگی در این صنعت ایجاد شد و امروزه حتی در ساخت قطعات پلاستیکی خودروها نیز از روش تزریق پلاستیک (پلی‌اتیلن 62N07) استفاده می‌شود. اگرچه این فناوری پیشرفت قابل توجهی در سال‌های اخیر داشته است؛ اما امروزه معمولاً از دو نوع قالب تزریق پلاستیک راهگاه سرد و راهگاه گرم به‌عنوان قالب‌های تزریق استفاده می‌شود.
هر یک از این سیستم‌ها مزایا و معایب خود را دارند که موجب می‌شود از آنها برای کاربردهای خاص استفاده شود. قالب‌های تزریق پلاستیک انتخاب بسیار خوبی برای ساخت قطعات هستند؛ اما، درک مفاهیم و تفاوت بین این فناوری‌ها می‌تواند به شما در استفاده آگاهانه‌تر و سازنده‌تر از این قالب‌ها کمک کند.
استفاده از سیستم‌های تزریق پلاستیک راهگاه گرم در قالب‌گیری تزریقی پلاستیک نزدیک به پنجاه سال قدمت دارد و از اواخر دهه نود میلادی کاربرد آنها از سیستم تزریق پلاستیک راهگاه سرد پیشی گرفت. در صنعت قالب‌گیری تزریقی (پلی‌اتیلن ۱۹۲۲) معمولاً شرکت‌هایی که از سیستم راهگاه گرم استفاده می‌کنند، پیشرفته‌تر از شرکت‌هایی هستند که سیستم راهگاه سرد را به‌کار می‌برند؛ اما غالبا فروشگاه‌ها بدون در نظر گرفتن هزینه‌ها و مزایای احتمالی راهگاه سرد، سیستم تزریق پلاستیک راهگاه گرم را انتخاب می‌کنند.
طی فرایند قالب‌گیری تزریقی، پلاستیک مذاب از میان سیستم راهگاه دستگاه قالب‌گیری حرکت می‌کند و به حفره یا حفره‌هایی می‌ریزد. اگر گرمای سیستم راهگاه به اندازه‌ای باشد که دمای پلاستیک بالاتر از دمای ذوبش باقی بماند، به این قالب، قالب تزریق پلاستیک راهگاه گرم می‌گویند. اگر سیستم راهگاه با حفره‌هایی، قالب گرفته و خنک شود، به آن قالب تزریق پلاستیک راهگاه سرد می‌گویند. گاهی نیز از سیستم ترکیبی استفاده می‌شود. در این مقاله به معرفی سیستم‌های تزریق پلاستیک راهگاه سرد و گرم، مزایا و معایب استفاده از آنها پرداخته می‌شود.
قالب تزریق پلاستیک راهگاه سرد
در واقع راهگاه به کانالی اطلاق می‌شود که در طی فرایند تزریق پلاستیک، جریان پلاستیک مذاب را از خروجی بوش تزریق (sprue) به سمت حفره‌ها هدایت می‌کند. در قالب تزریق پلاستیک راهگاه سرد، فرایند خنک‌سازی در راهگاه انجام می‌شود و بعد از هر دوره تزریق، راهگاه منجمد به همراه قطعه‌ی تولیدشده از قالب بیرون می‌پرد.
قالب‌های تزریق پلاستیک راهگاه سرد معمولاً از دو یا سه صفحه تشکیل شده‌اند، ترموپلاستیک مذاب ابتدا از طریق یک نازل به داخل قالبی تزریق می‌شود که شبکه‌های راهگاهی را که به حفره‌های قالب منتهی می‌شوند، پر می‌کند. در سیستم تزریق پلاستیک راهگاه سرد، راهگاه‌ها گرم نیستند و به شکل یک سیستم تحویل‌دهنده عمل می‌کنند که پلاستیک مذاب را به داخل حفره‌های قالب می‌فرستند. در این سیستم خروجی بوش تزریق، راهگاه، دروازه و قسمت قالب‌گیری توسط راهگاه سرد، خنک می‌شوند.
در قالب‌های دو صفحه‌ای، خروجی بوش تزریق و سیستم راهگاه به محصول نهایی می‌چسبد؛ سپس برای جدا کردن جزء قالب‌گیری شده از نیمه مرکزی قالب، از یک سیستم دفع‌کننده استفاده می‌شود. در قالب‌های سه صفحه‌ای، یک صفحه بیرون‌انداز که خروجی بوش تزریق را در بردارد، ترموپلاستیک مذاب را به حفره‌های راهگاه که در یک صفحه جداگانه هستند، می‌رساند. قسمت قالب‌گیری شده نهایی بدون این که به راهگاه یا دروازه بچسبد، روی نیمه اصلی صفحه، شکل داده و سرد می‌شود. سیستم قالب سه صفحه‌ای به‌صورت خودکار راهگاه را از قطعه جدا می‌کند. در هر دو سیستم دو صفحه‌ای و سه صفحه‌ای، ممکن است راهگاه، بازیابی و بازیافت شود؛ در نتیجه، میزان ضایعات پلاستیکی کاهش می‌یابد.
مزیت استفاده از راهگاه سرد
- مقرون‌به‌صرفه؛
- نگهداری آسان؛
- گزینه‌های طراحی منعطف و قابل تغییر؛
- سرعت در تغییر رنگ؛
- نداشتن محدودیت در انواع مختلف پلیمر؛
- قابلیت استفاده برای طیف وسیعی از مواد پلاستیکی.
مشکل استفاده از راهگاه سرد
- جداسازی دستی یا خودکار راهگاه از قطعات تولیدشده؛
- بازیابی و بازیافت سیستم راهگاه و هدر رفتن زمان؛
- هدر رفتن سیستم راهگاه در صورت عدم استفاده از مواد بازیابی؛
- ایجاد ضایعات؛
- طولانی بودن چرخه تولید.
قالب تزریق پلاستیک راهگاه گرم
قالب‌های تزریق پلاستیک (مواد اولیه پلاستیک) راهگاه گرم از دو صفحه تشکیل شده‌اند که با سیستم منیفولد گرم می‌شوند. منیفولد از طریق نگه داشتن ترموپلاستیک مذاب در راهگاه‌ها در همان دمای سیلندر گرم‌کننده، باعث می‌شود که درجه حرارت ثابت بماند. راهگاه‌های گرم شده، پلاستیک مذاب را به نازل‌هایی می‌فرستند تا قالب مرکزی را پرکنند و قسمت نهایی را شکل دهند.
سیستم تزریق راهگاه گرم در صفحه‌ای جداگانه قرار دارد. این صفحه در طول چرخه قالب‌گیری ثابت است. در انتهای فرایند، صفحه قالب‌گیری مرکزی باز می‌شود تا قطعه قالب‌گیری شده بدون این که به راهگاهی بچسبد، خارج شود. در این سیستم هیچ‌گونه ضایعاتی تولید نمی‌شود و نیاز به بازیابی و بازیافت ندارد. همچنین حذف راهگاه در سیستم تزریق پلاستیک راهگاه گرم به معنای صرفه‌جویی در زمان خنک شدن راهگاه است؛ چرا که گاهی زمان لازم برای خنک شدن راهگاه در سیستم تزریق پلاستیک راهگاه سرد طولانی‌تر از زمان لازم برای خنک شدن قطعات است.
انواع مختلفی از سیستم‌های تزریق پلاستیک راهگاه گرم وجود دارد؛ اما به طور کلی آنها به دو دسته اصلی تقسیم می‌شوند؛ سیستم راهگاه گرم دارای گرمکن خارجی و گرمکن داخلی. سیستم‌های دارای گرمکن خارجی کنترل دقیق‌تری روی دمای قالب دارند و برای پلیمرهایی که به تغییرات گرمایی حساس هستند، بسیار مناسب هستند. سیستم‌های دارای گرمکن داخلی، کنترل جریان بهتری را ارائه می‌دهند.
راهگاهی به نام راهگاه عایق در برخی از این سیستم‌ها وجود دارد که در آنها عایق به جای گرما، پلاستیک را در حالت مذاب نگه می‌دارد. این سیستم فقط می‌تواند چند نوع پلاستیک را در خود جای دهد و به‌طور خاص برای پلیمرهای نیمه‌کریستال که قابلیت رسانایی گرمایی کمتری دارند، استفاده می‌شوند.
مزیت استفاده از راهگاه گرم
- سرعت در چرخه؛
- کیفیت پایدار؛
- ضایعات بسیار کم؛
- ایده‌آل برای قطعات بزرگ و حجیم.
مشکل استفاده از راهگاه گرم
- هزینه بالای خرید و نگهداری؛
- نامناسب برای برخی از پلیمرهای حساس به حرارت؛
- دشواری در ایجاد تغییر رنگ؛
- قیمت بالای قالب.
