طراحی قالب پلاستیک فرایندی پیچیده است و شامل فاکتورهای زیادی می باشد.
در طراحی قالب باید به این نکات دقت کرد: قطعه چگونه استفاده می شود؟، قطعه چگونه با دیگر قطعات مونتاژ می شود؟، قرار است چه بارهایی را تجربه کند و در چه شرایطی استفاده شود؟ و ... .
در طراحی قالب علاوه بر مسائل ساختاری و عملکردی، پردازش نیز نقش مهمی در طراحی یک قطعه پلاستیکی قالب گیری تزریقی ایفا می کند.
باید بدانید که رعایت قوانین در طراحی منجر به قطعه ای می شود که ساخت و مونتاژ آن بسیار آسان است. به عنوان مثال اینکه چگونه پلاستیک مذاب وارد حفره می شود و چگونه پر می شود و سرد می شود تا قطعه مورد نظر ایجاد شود بسیار مهم و اساسی است.
تقسیم یک قطعه چند تکه به طراح کمک می کند تا قطعات را به شیوه منطقی بسازد و مشکلات قالب گیری را نیز به حداقل می رساند.
کاربردهای قالب گیری تزریقی
قالب گیری تزریق پلاستیک روشی مناسب برای ساخت قطعات پلاستیکی می باشد. از این روش برای ساخت محفظه های الکترونیکی، ظروف، فضاهای داخلی خودرو، شانه ها، درب بطری ها و بسیاری دیگر از محصولات پلاستیکی استفاده می شود.
این روش برای تولید قطعات پلاستیکی با حجم بالا مناسب است زیرا در هر چرخه می توان چندین قطعه را با قالب های تزریق چند حفره ای ایجاد کرد.
این روش دقت بالایی دارد و می توان بارها آن را تکرار کرد. مواد زیادی را می توان استفاده کرد و هزینه کار هم نسبت به سایر روش ها پایین است و از دیگر مزایای آن این است که ضایعات کمی دارد. البته در مقابل این همه حسن سرمایه گذاری اولیه گران قیمت برای ابزار اولیه و دستگاه را نیز باید عنوان کرد.
پلیمرهای مناسب برای قالب گیری تزریقی
هزارن ماده مختلف برای قالب گیری تزریقی وجود دارد. اما بعضی از پلیمرها مانند تمام ترموپلاست ها که شامل نایلون، پلی اتیلن و پلی استایرن می شوند و بعضی از الاستومرها ممکن است بیشتر مورد استفاده قرار گیرند.
این مواد بر اساس نیاز و میزان استحکام و عملکردی که برای قطعه نهایی مورد نیاز است، انتخاب می شوند. نکته ای که وجود دارد این است که می توان مواد موجود را با آلیاژهای مختلف ترکیب کرد و در این صورت طراحان محصول می توانند طیف وسیعی از مواد را که دقیقا خواص مورد نظر را دارند، استفاده کنند.
تجهیزات مورد نیاز برای قالب گیری تزریقی
این ماشین که به عنوان پرس نیز شناخته می شود شامل یک قیف مواد، پیستون پیچی و یک واحد گرمایش می باشد. قالب ها از جایی که پلاستیک از طریق دهانه اسپرو به داخل قالب تزریق ریخته می شوند، به صفحه دستگاه قالب گیری متصل می شوند.
بعد از آن پرس ها بر اساس تناژ رتبه بندی می شوند. این رتبه بندی بر اساس مقدار نیروی گیره ای است که دستگاه می تواند اعمال کند، این نیرو در طول فرایند قالب گیری تزریقی، باعث بسته نگاه داشته شدن قالب می شود.
تناژ می تواند بین 5 تا 6000 تن متغیر باشد. البته لازم به ذکر است که پرس هایی با تناژ بالا به ندرت استفاده می شود.
کل نیروی مورد نیاز توسط ناحیه پیش بینی شده برای قطعه سفارشی در حین قالب گیری مشخص می شود.
اگر مواد پلاستیکی مورد استفاده خیلی سفت باشد، به فشار تزریق بیشتری برای پر کردن قالب نیاز است و در نتیجه برای بسته نگه داشتن قالب به تناژ گیره بیشتری نیز نیاز است.
نیروی مورد نیاز را می توان بر اساس مواد استفاده شده و اندازه قطعه تخمین زد و قطعات پلاستیکی بزرگتر، نیروی گیره بیشتری لازم دارد.
در گذشته تولید قالب های تزریق به روش سنتی انجام می شده است و به دلیل اینکه هزینه آن بالا بوده، فقط برای برنامه های تولیدی با تولید بالا استفاده می شده است.
