فناوری تزریق پلاستیک چیست؟
فرایند تزریق پلاستیک (injection molding) در واقع یک نوع فرایند تولیدی است که طی آن، طیف بسیار گسترده ای از انواع قطعات پلاستیکی در ابعاد و اشکال مختلف توسط دستگاه تزریق پلاستیک ساخته می شوند. در این فرایند با تزریق پلاستیک مذاب یا خمیری شده به داخل قالب های مخصوص، قطعه مدنظر را تولید و بعد از پایان تزریق پلاستیک، اطراف قالب را سرد می کنند؛ این کار موجب شکل گیری کامل قطعه تولید شده می گردد.
تمامی بخش های فرایند توضیح داده شده در دستگاه تزریق پلاستیک انجام می شود. در واقع این دستگاه می تواند طیف گسترده ای از قطعات پلاستیکی را تولید کند؛ بنابراین استفاده از انواع متفاوت آن در صنایع مختلف بسیار رواج پیدا کرده است؛ اما دستگاه تزریق پلاستیک چیست و چگونه قطعات مختلف پلاستیکی را تولید می کند؟ در ادامه با دستگاه دستگاه تزریق پلاستیک آشنا خواهید شد.
دستگاه تزریق پلاستیک چیست؟
دستگاه پلاستیک سازی یا دستگاه تزریق پلاستیک یکی از ابزارهای شکل دهی به پلیمرهای متفاوت است که با جای گذاری قالب های مختلف در آن، انواع قطعات پلاستیکی در ابعاد و اشکالی متنوع تولید می شود. در این دستگاه ها انجام مراحل مختلف فرم دهی به پلیمرها به شکل اتوماتیک یا نیمه اتوماتیک صورت می گیرد. به طبع کارایی و قیمت دستگاه تزریق پلاستیک اتوماتیک نسبت به نوع نیمه اتوماتیک آن بالاتر است. طی فرایند تزریق پلاستیک در این دستگاه باید متغیرها و پارامترهای مختلفی از جمله دما، نوع مواد اولیه و... کنترل شود تا قطعه تولید شده دارای کیفیت، استحکام و ظاهری مناسب و استاندارد باشد.
اما مهم ترین ویژگی های قطعه پلاستیکی استاندارد تولید شده توسط دستگاه تزریق پلاستیک چیست؟ اجزا مختلف ماشین تزریق پلاستیک کدام اند و چگونه باید آن ها را تنظیم کرد؟
اجزای دستگاه تزریق پلاستیک
بیشتر دستگاه های تزریق پلاستیک از دو قسمت اصلی ساخته شده اند که در هر کدام از این قسمت ها، اجزای مختلفی تعبیه شده است؛ البته لازم به ذکر بوده که این اجزا بسته به نوع و مدل ماشین تزریق پلاستیک متفاوت هستند؛ اما می توان گفت پایه و اساس تمامی دستگاه های تزریق پلاستیک، قطعاتی یکسان و ثابت بوده که در ادامه مقاله به معرفی آن ها خواهیم پرداخت.
همان طور که گفته شد، دستگاه های تزریق شامل دو بخش اصلی هستند. این بخش ها عبارت اند از:
بخش تزریق دستگاه تزریق پلاستیک
اجزا مختلف بخش تزریق دستگاه تزریق پلاستیک عبارت اند از:
• مکنده
• هاپر
• خشککننده (درایر)
• سیلندر
• سه عدد المنت (بعضی از دستگاه های تزریق پلاستیک دارای چهار عدد المنت هستند)
• سر نازل
• ماردون
• هیدروموتور
• جلوبرنده یا کالسکه
لازم به ذکر است که برخی از اجزای دستگاه تزریق پلاستیک مانند ماردون و المنت ها داخل سیلندر قرار می گیرند و نمی توان آن ها را به صورت مجزا مشاهده کرد. هیدروموتور و کالسکه نیز درون محفظه ای در بخش عقبی دستگاه تعبیه شده اند که انتقال مواد پلاستیکی خمیری را از سیلندر به سرنازل انجام می دهند.
