دستگاهای تزریق پلاستیک
درباره چگونگی عملکرد دستگاههای تزریق پلاستیک نحوه تولید گرفتن از آنهادستگاهای تزریق پلاستیک
درباره چگونگی عملکرد دستگاههای تزریق پلاستیک نحوه تولید گرفتن از آنها
بررسی پارامتر های موثر بر فرآیند تزریق پلاستیک
پارامترهای موثر بر قالب گیری تزریقی
قالب‌گیری تزریقی و پارامترهای موثر بر آن (قسمت اول)
عوامل موثر بر کیفیت قطعه نهایی فرایند قالب‌گیری تزریقی عبارت است از دمای ذوب، دمای قالب، فشار تزریق، سرعت تزریق، زمان تزریق، فشار پشت قالب، مدت زمان نگهداری قطعه در قالب، دما و زمان خنک‌کاری.
پس از خواص ترمو-مکانیکی ماده قالب‌گیری شونده، ویژگی‌ها و ساختار قالب نیز اثر مهمی بر کیفیت قطعه تزریقی دارد. تنظیم نامناسب پارامترهای فرایندی باعث ایجاد مشکلات بسیاری از جمله کاهش سرعت تولید، افزایش میزان ضایعات و تولید قطعات غیریکنواخت در حین فرایند قالب‌گیری تزریقی می‌شود.
پارامترهای تزریق باید با توجه به طراحی و اندازه حفره‌های قالب، خواص مواد و خواص مورد نظر قطعه نهایی تنظیم گردند. تنظیم بهینه شرایط فرایند می‌تواند بسیاری از مشکلات کنترل کیفی را برطرف کند.
الف) دما
سیلندر دستگاه تزریق، از حرکت رفت و برگشتی مارپیچ حمایت می‌کند و توسط هیترهای الکتریکی گرم می‌شود. پروفیل دمای افزایشی در طول سیلندر برای همه قطعات مناسب نیست و به سایز قطعه و قالب بستگی دارد. پروفیل دمایی می‌تواند کاهشی، منحنی و یا ثابت باشد. تنظیماتی برای به دست آوردن شرایط بهینه فرایند و کیفیت قطعه لازم است. تغییر طراحی و یا شرایط فرایندی برای موادی با دمای ذوب بالا باید به دقت انجام شود. زیرا دمای مذاب در حقیقت بازتابی از میزان تخریب ماده است و نقش مهمی در کیفیت قطعه تزریقی دارد.
پارامتر کلیدی برای تسهیل فرایند و تولید قطعه خوب و با کیفیت در حداقل زمان سیکل، دمای قالب می‌باشد. برای تولید قطعه با کیفیت بالا، تعیین دمای مناسب و ایجاد یکنواختی دمایی در قالب بسیار مهم است. همچنین با افزایش تعداد حفره‌های قالب، استفاده از ماشین با ظرفیت کمتر و کاهش کل زمان هر سیکل می‌توان کیفیت قطعه تولیدی را افزایش داد.
دمای قالب در کاهش تنش در قطعه و افزایش درخشندگی سطح موثر است. دمای قالب باید 40-50 درجه سانتیگراد و یا بیشتر باشد. جهت بهبود ظاهر قطعه مثلاً درخشندگی و افزایش بلورینگی آن، باید دمای قالب را افزایش داد. همچنین دمای بالا باعث کاهش خطوط جوش و افزایش خط جریان می‌شود اما زمان خنک‌کاری طولانی‌تر خواهد شد. صفحات عایق بین قالب و گیره دمای بالاتری نسبت به قالب دارد. هم چنین نوسان دما در یک طرف سطح قالب می تواند باعث نایکنواختی جریان گردد. میانگین دمای حفره‌های قالب باید بالاتر از دمای خنک‌کننده باشد. بنابراین باید دمای خنک‌کننده را 10-20 درجه سانتیگراد پایینتر از دمای مورد نیاز قالب تنظیم کنید.
دمای قالب باید با توجه به تعادل بین کیفیت قطعه و تناژ تولید انتخاب شود. برای تولید قطعاتی با مسیر جریان طولانی و/یا دیواره‌های نازک، دمای قالب باید بالاتر تنظیم شوند. همچنین برای رسیدن به سطح خوب و صاف با کمترین انحنا باید دمای قالب بالا باشد.
ترکیب دمای بالا و سرعت برشی بالا، ویسکوزیته مذاب را کاهش داده و در نتیجه فشار مورد نیاز از دست می‌رود. همچنین، سرعت بالا با افزایش گرمای ویسکوز، نیز موجب افزایش دمای مذاب می‌شود.
افزایش زمان پرشدن قالب موجب تشکیل لایه جامد ضخیم تری شده که باعث محدودیت مسیر جریان می شود و در نتیجه باید فشار تزریق افزایش یابد. با کاهش زمان پر شدن، سرعت حجمی جریان و فشار افزایش می‌باید.
ب) فشار
در بخش تزریق سه فشار مختلف وجود دارد: فشار تزریق، فشار پشت قالب بعد از پرشدن و فشار برگشتی. در هر دو بخش تزریق و گیره پارامتر فشار مورد نیاز است. تناژ تولید باید متناسب با توان بخش تزریق، راهگاه‌ها و بوش انتخاب شود تا نیاز به استفاده از حداکثر فشار و سرعت عملیات تزریق نباشد. زیرا در این صورت قطعه زمان کافی برای پرشدن و فشرده شدن خواهد داشت.
فشار برگشتی به جز در مواردی که اختلاط اضافی مورد نیاز است و یا زمان اقامت خیلی طولانی شده باشد باید در حالت بهینه نگه داشته شود. اگر فشار داخل مذاب از فشار برگشتی تنظیمی بیشتر شود، حجم زیاد مواد در جلوی مارپیچ باعث عقب راندن مارپیچ می شود.
فشار برگشتی کم باعث نرم شوندگی ناقص و غیریکنواختی مذاب می‌شود. با افزایش فشار برگشتی یکنواختی مذاب و توزیع رنگ مستربچ و دیگر افزودنی‌ها بهبود می‌یابد اما زمان نرم شوندگی افزایش می‌یابد.
برای انجام عملیات تزریق با سرعت خوب لازم است فشار تزریق کافی باشد. فشار تزریق بیشتر علاوه بر اینکه باعث بهبود خط جوش می‌شود، ممکن است براقیت سطح را نیز افزایش دهد.
نگهداشتن فشار پشت قالب باعث افزایش میزان گره‌خوردگی در خط جوش و افزایش دمای قالب می‌شود. بالا بودن فشار پشت قالب موجب اختلاط مواد در فرایندهای تزریق چند مرحله‌ای می‌شود. برای کاهش مقدار جمع‍شدگی یا شرینک قطعه، باید زمان نگهداری مواد در قالب بیشتر شود. باید به خاطر داشت که فشار پشت قالب بیش از اندازه، موجب تغییر فرم قطعه می‌شود.
موارد زیر در نتیجه‌ی بالا بودن فشار تزریق رخ می‌‌دهند:
· کاهش ضخامت دیواره
· افزایش نیروهای کششی و خنک شدن دیواره
· طولانی شدن خطوط جریان
در مقابل، از جمله نتایج پایین بودن فشار تزریق می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
· افزایش ضخامت دیواره
· کاهش نیروهای کششی و خنک شدن دیواره
· کوتاه شدن خطوط جریان
· بهینه شدن زمان خنک کاری
افزایش حداکثری فشار پشت قالب در صورتی که منجر به ایجاد ترک نشود، معایب قطعه را کاهش و استحکام قطعه را افزایش می‌هد. با کاهش ضخامت دیواره قطعه، فرایند تزریق سخت می‌شود اما با این وجود، تقاضای زیادی برای تولید قطعات با ضخامت کم و در نتیجه ارائه راهکار برای بهبود فرایند پذیری در این حالت وجود دارد.
ج)زمان
سرعت مارپیچ بر مدت زمان اقامت مواد درون سیلندر و گشتاور ایجاد شده در حین فرایند تاثیرگذار است. سرعت مارپیچ با زمان اقامت مواد در داخل سیلندر نسبت معکوس دارد. کاهش زمان اقامت ناشی از افزایش ظرفیت انتقال مواد توسط مارپیچ‌های در حال حرکت است. متقابلاً، با کاهش سرعت خوراک‌دهی و گشتاور، زمان اقامت مواد افزایش می‌یابد که منجر به تخریب مواد در داخل سیلندر و یا تولید قطعات متخلخل می‌شود.
زمان پر شدن کوتاه‌تر موجب افزایش سرعت جریان حجمی شده و برای پر شدن قالب به فشار نیاز دارد. همان گونه که پیش از این اشاره شد، با افزایش زمان پر شدن قالب، فشار بیشتری نیاز است. به طور کلی، زمان ماند مواد در قالب باید تا حد امکان کوتاه باشد اما قطعات ضخیم‌تر به زمان طولانی‌تری نیاز دارند. در شکل زیر نمایی از سیکل تزریق نشان داده شده است.
فشار و سرعت پرشدن پارامترهای بسیار مهم در کیفیت قطعه تزریقی هستند. زمان تابعی از نوع ماده، حجم قطعه و قالب است. زمان تزریق به سختی گرید، قطعه و طراحی پران بستگی دارد. تیغه‌های پران با بزرگ کردن سطح پران، زمان لازم را کاهش می‌دهد. نیروی وارده از طرف سیستم پران اثر مستقیم بر عمر قالب و کیفیت قطعه دارد. سیکل تزریق شامل سه مرحله است:
· بارگیری (چرخش مارپیچ و حرکت به عقب)
· ایست (عدم چرخش مارپیچ)
· تزریق (حرکت بدون چرخش مارپیچ به سمت جلو)
فرایند تزریق در سیکل‌های متوالی انجام می‌گیرد و زمان هر سیکل تزریق بر اساس اندازه قطعه و زمان خنک‌کاری بین 10-100 ثانیه است.
عوامل موثر بر کیفیت قطعه نهایی فرایند قالب‌گیری تزریقی عبارت است از دمای ذوب، دمای قالب، فشار تزریق، سرعت تزریق، زمان تزریق، فشار پشت قالب، مدت زمان نگهداری قطعه در قالب، دما و زمان خنک‌کاری.
پس از خواص ترمو-مکانیکی ماده قالب‌گیری شونده، ویژگی‌ها و ساختار قالب نیز اثر مهمی بر کیفیت قطعه تزریقی دارد. تنظیم نامناسب پارامترهای فرایندی باعث ایجاد مشکلات بسیاری از جمله کاهش سرعت تولید، افزایش میزان ضایعات و تولید قطعات غیریکنواخت در حین فرایند قالب‌گیری تزریقی می‌شود.
پارامترهای تزریق باید با توجه به طراحی و اندازه حفره‌های قالب، خواص مواد و خواص مورد نظر قطعه نهایی تنظیم گردند. تنظیم بهینه شرایط فرایند می‌تواند بسیاری از مشکلات کنترل کیفی را برطرف کند.
الف) دما
سیلندر دستگاه تزریق، از حرکت رفت و برگشتی مارپیچ حمایت می‌کند و توسط هیترهای الکتریکی گرم می‌شود. پروفیل دمای افزایشی در طول سیلندر برای همه قطعات مناسب نیست و به سایز قطعه و قالب بستگی دارد. پروفیل دمایی می‌تواند کاهشی، منحنی و یا ثابت باشد. تنظیماتی برای به دست آوردن شرایط بهینه فرایند و کیفیت قطعه لازم است. تغییر طراحی و یا شرایط فرایندی برای موادی با دمای ذوب بالا باید به دقت انجام شود. زیرا دمای مذاب در حقیقت بازتابی از میزان تخریب ماده است و نقش مهمی در کیفیت قطعه تزریقی دارد.
