دستگاه تزریق پلاستیک چیست و به چه دردی میخورد؟ پس از طراحی یک قطعه توسط مهندس یا طراح صنعتی، قالب متناسب با قطعه توسط قالب‌ساز ساخته می‌شود. قالب‌های تزریق عموماً از فولاد یا آلومینیوم و طی ماشین‌کاریِ دقیقی ساخته شده تا منعکس‌کننده‌ی ویژگی‌های قطعه طراحی‌شده باشند.
قالب‌گیری تزریقی به منظور تولید طیف وسیع محصولات از کوچکترین اشیاء تا بدنه کامل اتوموبیل‌ها، مورد استفاده قرار می‌گیرد.
چگونه دنیای قطعات تزریقی پدید آمد؟ قالب‌گیری تزریقی (به انگلیسی: Injection moulding) نوعی فرایند تولید قطعه است که در آن مواد مذاب تحت فشار به‌داخل قالب، تزریق می‌شوند. این سیستم بر خلاف سیستم ریژه که مذاب تحت نیروی وزن خود بداخل قالب می‌رود امکانات تولید قطعات محکم و بدون مک (Pinhole) می‌باشد. قالب‌گیری تزریقی بهترین راه تولید یک محصول پلاستیکی می‌باشد. در سال 1868 میلادی، جان وسلی هایِت، تولید کننده توپ‌های بیلیارد Phelan and Colander، روشی برای ساخت توپ بیلیارد از تزریق سلولوئید به یک قالب، ابداع نمود. وی با ارتقای سلولوئید، آن را برای فرآوری و ساخت شکل نهایی آماده ساخت. در سال 1872، جان و برادرش از اولین دستگاه تزریق پلاستیک رونمایی نموده که در مقایسه با ماشین‌آلات امروزی ساده و از اجزای کمتری برخوردار بود. این دستگاه به واسطه‌ی یک پیستون، مواد را از داخل سیلندری داغ به داخل قالب تزریق می‌کرد.
با پیشرفت آرام صنعت در گذر سال‌ها، محصولات دیگری مانند فرم‌دهنده‌ی یقه‌ی پیراهن، دکمه و شانه‌های جیبی تولید گردید. در دهه 1940، بواسطه‌ی تقاضای وسیع محصولات ارزان و انبوه در دوران جنگ جهانی دوم، مفهوم قالب‌های تزریق رشد چشمگیری به خود دید.
در سال 1946، جیمز هِندری اولین دستگاه تزریق پلاستیک مارپیچی را اختراع و صنعت پلاستیک را دگرگون نمود. در دستگاه وی، پیستون جای خود را به مته‌‌ای طراحی شده داد. این مته مواد داخل سیلندر را پیش از تزریق، مخلوط و سپس به داخل قالب هدایت می‌کرد. بدین ترتیب، پیش از عملیات تزریق، امکان ترکیب و میکس پلاستیک رنگی یا بازیافتی با مواد اولیه، به طور کامل میسر گردید.
امروزه دستگاه‌های تزریق مارپیچی 95 درصد از سهم تولید شرکت‌های ذی‌ربط را تشکیل می‌دهند. صنعت قالب‌های تزریق سیر تکامل را از تولید شانه و دکمه تا تولید محصولات صنایع پزشکی، هوافضا، اسباب‌بازی، بسته‌بندی، خودروسازی و ساخت‌و‌ساز، به تدریج و در گذر سالیان متمادی پیموده است.
در حال حاضر، دستگاه تزریق پلاستیک روش ارجح در تولید قطعات پلاستکی محسوب می‌شود. قالب‌های تزریق در تولید طیف وسیعی از محصولات مانند لوازم الکتریکی منزل، ظروف، درب بطری‌ها، اجزای داخلی خودروها و بیشتر محصولات پلاستیکی موجود، نقشی اساسی ایفا می‌کنند.
برخورداری از قابلیت ساخت قطعات چندکویته و در حقیقت تولید همزمان چندین محصول در مدت یک سیکل کاری، قالب‌گیری تزریق را به گزینه‌ای ایده‌آل جهت تولید حجم بالای محصولات بدل نموده است. دقت بالا، تکرارپذیری، طیف وسیع مواد مصرفی، هزینه نیروی‌کار کم، دورریز اندک و نیاز به ملزومات کم برای نهایی کردن محصولات پس از قالب‌گیری، همه و همه از مزایای قالب‌گیری تزریق پلاستیک محسوب می‌گردند.
از معایب آن نیز می‌توان به هزینه بالای ماشین‌ابزار و نیاز به پیش‌نمونه (Prototype) اشاره کرد (از جائیکه برخی قطعات پیچیده ممکن است در طی فرآیند تزریق دچار مشکلاتی از قبیل تاب برداشتن یا سطح ناصاف شوند). نتیجتاً، در طراحی قطعات دستگاه تزریق پلاستیک می‌بایست نکات قالب‌گیری دقیقی را لحاظ نمود.
اکثر پلیمرها، من‌جمله کلیه ترموپلاستیک‌ها، برخی ترموست‌ها و نیز تعدادی از الستومرها، می‌توانند در قالب‌گیری تزریق مورد استفاده قرار گیرند. در حقیقت ده‌ها هزار ماده مختلف برای این منظور وجود داشته و هر ساله بر تعداد آنها افزوده می‌شود. مواد، همچنین می‌توانند با آلیاژ و یا ترکیبات از پیش ساخته شده مخلوط گردند. این قابلیت طراحان را قادر می‌سازد که با ترکیب مواد به خصوصیات دقیق محصول موردنظر نهایی دست یابند. مواد مصرفی بسته به استحکام و کاربرد موردنظر انتخاب می‌شوند و لذا می‌بایست خواص ذاتی آنها جهت نیل به هدف، مورد ارزیابی قرار گیرند. پلیمرهای رایج مانند اپوکسی و فنولیک دو نمونه از ترموست‌ها و نایلون، پلی‌استر و پلی‌اتیلن نمونه‌هایی از ترموپلاستیک‌ها محسوب می‌گردند.
دستگاه تزریق پلاستیک دست دوم متشکل از قیف تغذیه، مته‌ی مارپیچی تزریق و واحد حرارتی می‌باشند. قالب‌ها در صفحات گیره‌ی دستگاه قفل شده و سپس پلاستیک از دهانه اسپرو به قالب داخل و قطعه تزریقی ایجاد می‌گردد.
ماشین تزریق پلاستیک بسته به میزان نیروی اعمالی صفحات گیره‌ی آنها به تناژهای مختلف تقسیم‌بندی می‌شوند. این نیرو، قالب را هنگام فرآیند تزریق ثابت و بی‌حرکت نگاه می‌دارد. تناژِ دستگاه می‌تواند محدوده‌ای مابین 5 تا 6000 تن را در بر گرفته و البته تناژهای بسیار بالا از کاربرد نسبتاً کمتری برخوردار می‌باشند.
نیروی گیره‌ی موردنیاز توسط مساحت تصویر‌شده‌ی قطعه تعیین می‌گردد. سپس، به ازای هر اینچ‌مربع از این ناحیه تصویر‌شده، ضریبی مابین 2 تا 8 تن در آن ضرب شده و نیروی گیره موردنیاز حاصل می‌گردد.
به عنوان قاعده‌‌ای کلی، 4 یا 5 تن بر اینچ‌مربع عددی قابل قبول برای اکثریت قطعات تزریقی محسوب می‌شود. اگر پلاستیک مورد استفاده بسیار خشک باشد، به فشار تزریق بیشتری برای پر نمودن قالب نیاز خواهیم داشت و نتیجتاً نیروی گیره بالاتری نیز برای نگاه داشتن قالب مد نظر خواهد بود. همچنین، نیروی گیره‌ی مورد نیاز ممکن است بواسطه‌ی نوع مواد مصرفی و ابعاد قطعه تعیین گردد: قطعات پلاستیکی بزرگتر نیروی گیره‌ی بیشتری را نیاز خواهند داشت.
در حال حاضر، با حضور ماشین‌های تمام‌الکتریک عرصه بر ماشین‌های تزریق هیدرولیکیِ رایج تنگ و تنگ‌تر می‌شود. شرکت‌های ذی‌ربط، این ماشین‌آلات را به دلیل صرفه‌جویی 80 درصدی در مصرف انرژی و نیز تکرارپذیری تقریباً 100 درصدی که به لطف حضور سروو موتور میسر گشته، به نمونه‌های هیدرولیکیِ رایج ترجیح می دهند.
در عین حال که درباره قیمت دستگاه تزریق پلاستیک الکتریکی حدوداً 30 درصد از دستگاه هیدرولیکی معمولی بالاتر است، تقاضای وسیع محصولات پلاستیکی، در حال برطرف نمودن این مانع مالی است. این گمانه‌زنی وجود دارد که دستگاه‌های تزریق هیدرولیکی تا 20 سال آینده به تاریخ خواهند پیوست، چراکه هر روزه و به دلیل فضای رقابتی موجود، شرکت‌های بیشتری در حال کوچ به دنیای جدید ماشین‌آلات الکتریکی هستند.
در انواع دستگاه تزریق پلاستیک از رزین های پلاستیکی گرانول یا گلوله ای برای تولید محصولات مختلف از اجزای خودرو و هواپیما گرفته تا ظروف ذخیره سازی ، قطعات آلات موسیقی و شانه های مو استفاده می شود. در قالب تزریق پلاستیک یکی از پر کاربردترین فرایندهای تولید به دلیل توانایی تولید مقادیر بسیار زیادی از همان ماده ، از ترکیبات مختلف پلاستیکی مانند پلی کربنات ، پلی استایرن ، پلی اتیلن ، پلی پروپیلن ، پلی وینیل کلراید ، اکریلیک و تفلون استفاده می شود.
اکثر دستگاه های قالب گیری تزریق پلاستیک برای ساخت یک مورد نیاز به یک چرخه فرآیند کوتاه دارند. بستن اولین مرحله از چرخه است و شامل یک واحد هیدرولیکی است که قبل از تزریق یک ترکیب پلاستیکی بین نیمه قالب ، قطعات قالب فولادی یا آلومینیومی را با هم تثبیت می کند. در مرحله تزریق ، ترکیبات پلاستیکی در اثر حرارت و فشار شدید ذوب می شوند تا ذوب شوند. از مقدار پلاستیک تزریق شده به نیمه قالب به عنوان "شات" یاد می شود. زمان تزریق با استفاده از متغیرهای فشار تزریق ، قدرت تزریق و حجم شات توسط اپراتور ماشین محاسبه می شود.
بلافاصله پس از تماس با سطح قالب ، پلاستیک ذوب شده شروع به خنک شدن و جامد شدن می کند. از آنجا که مقداری انقباض معمولاً به دلیل خنک سازی سریع اتفاق می افتد ، بسته بندی مواد پلاستیکی در مرحله تزریق اجازه می دهد مواد اضافی وارد قالب شوند تا انقباض بر اندازه مورد نظر محصول تأثیر نگذارد.
هنگامی که قطعه کاملاً جامد شد ، سیستم دفع دستگاه با بازکردن قالب و بیرون کشیدن جسم سخت شده ، کار را بر عهده می گیرد. برای بیرون ریختن تمیز مورد نیاز نیرومندانه ای است که توسط ماده آزاد کننده قالب کمک شود. زمان مورد نیاز برای باز کردن قالب ها و بیرون ریختن قطعات با استفاده از زمان چرخه خشک و مدت زمان افتادن قطعه پلاستیکی در ظرف محاسبه می شود. سپس قالب ها بسته می شوند و به اطراف دستگاهی که تزریق انجام می شود حرکت می کنند.
محصولات ساخته شده توسط دستگاه های قالب گیری تزریق پلاستیک دارای نقص های مشترک هستند که معمولاً به دلیل تنظیمات اشتباه ماشین حساب شده است. به عنوان مثال ، نقص فلش در اثر فشار تزریق بیش از حد زیاد یا نیروهای گیره بسیار کم ایجاد می شود. اگر سرعت خنک سازی غیر یکنواخت باشد ، ممکن است تاب ایجاد شود. قطعاتی که حباب های ریزی در آنها وجود دارد به این معنی است که ترکیب پلاستیکی ممکن است حاوی رطوبت زیادی باشد یا دمای تزریق اضافی باشد. سرانجام ، محصولات قالب گیری تزریقی پلاستیک که با علامت های برانگیخته مخدوش می شوند ، می توانند تحت نیروهای پرتاب زیاد یا مدت زمان کوتاه خنک سازی قرار بگیرند.
سیکل تولید در فرآیند تزریق پلاستیک بسیار کوتاه و معمولاً در حدود 2 ثانیه تا 2 دقیقه به طول می‌انجامد. این فرآیند شامل مراحل زیر می‌باشد:
پیش از تزریق مواد به داخل قالب، ابتدا دو نیمه‌ی قالب می‌بایست توسط واحد گیره به یکدیگر قفل شوند. هر دو نیمه‌ی قالب به دستگاه تزریق پلاستیک متصل‌اند ولی تنها یکی از آن دو می‌تواند از قابلیت حرکت برخوردار باشد. واحد گیره با اتکا به نیروی هیدرولیکی، دو نیمه‌ی قالب را به یکدیگر فشرده و با اِعمال فشار کافی آنها را در طی روند تزریق ثابت و بی‌حرکت نگاه می‌دارد.
