قالب گیری تزریقی - آشنایی اولیه (قسمت اول)

1.مبانی قالب گیری تزریقی

قالب گیری تزریقی چیست؟ اصول و پیشینه این فرآیند تولید سنتی را بیاموزید.

قالب گیری تزریقی چیست؟

قالب گیری تزریقی یک فرآیند تولیدی است که برای تولید انبوه قطعات پلاستیکی یکسان استفاده می شود. این شامل تزریق پلاستیک مذاب به داخل قالب برای تولید قطعه ای به شکل حفره قالب است. قالب گیری تزریق پلاستیک از اواخر قرن نوزدهم وجود داشته است و همچنان محبوب است. اگر به اطراف نگاه کنید، قطعات قالب‌گیری تزریقی همه جا هستند، از کلیدهای روی صفحه‌کلید گرفته تا داشبورد ماشین و مجموعه های لگو.

فرآیند اولیه قالب گیری تزریقی به یک دستگاه قالب گیری تزریقی، مواد پلاستیکی خام و ابزار های معمولی ساخت قالب نیاز دارد. مراحل کلیدی در فرآیند قالب گیری تزریقی عبارتند از بستن، تزریق، خنک سازی و خارج کردن.

قالب‌گیری تزریقی بسیار مورد استفاده قرار می‌گیرد، زیرا یکی از مقرون‌به‌صرفه‌ترین و تکرارپذیرترین فرآیندها برای قطعات پلاستیکی در حجم تولید بالا است، که گاهی اوقات هزینه هر قطعه بسیار کاهش پیدا می کند. در مقیاس، قالب ها معمولاً به حجم‌هایی از هزاران تا صدها هزار قطعه اشاره دارند. همچنین در مقایسه با ماشینکاری CNC یا حتی پرینت سه بعدی، بیشترین تنوع مواد، رنگ را دارد.

مراحل کلیدی در قالب تزریق:

1.      بستن:

دو نیمه قالب آلومینیومی یا فولادی در کنار هم نگه داشته می شوند تا برای فشار بسیار زیاد ناشی از تزریق مواد مذاب آماده شوند.

2.      تزریق:

 گرانول ها تا حالت ذوب حرارت داده می شود و به داخل قالب تزریق می شود.

3.      خنک سازی:

قالب خنک می شود و قطعه پلاستیکی نهایی جامد می شود. این ممکن است از چند ثانیه تا چند دقیقه طول بکشد.

4.      خارج کردن:

سپس قطعه پلاستیکی قالب‌گیری شده به صورت خودکار یا دستی خارج می‌شود و فرآیند دوباره برای قطعه بعدی شروع می‌شود.

2.آناتومی ماشین قالب گیری تزریقی

ماشین قالب تزریقی از سه قسمت اصلی تشکیل شده است: واحد تزریق، قالب، واحد گیره و ایجکتور(خارج کننده). ما در بخش‌های بعدی روی اجزای قالب تمرکز خواهیم کرد که به سیستم اسپرو و ​​رانر، گیت ها، دو نیمه از حفره قالب و اقدامات جانبی تقسیم می‌شوند.

اجزا مختلف

حفره قالب

یک قالب معمولاً از دو طرف تشکیل شده است: یک طرف A و یک طرف B. نری یا Core (سمت B) معمولاً قسمت داخلی است که حاوی پین‌های خروجی است که قطعه تکمیل شده را از قالب بیرون می‌کشد. حفره یا مادگی یا Cavity (سمت A) نیمه دیگری از قالب است که پلاستیک مذاب آن را پر می کند. حفره‌های قالب اغلب دارای دریچه‌هایی هستند که اجازه خروج هوا را می‌دهند، که در غیر این صورت بیش از حد گرم می‌شوند و باعث ایجاد آثار سوختگی روی قطعات پلاستیکی می‌شوند.

سیستم رانر

رانر کانالی است که مواد پلاستیکی مذاب را از اسپرو به حفره قطعه متصل می کند. در قالب هایی با رانر سرد، پلاستیک در کانال های رانر و همچنین حفره های قطعه سخت(جامد) می شود. هنگامی که قطعات خارج می شوند، رانرها نیز خارج می شوند. رانرها را می‌توان از طریق روش‌های دستی مانند برش یا با قالب‌های برش جدا کرد. برخی از سیستم‌های رانر سرد به‌طور خودکار رانر  را بیرون می‌کشند و به‌طور جداگانه با استفاده از قالب سه صفحه‌ای که رانر توسط یک صفحه اضافی بین نقطه تزریق و گیت قطعه تقسیم می‌شود، جدا می‌شوند.

قالب‌های رانر داغ (هات رانر)، رانرهای متصل را تولید نمی‌کنند زیرا مواد مذاب تا گیت ورودی قطعه در حالت ذوب نگه داشته می‌شوند. یک سیستم هات رانر ضایعات را کاهش می دهد و کنترل قالب گیری را با افزایش هزینه ساخت قالب افزایش می دهد.

اسپرو

اسپروها کانالی هستند که از طریق آن پلاستیک مذاب از نازل وارد می شود و به طور معمول با رانر تلاقی می کند که به گیت منتهی می شود که در آن پلاستیک وارد حفره های قالب می شود. اسپرو یک کانال با قطر بزرگتر از کانال رانر است که اجازه می دهد مقدار مناسبی از مواد از واحد تزریق عبور کند.

