قالب گیری تزریقی یکی از مهمترین فرآیند های تولید برای تولید قطعات پلاستیکی است. روش کار به این صورت است که مواد پلاستیکی مذاب از یک محفظه گرم درون یک قالب بسته ریخته می شوند، به آن اجازه خنک شدن داده می شود و بعد از اینکه به طور کامل خنک شد، محصول نهایی خارج می شود.
قالب تزریقی از اجزای مختلفی مانند پایه قالب، پین های راهنما، حفره و هسته، دریچه ها، دروازه ها، کانال های آب خنک کننده، صفحات پشتیبانی،
مکانیزم پران و ... ساخته شده است.
هسته و حفره دو نیمه از قالب هستند که به صورت جفت از آن ها استفاده می شود و درون آن ها از مواد داغ و مذاب پر می شود و شکافی که بینشان وجود دارد با مواد مذاب داغ در حین فرآیند قالب گیری تزریقی پر می شود و به فرم شکل نهایی سخت می شوند.
می توان گفت حفره و هسته در
قالب گیری تزریق پلاستیک نقش کلیدی دارند. در مورد برخی از قالب های پیچیده روش کار به این صورت است که بخشی از حفره یا هسته جدا می شوند تا ساختاری درج شود که شبیه به حفره یا هسته عمل کند.
به قالب نر یعنی قالب عقب، اصطلاحا قالب محدب بالایی که معمولا صفحه هسته قالب با پین اجکتوری است، گفته می شود و به قالب ماده یعنی همان قالب جلویی، قالب مقعر گفته می شود.
قالب تزریقی به قالب های بالایی و پایینی تقسیم می شود که با توجه به نصب قالب ها بعضی از قالب ها ی بالایی را وقتی محدب هستند، قالب محدب می گویند و به قالب های پایینی زمانی که مقعر هستند، قالب های مقعر می گویند.
چگونگی تشخیص هسته و حفره قالب
هسته و حفره را می توان بر اساس شکل و فرم تشخیص داد. بستگی به نوع قطعه ای که قرار است ساخته شود، قالب ها ممکن است به صورت دو صفحه ای یا سه صفحه ای طراحی شوند. قالب های دو صفحه ای باید 1 روز در معرض نور قرار بگیرند و قالب های سه صفحه ای نیاز به 3 روز در معرض نور قرار گرفتن دارند.
به طور کلی شکل مقعر، طرف حفره قالب است و هیچ پین یا اجکتوری ندارد و شکل محدب، طرف هسته قالب است و دارای یک پین اجکتور است.
هسته و حفره را نیز با توجه به ترکیب ساختار آن ها می توان تشخیص داد. حفره، سطح بیرونی قطعه پلاستیکی قالب گیری شده است که با توجه به نوع ساختار آن می توان آن را به دو دسته یکپارچه و ترکیبی تقسیم کرد.
حفره و هسته به ترتیب روی صفحات A و B ثابت می شوند و قسمت وسط هسته و حفره بعد از اتمام کار و زمانی که قالب بسته می شود، به محصول تزریق می شود.
تصاویر پایین نشان دهنده حفره در طرح های قالب است:
انواع حفره و هسته قالب
می توان گفت حفره ها و هسته ها با توجه به نوع ساختارشان به دو نوع انتگرال و ترکیبی تقسیم می شوند.
نوع انتگرال
نوع انتگرال دارای یک ساختار ساده با استحکام بالاست و تغییر شکل آسانی دارد و اثر دوخت بر روی قطعات پلاستیکی مشاهده نمی شود. نوع انتگرال از یک قطعه کامل از مواد فلزی مانند قالب کشش مستقیم ساخته شده است.
نوع ترکیبی
وقتی شکل قطعات پلاستیکی پیچیده می شود، برای بهبود فرایند، کاهش تغییر شکل در حین عملیات حرارتی و صرفه جویی در فولاد از نوع ترکیبی استفاده می شود.
برای قالب های بزرگ و پیچیده، قسمت پایینی و دیواره های کناری پردازش می شوند و با عملیات حرارتی صیقل داده می شوند و در قالب فشرده می شوند و دیواره ها به هم چفت می شوند تا اتصالات داخلی محکم شود. قسمت بیرونی اتصال باید بین 0.3 تا 0.4 میلی متر فاصله داشته باشد.
