قطعات دستگاه تزریق پلاستیک
همه آنچه که درباره دستگاه تزریق پلاستیک باید بدانید!
دستگاه تزریق پلاستیک یا (Injection molding machine) که به عنوان پرس تزریق نیز شناخته می‌شود، دستگاهی برای تولید محصولات پلاستیکی توسط فرآیند قالب‌گیری تزریقی است. این دستگاه از دو قسمت اصلی، واحد تزریق و واحد گیره (بستن) تشکیل شده است.
چرا روش تزریق پلاستیک؟
اگر این مطلب را می‌خوانید، احتمالاً در مورد قالب‌گیری تزریق پلاستیک یکی دو نکته اصلی را می‌دانید. دلایل زیادی وجود دارد که چرا روند قالب‌گیری تزریقی در زمینه تولید پلاستیک بسیار محبوب است. به گفته تیم مهندسی شهاب یزد رایج‌ترین دلیل این است که این دستگاه بهترین وسیله برای تولید مقادیر عظیم و یکسان قطعات پلاستیکی است. انواع مختلفی از دستگاه‌ها قالب سازی وجود دارد، که انتخاب این دستگاه بسته به آنچه که شما تولید می‌کنید و همچنین دستگاه چگونه بر محصول تأثیر می گذارد، وابسته است.
فرآیند دستگاه تزریق پلاستیک
قالب‌گیری تزریقی کاربردی‌ترین فرآیند تولید برای ساخت انواع قطعات پلاستیکی است. طیف گسترده ای از محصولات با استفاده از این روش تولید می‌شوند که از نظر اندازه، پیچیدگی و کاربرد بایکدیگر متفاوت هستند. در فرآیند تزریق پلاستیک از انواع ترکیبات پلاستیکی مانند پلی‌کربنات، پلی‌استایرن، پلی‌اتیلن، پلی‌پروپیلن، پلی وینیل‌کلراید، اکریلیک و تفلون برای تولید محصول نهایی استفاده می‌شود.
فرآیند قالب‌گیری تزریقی نیاز به استفاده از دستگاه قالب‌گیری تزریقی، مواد پلاستیکی خام و قالب دارد که شرح مراحل فرآیند قالب گیری تزریقی به صورت کامل و جامع در مقاله‌ای جداگانه آورده شده که می‌توانید از اینجا آن را مطالعه کنید.
قالب‌گیری تزریقی کاربردی‌ترین فرآیند تولید برای ساخت انواع قطعات پلاستیکی است. طیف گسترده ای از محصولات با استفاده از این روش تولید می‌شوند که از نظر اندازه، پیچیدگی و کاربرد بایکدیگر متفاوت هستند. فرآیند قالب‌گیری تزریقی نیاز به استفاده از دستگاه قالب‌گیری تزریقی، مواد پلاستیکی خام و قالب دارد
سازوکار دستگاه تزریق پلاستیک
لبه‌های دستگاه قالب‌گیری تزریقی را می‌توان به صورت افقی یا عمودی بست. اکثر دستگاه‌ها به صورت افقی بسته می‌شوند، اما دستگاه تزریق عمودی در برخی از کاربردها مانند قالب ریزی و ساخت یکسری سازه‌ها استفاده می‌شود، که به دستگاه اجازه می‌دهد از جاذبه زمین استفاده کند. بعضی از دستگاه‌های عمودی نیز نیازی به بستن قالب ندارند.
روش‌های زیادی برای بستن روی صفحه وجود دارد که معمول‌ترین آنها گیره‌های دستی است (هر دو نیمه به صفحه‌ها پیچ می‌شوند). با این حال گیره‌های هیدرولیکی (از چوک ها برای نگه داشتن ابزار در جای خود استفاده می‌شود) و گیره های مغناطیسی نیز استفاده می‌شود. گیره‌های مغناطیسی و هیدرولیکی در مواردی که نیاز به تغییر سریع ابزار باشد مورد استفاده قرار می گیرند.