بخش قالب گیری دستگاه تزریق پلاستیک
اجزا بخش قالب دستگاه تزریق پلاستیک عبارت اند از:
• صفحات گیره دستگاه
• کفه های قالب
• روبندها
• جک پران
• سیستم خنک کننده
تنها قسمت متحرک این بخش، صفحات گیره آن است که موجب کنار هم قرارگرفتن کفه های قالب می شوند. لازم به ذکر است که قطعات بعضی از ماشین های تزریق مانند ماشین سبدزنی و دستگاه تزریق پریفرم با انواع رایج این دستگاه ها تفاوت دارد.
نحوه کار دستگاه تزریق پلاستیک
ابتدا مواد اولیه پلیمری توسط مکنده ها وارد درایر یا خشک کن می شوند. در نسخه های قدیمی دستگاه تزریق پلاستیک، قطعه درایر به صورت جداگانه مورداستفاده قرار می گرفت. در واقع درایرها به عنوان دستگاهی مجزا از ماشین تزریق پلاستیک فعالیت می کردند؛ اما در حال حاضر طراحی دستگاه های تزریق پلاستیک به گونه ای انجام می شود که درایر به سیستم اصلی متصل باشد. این نوع از طراحی ها نقش به سزایی در کاهش هزینه های اولیه تهیه ابزارآلات شغل تزریق پلاستیک دارند؛ زیرا کارفرمایان با تهیه درایر به صورت جداگانه هزینه زیادی را متحمل می شوند.
درایر نصب شده روی دستگاه در واقع بخشی از سیستم هاپر دستگاه تزریق پلاستیک محسوب می شود. گرانول های مواد اولیه مدت زمانی مشخص داخل درایر باقی می مانند تا رطوبت و دمای آن ها به حدی مناسب برسد. بعد از خشک شدن مواد اولیه، گرانول ها از قیف دستگاه عبور کرده و وارد قسمت سیلندر ماشین می شوند.
در قسمت سیلندر دستگاه تزریق پلاستیک، مواد اولیه فرایند فراوری را طی می کنند و از حالت جامد به حالتی خمیری شکل تغییر فاز می دهند. انرژی لازم جهت تغییر فاز مواد اولیه توسط حرارت و گرما تأمین می شود. در طول سیلندرها سه المنت جای گذاری شده اند تا حرارت مورد نیاز تغییر فاز را تولید کنند. بسته به نقطه ذوب مواد اولیه، دمای المنت ها به گونه ای تنظیم می شود که گرانول ها ذوب نشوند؛ بلکه حالتی خمیری شکل به خود بگیرند.
بسیاری از افراد تصور می کنند که در دستگاه های تزریق پلاستیک ابتدا گرانول های پلیمری را ذوب می کنند و بعد به آن ها شکل می دهند؛ این تفکر اشتباه است. در واقع پلیمرهای اولیه در بخش تزریق دستگاه تزریق پلاستیک به حالت خمیری شکل درآمده و بعد آماده تزریق به داخل قالب می شوند. خمیری بودن مواد اولیه به شکل گیری بهتر قطعات کمک شایانی خواهد کرد.
در داخل محفظه سیلندر دستگاه تزریق پلاستیک، قطعه مارپیچ و بلند دیگری به نام ماردون تعبیه شده که به صورت افقی داخل محفظه قرار گرفته است. در واقع ماردون به کمک هیدروموتور انتهای دستگاه، در بین مواد اولیه می چرخد و علاوه بر یکنواخت سازی آن ها، به افزایش دما برای تغییر فاز گرانول ها نیز کمک می کند. لازم به ذکر است که دمای المنت ها یکسان نبوده، اما تفاوت بسیار زیادی نیز با یکدیگر ندارند؛ بنابراین ماردون با چرخش در بین مواد اولیه، جای گرانول ها را به صورت مداوم جا به جا کرده تا به شکلی یکنواخت به حالت خمیری در بیایند.
