قالبگیری تزریقی
قالبگیری تزریقی روشی برای تولید محصولات قالب گیری شده از طریق تزریق مواد پلاستیکی نرم و ذوب شده در اثر حرارت به داخل قالب و سپس سرد کردن و جامد کردن آن ها است.
این روش برای تولید انبوه محصولات با اشکال پیچیده، مناسب است؛ قالب گیری تزریقی مهم ترین فرآیندی است که برای تولید محصولات پلاستیکی استفاده می شود.
امروزه بیش از یک سوم مواد ترموپلاستیک به صورت تزریقی و بیش از نیمی از تجهیزات فرآیندی پلیمرها، قالب گیری تزریقی می باشد.
اولین ماشین های تزریق به سال 1872 باز می گردد، زمانی که برادران هایت ماشینی برای تزریق سلولز به قالب ها ثبت اختراع کردند، این ماشین ها ساده ترین نوع ماشین های تزریق پلاستیک بودند.
نوسازی فرآیند قالب گیری تزریقی در دهه 1950 با ادغام فناوری اکستروژن با فرآیند قالب گیری آغاز شد که مزیتش این است که نرم شدن و ذوب پلاستیک به رسانش حرارتی بستگی ندارد.
انواع ماشین آلات تزریق
به طور کلی نوع ماشین تزریق همیشه یکی از چهار عامل تاثیرگذار در پروسه تولید، قیمت و کیفیت نهایی محصول تزریقی به حساب می آید.
انواع ماشین آلات تزریقی عبارتند از:
1-ماشین های تزریقی- پیستونی
2-ماشین های تزریقی پیستونی – مارپیچی
3-ماشین های تزریقی – مارپیچی
ماشین های تزریقی – پیستونی
در سیستم تزریقی – پیستونی انتقال، تراکم، ذوب شدن ماده ی جامد پلیمری و نهایتاً تزریق مذاب به قالب به وسیله حرکت رفت و برگشتی پیستونی که تحت فشار هیدرولیکی قرار دارد انجام می گیرد.
در برخی از ماشین های تزریقی – پیستونی اجرای عملیات تراکم تا مرحله ذوب شوندگی ماده پلیمری توسط یک پیستون و سپس عمل تزریق به قالب توسط پیستون دیگری انجام می گیرد.
مهم ترین وظیفه ی پیستون های هیدرولیکی یا مکانیکی تراکم و خمیری کردن مواد و در نهایت ذوب ماده ی پلیمری و در مرحله ی بعد اعمال فشار لازم جهت تزریق مذاب در حفره قالب می باشد.
ذوب کردن ماده ی جامد پلیمری در این گونه ماشین ها که فاقد نیروهای برشی هستند، فقط از طریق اصطکاک و هیترهای حرارتی امکان پذیر است.
از آنجایی که مواد پلیمری توسط حرارت سیلندر گرم می شوند، حرارت باید از قسمت بیرونی سطح مقطع مواد پلیمری به داخل آن برود، از آنجایی که مواد پلیمری رسانای حرارتی ضعیفی هستند، مذاب پلیمری از نظر حرارتی یکنواخت و همگن نمی باشد.
ماشین های تزریقی پیستونی – مارپیچی
مراحل تولید در ماشین های پیستونی – مارپیچی بدین صورت است که عملیات تراکم ماده ی پلیمری، خمیری و ذوب کردن مواد در سیلندری جداگانه توسط یک مارپیچ با حرکت دورانی و افقی انجام می گیرد ولی تزریق مذاب در قالب توسط پیستونی هیدرولیکی با حرکتی رفت و برگشتی اتفاق می افتد.
به دلیل استفاده از پیچ در مذاب سازی و نرم کردن پلیمر، نیروهای برشی آن را مذاب کرده و به همین دلیل مذاب یکنواختی بیشتری نسبت به ماشین های تزریقی پیستونی دارد.
ماشین های تزریقی – مارپیچی
پس از ماشین های پیستونی – مارپیچی جدیدترین نسل ماشین های تزریقی، ماشین های تزریقی – مارپیچی هستند که امروزه تقریباً سیستم تمام ماشین های تزریقی بر مبنای این گروه از ماشین آلات طراحی و ساخته می شوند.
قسمت های مختلف ماشین تزریق
دستگاه تزریق از سه قسمت اصلی تزریق(injection)، قالب(mold)، بستن(clamping) تشکیل می شود که اجزای آن به شرح زیر است:
1- قیف(hopper): مواد پلیمری به همراه افزودنی ها و پرکننده ها از این قسمت وارد اکسترودر می شوند.