سازوکار دستگاه قالب گیری بر اساس نحوه بسته شدن لبه های این دستگاه است که به 2 صورت افقی و عمودی صورت می‌گیرد.اکثر دستگاه‌ها به صورت افقی بسته می‌شوند، اما دستگاه تزریق عمودی در برخی از کاربردها مانند قالب ریزی و ساخت یکسری سازه‌ها استفاده می‌شود، که به دستگاه اجازه می‌دهد از جاذبه زمین استفاده کند. بعضی از دستگاه‌های عمودی نیز نیازی به بستن قالب ندارند.
ربات و تجهیزات جانبی ماشین آلات دستگاه تزریق پلاستیک به ۲ بخش تقسیم بندی می‌شود: بخش اول گیره دستگاه و بخش دوم قسمت تزریق.
عملکرد واحد گیره، باز و بسته کردن قالب و بیرون انداختن محصولات است. ۲ نوع روش باز و بست وجود دارد، مکانیزم این دستگاه بدین صورت است که ابتدا در بخش گیره (بخش دورچین شکل زیر)، گیره به صورت دستی و در ادامه قسمت تزریق قالب مستقیماً با یک سیلندر هیدرولیکی باز و بسته می‌شود.
دستگاه تزریق پلاستیک به 2 بخش تقسیم بندی می‌شود: بخش اول گیره دستگاه و بخش دوم قسمت تزریق. عملکرد واحد گیره، باز و بسته کردن قالب و بیرون انداختن محصولات است. 2 نوع روش باز و بست وجود دارد، مکانیزم این دستگاه بدین صورت است که ابتدا در بخش گیره (بخش دورچین شکل زیر)، گیره به صورت دستی و در ادامه قسمت تزریق قالب مستقیماً با یک سیلندر هیدرولیکی باز و بسته می‌شود.
اجزای اصلی دستگاه قالب گیری تزریقی
دستگاه های تزریق پلاستیک از قیف تغذیه، مته مارپیچی و واحد حرارتی تشکیل شده‌اند. در واقع قالب‌ها در صفحات گیره‌ی دستگاه قفل شده و سپس پلاستیک از دهانه اسپرو به داخل قالب تزریق شده و در نهایت قطعه تزریقی ایجاد می‌شود . به صورت دقیق‌تر اجزا این دستگاه به شرح ذیل است:
واحد تزریق
از چهار جزء اصلی تشکیل شده است:
- موتور اسکرو یا موتور با پیچ بیرونی ( اصطلاح خاصی هست که نمیدونم)
- پیچ و بشکه رفت و برگشتی
- بخاری ، ترموکوپل ، پیستون حلقه ای
- ورق صفحه ای (پیچ RR)
واحد گیره
از سه جزء اصلی تشکیل شده است:
- قالب
- گیره بیرونی موتور
- میله‌های گیره (میله‌های راهنما)
دستگاه های تزریق پلاستیک از قیف تغذیه، مته مارپیچی و واحد حرارتی تشکیل شده‌اند. در واقع قالب‌ها در صفحات گیره‌ی دستگاه قفل شده و سپس پلاستیک از دهانه اسپرو به داخل قالب تزریق شده و در نهایت قطعه تزریقی ایجاد می‌شود
کاربرد دستگاه تزریق پلاستیک
در قالب تزریق پلاستیک از رزین‌های پلاستیکی گرانول یا گلوله‌ای شکل برای تولید محصولات مختلف از اجزای خودرو و هواپیما گرفته تا ظروف نگهداری، قطعات آلات موسیقی و شانه‌های مو استفاده می‌شود. از دستگاه تزریق پلاستیک برای تولید قطعات پلاستیکی دیواره نازک برای کاربردهای بسیار متنوع استفاده می‌شود که یکی از رایج ترین آنها پلاستیک است.
