[Zohreh Gholami]

فرآيند های قالب گيری, Molding processes

قالب‌گيری تزريقی (Injection molding)
واحد تزريق (Injection unit)
واحد قفل كننده قالب ( Clamping unit)
مشخصات ماشين های تزريق (Clamping tonnage)
مراحل قالب گيری
تزريقی مزايای فرآيند
قالب‌گيری تزريقی
معايب قالب‌گيری تزريقی
قالب‌گيری فشاری (Compression molding)
قالب‌گيری انتقالی (Tranfer molding)

در فرآيند های قالب گيری (Molding processes)، رزينها، پودرها و دانه های پلاستيكی را می توان به محصولات مفيد تبديل نمود. نكته مشترك در همه فرآيندها ی قالب گيری اين است كه در تمام اين فرآيند ها از نيرو Force استفاده می شود. در قالب گيری مواد پلاستيكی پودری و دانه ای بايد از نيروی زيادی استفاده كرد. ولی پركردن قالب با رزين مايع احتياج به نيروی به مراتب كمتر دارد. فرآيند قالب گيری پلاستيك ها بسيار زياد است به همين دليل ما درباره سه گروه اصلی اين فرآيندها يعنی قالب گيری تزريقی Injection، فشاری Compression و انتقالی Transfer به صورت مختصر مباحثی ارائه داده ايم.


قالب‌گيری تزريقی (Injection molding)
قالب‌گيری تزريقی (Injection molding) يكی از رايج‌ترين روش‌های توليد قطعات پلاستيكی است. بدنه تلويزيون‌ها، مانيتور‌ها، دستگاه پخش CD ها، عينك‌ها، مسواك‌ها، قطعات خودرو و بسياری قطعات ديگر با اين روش ساخته می‌شوند. قالب‌گيری تزريقی را می‌توان برای همه ترموپلاست‌ها به جز پلی تترافلوروتين (PTFE)، پلی‌ايميد، بعضی پلی استر‌های آروماتيك و بعضی پلاستيك‌های خاص ديگر به كاربرد.

ماشين‌های قالب‌گيری تزريقی (IMM) خاص ترموست‌ها را می‌توان برای ساخت قطعاتی از جنس فنوليك، ملامين، اپوكسی، سيليكون، پلی‌استر و الاستومر‌ها استفاده كرد. در قالب‌گيری تزريقی همه اين مواد، گرمای كافی به دانه‌های پلاستيكی اعمال می‌شود تا بتوانند درون قالب و گذرگاه‌های آن "جاری" شوند. پس اين ماده به درون يك قالب بسته با فشار تزريق می شود تا همه حفره قالب را پر كرده و فرم مورد نظر را به خود بگيرد. پس از سرد شدن ماده و انجماد كامل آن، قالب باز شده و پيشنهاد بيرون انداز، قطعه كار پلاستيكی را از قالب خارج میكنند.ماشين های تزريق به صورت افقی و عمودی ساخته می شوند كه نشان دهنده جهت باز و بسته شدن قالب می باشد.

در ماشين های تزريق افقی پس از باز شدن قالب قطعه كار به پايين می افتد و از طريق يك كانال يا نوار نقاله از ماشين خارج می شود. در ماشينهای تزريق عمودی اين اتفاق نمی افتد. معمولا از ماشين های تزريق عمودی برای كاشت قطعات فلزی در ماده پلاستيكی استفاده می شود.

ماشين های تزريق عمودی فضای كمتری نسبت به ماشينهای افقی اشغال می كنند و با توجه به چند ايستگاهی بودن قالب آنها، هزينه استهلاك قالب در آنها پايين تر است در ماشين هاي تزريق پلاستيك د و قسمت مهم وجود دارد: واحد تزريق Injection unit و واحد قفل كننده قالب Clamping unit.


واحد تزريق (Injection unit)
وظيفه اين واحد، ذوب كردن پلاستيك و تزريق آن به داخل قالب است. در اين واحد قطعاتی از قبيل قيف تغذيه، پوسته مارپيچ، در وپوش انتهايی پوسته، نازل، مارپيچ، شير يك طرفه، نوارهای گرم كننده ، موتور گردش مارپيچ و سيلندر هيدروليكی برای حركت رفت و برگشتی مارپيچ تعبيه شده است.سيستم كنترل ماشين می تواند حرارت اعمالی به پلاستيك، زمان گردش و حركات رفت و برگشتی مارپيچ را كنترل كند. عملكرد ميله مارپيچ، تعيين كننده، سرعت و بازدهی ذوب كردن دانه های پلاستيكی می باشد.


واحد قفل كنند 5 قالب ( Clamping unit)
وظيفه اين واحد باز كردن و بستن قالب و همچنين بيرون انداختن Ejecting قطعه كار از قالب است. دو روش رايج برای تامين نيروی قفل كننده قالب، استفاده از نيروی هيدروليك به صورت مستقيم و يا استفاده از يك مكانيزم قفل كننده زانؤيی بامحرك هيدروليكي ميباشد.


مشخصات ماشين های تزريق (Clamping tonnage)
ماشين های قالب گيری تزريق عبارتند از ظرفيت تزريق Shot size و تناژ قفل كردن قالب (Clamping tonnage).


ظرفيت تزريق
ظرفيت تزريق عبارت است از حداكثر مقدار مواد پلاستيكی كه ماشين می تواند در هر سيكل به داخل قالب تزريق كند با توجه به اينكه چگالی پلاستيك هاي مختلف با هم تفاوت دارد بايد يك استاندارد برای مقايسه تعريف شود. پلی استايرين به عنوان پلاستيك استاندارد برای اين ارزيابی پذيرفته شده است.


تناژقفل كردن قالب
تناژ قفل كردن، حداكثر نیرویی است كه ماشین می تواند به قالب وارد كند. از نظر تناژ می تواند ماشین های تزریق را به سه گروه كوچك، متوسط و بزرگ دسته بندی كرد. در ماشین های كوچك تناژ، قفل كردن حداكثر 99 تن است. تناژ ماشین های متوسط 100-2000 و تناژ ماشین های تزریق بزرگ بالاتر از 2000 تن است. ماشین های تزریق بزرگ كه به صورت استاندارد ساخته می شوند. ممكن است تناژی معادل 10000 تن نیز داشته باشد.


مراحل قالب گيری تزريقی
هر سيكل از عمليات تزريق پلاستيك پنج مرحله دارد.
1- بسته شدن قالب
2- با حركت خطی ميله مارپيچ رو به جلو، شير يك طرفه ای كه در انتهای مارپيچ قرار دارد، به پلاستيك ذوب شده اجازه نمی دهد به عقب برگردد، بنابراين ميله مارپيچ با اين حركت ، پلاستيك داغ مذاب را به داخل حفره قالب می فرستد.
3- ميله مارپيچ، اعمال فشار به پلاستيك را آنقدر ادامه می دهد كه پلاستيك داخل موادتا پلاستيك در روزنه ورودی قالب نيز منجمد شود و بدين ترتيب ارتباط فشار قطع گردد. طولانی شدن بيشتر زمان، باعث اتلاف وقت می شود.
4- فشار تزريق قطع شده و ميله مارپيچ شروع به گردش می‌كند تا مواد مذاب جديد را از قيف تغذيه نمايد. گردش ميله ادامه يافته و مواد روبه جلو رانده‌می‌شود تا در سيكل بعدی حجم كافی از مواد پلاستيكی برای تزريق به قالب مهيا گردد. سپس ميله اندكی به عقب حركت می‌كند تا مواد پلاستيك مذاب به داخل كانالقالب نريزد.
5- قالب باز شده و بينهاي بيرون انداز قطعه كار را بيرون می‌اندازند.


مزايای قالب‌گيری تزريقی
1- تعداد توليد بالا
2- امكان كاشت قطعات فلزی و غير فلزی در پلاستيك
3- امكان توليد قطعات كوچك با فرم‌های پيچيده و تلرانس‌های ابعادی دقيق
4- امكان استفاده از بيش از يك نوع ماده پلاستيكی در يك قطعه
5- عدم نياز اغلب قطعات توليدی به عمليات تكميلی
6- امكان استفاده مجدد از ضايعات پلاستيكی توليدی
7- امكان توليد قطعات سازه‌ای از فوم به روش قالبگيری تزريقی واكنشی
8- قابليت اتوماسيون كامل فرآيند


معايب قالب‌گيری تزريقی
1- عدم امكان توليد برای تعداد كم
2- ماشين‌های تزريق گران هستند
3- رقابت در اين عرصه توليد زياد است
4- فرآيندی پيچيده است
قالب گيری مواد ترموست دانه ای و صفحه ای


قالب‌گيری فشاری (Compression molding)
يكی از قديمی‌ترين فرآيند‌های شكل دادن مواد ترموست، قالب‌گيری فشاری (Compression molding) است. در اين روش ماده پلاستيكی در حفره قالب قرار داده‌شده‌ و با اعمال حرارت و فشار، شكل می‌گيرد. قاعدتاً از اين روش برای فرم دادن مواد ترموست استفاده می‌شود، ولی گاهی مواد ترموپلاستيك را نيز می‌تواند با اين روش توليد كرد.

اين روش شبيه روش توليد كلوچه است. با اعمال فشار و حرارت به ماده پلاستيكی، اين ماده همه قسمت‌های قالب را پر می‌كند. با اعمال گرما، پلاستيك سخت می‌شود و می‌توان آن را از قالب خارج نمود.عمليات قالب‌گيری فشاری معمولا شش مرحله اصلی دارد:
1- تميز كردن قالب و ماليدن ماده جدا كننده (در صورت نياز) درون حفره قالب
2- قرار دادن قطعه پيش فرم داخل قالب
3- بسته شدن قالب
4- باز كردن قالب به اندازه كمی تا گاز‌های ايجاد شده بتوانند تخليه شوند (تنفس قالب)
5- اعمال حرارت و فشار برای عمل‌آوری كامل مواد (زمان نگهداری قالب در حالت بسته)
6- باز كردن كامل قالب و برداشتن قطعه كار و قرار دادن آن برروی فيكسچر سرد.