قالب های تزریق، معمولا از جنس فولاد سخت شده، فولاد پیش سخت شده، آلومینیوم، آلیاژهایی مانند مس ساخته می شوند. قالب های فولادی معمولا هزینه ساخت بیشتری دارند، اما در عوض طول عمر بیشتری نیز دارند و در مقابل فرسودگی مقاومت بالایی دارند.
فولاد از پیش سخت شده در مقابل سایش مقاومت کمتری دارد و برای قطعات بزرگتر استفاده می شود. سختی این فولاد معمولا در مقیاس Rockwell-C ، 38 و 45 است. قالب های ساخته شده از این فولاد بعد از ماشین کاری باید تحت عملیات حرارتی قرار بگیرند.
قالب های آلومینیومی نسبت به قالب های فولادی ارزان تر هستند و می توان گفت مقرون به صرفه تر می باشند. وقتی از آلومینیومی با درجه بالا مانند آلومینیوم QC-10 و QC-7 استفاده شود و با تجهیزات کامپیوتری مدرن ماشین کاری انجام شود، می توان از آن برای قالب گیری صدها هزار قطعه استفاده کرد.
از مس برای قالب هایی که نیاز به حذف سریع حرارت دارند، استفاده می شود.
فرایند قالب گیری تزریقی
در این روش، پلاستیک ها به صورت دانه ای توسط نیروی جاذبه از قیفی به بشکه گرم شده وارد می شود و اصطلاحا تغذیه می شود. همانطوری که گرانول ها آرام آرام توسط پیستون پیچی به جلو حرکت داده می شوند، پلاستیک به محفظه ای گرم یا همان بشکه برای ذوب شدن هدایت می شوند.
پیستون پیشروی می کند و مواد ذوب شده توسط نازلی که در مقابل بوش اسپرو قالب قرار دارد، عبور داده می شود و وارد حفره قالب می شود. قالب در دمای معینی باقی می ماند و باعث می شود پلاستیک ها به محض پر شدن قالب به حالت جامد تبدیل شوند.
توالی کارهایی که در طول قالب گیری تزریقی یک قطعه پلاستیکی انجام می شود، چرخه قالب گیری تزریقی نامیده می شود. این چرخه از زمانی آغاز می شود که قالب بسته می شود و پلیمر به داخل حفره قالب تزریق می شود. پس از اینکه حفره پر شد، فشار نگهدارنده برای جبران انقباض مواد اعمال می شود.
بعد از آن پیچ می چرخد و شات بعدی را به پیچ بعدی می رساند. هنگامی که قطعه به اندازه کافی سرد شد، قالب را باز می کنند و قطعه خارج می شود.
انواع مختلف قالب گیری تزریقی
از انواع قالب گیری تزریقی می توان به موارد زیر اشاره کرد:
- قالب گیری همزمان تزریقی (ساندویچی)
- قالب گیری تزریقی هسته ذوب شده
- قالب گیری تزریقی به کمک گاز
- قالب گیری تزریقی سیلیکون مایع
- قالب گیری تزریقی لایه ای یا ریز لایه
- قالب گیری تزریقی کم فشار
- قالب گیری میکرو سلولی
- قالب گیری تزریقی پودر
- قالب گیری تزریقی فشاری
- قالب گیری دیواره نازک
- قالب گیری تزریقی به کمک آب
و ... .
می توان گفت دشمن اصلی هر قطعه پلاستیک فشار یا استرس است.
هر قالب تزریقی باید دهانه یا دروازه ای داشته باشد که اجازه دهد مواد مذاب به داخل حفره قالب تزریق شود. نوع طراحی و مکان گیت می تواند در مواردی مانند ابعاد و تاب برداشتن قطعه، زیبایی ظاهری قطعه، بسته بندی قطعه و ... موثر باشد.
دو نوع گیت برای قالب گیری تزریقی وجود دارد: گیت های بریده شده به روش دستی و خودکار.
گیت هایی با برش دستی به اپراتور نیاز دارند تا بعد از هر چرخه، قطعات را به صورت دستی جدا کند. استفاده از این روش می تواند به دلیل این باشد که گیت بیش از اندازه بزرگ است و نمی توان آن را توسط دستگاه و به صورت خودکار برش داد. گاهی اوقات نیز موادی مانند PVC مواد حساس به برش هستند و باید به صورت دستی آن ها را جدا کرد.
از روش خودکار به چند دلیل استفاده می شود:
- کاهش هزینه ها
- اجتناب از برداشتن گیت به عنوان عملیات ثانویه
- حفظ زمان چرخه ثابت برای همه قسمت ها
و ... .