گیت

گیت یک دهانه کوچک در قالب است که اجازه می دهد پلاستیک مذاب وارد حفره قالب شود. محل‌های گیت اغلب روی قطعه قالب‌گیری شده قابل مشاهده هستند و به عنوان یک لکه ناهموار کوچک یا یک ویژگی گود مانند شناخته می‌شوند که به عنوان بقایای گیت هستند. انواع مختلفی از گیت ها وجود دارد که هر کدام نقاط قوت و معاوضه های خود را دارند.

حرکت مواد از اسپرو به سمت گیت لبه یک قطعه

ویژگی های عمود بر هم چاه سرد نامیده می شوند و به کنترل مواد وارد شده به گیت کمک می کنند. 

خط جدایش

خط جداسازی در قطعه قالب گیری تزریقی زمانی تشکیل می شود که دو نیمه قالب برای تزریق به هم نزدیک شوند. این یک خط پلاستیکی نازک است که در اطراف قطر خارجی قطعه قرار دارد.

آثار خط جدایش بر روی قطعه تزریق شده از قالب

اقدامات جانبی

برای قالب های ساده A و B که هندسه آندرکات ندارند، یک قالب می تواند بدون مکانیزم اضافی، قالب را ببندد، قطعه را تشکیل دهد و بیرون بیاورد. با این حال، بسیاری از قطعات دارای ویژگی‌های طراحی هستند که برای ایجاد ویژگی‌هایی مانند دهانه‌ها، رزوه ها، زبانه‌ها یا سایر ویژگی‌ها نیاز به یک عمل جانبی دارند. اقدامات جانبی خطوط جداکننده ثانویه را ایجاد می کنند.

اقدامات جانبی قطعه هایی هستند که به یک قالب اضافه می شوند که به مواد اجازه می دهد در اطراف آنها جریان پیدا کند تا ویژگی آندرکات را تشکیل دهد. اقدامات جانبی همچنین باید امکان خروج موفقیت آمیز قطعه، جلوگیری از قفل قالب، یا شرایطی که در آن قطعه یا قالب باید برای جداسازی آسیب دیده باشند را فراهم کند. از آنجایی که اقدامات جانبی از جهت کلی قالب پیروی نمی کنند، ویژگی های آندرکات به زوایای مخصوص حرکت نیاز دارند.

استفاده از اسلایدر (کشویی ها) برای ایجاد حفره در قسمت های جانبی قطعه 

3.کاربردهای قالب گیری تزریقی

به لطف قابلیت‌های بسیار دقیق، تکرارپذیری و کارایی هزینه قالب‌گیری تزریقی، فرآیند تولید برای ساخت انواع محصولات و قطعات از کوچک‌ترین ابزار پزشکی میکرومولد شده تا قطعات بزرگ داخلی خودرو مانند پنل‌های درب استفاده می‌شود. قطعات قالب گیری تزریقی در صنعت پزشکی محبوبیت خاصی دارند. از آنجایی که قطعات قالب‌گیری شده پلاستیکی سبک، محکم و قابل استریل شدن هستند، ممکن است برای دستگاه‌های تصویربرداری در چشم پزشکی، بازوهای پشتیبانی نور و مانیتور در مطب دندان‌پزشکی، یا پمپ‌های تزریق و دستگاه‌های EKG در بیمارستان استفاده شوند.

کاربردهای اضافی قالب گیری تزریقی عبارتند از:

محصولات مصرفی : محفظه ، اقلام دستی، ظروف ذخیره سازی و موارد دیگر.

هوافضا : محفظه ها و پره های توربین

الکترونیک : قطعاتی مانند کانکتورها

انرژی و نفت : دریچه های ورودی

خودرو : پنل های درب، اجزای موتور

محصول نهایی تشکیل شده برای مصرف کننده

5.مقایسه با سایر فرآیندها

قالب گیری تزریقی سفارشی مزایایی را ارائه می دهد که در سایر فرآیندهای تولید یافت نمی شود. از آنجایی که قالب‌گیری تزریقی توان عملیاتی باورنکردنی دارد، با تولید سریع صدها یا هزاران قطعه در روز  ارزان‌ترین فرآیند در مقیاس پلاستیک است. این امر به ویژه برای قطعات با ویژگی های دقیق یا هندسه پیچیده صدق می کند. اگر این قطعات ماشینکاری CNC یا حتی چاپ سه بعدی شوند، هزینه های سربار راه اندازی برای هر دسته از قطعات، هزینه هر واحد را افزایش می دهد. و در حالی که چاپ سه بعدی می تواند از نظر هزینه (در حجم کم) رقیب نزدیکی باشد، خواص مکانیکی قطعات قالب گیری تزریقی اغلب برتر است. قطعات قالب های تزریق، قطعات کاملاً جامد و همسانگرد تولید می‌کنند، در حالی که قطعات پرینت سه‌بعدی بسته به فرآیند ممکن است خواص ناهمسانگرد داشته باشند.

یکی دیگر از مزایای کلیدی قالب‌گیری تزریقی این است که بالاترین تنوع مواد، رنگ‌ها و گزینه‌های تکمیل سطح را ارائه می‌دهد. طبق برخی برآوردها، گزینه‌های مواد به تنهایی شامل بیش از 18000 ترموپلاستیک، ترموست و الاستومر می‌شود. تولیدکنندگان می‌توانند از انواع رنگ‌ها گرفته تا روکش مات تا صافی شیشه‌ای به قطعات نهایی بدهند. قالب‌گیری تزریقی همچنین امکان افزودن الگوهای بافتی مختلف مانند حکاکی، چاپ تصویر را فراهم ‌کند.

به طور اساسی، در تمام فرآیندهای قالب گیری تزریقی، قطعات از قالب یکسانی استفاده می کنند، به این معنی که هر قطعه تولید شده با قالب یک تولید مثل یکسان است.