محفظه پلاستیکی یک محفظه دیواره نازک است در محصولات مختلفی از جمله لوازم خانگی، وسایل الکترونیکی مصرفی، ابزار برقی و همچنین در ساخت داشبورد خودرو مورد استفاده قرار می‌گیرند. سایر محصولات رایج دیواره نازک شامل انواع مختلف ظروف باز ، مانند سطل‌ها است. از دستگاه تزریق برای تولید چندین مورد روزمره مانند مسواک یا اسباب بازی های کوچک پلاستیکی نیز استفاده می شود. علاوه بر این بسیاری از دستگاه‌های پزشکی، از جمله دریچه‌ها و سرنگ‌ها، با استفاده از این دستگاه تولید می‌شوند.
عمده کاربرد این دستگاه‌ها در ایران به تولید انواع سبد میوه، گلدان، سطل، ظروف آشپزخانه پلاستیکی، قطعات خودرو و … اختصاص دارد. از این رو معمولاً نام این دستگاه در کنار محصول نیز بکار می رود. بعنوان مثال دستگاه تزریق پلاستیک سبد میوه و….
اجزای قالب تزریق پلاستیک
فرض کنید، قطعه پلاستیکی مورد نظر در نرم افزار Catia طراحی شده و طرح سه بعدی آن آماده است. آیا کافی است این طرح را به ماشین فرز CNC بدهیم تا قالب تزریق پلاستیک آماده شود؟ آیا طراحی قالب با طراحی قطعه به یک معناست؟ – خیر. در اینجا باید با تعداد زیادی اصطلاحات و فرآیندهای جدید آشنا شوید تا متوجه شوید یک قالب تزریق پلاستیک چیست؟ چه اجزایی دارد؟ و دقیقا چگونه در ماشین تزریق پلاستیک قرار گرفته و عمل می‌کند. برای دانستن این موارد در ادامه این مطلب با ما همراه باشید.
بخش‌های اصلی قالب
برای تزریق پلاستیک از یک قالب تزریق استفاده می‌شود. این قالب اغلب از جنس فولاد است. هر قالب پلاستیک از قطعات متعددی تشکیل شده است. اما به طور کلی قالب تزریق پلاستیک دارای دو بخش اصلی است: بخش ثابت و بخش متحرک که با هر شات تزریق باز و بسته می‌شود تا قطعه تولید شده از داخل قالب بیرون آمده و برای شات تزریق بعدی آماده شود. به محل فیکس شدن بخش ثابت و متحرک به یکدیگر نیز مرز قطعه گیری گفته می‌شود.
بخشی از قالب که خود قطعه پلاستیکی درون آن شکل می‌گیرد و پلاستیک در آن تزریق می‌شود نیز دارای دو بخش اصلی است: کویتی قالب و هسته (ماهیچه) قالب. برای آن که یک قطعه پلاستیکی شکل بگیرد از یک سو نیاز به حکاکی و ایجاد حفره است و از سوی دیگر نیاز به برآمدگی‌هایی.
این قالب در هر شات تزریق دو قطعه U- شکل تولید می‌کند. برای تولید این قطعه قالب دارای یک کویتی (Cavity) با یک حفره تورفته و یک هسته (Core) با برآمدگی است که در مجموع وقتی روی یک دیگر قرار می‌گیرند، فضایی به شکل قطعه U- شکل ایجاد می‌کنید که با پلاستیک ذوب‌شده پر می‌شود و پس از سرد شدن به شکل قطعه مورد نظر درمی‌آید.
لازم به ذکر است در برخی موارد قالب تنها از یک بخش متحرک (هسته) تشکیل نشده و بسته به شکل و اجزای قطعه نیاز به کشویی (متحرک‌های جانبی) یا اینسرتی (قطعه فلزی یا جنس دیگر که درون قطعه پرس می‌شود) دارد. این موارد را در مقالات بعدی با تمرکز بیشتر بررسی خواهیم کرد.
کفشک‌ها، میل و بوش راهنما
اما هسته و کویتی قالب باید روی صفحات پایه‌ای بسته شوند که این صفحات نیز روی صفحات مخصوص در ماشین تزریق پلاستیک فیکس می‌شوند. به این صفحات کفشک گفته می‌شود که تمامی اجزای داخلی قالب را در خود نگه می‌دارد. پس اجزای قالب تزریق پلاستیک توسط دو کفشک در دو طرف قالب نگه داشته شده و کل قالب توسط کفشک‌ها به ماشین تزریق پلاستیک وصل می‌شود.
بخش کویتی و هسته قالب در هنگام بسته شدن قالب باید به طور دقیق بدون کوچکترین جابجایی در جای خود و رو به روی هم قرار بگیرند. برای تنظیم دقیق قرارگیری این دو معمولاً از چهار استوانه و میله استفاده می‌شود که در چهار طرف قالب هستند و هنگام بسته شدن قالب، در هم قرار می‌گیرند. به این استوانه‌ها و میله‌ها، “میل و بوش راهنما” گفته می‌شود.
سیستم تغذیه قالب
بخش ثابت قالب که شامل کویتی است، به یک کفشک وصل می‌شود. در میان این صفحه، یک ورودی به نام “بوش اسپرو” قرار دارد که این ورودی به نازل دستگاه تزریق وصل می‌شود و از طریق این ورودی است که پلاستیک وارد قالب می‌شود.
نازل دستگاه تزریق قطعه‌ای است که مواد پلاستیک مذاب از آن با فشار وارد قالب می‌شوند. (برای آشنایی با قسمت‌های دستگاه تزریق، مقاله‌ی دستگاه تزریق پلاستیک را مطالعه کنید)
برای آنکه نازل دستگاه تزریق پلاستیک و بوش اسپرو در قالب به خوبی به هم فیکس شوند، قطعه‌ی حلقوی به نام رینگی دور بوش اسپرو قرار داده می‌شود.
هر قالب پلاستیکی دارای کانال‌های متعددی است. بخشی از این کانال‌ها، همان‌طور که حدس می‌زنید مربوط به جریان یافتن پلاستیک مذاب در قالب است. هر قالب پلاستیکی در هر شات تزریق می‌تواند چند قطعه را همزمان تولید کند. برای مثال قالبی که در هر شات چهار قطعه تولید می‌کند، یک قالب چهار کویتی است و پلاستیک مذاب باید از طریق کانال‌هایی به هر چهار کویتی راه پیدا کنند. اولین کانال اسپرو نام دارد که پلاستیک مذاب از دستگاه تزریق پلاستیک، مستقیماً وارد این کانال اصلی می‌شود. اما اسپرو در ادامه به چند کانال فرعی راه دارد که “راهگاه” نام دارند. راهگاه ها نیز از طریق گیت‌ها به داخل کویتی‌ها هدایت می‌شوند.
· مفهوم راهگاه سرد و گرم
پس دیدید که علاوه بر حفره درون قالب مقداری پلاستیک درون کانال‌ها نیز هست. این پلاستیک نیز سرد شده و بعداً از قطعه اصلی جدا می‌شود. در قالب‌های پیشرفته‌تر که هزینه ساخت آن نیز بالاتر است، سیستم ویژه‌ای برای گرم نگه داشتن جداگانه‌ی راهگاه وجود دارد که به آن “راهگاه گرم” گفته می‌شود. پس در حالی که خود قطعه در حال سرد شدن است، راهگاه ها همچنان گرم هستند و پلاستیک درون آنها به قطعه نمی‌چسبد و هنگام عملکرد سیستم پران، تنها خود قطعه بدون هیچ هدر رفت و ضایعاتی از قالب خارج می‌شود.
اگر از راهگاه گرم استفاده شود تنها قطعات لگو از قالب خارج می‌شوند اما در صورتی که از راهگاه سرد استفاده شود، قطعات لگو همراه با بخش شماره ۲ و ۳ از دستگاه خارج شده و سپس این بخش‌ها از قطعه باید جدا شوند که نیازمند صرف زمان و هزینه بیشتر در تولید است.
استفاده از راهگاه گرم هرچند هزینه ساخت قالب را بالا می‌برد اما موجب تسریع روند تزریق، کاهش هدر رفت پلاستیک و کیفیت بسیار بالاتر قطعه می‌شود. پس در زمان و هزینه صرفه‌جویی و نتیجه را بهبود می‌دهد.
سیستم پل و پران
به سراغ بخش دیگر قالب یعنی بخش متحرک که هسته قالب در آن قرار دارد، می‌رویم. بخش متحرک قالب همیشه به یک سیستم پران وصل است. سیستم پران، سیستمی است که به کمک آن پس از باز شدن قالب، قطعه از درون قالب به بیرون هدایت می‌شود. سیستم پران شامل یک میله پران است که صفحه‌ی پران را حرکت می‌دهد. صفحه‌ی پران نیز دارای تعدادی پین (میله‌های باریک) است که این پین‌ها وارد هسته قالب شده و به قطعه ضربه وارد می‌کند و آن را به بیرون قالب پرتاب می‌کند.
برای آنکه صفحه و پین‌های پران بتوانند در قالب حرکت داشته باشند، باید فضایی برای آنها ایجاد شود. این فضا توسط دو عدد پل در دو طرف صفحه پران ایجاد می‌شود. بدیهی است که ارتفاع پل‌ها به این بستگی دارد که ارتفاع خود قطعه چقدر است و پین‌های پران چقدر باید قطعه را به بیرون هل دهند تا از قالب خارج شود. در برخی از قالب‌ها با عرض و طول بیشتری برای کاهش فشار به صفحه‌ی کور (core) قالب از استوانه‌هایی به نام پل کمکی هم استفاده می‌شود.
سیستم خنک‌سازی و هواگیری
سایر کانال‌های درون قالب، شامل کانال‌های خنک‌کننده (مسیر جریان گرفتن آب) و کانال‌های خروج هوا هستند. کانال‌های خنک‌کننده موجب سرد شدن پلاستیک می‌شوند. کانال‌های خروج هوا نیز هوای داخل قالب را خارج می‌کنند چرا که در صورتی که حتی ذره‌ای هوا در داخل قالب‌گیر بیفتد موجب تشکیل حباب، یا دفرمه شدن قطعه می‌شود.
کشویی، قفل کن و سایر اجزای تکمیلی
علاوه بر موارد بالا، مسائل بسیار دیگری نیز در طراحی قالب تزریق پلاستیک دخیل هستند که بسته به طراحی نوع قطعه دارند. برای مثال سیستم در مواردی که قطعه به علت شکل خاصی که دارد، ممکن از پس از باز شدن قالب در قالب گیر بیفتد، لازم است در یک یا چند طرف آن “کشویی” طراحی شود. کشویی معمولاً در یک یا دو طرف کناری قالب قرار دارد و بخشی متحرک است که با باز شدن دو سمت اصلی قالب از هم، به صورت افقی کنار می‌رود، و با بسته شدن قالب مجدداً داخل می‌آید.
این کار کمک می‌کند زاویه‌های منفی در قطعه آزادشده و سیستم پران بتواند قطعه را به بیرون هدایت کند. همچنین برای کنترل میزان حرکات صفحات متحرک مانند صفحه پران و یا کشویی از “قفل کن” استفاده می‌شود. قفل کن ها موجب توقف حرکت در نقطه خاصی می‌شوند.
در مواردی نیز لازم است قطعه‌ای فلزی یا از جنس دیگر، درون قطع پلاستیکی کار گذاشته شود که به آن اینسرت میگویند و محل تعبیه اینسرت نیز باید در قالب در نظر گرفته شود. به همین ترتیب بسته به نوع قطعه، هر قالب می‌تواند اجزای تکمیلی بسیاری داشته باشد.