مقایسه سیستم تزریق پلاستیک راهگاه سرد و گرم
به‌طور معمول سیستم‌های تزریق پلاستیک (پلی‌اتیلن ۲۱۰۲) راهگاه سرد نسبت به نمونه‌های گرم، مقرون به‌صرفه‌تر هستند. کل هزینه یک کالای قالب‌ریزی شده و هزینه‌های عمومی نگهداری در سیستم تزریق پلاستیک راهگاه سرد کمتر است و مجموع آنها موجب پایین آمدن هزینه کلی می‌شود. در سیستم راهگاه سرد طیف گسترده‌ای از ترموپلاستیک‌های مهندسی و کالاهای مصرفی تولید می‌شود. علاوه بر این، راهگاه‌های سرد نسبت به راهگاه‌های گرم انعطاف‌پذیری بیشتری دارند؛ زیرا در آنها جایگاه، راهگاه‌ها و دروازه‌ها قابل تغییر و ارتقاء هستند و به‌موجب آن می‌توان به سرعت تغییراتی در طراحی ایجاد کرد.
با این‌حال یکی از معایب مهم سیستم تزریق راهگاه سرد، خارج کردن راهگاه است. در سیستم‌های دو صفحه‌ای سرد، بعد از هر دور باید راهگاه را به‌صورت دستی از قسمت تولید شده جدا کرد. اگر این راهگاه‌ها بازیابی و بازیافت نشوند، بعد از هر دور تولید، مواد پلاستیکی به هدر می‌روند. گذشته از این، برداشت خروجی بوش تزریق، راهگاه‌ها و مدت زمانی که برای بازیافت هر راهگاه گذاشته می‌شود، موجب افزایش زمان چرخه می‌شود؛ در نتیجه، زمان تولید در سیستم تزریق پلاستیک راهگاه سرد طولانی‌تر از سیستم تزریق پلاستیک راهگاه گرم است.
در مقایسه با سیستم راهگاه سرد، زمان چرخه در این سیستم تزریق راهگاه گرم بسیار سریع‌تر است. حذف راهگاه‌ها باعث کم شدن فعالیت‌های پس از تولید مثل برداشت خروجی بوش تزریق و راهگاه، بازیابی و بازیافت می‌شود. همچنین نبودن راهگاه‌ها موجب کاهش ضایعات احتمالی طی فرایند قالب‌گیری می‌شود. در این سیستم نیازی به دستگاه‌های خودکار برای حذف راهگاه‌ها نیست؛ این امر به کاهش کلی هزینه‌ها و افزایش فرایند اتوماسیون قالب کمک می‌کند.
از آنجایی که هر راهگاه از یک قالب اختصاصی تغذیه می‌کند، در سیستم تزریق پلاستیک راهگاه گرم امکان ساخت قطعات بزرگ‌تر وجود دارد. هزینه ابزار در سیستم راهگاه گرم بالاتر است و در نتیجه هزینه قطعات تولید شده و هزینه کلی فرایند تولید نسبت به سیستم تزریق پلاستیک راهگاه سرد بیشتر می‌شود. تجهیزات سیستم تزریق راهگاه گرم پیچیده‌تر هستند و به بازرسی و نگهداری دقیق‌تری نیاز دارند و این منجر به بالا رفتن هزینه‌های نگهداری می‌شود.
در پایان باید توجه داشت که قالب تزریق پلاستیک راهگاه سرد و راهگاه گرم دارای محدودیت‌ها و مزایایی هستند و تولیدکنندگان می‌توانند با بررسی این سیستم‌ها و براساس سازگاری آنها با مواد مختلف، بودجه و سایر عوامل تصمیم به استفاده از هر یک از این سیستم‌ها بگیرند. در صورتی که تولیدکننده، هزینه بالای قالب‌های تزریق پلاستیک راهگاه گرم را در نظر نگیرد، می‌تواند در زمانی کوتاه محصولی با ضایعات کمتر تولید کند.
دستگاه‌های تزریق، کار تولیدکنندگان را تا حد زیادی ساده کرده‌اند، اما با وجود اتوماتیک شدن دستگاه‌ها، هنوز هم مشکلاتی وجود دارند که می‌توانند به روش‌های گوناگونی روی محصول نهایی شما تأثیر بگذارند.
اما شما می‌توانید با شناسایی این مشکلات و دلیل پیدایش آنها تا حد زیادی جلوی این اتفاق ناخوشایند را بگیرید.
مشکلات تزریق پلاستیک به شکل‌های گوناگونی بروز می‌کنند که رایج‌ترین آنها عبارتند از:
خطوط جریان Flow Lines
به وجود آمدن خطوط جریان روی قطعه پلاستیکی یکی از شایع‌ترین مشکلات تزریق است. در این حالت خطوطی موج‌دار روی پلاستیک به وجود میآید که ردی شبیه به پرش قورباغه از خود به جا می‌گذارد. خطوط جریان معمولاً به سه دلیل عمده ایجاد می‌شوند:
- پایین بودن بیش از حد دمای مواد پلاستیکی و همچنین قالب شکل‌گیری قطعه؛
- پایین بودن بیش از حد سرعت و فشار تزریق مواد به داخل قالب؛
- شتاب بالای پر شدن قالب، به دلیل شکل خاص و متفاوت محصول.
