قالب‌های تزریق پلاستیک یکی از پرکاربردترین ابزارها در صنعت تولید قطعات پلاستیکی هستند. این روش که به عنوان Injection Molding شناخته می‌شود، به دلیل دقت بالا، سرعت تولید زیاد، و قابلیت تولید انبوه قطعات با کیفیت یکنواخت، در صنایع مختلف از جمله خودروسازی، لوازم خانگی، تجهیزات پزشکی و بسته‌بندی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
فرآیند تزریق پلاستیک
فرآیند تزریق پلاستیک شامل چندین مرحله اصلی است:
۱. ذوب مواد اولیه: مواد پلاستیکی به صورت گرانول یا پودر در داخل قیف دستگاه قرار گرفته و به سمت سیلندر گرم‌شونده هدایت می‌شوند.
۲. تزریق مواد مذاب: مواد پلاستیکی ذوب‌شده توسط یک ماردون چرخشی تحت فشار بالا به داخل حفره‌های قالب تزریق می‌شوند.
۳. خنک‌سازی و جامد شدن: پس از پر شدن قالب، مواد مذاب درون آن خنک شده و شکل نهایی خود را می‌گیرند.
۴. باز شدن قالب و خروج قطعه: قالب باز شده و قطعه تولیدی توسط سیستم‌های پران خارج می‌شود.
۵. پرداخت و کنترل کیفیت: قطعه نهایی بررسی شده و در صورت نیاز عملیات تکمیلی مانند برش زوائد یا رنگ‌آمیزی روی آن انجام می‌شود.
اجزای قالب تزریق پلاستیک:
یک قالب تزریق پلاستیک از چندین بخش اصلی تشکیل شده است:
صفحات قالب: شامل دو بخش نیمه ثابت (کویته - Cavity) و نیمه متحرک (هسته - Core) که هنگام بسته شدن، فضای حفره‌ای لازم برای شکل‌گیری قطعه را ایجاد می‌کنند.
• سیستم راهگاهی (Runner System): شامل کانال‌هایی است که مواد مذاب را از نازل دستگاه تزریق به داخل حفره قالب هدایت می‌کند.
• سیستم پران (Ejection System): پس از خنک شدن، قطعه را از قالب خارج می‌کند.
• سیستم خنک‌کاری (Cooling System): شامل کانال‌هایی برای گردش آب یا روغن خنک‌کننده جهت کاهش زمان چرخه تولید و جلوگیری از تغییر شکل قطعه.
• سیستم تهویه (Venting System): برای خروج هوای محبوس درون قالب در هنگام تزریق پلاستیک به کار می‌رود.
انواع قالب‌های تزریق پلاستیک:
قالب‌های تزریق پلاستیک بسته به نوع کاربرد و طراحی به انواع مختلفی تقسیم می‌شوند:
۱. قالب‌های تک‌حفره‌ای (Single Cavity): فقط یک قطعه در هر چرخه تولید می‌کنند و برای تولید قطعات خاص با تیراژ پایین مناسب هستند.
۲. قالب‌های چندحفره‌ای (Multi Cavity): چندین قطعه مشابه را در یک چرخه تولید کرده و باعث افزایش بهره‌وری می‌شوند.
۳. قالب‌های دوقلو (Family Mold): برای تولید چند قطعه غیرمشابه به طور همزمان استفاده می‌شوند.
۴. قالب‌های سه‌صفحه‌ای (Three-Plate Mold): دارای سیستم راهگاهی مجزا بوده و برای تولید قطعات پیچیده مناسب هستند.
۵. قالب‌های داغ‌رو (Hot Runner Mold): در این قالب‌ها، سیستم راهگاهی گرم نگه داشته می‌شود تا از هدررفت مواد جلوگیری شود.
۶. قالب‌های اینسرت (Insert Mold): برای قالب‌گیری قطعاتی که دارای یک بخش فلزی یا غیرپلاستیکی هستند (مانند پیچ‌ها و اتصالات الکتریکی) به کار می‌روند.
مواد مورد استفاده در قالب‌گیری تزریقی:
انتخاب مواد اولیه در قالب‌گیری تزریقی به ویژگی‌های مکانیکی، حرارتی و شیمیایی قطعه بستگی دارد. برخی از رایج‌ترین مواد عبارتند از:
پلی‌پروپیلن (PP): سبک، ارزان، و مقاوم در برابر مواد شیمیایی.
• پلی‌اتیلن (PE): انعطاف‌پذیر و مقاوم در برابر ضربه.
• اکریلونیتریل بوتادین استایرن (ABS): مستحکم، مقاوم در برابر ضربه و دارای سطحی صاف.
• پلی‌کربنات (PC): شفاف و بسیار مقاوم در برابر ضربه.
• پلی‌آمید (PA - نایلون): مقاوم در برابر سایش و دارای خواص مکانیکی عالی.
• پلی‌استایرن (PS): ارزان و شکننده، مناسب برای تولید ظروف یک‌بار مصرف.
مراحل طراحی قالب تزریق پلاستیک:
طراحی قالب تأثیر زیادی بر کیفیت قطعه نهایی، هزینه تولید و بهره‌وری دارد. مراحل طراحی قالب شامل موارد زیر است:
۱. تحلیل محصول: بررسی ابعاد، جنس، تلرانس‌ها و نیازهای عملکردی قطعه.
۲. انتخاب نوع قالب: مشخص کردن تعداد حفره‌ها و نوع سیستم راهگاهی.
۳. طراحی سیستم راهگاهی و پران: برای اطمینان از پرشدن کامل حفره و خروج مناسب قطعه از قالب.
۴. تحلیل خنک‌کاری: طراحی کانال‌های خنک‌کننده برای کنترل دمای قالب.
۵. شبیه‌سازی فرآیند تزریق: استفاده از نرم‌افزارهایی مانند Moldflow برای بررسی جریان مذاب، نقاط تنش و احتمال ایجاد نقص در قطعه.
۶. ساخت قالب: استفاده از ماشین‌کاری CNC، وایرکات و EDM برای ساخت دقیق اجزای قالب.
مشکلات رایج در فرآیند تزریق پلاستیک:
برخی از عیوب رایج در قالب‌گیری تزریقی و راه‌های رفع آن‌ها عبارتند از:
• خطوط جوش (Weld Lines): در نقاطی که جریان مواد مذاب به هم می‌رسند، ایجاد می‌شود. راه‌حل: افزایش دمای مذاب یا تغییر در طراحی قالب.
• کاهش ابعاد (Shrinkage): به دلیل انقباض مواد هنگام خنک‌شدن اتفاق می‌افتد. راه‌حل: اصلاح سیستم خنک‌کاری یا تغییر مواد اولیه.
• تاول و حفره‌های داخلی: ناشی از گیر افتادن هوا در قطعه. راه‌حل: بهبود سیستم تهویه قالب.
• لبه‌های زائد (Flash): به دلیل فشار بیش از حد مواد مذاب از قالب بیرون می‌زند. راه‌حل: تنظیم فشار تزریق یا بهبود طراحی قالب.