از این روش برای ساخت قالب های چند حفره ای یا قطعات پلاستیکی پیچیده مانند چرخ دنده های پلاستیکی استفاده می شود. کل مجموعه معمولا با اکستروژن سرد، الکتروفرمینگ یا پردازش مکانیکی، پردازش می شوند و بعد از آن جاسازی می شوند. در این روش نه تنها پردازش آسان است، بلکه می توان فولاد را نیز ذخیره کرد.
محاسبه اندازه حفره و هسته
محاسبه اندازه حفره قالب تزریق
برای محاسبه اندازه حفره، باید سایش و پارگی اندازه تلرانس های بزرگتر برای گرفتن مقادیر منفی را در نظر گرفت. اغلب میزان محاسبه انقباض پلاستیکی آسان نیست و باید کوچکتر انتخاب شود تا فضای زیادی باقی بماند، در غیر این صورت یک قالب بزرگ از بین می رود.
برای این کار از فرمول زیر استفاده می شود:
A= (A1+A1Q-0.75Z) +K
A: اندازه حفره (انتهای بزرگ)
A1: اندازه بالایی قطعه
Q: نرخ انقباض
Z: تلرانس قطعه
K: قطعه قالب گیری شده
محاسبه اندازه هسته
برای محاسبه اندازه هسته باید این نکته را در نظر گرفت که پس از استفاده و سایش اندازه آن کوچکتر می شود و تلرانس به عنوان یک مقدار مثبت در نظر گرفته می شود.
برای محاسبه اندازه هسته باید آن را بزرگتر در نظر گرفت و می توان آن را بر اساس معادله زیر محاسبه کرد:
B= (B1+B1Q+0.75Z)-K
B: اندازه هسته (انتهای کوچک)
B1: حداقل اندازه پایینی
Q: نرخ انقباض
Z: تلرانس قطعه
K: قطعه قالب گیری شده
محاسبه ارتفاع هسته
زمانی که ارتفاع هسته محاسبه می شود باید کمی بزرگتر در نظر گرفته شود تا برای تنظیم طول هسته فضای کافی وجود داشته باشد.
از فرمول زیر برای محاسبه ارتفاع هسته استفاده می شود:
D= (D1+D1Q+0.75Z)-K
D: اندازه واقعی ارتفاع هسته
D1: حداقل اندازه پایین قطعه
Q: نرخ انقباض
Z: تلرانس قطعه
K: قطعه قالب گیری شده
با توجه به نوع
قالب گیری تزریق پلاستیک، میزان دقت ابعاد، کیفیت ظاهر محصول، پرداخت، جوش، تغییر شکل، میزان مقاومت در برابر سایش، شکل محصول، در نظر گرفتن بودجه، شرایط ساخت قالب و روش های فرآوری و ... انواع فولاد را می توان انتخاب کرد.
برای پولیش آینه ای، باید حفره و هسته با فولاد وارداتی با عیارهای بالا مانند 718، NAK80، S136، H13 و ... ساخته شوند و نیازی به عملیات حرارتی نیز ندارند.
هسته ها را می توان با فولادهای وارداتی با عیارهای پایین مانند 618، 738، 2738، 638، 718 و ... ساخت. البته برای قالب هایی که تعداد تولید آن ها پایین است می توان از فولاد قالب پلاستیکی داخلی یا فولاد های کربنی وارداتی با کیفیت بالا استفاده کرد.
به طور کلی حفره های قالب و قطعات فولاد قالب بر طبق زیر انتخاب می شوند:
- اگر حفره ها و هسته های قالب دقیق و کوچک باشند، از فولادهای وارداتی درجه متوسط مانند P20 یا P20+Ni استفاده می شود.
- برای قالب های متوسط وبزرگ نیاز خاصی به فولاد نیست و می توان از فولادهای وارداتی با درجه پایین تر استفاده کرد و هسته نیز می تواند فولاد وارداتی درجه پایین یا فولاد کربنی با کیفیت بالا باشد.
- همچنین برای حفره های اچ شده (Etched pear) باید از فولادهای کلاس P20+Ni استفاده نشود.
تصاویر زیر نشان دهنده ی حفره ها در قالب تزریق واقعی هستند:
