قالب تزریق پلاستیک

مراحل کلیدی در طراحی قالب پلاستیکی

بدون شک یکی از حساس ترین و حیاتی ترین بخش های این صنعت، مرحله طراحی است. طراحی قالب پلاستیکی نیازمند تسلط کامل بر نرم افزارهای مهندسی، شناخت رفتار مواد پلیمری در حالت مذاب و محاسبات دقیق حرارتی است. کوچکترین اشتباه در این مرحله می تواند منجر به خسارات جبران ناپذیری در مرحله ساخت و یا تولید نهایی شود. مهندسان طراح باید تمامی زوایای قطعه، ضخامت دیواره ها و موقعیت قرارگیری سیستم های خنک کننده را با دقت ریاضی محاسبه کنند.

بررسی های مهندسی اولیه

در ابتدای کار، قطعه مورد نظر باید از نظر قابلیت تولید مورد ارزیابی قرار گیرد. در این مرحله زوایای خروج یا درفت انگلها محاسبه می شوند تا اطمینان حاصل شود که قطعه پس از انجماد به راحتی از محفظه خارج خواهد شد. همچنین ضخامت دیواره های قطعات پلاستیکی باید به گونه ای در نظر گرفته شود که مواد مذاب بتوانند پیش از سرد شدن، تمام حفرات را پر کنند. تحلیل تنش ها و بررسی نقاط ضعف احتمالی محصول نهایی نیز در همین مرحله انجام می پذیرد تا در صورت نیاز، تغییراتی در هندسه قطعه اعمال گردد.

شبیه سازی جریان مواد

با استفاده از نرم افزارهای پیشرفته ای مانند مولدفلو، مهندسان مسیر حرکت مواد مذاب را در داخل حفرات شبیه سازی می کنند. این کار کمک می کند تا محل دقیق قرارگیری گیت ها یا ورودی های مواد به بهترین شکل تعیین شود. شبیه سازی به ما نشان می دهد که آیا در نقطه ای از قطعه احتمال محبوس شدن هوا وجود دارد یا خیر. همچنین زمان دقیق پر شدن، فشار مورد نیاز و نحوه توزیع دما در تمام نقاط بررسی می شود که این امر از بروز نقص های ساختاری در هنگام تولید واقعی جلوگیری می نماید.

متریال های پرکاربرد در ساخت قالب پلاستیکی

برای اینکه بتوانیم محصولی بی نقص داشته باشیم، باید ابزار تولید ما از مقاومت بالایی برخوردار باشد. ساخت قالب پلاستیکی نیازمند استفاده از فلزاتی است که بتوانند در برابر فشارهای بسیار بالای ماشین آلات و همچنین دماهای متغیر مقاومت کنند. انتخاب متریال مناسب مستقیما به تیراژ تولید، نوع پلاستیک مصرفی و بودجه پروژه بستگی دارد و یک انتخاب اشتباه می تواند طول عمر ابزار را به شدت کاهش دهد.

فولادهای سخت کاری شده

برای پروژه هایی با تیراژ میلیونی و یا استفاده از پلیمرهای ساینده مانند موادی که دارای الیاف شیشه هستند، فولادهای آلیاژی سخت کاری شده بهترین گزینه محسوب می شوند. این نوع فولادها در برابر سایش مقاومت بی نظیری دارند و کیفیت سطح آن ها در طولانی مدت حفظ می شود. ماشین کاری این فلزات بسیار زمان بر و نیازمند دستگاه های دقیق است، اما عمر طولانی و دوام بسیار بالای آن ها، سرمایه گذاری اولیه را کاملا توجیه می کند.

آلیاژهای آلومینیوم و کاربرد آن ها

در سوی دیگر، برای پروژه هایی با تیراژ پایین تر یا نمونه سازی های سریع، آلیاژهای پیشرفته آلومینیوم به کار می روند. آلومینیوم به دلیل قابلیت ماشین کاری بسیار عالی، زمان ساخت را به شدت کاهش می دهد و به دلیل رسانایی حرارتی فوق العاده ای که دارد، زمان خنک شدن قطعه را پایین آورده و سرعت تولید را بالا می برد. با این حال، مقاومت آلومینیوم در برابر سایش کمتر از فولاد است و برای تولیدات انبوه و طولانی مدت پیشنهاد نمی گردد.

فرآیند تولید و تزریق مواد به داخل قالب

پس از اتمام مراحل طراحی و ساخت، نوبت به فرآیند اصلی یعنی تولید می رسد. این فرآیند یک چرخه پیوسته است که با دریافت مواد اولیه آغاز شده و با خروج محصول نهایی پایان می یابد. هماهنگی کامل بین ماشین، ابزار تولید و اپراتور در این مرحله ضروری است تا چرخه ای پایدار و بدون توقف شکل بگیرد. در این بخش، مواد پلیمری رفتارهای پیچیده ای از خود نشان می دهند که کنترل آن ها نیازمند تنظیمات دقیق است.

ذوب و آماده سازی پلیمرها

مواد پلاستیکی به صورت گرانول یا دانه های ریز وارد قیف دستگاه می شوند. این دانه ها توسط یک ماردون یا مارپیچ چرخان به سمت جلو رانده شده و همزمان تحت تاثیر حرارت المنت های اطراف سیلندر و اصطکاک ناشی از چرخش، به حالت مذاب در می آیند. در این قسمت همگن شدن مواد از نظر دمایی و رنگی بسیار مهم است. هرگونه ناهمگونی در این مرحله، مستقیما روی ظاهر و مقاومت مکانیکی محصول نهایی تاثیر منفی خواهد گذاشت.

فشار و خنک کاری سیستم

مواد مذاب با فشار بسیار بالایی به داخل حفرات هدایت می شوند تا تمامی جزئیات طرح به دقت شکل بگیرد. پس از پر شدن کامل، مرحله نگهداری فشار آغاز می شود تا از انقباض و جمع شدگی قطعه در حین سرد شدن جلوگیری شود. همزمان، آب سرد در داخل مجاری تعبیه شده درون فلز به گردش در می آید تا حرارت را جذب کرده و پلاستیک را منجمد کند. این مرحله که بیشترین زمان چرخه تولید را به خود اختصاص می دهد، باید با دقت کنترل شود تا قطعه دچار تابیدگی نشود.

انواع دستگاه های مورد نیاز برای تولید قطعات پلاستیکی

برای اینکه فرآیند تولید به درستی انجام شود، ماشین آلات مختلفی با مکانیزم های متفاوت در دسترس هستند. انتخاب دستگاه مناسب بر اساس اندازه قطعه، نیروی قفل گیره مورد نیاز و دقت مد نظر انجام می شود. دستگاه ها باید توانایی تامین فشار و سرعت مورد نیاز را داشته باشند و در عین حال مصرف انرژی آن ها نیز بهینه سازی شده باشد تا هزینه های جاری کارخانه کاهش یابد.

ماشین های تزریق هیدرولیکی

این نوع ماشین ها سالیان متمادی است که به عنوان ستون فقرات این صنعت شناخته می شوند. در سیستم های هیدرولیکی، نیروی مورد نیاز برای قفل کردن گیره ها و همچنین تزریق مواد از طریق پمپ های روغن قدرتمند تامین می گردد. این ماشین ها قدرت بسیار بالایی دارند و برای تولید قطعات بزرگ و سنگین فوق العاده مناسب هستند. با این وجود، مصرف انرژی بالا و احتمال نشت روغن در محیط کارگاه از جمله معایبی است که تولیدکنندگان با آن روبرو هستند.

ماشین های تمام الکتریک

با پیشرفت تکنولوژی، ماشین های تمام الکتریک وارد بازار شدند که در آن ها تمامی حرکات توسط موتورهای سروو با دقت بسیار بالا کنترل می شود. این دستگاه ها مصرف انرژی را به طرز چشمگیری کاهش داده و صدای بسیار کمتری تولید می کنند. دقت بی نظیر ماشین های الکتریک باعث شده تا برای تولید تجهیزات پزشکی و قطعات بسیار حساس الکترونیکی ایده آل باشند. عدم استفاده از روغن هیدرولیک نیز امکان استفاده از آن ها را در اتاق های تمیز یا کلین روم ها فراهم کرده است.