زمان مورد نیاز جهت بستن و فشردن دو نیمه‌ی قالب بسته به دستگاه مورداستفاده متغیر است: دستگاه‌های بزرگ (آنهایی که از نیروی گیره‌ی بالاتری برخوردارند) زمان بیشتری نیاز خواهند داشت. این زمان را می‌توان با توجه به زمان چرخه‌ی بی‌بارِ دستگاه مورد ارزیابی قرار داد.
مواد پلاستیکی خام معمولاً به شکل تکه‌های پلاستیک به دستگاه وارد و توسط واحد تزریق به سمت قالب رانده می‌شود. در حین این فرآیند، مواد بواسطه اِعمال حرارت و فشار ذوب و سریعاً به داخل قالب تزریق وارد می‌گردد. تجمع فشار پشت مواد، تراکم هرچه‌بیشتر آن در فضای داخلی قالب را در پی خواهد داشت.
مقدار مواد لازم جهت پر نمودن کامل فضای قالب اصطلاحاً شات نامیده می‌شود. به دلیل جریان پیچیده و متغیر مواد در قالب، عموماً محاسبه و تخمین زمان تزریق دشوار می‌باشد. با این حال، این زمان می‌تواند با لحاظ نمودن حجم شات موردنیاز، فشار و قدرت تزریق، مورد ارزیابی قرار گیرد.
مواد مذاب درون قالب به محض تماس با سطح داخلی آن، حرارت خود را به تدریج از دست خواهد داد. همزمان با این خنک‌شدن، مواد شکل و حالت قطعه موردنظر را به خود خواهد گرفت. اگرچه، در این مدت ممکن است پدیده‌ی کوچک‌شدن قطعه نیز به قوع پیوندد.
تجمع و جریان بیشتر مواد به قالب در مرحله تزریق، می‌تواند مقدار کوچک‌شدنِ قابل مشاهده را کاهش دهد. قالب تا پایان مدت‌زمان خنک‌کاری به صورت قفل و بی‌حرکت باقی می‌ماند. همچنین، زمان خنک‌کاری با در نظر گرفتن خواص ترمودینامیک پلاستیک و نیز حداکثر ضخامت قطعه قابل تخمین خواهد بود.
پس از گذشتن زمان کافی، قطعه سردشده می‌تواند توسط سیستم پرانِ تعبیه شده در نیمه‌ی پشتی قالب، از درون آن خارج گردد. هنگامی که قالب باز می‌گردد، مکانیزمی خاص با اِعمال فشار برای بیرون راندن قطعه وارد عمل می‌شود. نیاز به این اِعمال فشار بدان جهت است که قطعه در حین سرد شدن کوچک‌تر و به هسته‌ی اصلی قالب جذب می‌شود.
در دستگاه تزریق پلاستیک جهت تسهیل بیرون راندن قطعه، گاهاً پیش از عملیات تزریق، از اسپری کردن عنصری کمکی به فضای داخلی کویته‌ی قالب استفاده می‌گردد. زمان موردنیاز جهت باز شدن قالب و نیز بیرون راندن کامل قطعه می‌تواند از زمان چرخه‌ی بی‌بارِ دستگاه تخمین زده شود. پس از بیرون راندن قطعه، قالب مجدداً قفل و برای تزریق شات بعدی آماده می‌شود.
این دستگاه با گرفتن پودر یا گرانول پلاستیک و دستکاری آن برای شکل دادن به بخشی با توجه به نیازها و ابعاد کار می کند. هنگامی که پلاستیک به دمای صحیح رسید ، سپس به داخل حفره قالب تزریق می شود و در نهایت خنک می شود و مطابق با طرح قالب شکل می گیرد.
قالب گیری تزریقی فرآیندی برای تولید قطعات در حجم زیاد است. معمولاً در فرآیندهای تولید انبوه که همان قسمت هزاران یا حتی میلیون ها بار به طور متوالی ایجاد می شود ، استفاده می شود.
از دستگاه تزریق پلاستیک معمولاً برای تولید انواع محصولات برای صنایع مختلف مانند اتومبیل و بهداشت استفاده می شود. این فرایند می تواند با استفاده از ماشین آلات پیشرفته ای که می توانند دقت را به 100 میلیمتر برسند ، محصولات بزرگ یا جزئی ایجاد کنند!
شرکت پولاد با سابقه چندین ساله در زمینه تولید دستگاه های تزریق پلاستیک و انواع ماشین آلات در این زمینه یاری گر شما خواهد بود.