حال چگونه می‌توان از ایجاد خطوط جریان در قطعات پلاستیکی تولید شده جلوگیری کرد؟ راهکارهایی برای مقابله با این نقص وجود دارد که در ادامه آنها را به شما معرفی می‌کنیم:
- افزایش اندازه چاه‌های خنک‌کننده در کانال عبور مواد پلاستیک؛
- افزایش اندازه معبرها و دریچه‌ها؛
- کوتاه کردن کانال اصلی یا تغییر مسیر به معابر داغ؛
- افزایش سرعت تزریق؛
- افزایش فشار تزریق؛
- افزایش زمان نگهداری فشار؛
- افزایش دمای قالب و مواد تزریق.
پدیده فرو رفتگی در قطعه یکی دیگر از مشکلات تزریق پلاستیک است. همانطور که از نام این مشکل پیداست، در این حالت بدنه قطعه پلاستیکی دچار فرو رفتگی می‌شود. فرو رفتگی در قطعات پلاستیکی اغلب به چهار دلیل زیر اتفاق می‌افتد:
- پایین بودن بیش از حد فشار تزریق پلاستیک یا نگهداری فشار؛
- کوتاه بودن بیش از حد مدت زمان نگهداری فشار و خنک شدن قطعه؛
- بالا بودن بیش از حد دمای ذوب و دمای قالب؛
- طراحی نامناسب ساختار قطعات.
برای رفع این مشکلات و ممانعت از ایجاد فرو رفتگی، کافی است با پیدا کردن منبع بروز مشکل، آن را به روش‌های زیر برطرف کنید:
- استفاده از صفحات شیاردار در بخش‌‌هایی که احتمال فرو رفتگی در آنها بیشتر است؛
- اندازه دیواره ضخیم قطعه را کاهش دهید، نسبت ابعاد کار را کوچک کنید. به خاطر داشته باشید که نسبت ضخامت دیوار‌ه‌های مجاور باید در حدود ۱.۵ به ۲ تنظیم شوند. ضخامت اضلاع قطعه را مجدداً تنظیم کنید و آن را بین ۴۰ تا ۸۰٪ نگاه دارید؛
- فشار دستگاه و فشار تزریق را افزایش دهید؛
- اندازه‌های دریچه‌ها را افزایش دهید یا موقعیت‌شان را عوض کنید.
ایراد حباب در قطعه پلاستیک از دیگر مشکلات تزریق پلاستیک است. در این مشکل، مولکول‌های هوا در حفره تزریق به دام می‌افتند و موجب تولید حباب در قطعه‌ی پلاستیکی می‌شوند. پیدایش حباب به دلیل زندانی شدن هوا در قطعه به وجود میآید و در بیشتر موارد این هوای حبس شده هیچ راه فراری برای خروج از قالب ندارد.
برای رفع این مشکل به اصلاح ساختار طرح، طراحی قالب و همچنین تغییر پروسه تزریق نیاز داریم که مراحل هر یک از آنها به شرح زیر است:
- ناهمواری‌های موجود در قطر دیواره‌ها را به حداقل برسانید و سعی کنید ضخامت دیواره‌ها را به یک‌دست‌ترین حالت ممکن تبدیل کنید؛
- در آخرین قطعه‌‌ای که توسط مواد پلاستیک پر می‌شود، منافذ تهویه اضافه کنید؛
- سیستم رانر و دریچه‌های قالب را بازطراحی کنید؛
- سرعت تزریق مواد پلاستیکی را در آخرین مرحله کاهش دهید؛
- دمای قالب را پایین بیاورید.
عیب‌یابی قطعه در فرآیند تزریق پلاستیک چگونه انجام می‌شود؟
عیب‌یابی تزریق پلاستیک، یکی مهم‌ترین پروسه‌ها پیش از شروع تزریق است که طی مراحل زیر اجرا می‌شود:
- رفع رطوبت موجود در مواد پلاستیکی؛
- تنظیم دمای قالب؛
- تنظیم دمای مواد مذاب؛
- اطمینان از سلامت ماشین تزریق؛
- ایجاد تغییر در پارامترهای گوناگون فرآیند تغییر.
بروز مشکل در هر یک از پارامترهای فرآیند تزریق، می‌تواند موجب پیدایش مشکلات گوناگون در محصول نهایی شما شود. بنابراین لازم است تا با عیب‌یابی صحیح دستگاه و آگاهی از دلایل بروز هر یک از مشکلات تزریق پلاستیک، (پلی‌اتیلن ۰۲۰) از پیدایش آنها جلوگیری نمایید.
دیدگاهتان را بنویسید