پارامتر کلیدی برای تسهیل فرایند و تولید قطعه خوب و با کیفیت در حداقل زمان سیکل، دمای قالب می‌باشد. برای تولید قطعه با کیفیت بالا، تعیین دمای مناسب و ایجاد یکنواختی دمایی در قالب بسیار مهم است. همچنین با افزایش تعداد حفره‌های قالب، استفاده از ماشین با ظرفیت کمتر و کاهش کل زمان هر سیکل می‌توان کیفیت قطعه تولیدی را افزایش داد.
دمای قالب در کاهش تنش در قطعه و افزایش درخشندگی سطح موثر است. دمای قالب باید 40-50 درجه سانتیگراد و یا بیشتر باشد. جهت بهبود ظاهر قطعه مثلاً درخشندگی و افزایش بلورینگی آن، باید دمای قالب را افزایش داد. همچنین دمای بالا باعث کاهش خطوط جوش و افزایش خط جریان می‌شود اما زمان خنک‌کاری طولانی‌تر خواهد شد. صفحات عایق بین قالب و گیره دمای بالاتری نسبت به قالب دارد. هم چنین نوسان دما در یک طرف سطح قالب می تواند باعث نایکنواختی جریان گردد. میانگین دمای حفره‌های قالب باید بالاتر از دمای خنک‌کننده باشد. بنابراین باید دمای خنک‌کننده را 10-20 درجه سانتیگراد پایینتر از دمای مورد نیاز قالب تنظیم کنید.
دمای قالب باید با توجه به تعادل بین کیفیت قطعه و تناژ تولید انتخاب شود. برای تولید قطعاتی با مسیر جریان طولانی و/یا دیواره‌های نازک، دمای قالب باید بالاتر تنظیم شوند. همچنین برای رسیدن به سطح خوب و صاف با کمترین انحنا باید دمای قالب بالا باشد.
ترکیب دمای بالا و سرعت برشی بالا، ویسکوزیته مذاب را کاهش داده و در نتیجه فشار مورد نیاز از دست می‌رود. همچنین، سرعت بالا با افزایش گرمای ویسکوز، نیز موجب افزایش دمای مذاب می‌شود.
افزایش زمان پرشدن قالب موجب تشکیل لایه جامد ضخیم تری شده که باعث محدودیت مسیر جریان می شود و در نتیجه باید فشار تزریق افزایش یابد. با کاهش زمان پر شدن، سرعت حجمی جریان و فشار افزایش می‌باید.
ب) فشار
در بخش تزریق سه فشار مختلف وجود دارد: فشار تزریق، فشار پشت قالب بعد از پرشدن و فشار برگشتی. در هر دو بخش تزریق و گیره پارامتر فشار مورد نیاز است. تناژ تولید باید متناسب با توان بخش تزریق، راهگاه‌ها و بوش انتخاب شود تا نیاز به استفاده از حداکثر فشار و سرعت عملیات تزریق نباشد. زیرا در این صورت قطعه زمان کافی برای پرشدن و فشرده شدن خواهد داشت.
فشار برگشتی به جز در مواردی که اختلاط اضافی مورد نیاز است و یا زمان اقامت خیلی طولانی شده باشد باید در حالت بهینه نگه داشته شود. اگر فشار داخل مذاب از فشار برگشتی تنظیمی بیشتر شود، حجم زیاد مواد در جلوی مارپیچ باعث عقب راندن مارپیچ می شود.
فشار برگشتی کم باعث نرم شوندگی ناقص و غیریکنواختی مذاب می‌شود. با افزایش فشار برگشتی یکنواختی مذاب و توزیع رنگ مستربچ و دیگر افزودنی‌ها بهبود می‌یابد اما زمان نرم شوندگی افزایش می‌یابد.
برای انجام عملیات تزریق با سرعت خوب لازم است فشار تزریق کافی باشد. فشار تزریق بیشتر علاوه بر اینکه باعث بهبود خط جوش می‌شود، ممکن است براقیت سطح را نیز افزایش دهد.
نگهداشتن فشار پشت قالب باعث افزایش میزان گره‌خوردگی در خط جوش و افزایش دمای قالب می‌شود. بالا بودن فشار پشت قالب موجب اختلاط مواد در فرایندهای تزریق چند مرحله‌ای می‌شود. برای کاهش مقدار جمع‍شدگی یا شرینک قطعه، باید زمان نگهداری مواد در قالب بیشتر شود. باید به خاطر داشت که فشار پشت قالب بیش از اندازه، موجب تغییر فرم قطعه می‌شود.
موارد زیر در نتیجه‌ی بالا بودن فشار تزریق رخ می‌‌دهند:
· کاهش ضخامت دیواره
· افزایش نیروهای کششی و خنک شدن دیواره
· طولانی شدن خطوط جریان
در مقابل، از جمله نتایج پایین بودن فشار تزریق می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
· افزایش ضخامت دیواره
· کاهش نیروهای کششی و خنک شدن دیواره
· کوتاه شدن خطوط جریان
· بهینه شدن زمان خنک کاری
افزایش حداکثری فشار پشت قالب در صورتی که منجر به ایجاد ترک نشود، معایب قطعه را کاهش و استحکام قطعه را افزایش می‌هد. با کاهش ضخامت دیواره قطعه، فرایند تزریق سخت می‌شود اما با این وجود، تقاضای زیادی برای تولید قطعات با ضخامت کم و در نتیجه ارائه راهکار برای بهبود فرایند پذیری در این حالت وجود دارد.
ج)زمان
سرعت مارپیچ بر مدت زمان اقامت مواد درون سیلندر و گشتاور ایجاد شده در حین فرایند تاثیرگذار است. سرعت مارپیچ با زمان اقامت مواد در داخل سیلندر نسبت معکوس دارد. کاهش زمان اقامت ناشی از افزایش ظرفیت انتقال مواد توسط مارپیچ‌های در حال حرکت است. متقابلاً، با کاهش سرعت خوراک‌دهی و گشتاور، زمان اقامت مواد افزایش می‌یابد که منجر به تخریب مواد در داخل سیلندر و یا تولید قطعات متخلخل می‌شود.
زمان پر شدن کوتاه‌تر موجب افزایش سرعت جریان حجمی شده و برای پر شدن قالب به فشار نیاز دارد. همان گونه که پیش از این اشاره شد، با افزایش زمان پر شدن قالب، فشار بیشتری نیاز است. به طور کلی، زمان ماند مواد در قالب باید تا حد امکان کوتاه باشد اما قطعات ضخیم‌تر به زمان طولانی‌تری نیاز دارند. در شکل زیر نمایی از سیکل تزریق نشان داده شده است.
فشار و سرعت پرشدن پارامترهای بسیار مهم در کیفیت قطعه تزریقی هستند. زمان تابعی از نوع ماده، حجم قطعه و قالب است. زمان تزریق به سختی گرید، قطعه و طراحی پران بستگی دارد. تیغه‌های پران با بزرگ کردن سطح پران، زمان لازم را کاهش می‌دهد. نیروی وارده از طرف سیستم پران اثر مستقیم بر عمر قالب و کیفیت قطعه دارد. سیکل تزریق شامل سه مرحله است:
· بارگیری (چرخش مارپیچ و حرکت به عقب)
· ایست (عدم چرخش مارپیچ)
· تزریق (حرکت بدون چرخش مارپیچ به سمت جلو)
فرایند تزریق در سیکل‌های متوالی انجام می‌گیرد و زمان هر سیکل تزریق بر اساس اندازه قطعه و زمان خنک‌کاری بین 10-100 ثانیه است.