2-پیچ(screw):با چرخش خود باعث نرم و مذاب شدن مواد پلیمری شده و همچنین با جلو و عقب رفتن مواد را انتقال می دهد.
3-محفظه(barrel)
4-هیتر(heater)
6-محفظه ی تزریق(injection chamber)
7-صفحه متحرک(movable platen)
8- صفحه ثابت(Stationary platen)
7- نازل: نازل آخرین قسمت خروجی مواد از سمت محفظه ی دستگاه است که مواد را به سمت قالب از طریق گلوگاه(sprue) هدایت می کند.
8- شیر یکطرفه: برای آنکه وقتی پیچ به جلو حرکت می کند تا قالب پر شود ممکن است به دلیل فشار بالا جریان برگشتی به وجود بیاید و دوباره مواد از قالب به سمت داخل محفظه ی مذاب بروند و برای جلوگیری از این اتفاق شیر یکطرف می گذارند.
9- موتور
10- سیستم خنک کننده
11- سیستم قفل کننده(clamping)
12- گلوگاه یا مذاب رو(sprue) از انتهای اکسترودر مواد را به سمت قالب هدایت می کند.
13- راهگاه(runner)عموما سطح مقطع دایره ای دارند که در سیستم های چند حفره ای باید بالانس باشند تا حفرات همزمان پر شوند.
14- ورودی (gate)
15- حفره(cavity) گاهی اوقات چند حفره داریم مخصوصاً برای قطعات ریز
فرآیند قالبگیری تزریقی
پیچ اکسترودر بر اثر چرخش، نیروهای برشی برای پلیمر ایجاد کرده و این نیروها و همچنین اصطکاک مواد باعث ایجاد حرارت در پلیمر می شوند.
بنابراین پلیمر بر اثر نیروهای برشی ،اصطکاک و همچنین توسط هیترهایی که بر روی سیلندر است نرم و مذاب می شود.
سیکل فرآیند تزریق بدین صورت است که ابتدا قالب بسته شده و سپس پیچ اکسترودر برای تزریق مواد به سمت جلو حرکت کرده و مذاب پلیمری از طریق نازل به گلوگاه(sprue) منتقل و از آنجا به راهگاه و بعد به گیت و از آنجا به حفره قالب منتقل می شود.
مواد بر اثر فشار به داخل قالب تزریق می شوند و پیچ تا آنجا جلو می آید که فشار را به حداکثر برساند. برای اینکه مواد کاملا فشرده شوند و قالب پرشود و همچنین به دلیل آنکه پلیمر در حال خنک شدن در قالب جمع می شود، پیچ در جلو نگه داشته می شود تا فشار باقی بماند و مواد تزریق شود و همچنین جمع شدگی پلیمر جبران گردد، به این فشار، فشار نگه داری یا packing می گویند.
بعد از آنکه ورودی(gate) فریز(منجمد) شد پیچ به سمت عقب حرکت کرده و مواد نرم شده(مذاب) برای مرحله بعدی تزریق در جلوی اکسترودر شارژ و منتقل می شوند.
مرحله ی بعدی باز شدن قالب می باشد و پران دستگاه، قطعات قالبگیری شده را به بیرون می اندازد.
زمان چرخه ی تزریق مجموع زمان های بسته شدن قالب، سرد شدن و پران(ejection) می باشد، زمان خنک سازی بر فرآیند غالب است که بستگی به ضخامت قطعه قالبگیری شده دارد.
با استفاده از میانگین تاریخچه دمای قطعه و تاریخچه فشار حفره، فرآیند را می توان با استفاده از نمودار pvT همانطور که در شکل نشان داده شده است ارزیابی کرد، این نمودار چهار فرآیند اساسی را نمایش می دهد:
1- مسیر صفر تا یک، تزریق همدما می باشد.
2- مسیر یک تا دو، افزایش فشار تا فشار نگه دارنده
3- مسیر دو تا سه، فرآیند خنک سازی ایزوباریک(فشار ثابت) در طول چرخه فشار نگهدارنده
4-مسیر سه تا چهار، فرآیند خنک سازی ایزوکوریک(حجم ثابت) پس از انجماد گیت افت فشار به فشار اتمسفر داریم.
5- مسیر چهار تا پنج، خنک سازی ایزوباریک تا دمای اتاق