مزايای روش قالب‌گيری فشاری
1- كاهش مقدار دور ريز مواد
2- هزينه پايين ساخت قالب
3- قابليت انجام فرآيند به صورت دستی و اتوماتيك
4- امكان توليد قطعات گرد و بزرگ
5- به حداقل رساندن جريان مواد درون قالب و كاهش ايجاد تنش در قطعه كار و سايش در سطوح قالب
6- در ساخت قالب‌های چند حفره‌ای نيازی به بالانس بودن سيستم تغذيه ماده اوليه نيست.


معايب روش قالب‌گيری فشاری
1- عدم امكان توليد قطعات پيچيده
2- قطعات كاشتنی داخلی پلاستيك و پين‌های بيرون انداز ممكن است در اين فرآيند آسيب ببينند
3- پيچيدگی‌های فرم قطعه كار را بايد حذف كرد
4- زمان سيكل هر قالب‌گيری ممكن است طولانی شود
5- قطعات اسقاط شده و زايدات قالب‌گيری را نمی‌توان مجددا استفاده كرد
6- زايده‌بری قطعات ممكن است دشوار باشد
7- بعضی از قسمت‌های قالب ممكن است پر نشوند و دقت ابعادی قطعه كار ممكن است هميشه تابعی از ابعاد قالب نباشد
8- برای اتوماسيون عمليات شايد لازم باشد از تجهيزات اضافی استفاده شود. قطعاتی كه می‌شود با این روش توليد كرد عبارت است از ظروف غذاخوری، دكمه‌ها، قلاب‌ها، قطعات لوازم خانگی، مخزن‌های بزرگ و بسياری قطعات الكتريكی.


قالب‌گيری انتقالی (Tranfer molding)
اين روش از زمان جنگ جهانی دوم شناخته شد. اين روش را با نام‌های ديگری نظير قالب‌گيری پلانجری، قالب‌گيری تزريقی انتقالی، قالب‌گيری ضربه‌ای نيز می‌شناسند. در اين روش مواد پلاستيكی ابتدا به يك مخزن در خارج از قالب ريخته شده و در آنجا به صورت يك توده ذوب شده در می‌آيد كه در نهايت به داخل قالب رانده می‌شود. با توجه به مايع بودن پلاستيك به هنگام ورود به قالب می‌توان عمليات كاشت قطعات فلزی را نيز با اين روش انجام داد. قطعات با شكل بيجيده دقيق نيز با اين روش قابل توليد است.قالب‌های مورد استفاده در اين روش، دو نوع هستند.
1- قالب‌هايی با كانال واسطهPot or Sprue mold
2- قالب‌های پلانجری (Plunger mold) قالب‌گيری پلانجری از اين بابت با قالب‌های دارای كانال واسطه متفاوت است كه در قالب‌های پلانجری، مواد پلاستيكی زير پلانجر مستقيما به داخل حفره‌های قالب رانده می‌شوند، در صورتی كه در قالب‌های دارای كانال واسطه، مواد از طريق اين كانال به حفره‌های اصلی قالب منتقل می‌گردد. قطعات ساخته شده با قالب‌های پلانجری،دورريز كمتری دارند.


مزايای فرآيند قالب‌گيری انتقالی
1- ايجاد سايش كمتر در قالب
2- می توان قطعات با فرمهای پيچيده (با ديواره نازك و سوراخ‌های كوچك) را توليد كرد. امكان كاشت قطعات فلزی در ماده پلاستيكی نيز وجود دارد
3- زوايد پيرامون قطعه كار در اين روش،كمتر از قالب‌گيری فشاری است
4- چگالی قطعات ساخته شده به اين روش، بيشتر و يكنواخت‌تر از قالب‌گيری فشاری است
5- چند قطعه كار را می‌توان همزمان قالب‌گيری نمود
6- زمان سيكل قالب‌گيری و شارژ مواد اوليه، كوتاهتر از روش قالب‌گيری فشاری است


معايب فرآيند قالب‌گيری انتقالی
1- زوايد چسبيده به قطعه كار از موضع كانال‌های ورود و توضيع مواد به قالب، بيشتر است
2- قالب‌ها و تجهيزات مورد استفاده در قالب‌گيری انتقالی گران هستند
3- بايد محل‌هايی برای خروج گاز‌ها و هوای قالب در نظر گرفته شود
4- زوايد چسبيده به قطعه كار بايد جدا گردد


چند نمونه از قالب گیری: