قالب گیری تزریق – بخش اول
قالب گیری تزریق، نوعی فرآیند تولیدی جهت تولید قطعات از طریق تزریق مواد به درون یک قالب است. قالب گیری تزریق را می توان با مواد بیشماری، مانند فلزات، شیشه ها، الاستومرها، شیرینی جات، و بیشتر پلیمرهای ترموپلاستیک (گرما نرم) و ترمو ست ها (گرما سخت) انجام داد. برای ساخت ی قطعه، مواد به درون یک بشکه (یا سیلندر) گرم وارد می شوند، مخلوط شده، و با فشار به درون یک حفره (کویتی) قالب وارد می شود، تا در آنجا سرد شده و به شکل حفره سخت می شود. پس از طراحی محصول، که معمولاً توسط یک طراح صنعتی یا یک مهندس انجام می شود، قالب ساز قالب ها را از فلز که معمولاً فولاد یا آلومینیوم است، می سازد، و با دقت ماشین کاری می شود تا مشخصات قطعه ی طراحی شده ی مورد نظر شکل گیرد. قالب گیری تزریقی کاربرد گسترده ای برای تولید انواع قطعات، از کوچکترین اجزا تا قطعات کلی بدنه ی اتومبیل دارد. پیشرفت در تکنولوژی چاپ سه بعدی، استفاده از پلیمرهایی که در طی قالب گیری تزریقی ذوب نمی شوند و برخی از ترموپلاست های (گرما نرم) درجه حرارت پایین تر را می توان برای برخی قالب های تزریق ساده مورد استفاده قرار داد.
قطعات برای قالب گیری تزریقی باید با دقت زیاد طراحی شوند تا فرآیند قالب گیری را تسهیل نماید، موارد مورد استفاده برای قطعات، شکل و خصوصیات مطلوب قطعات، مواد قالب، و خصوصیات دستگاه تزریق باید در نظر گرفته شوند. تنوع و قابلیت تطبیق قالب گیری تزریق، به واسطه ی وسعت ملاحظات و امکانات طراحی تسهیل شده است.
کاربردها
قالب گیری تزریقی کاربرد بسیاری در ایجاد بسیاری از چیزها مانند قرقره ی سیم، بسته بندی، درب بطری، قطعات خودرو و لوازم جانبی، شانه های جیبی، برخی آلات و قطعات موسیقی، صندلی های یک تکه، میزهای کوچک، ظروف نگهداری، قطعات مکانیکی (از جمله چرخ دنده)، و بسیاری دیگر از محصولات پلاستیکی که امروزه در دسترس هستند، دارد. قالب گیری تزریقی، رایج ترین روش مدرن برای تولید قطعات است؛ و برای تولید حجم بالای اشیاء مشابه ایده آل است.
ویژگی های فرآیند
در قالب گیری تزریق پلاستیک از یک پیستون پران یا پیستون از نوع مارپیچ (screw – type plunger) برای فشار دادن مواد پلاستیک ذوب شده درون یک حفره ی قالب استفاده می شود؛ و به شکلی که مطابق با شکل قالب است، سفت می شوند. این روش کاربرد گسترده ای برای فرآوری هر دو پلیمرهای ترموپلاست و ترموست دارد، البته با توجه به حجم سالانه ی مواد قالب گیری شده، می توان گفت که مورد اول (پلیمرهای ترموپلاست) رواج بیشتری دارد. ترموپلاستیک ها بسیار رایج هستند زیرا ویژگیهایی دارند که آنها را برای قالب گیری تزریقی، بسیار مناسب می کند، مانند سهولت بازیافت آنها، تطبیق پذیری آنها که این امکان را فراهم می کند تا در طیف گسترده ای از کاربردها مورد استفاده قرار گیرند و توانایی آنها برای نرم شدن و جاری شدن در اثر گرما از دیگر خصوصیات مناسب آنها می باشد. همچنین ترموپلاستیک ها نسبت به ترموست ها از عنصر امنیت نیز برخوردار هستند؛ اگر یک پلیمر ترموست از یک بشکه ی (سیلندر) تزریق به موقع خارج (پرتاب) نشود، ممکن است پیوندهای متقابل شیمیایی رخ دهد که والوهای (دریچه های) مارپیچی و یک طرفه متوقف شوند و احتمالاً به دستگاه قالب گیری تزریقی آسیب وارد شود.
قالب گیری تزریقی عبارت است از تزریق با فشار بالای مواد اولیه درون یک قالب که پلیمر را به شکل دلخواه در می آورد. قالب ها می توانند یک یا چند حفره (کویتی) داشته باسند. در قالب های با چند حفره، ممکن است حفره ها برابر باشند و قطعات مشابه را شکل دهند یا به صورت منحصر به فرد باشند و در طول یک سیکل، اشکال هندسی متفاوتی را ایجاد نمایند. قالب ها معمولاً از فولادهای ابزار ساخته شده اند، اما قالب های فولاد ضد زنگ و آلومینیوم نیز برای برخی برنامه های خاص مناسب هستند. قالب های آلومینیوم معمولا برای تولیدات یا قطعات با حجم بالا با تلرانس ابعادی محدود مناسب نیستند، زیرا آنها خواص مکانیکی نامرغوبی دارند و بیشتر مستعد فرسایش، آسیب، و تغییر شکل در طول سیکل های گیره و تزریق قرار می گیرند؛ با این حال، قالب های آلومینیوم در کاربردهای با حجم پایین مقرون به صرفه هستند، زیرا هزینه و زمان ساخت قالب به میزان قابل توجهی کاهش می یابد. بسیاری از قالب های فولادی برای فرآوری مناسب بیش از یک میلیون قطعه در طول مدت عمر خود طراحی شده اند و می توان صدها هزار دلار برای ساخت آنها هزینه کرد.
هنگامی که ترموپلاستیک ها قالب گیری شوند، معمولاً مواد اولیه پلت یا گندله شده از طریق یک قیف به درون یک بشکه (سیلندر) گرم شده با یک مارپیچ رفت و برگشتی ریخته می شوند. به محض ورود به بشکه، انرژی گرمایی افزایش پیدا می کند و نیروهای واندروالس که در برابر جریان نسبی هر یک از زنجیره ها مقاومت می کنند، در نتیجه ی افزایش فضای بین مولکول ها ر حالات انرژی گرمایی بالاتر تضعیف می شوند. این فرآیند ویسکوزیته ی آن را کاهش می دهد، که پلیمر را قادر می سازد تا با نیروی محرکه ی واحد تزریق جاری شود. مارپیچ (screw) مواد اولیه (یا مواد اولیه) را تحویل می دهد، مخلوط می کند، و توزیع حرارتی و ویسکوزیته پلیمر را یک جور و یکسان سازی می کند، زمان مورد نیاز برای گرمایش را از طریق برش مکانیکی مواد و افزودن مقدار قابل توجهی از گرمایش اصطحکاکی پلیمر، کاهش می دهد. این مواد از طریق یک دریچه ی یک طرفه به جلو رانده می شوند و در مقابل مارپیچ به اندازه ی یک شات (shot) جمع آوری می شوند. یک شات حجمی از ماده است که برای پر کردن حفره (کویتی) قالب، جبران انقباض و کاهش مواد بکار می رود و یک کوسن (در حدود ۱۰% از حجم کلی شات، که در بشکه یا سیلندر باقی می ماند و مانع کیفیت بد مارپیچ می شود)، فشار را از مارپیچ به حفره (کویتی) قالب انتقال می دهد.
هنگامی که مواد کافی جمع آوری شدند، این مواد با فشار و سرعت بالا به یک حفره ی شکل دهنده ی قطعه رانده می شوند. برای جلوگیری از نوسان فشار، معمولاً در این فرآیند از یک موقعیت انتقال استفاده می شود که مطابق با ۹۵-۹۸% حفره ی کامل است که مارپیچ از یک سرعت ثابت تا یک کنترل فشار ثابت تغییر پیدا می کند. اغلب زمان تزریق زیر ۱ ثانیه است. هنگامی که مارپیچ به موقعیت انتقال رسید، فشار پس از تزریق اِعمال می شود، تا پر کردن قالب کامل شود و انقباض حرارتی جبران شود، که نسبت به بسیاری از مواد دیگر، برای ترموپلاستیک ها بسیار بالاست. فشار پس از تزریق تا زمان جامد شدن حفره (ورودی حفره) بکار می رود. به دلیل اندازه ی کوچک آن، حفره معمولاً اولین جایی از کل ضخامت است که جامد می شود. پس از سفت شدن حفره ها، دیگر نمی توان ماده ای را وارد کویتی نمود؛ بر این اساس، هنگامی که ماده درون قالب سرد می شود، مارپیچ برای جبران و تبادل مواد جهت سیکل بعدی اقدام می کند، به طوری که می تواند مواد را به خارج پرتاب نموده و از نظر ابعادی ثابت باشد. با استفاده از خطوط خنک کاری که آب یا روغن از یک ترمولاتور در گردش است، طول مدت خنک کاری به میزان چشمگیری کاهش یافته است. هنگامی که دمای مورد نیاز به دست آمد، قالب باز می شود و مجموعه ای از پین ها، روکش ها ، استریپرها، و غیره به سمت جلو رانده می شوند تا ماده از قالب خارج شود. سپس، فالب بسته می شود و این فرآیند تکرار می شود.
برای ترموست ها معمولاً دو جزء شیمیایی مختلف به درون بشکه یا سیلندر تزریق می شوند. این اجزاء بلافاصله واکنش های شیمیایی برگشت ناپذیری را شروع می کنند که در نهایت، مواد درون شبکه ای متصل منفرد از مولکول ها اتصالات عرضی پیدا می کنند . هنگامی که واکنش شیمیایی رخ می دهد، دو جزء مایع (یا سیال) به طور دائمی به یک جامد ویسکو الاستیک تبدیل می شوند. انجماد و سخت شدن در سیلندر تزریق و مارپیچ می تواند مشکل ساز باشد و پیامدهای مالی داشته باشد؛ بنابراین، به حداقل رساندن عمل آوری ترموست درون سیلندر امری حیاتی است. این کار معمولاً به معنی آن است که زمان اقامت و دمای پیش ماده های شیمیایی در واحد تزریق به حداقل برسند. زمان اقامت را می توان با به حداقل رساندن ظرفیت حجم سیلندر و با افزایش زمان سیکل کاهش داد. این فاکتورها منجر به استفاده از عایق حرارتی، و واحد تزریق سرد می شود که مواد شیمیایی در حال واکنش را درون یک قالب حرارتی ایزوله شده ی گرمایی تزریق می کند، و موجب کاهش زمان مورد نیاز برای دستیابی به یک جزء ترموست جامد می شود. پس از سرد شدن قطعه، دریچه یا والوها بسته می شوند تا سیستم تزریق و پیش ماده های شیمیایی ایزوله شوند، و قالب باز می شود تا قطعات قالب گیری شده به بیرون پرتاب شوند. سپس، قالب بسته شده و این فرآیند تکرار می شود.
منبع :اینترنت
ترجمه : ایران ملد