بعد از خمیری شدن مواد اولیه، بخش کالسکه دستگاه به جلو حرکت کرده و مواد اولیه فراوری شده را به قسمت سرنازل می راند. در بخش قالب گیری دستگاه تزریق پلاستیک، گیره دو قسمت قالب را در کنار یکدیگر قرار می دهد. حال مواد از طریق سرنازل به قالب تعبیه شده در دستگاه تزریق شده و در فاصله بین دو قسمت قالب قرار می گیرند. فاصله بین دو قسمت قالب نقشی بسیار حیاتی در شکل گیری قطعه را بازی می کند. در واقع اگر این فاصله طبق استانداردها طراحی و ساخته نشود، قطعه تولیدی علاوه بر عدم استحکام کافی، شکل مناسبی نیز به خود نمی گیرد.
بعد از تزریق پلیمرهای خمیری شکل به داخل قالب، بین سرنازل و ورودی قالب عملیات وکیوم سازی انجام شده و بقیه مواد با حرکت معکوس ماردون و کالسکه به داخل سیلندر باز می گردد. بعد از شکل گرفتن اولیه مواد داخل قالب، سیستم خنک کننده جهت نهایی سازی فرایند شکل گیری وارد عمل می شود. سیستم خنک کننده دستگاه تزریق پلاستیک با آب کار می کند و در اطراف قالب تهیه قطعات پلاستیکی می چرخد. آب سرد با قالب گرم تبادل گرمایی انجام داده و قطعه سرد می شود. این کار در فرایند شکل گیری نهایی قطعات نقش به سزایی دارد.
بعد از انجام فرایند شکل گیری، صفحات گیره دستگاه از هم باز شده و جک پران وارد عمل می شود. جک پران قسمتی است که قطعه تولید شده را به سمت بیرون از دستگاه پرتاب و هدایت می کند. تنها درصورتی که قطعات به پرت شدن مقاوم باشند، از جک پران برای خارج کردن آن ها از دستگاه تزریق استفاده می شود. در غیر این صورت، اپراتور ماشین به صورت دستی قطعات تولید شده را از قالب جدا و به خارج از دستگاه تزریق پلاستیک هدایت می کند.
دستگاه های تزریق پلاستیک به سیستم ایمنی و امنیتی مجهز هستند. روی انواع این دستگاه ها دکمه بزرگی تعبیه شده است که در صورت فعال کردن آن، تمامی فرایند های دستگاه متوقف شده و صفحات گیره از هم باز می شوند. این کار از جاماندن دست اپراتور در میان قالب های قطعات جلوگیری می کند
ویژگیهای قطعات پلاستیکی استاندارد
همان طور که در بخش های ابتدایی مطلب نیز اشاره کردیم، دستگاه های تزریق پلاستیک در انواع بسیار مختلفی تولید می شوند. این دستگاه ها از نظر سیستم کنترل، اجزا تشکیل دهنده، نوع رانش مواد اولیه به سمت سرنازل و... با یکدیگر تفاوت دارند. ماشین های تزریق پلاستیک را می توان در سه دسته بندی کلی جای داد. این سه دست هبندی عبارتاند از:
دستگاه های تزریق پلاستیک هیدرولیکی
این نوع از دستگاه های تزریق پلاستیک از قدیمی ترین انواع دستگاه های تزریق پلاستیک هستند که در سال های ۱۹۳۰ تا ۱۹۸۰ مورد استفاده قرار گرفته اند. در این نوع از دستگاه ها از جک های هیدرولیکی برای فشرده سازی پلاستیک در قالب های مربوطه استفاده می شد؛ اما با گذر زمان و برقی شدن دستگاه ها، این ماشین نیز از دور خارج شدند و جای خود را به نسخه های پیشرفته تر دستگاه تزریق دادند.
این دستگاه ها هیچ سیستم خنک کننده ای نداشتند و فرایند نهایی شکل گیری قطعات در آن ها طولانی و ناپایدار بوده است. کاربرد دستگاه تزریق پلاستیک هیدرولیکی بسیار محدود بوده و در حال حاضر استفاده از آنها هیچ صرفه اقتصادی را برای کارفرما به همراه نخواهد داشت.
دستگاه های تزریق پلاستیک برقی
دستگاه های تزریق پلاستیک برقی از رایج ترین و مرسوم ترین دستگاه های این صنعت هستند که نسبت به نوع قبلی یعنی دستگاه های تزریق پلاستیک هیدرولیک، مزیت های بسیار زیادی دارند. سیکل تولید در این ماشین ها کوتاهتر بوده و فرایند تولید قطعات در آن ها به شکلی کاملاً دیجیتال کنترل می شوند. تکرار سریع سیکل تولید و دقت بالای این دستگاه ها از جمله مهمترین دلایل جایگزینی آن ها با دستگاه های هیدرولیکی هستند.
دستگاه تزریق پلاستیک برقی مصرف انرژی پایینی نسبت به سطح تولید خود دارد و به وسیله مانیتورهای دیجیتالی کنترل می شود. یکی دیگر از برتری های این دستگاه نسبت به سایر انواع دستگاه های تزریق پلاستیک، عدم استفاده از روغن در بخش های مختلف آن است؛ زیرا نشت روغن به درون قالب موجب عدم شکل گیری مناسب و ایجاد تاب در شکل قطعات می شود. عدم استفاده از روغن ریسک رخ دادن این اتفاقات را به شدت پایین می آورد. بسیاری از مدل های دستگاه تزریق پلاستیک برقی کاملاً اتوماتیک بوده و سرعت کار آن ها نیز بسیار بالا است.
دستگاههای تزریق پلاستیک هیبریدی
این دستگاه از جمله جدیدترین و مدرن ترین دستگاه های تزریق پلاستیک حال حاضر در بازار بوده و در واقع ترکیبی از دستگاه های تزریق هیدرولیکی و برقی است. سیکل تولید در آن ها نسبت به انواع دیگر بسیار کوتاه تر بوده و تکرارپذیری فرایند تولید این دستگاه ها در سطح بالایی قرار دارد.
دستگاه های تزریق پلاستیک هیبریدی مصرف انرژی بسیار پایینی داشته و هنگام کارکردن نیز سروصدای زیادی تولید نمی کنند. در بیشتر مواقع نیازی به حضور اپراتور در کنار دستگاه نبوده و این ماشین می تواند به صورت کاملاً اتوماتیک و خودکار فرایند تولید قطعات پلاستیکی را به سرانجام برساند. این ماشین در سال های اخیر بسیار مورد توجه قرار گرفته و روز به روز به تعداد کاربرانش افزوده می شود؛ درنتیجه می توان دستگاه تزریق هیبریدی را بهترین دستگاه تزریق پلاستیک بازار معرفی کرد.
مواد اولیه قالبسازی پلاستیک
یکی از حیاتی ترین و مهم ترین بخش های انجام فرایند تزریق پلاستیک، انتخاب ماده اولیه مناسب است. گرانول های اولیه تولید در این صنعت انواع مختلف و طیف کاربردی بسیار گسترده ای دارند. مواد اولیه قالب سازی پلاستیک از نظر پارامترهایی مانند مقاومت به گرما، شکل پذیری، قیمت، انطباق پذیری، نقطه ذوب، کاربرد و... با یکدیگر متفاوت هستند. از جمله مواد اولیه فرایند تزریق پلاستیک می توان به موارد زیر اشاره کرد.
Polyethylene (پلیاتیلن)
از کاربردی ترین گرانول های اولیه فرایند تزریق پلاستیک هستند. این مواد در دو نوع پلی اتیلن های سبک (LDPE) و پلی اتیلن های سنگین (HDPE) به بازار عرضه می شوند. پلی اتیلن ها از انعطاف پذیرترین و مقرون به صرفه ترین مواد اولیه موجود هستند و مقاومت شیمیایی بالایی دارند. از این مواد در تولید موارد زیر استفاده می شود:
• درب بطری
• بطری شامپو
• سطل های پلاستیکی
• انواع گالن و دبه
• لوازم خانگی
کاربرد پلی اتیلن ها به موارد بالا محدود نبوده، بلکه در تولید مایع ظرف شویی نیز از آن ها استفاده می شود.
Polypropylene (پلیپروپین)
از رایج ترین مواد اولیه دستگاه تزریق پلاستیک هستند که به پاس ویژگی های منحصربه فردشان در بسیاری از صنایع مورداستفاده قرار می گیرند. از جمله ویژگی های این مواد اولیه می توان به استحکام مناسب، مقاومت به ضربه، چقرمگی بالا، انعطاف پذیری، قیمت مناسب، شفافیت و.. اشاره کرد. از پلی پروپین در تولید موارد زیر استفاده می شود:
• صندلیهای پلاستیکی
• لگن
• سطل
• سبد پلاستیکی
• پالت
• مایکروویو
• لوازم و تجهیزات پزشکی
لازم به ذکر است که پلیپروپین از بهترین مواد اولیه مورداستفاده در دستگاه سبد سازی به شمار میآید. ماشین سبدزنی به پاس طراحی متفاوت قالبهایش، دارای ساختار نسبتاً متفاوتی در مقایسه با سایر انواع دستگاه تزریق پلاستیک است.
Polyamide (پلیآمید)
از خانواده مواد اولیه پلاستیک مهندسی بوده که در ساخت حیاتی ترین قطعات صنایع مختلف کاربرد دارد و از مهم ترین مواد اولیه برای دستگاه تزریق پلاستیک می باشد. پلی آمید نسبت به دو مورد معرفی شده مزیت های بیشتری از جمله استحکام بسیار بالا، قابلیت تحمل دمای زیاد، اصطکاک پایین، مقاومت به ضربه، مقاومت شیمیایی بالا و... را دارد. طیف کاربردی پلی آمید بسیار گسترده بوده و در ساخت قطعات مختلف زیر به کار می رود:
• بلبرینگ های هرزگرد
• پروانه رادیاتور
• چرخ دنده
• منیفولد هوا
• قاب سنسور مپ
• و...
لازم به ذکر است که پلیآمید ۶ و پلی آمید ۶-۶ نسبت به رطوبت حساس هستند. زمانی که این مواد اولیه در مقابل آب و رطوبت قرار بگیرند، استحکام و فرم خود را از دست می دهند.
Polycarbonate (پلی بیکربنات)
از جمله مواد اولیه مورد استفاده در دستگاه تزریق پلاستیک برای صنعت خودروسازی هستند که به پاس داشتن مقاومت بالا در برابر ضربه، در تولید قطعات مختلف استفاده می شوند. از جمله این قطعات می توان به موارد زیر اشاره کرد:
• حباب لامپ های LED
• چراغ های عقب و جلو خودرو
• لنز پلاستیکی
• عینک ایمنی
برای استفاده از این ماده اولیه، دستگاه تزریق پلاستیک شما باید مجهز به قطعات ماردون، درایر، گازگیر و سیلندر مخصوص باشد.
Polystyrene (پلیاستایرن)
پلی استایرن ها (PS) از جمله پلیمرهای شفاف و شکننده و مهم ترین مواد اولیه در دستگاه تزریق پلاستیک هستند. ممکن است با خود فکر کنید که این گرانول اولیه به خاطر عدم مقاومت در برابر ضربه کاربرد زیادی ندارد؛ این تفکر اشتباه بوده و از پلی استرایرن ها در تولید انواع ظروف یک بارمصرف پلاستیکی، لوازم آزمایشگاهی و تجهیزات پزشکی استفاده می شود.
کاربرد دستگاه تزریق پلاستیک
دستگاه تزریق پلاستیک در انواع مختلفی ساخته می شود و همین عامل موجب تولید طیف انبوهی از قطعات پلاستیکی شده است. علاوه بر این مورد، تنوع در طراحی قالب تزریق پلاستیک نیز موجب تولید انواع مختلفی از قطعات پلاستیکی در شکل ها و ابعاد متفاوت می شود. از جمله کاربردهای ماشین تزریق پلاستیک می توان به موارد زیر اشاره کرد.