قالب‌گیری تزریقی یک فرآیند صنعتی است که برای تولید قطعات پلاستیکی استفاده می‌شود. در این فرآیند، مواد پلاستیکی در واحد تزریق یک دستگاه قالب‌گیری تزریقی ذوب شده و سپس به دقت در قالب تزریقی ریخته می‌شود. پس از سرد شدن مواد پلاستیکی در داخل قالب، قطعه پلاستیکی نهایی تشکیل می‌شود.
قالب گیری تزریقی در تزریق پلاستیک
قالب‌گیری تزریقی نوعی قالب‌سازی است که مواد مذاب مانند فلزات، شیشه و الاستومرها که عموماً پلاستیک هستند تحت فشار به‌داخل قالب تزریق می‌شود. این فرایند برای تولید انبوه قطعات پلاستیکی یکسان استفاده می شود. یکی از رایج ترین انواع ترموپلاستیک ها که در قالب گیری تزریقی مورد مصرف قرار می گیرد پلی استایرن فشرده است. این نوع قالب گیری مهم ترین روند تولید پلاستیک ها می باشد که با استفاده از آن می توان محصولات کوچک مانند در بطری، درپوش سینک ظرفشویی، اسباب بازی، ظروف پلاستیکی و قطعاتی از دوربین را تولید کرد. همچنین برای ساخت سطل زباله وظروف حمل شیر به کار می رود. حتی می توان درقالب گیری موارد بزرگ تر مانند قسمت هایی از بدنه اتومبیل وتنه کشتی آن را مشاهده نمود. قالب گیری تزریقی قبلأ به وسیله انسان در کارخانه ها انجام می شد. اما امروزه یک روند تولید خودکار محسوب می شود.
تولید قطعات پلاستیکی به وسیله فرآیند قالب‌گیری تزریقی و تزریق پلاستیک از جمله روش‌های مهم و پرکاربرد در صنعت پلاستیک است که برای تولید انواع محصولات از قطعات کوچک گرفته تا قطعات بزرگ به کار می‌رود. از آنجا که این فرآیند به شدت وابسته به دستگاه‌ها و ماشین‌آلات خاصی است، شناخت عمیق از این تجهیزات اساسی است.
دستگاه‌های تزریق پلاستیک یا ماشین های تزریق پلاستیک، ابزار اصلی در این فرآیند هستند. این دستگاه‌ها از جمله تجهیزات پیچیده و با قابلیت‌های فنی بالا هستند که به وسیله آنها می‌توان مواد پلاستیکی را ذوب کرده، به دقت در قالب‌های مخصوص تزریق کرده و قطعات پلاستیکی را تولید کرد.
در این مقاله، به بررسی نقش و عملکرد قالب گیری تزریق و دستگاه تزریق پلاستیک (Injection Molding Machine) در فرآیند قالب‌گیری تزریقی پلاستیک می‌پردازیم.
امیدوارم این مقاله، به دانشجویان، تحصیل‌کرده‌ها و علاقمندان به صنعت پلاستیک کمک کند تا با دستگاه‌ها و ماشین‌آلات مهم قالب‌گیری تزریقی آشنا شوند و بهترین استفاده را از این تکنولوژی حیاتی برای صنعت پلاستیک داشته باشند.
مراحل قالب گیری تزریقی
1.تزریق مواد پلاستیکی: در این مرحله، مواد پلاستیکی به صورت دانه‌های کوچک یا چوب‌ریزه‌ای وارد واحد تزریق می‌شوند. در داخل واحد تزریق، مواد پلاستیکی به وسیله یک ویژه‌نامه به حرارت و فشار قرار می‌گیرند تا مذاب شوند.
2.تزریق مواد به داخل قالب: پس از ذوبان مواد پلاستیکی، جریان مذاب به وسیله یک سرشانه به داخل قالب تزریقی هدایت می‌شود. این مرحله شامل پرکردن کامل فضای خالی داخل قالب با مواد پلاستیکی است.
3.سرد شدن: بلافاصله پس از پر شدن قالب، مواد پلاستیکی آغاز به سرد شدن می‌کنند. در این مرحله، مواد پلاستیکی تبدیل به قطعه جامد و شکل‌پذیر می‌شوند.
4.خروج قطعه از قالب: بعد از اتمام فرایند سرد شدن، قالب باز می‌شود و قطعه پلاستیکی حاصل از تزریق از داخل قالب خارج می‌شود. این قطعه ممکن است نیازمند عملیات پس‌اندازی و تمیزکاری بیشتر باشد.
اجزای قالب‌گیری تزریقی
سرشانه: بخشی از واحد تزریق که مواد پلاستیکی را به داخل قالب هدایت می‌کند.
قالب: قالب‌گیری تزریقی شامل دو قسمت بالا و پایین است که با هم تراشیده شده‌اند و فضای خالی داخلی قطعه پلاستیکی را تشکیل می‌دهند.
سیستم خنک‌کننده: برای سریع‌تر شدن مواد پلاستیکی و سرد کردن قطعه نهایی.
مزایای فرآیند قالب گیری تزریقی
- تعداد تولید بالا
- امکان کاشت قطعات فلزی و غیر فلزی در پلاستیک.
- امکان تولید قطعات کوچک با فرم های پیچیده و تلرانس های ابعادی دقیق.
- امکان استفاده از بیش از یک نوع ماده پلاستیکی در یک قطعه.
- عدم نیاز اغلب قطعات تولیدی به عملیات تکمیلی.
- امکان استفاده مجدد از ضایعات پلاستیکی تولیدی.
- امکان تولید قطعات سازه‌ای از فوم به روش قالب گیری تزریقی واکنشی.
- قابلیت اتوماسیون کامل فرآیند.
انواع قالب گیری تزریقی
قالب‌گیری تزریقی یکی از متداول‌ترین روش‌های تولید قطعات پلاستیکی است که در صنایع مختلف از جمله خودروسازی، الکترونیک، پزشکی، لوازم خانگی و بسیاری دیگر استفاده می‌شود. این فرآیند با استفاده از یک قالب تزریقی و دستگاه تزریق پلاستیک، مواد پلاستیکی را ذوب کرده و به دقت درون قالب تزریقی تزریق می‌کند تا پس از سرد شدن، قطعه پلاستیکی نهایی تولید شود. انواع مختلف قالب‌گیری تزریقی عبارتند از:
۱. قالب گیری تزریقی تک‌قالبی (Single Cavity Injection Molding)
در این روش، یک قالب تزریقی فقط یک قطعه پلاستیکی را تولید می‌کند. این روش برای تولید انواع قطعات با حجم کم یا تولید نمونه‌های اولیه مناسب است.
۲. قالب گیری تزریقی چند‌قالبی (Multiple Cavity Injection Molding)
در این روش، یک قالب تزریقی حاوی چندین قالب (cavity) مشابه است که به صورت همزمان چند قطعه پلاستیکی را تولید می‌کند. این روش بهبود کارایی و تولیدی بودن فرآیند را افزایش می‌دهد و می‌تواند برای تولید دسته‌های بزرگ قطعات استفاده شود.
۳. قالب گیری تزریقی فراورده‌های نازک (Thin-Wall Injection Molding)
این روش برای تولید قطعاتی با دیواره‌های نازک و ساختارهای پیچیده مانند کاسه‌ها، ظروف یکبار مصرف، و سایر محصولات نازک استفاده می‌شود. این فرآیند نیاز به قالب‌های خاص با سیستم‌های خنک‌کننده مناسب دارد تا جلوگیری از انبساط غیرمطلوب مواد پلاستیکی درون قالب انجام شود.
۴. قالب گیری تزریقی دو جزئی (Two-Shot Injection Molding)
در این روش، دو جزء از مواد پلاستیکی با خواص متفاوت (مثلاً رنگ یا جنس متفاوت) به صورت پیاپی در یک قالب تزریقی تزریق می‌شوند تا قطعه پلاستیکی با خصوصیات دوگانه تولید شود. این روش برای تولید قطعات پیچیده با ویژگی‌های خاص مناسب است.
۵. قالب گیری تزریقی پوششی (Insert Injection Molding)
در این روش، قطعات فلزی یا دیگر مواد غیرپلاستیکی در داخل قالب تزریقی قرار داده می‌شوند و سپس مواد پلاستیکی ریخته می‌شود. این فرآیند برای تولید قطعاتی با قسمت‌های مختلف مواد (مثلاً اجزای الکترونیکی یا دسته‌های تزریقی) استفاده می‌شود.
۶. قالب گیری تزریقی روتاری (Rotary Injection Molding)
در این روش، قالب تزریقی به دور محور خود چرخش می‌کند و مواد پلاستیکی در طی این چرخش تزریق می‌شود. این روش برای تولید قطعات پیچیده با ساختارهای دوسطحی یا محصولات دورانی مناسب است.
انواع قالب‌گیری تزریقی بر اساس نوع و ساختار سیستم تزریق مواد پلاستیکی
۱. قالب‌گیری پیچشی (Screw Injection Molding)
در قالب‌گیری تزریقی پیچشی، سیستم تزریق از یک سرشانه (Screw) برای ذوب کردن و پمپاژ مواد پلاستیکی استفاده می‌کند. این نوع سیستم تزریق عموماً برای تزریق مواد پلاستیکی گرانولی (granular) یا پلیمرهای جامد استفاده می‌شود. مواد پلاستیکی ابتدا در بشکه (Hopper) قرار می‌گیرند و سپس توسط سرشانه به داخل بشکه تزریق (Injection Barrel) منتقل می‌شوند. در داخل بشکه، مواد پلاستیکی توسط گرمای تولید شده توسط سرشانه ذوب شده و به دقت به قالب تزریقی تزریق می‌شوند. سرشانه در این فرآیند به عنوان یک پمپ عمل می‌کند که مواد پلاستیکی را به فشار بالا به داخل قالب پمپاژ می‌کند.
۲. قالب‌گیری پیستونی یا قالب‌گیری با رم یا سوزن (Ram or Plunger Injection Molding)
در قالب‌گیری تزریقی پیستونی، سیستم تزریق از یک پیستون (Plunger) یا رم (Ram) برای تزریق مواد پلاستیکی استفاده می‌کند. در این نوع سیستم تزریق، مواد پلاستیکی در یک بشکه قرار گرفته و سپس توسط یک پیستون یا رم به داخل قالب تزریقی فشرده می‌شوند. در این فرآیند، پیستون یا رم به عنوان یک کماند عمل می‌کنند که مواد پلاستیکی را با فشار مناسب به داخل قالب پمپاژ می‌کنند.
مقایسه قالب‌گیری پیچشی و پیستونی
قالب‌گیری پیچشی
استفاده از سرشانه برای ذوب کردن و تزریق مواد پلاستیکی.
مناسب برای استفاده با مواد پلاستیکی گرانولی.
قابلیت کنترل دقیق‌تر دما و فشار در فرآیند تزریق.
قالب‌گیری پیستونی
استفاده از پیستون یا رم برای فشردن مواد پلاستیکی.
مناسب برای استفاده با مواد پلاستیکی جامد یا پودری.
معمولاً مناسب برای تزریق مواد پلاستیکی با حجم کمتر.
هر یک از این دو نوع سیستم تزریقی مزایا و محدودیت‌های خود را دارند و بسته به نوع مواد پلاستیکی و نیازهای فرآیند تولید، یکی از آنها برای استفاده مناسب خواهد بود.
قالب‌گیری تزریقی پودر (Powder Injection Molding - PIM)
قالب‌گیری تزریقی پودر یک فرآیند تولید پلاستیک پیشرفته است که در آن از پودرهای فلزی یا پودرهای پلاستیکی برای تولید قطعات پلاستیکی استفاده می‌شود. در این روش، پودر مورد نظر (مانند پودرهای فلزی یا پلاستیکی) به همراه یک عامل بایندر (Binder) که عملکرد چسبندگی و اتصال دهندگی دارد، ترکیب و به دقت در داخل یک قالب تزریقی تزریق می‌شوند. سپس، با اعمال دما و فشار، پودرها به یکدیگر متصل شده و قطعه نهایی شکل می‌گیرد. پس از فرآیند ترکیب پودرها، قطعه در مرحله سینتر (Sintering) یا حرارت‌دهی نهایی، به دما و فشار بالا تحت یک فرایند خاص تثبیت می‌شود تا به خواص نهایی برسد. قالب‌گیری تزریقی پودر معمولاً برای تولید قطعات پلاستیکی پیچیده و با دقت بالا که با استفاده از روش‌های دیگر سنتزی به سختی قابل تولیدند، مورد استفاده قرار می‌گیرد.
قالب‌گیری تزریقی واکنشی (Reaction Injection Molding - RIM)
قالب‌گیری تزریقی واکنشی یک روش پیشرفته تولید قطعات پلاستیکی است که در آن دو ماده را به صورت مایع ترکیب می‌کند تا در داخل یک قالب تزریقی با یکدیگر واکنش دهند و قطعه نهایی شکل بگیرد. این دو ماده معمولاً از دو رزین یا پلیمر مختلف هستند که با ترکیب در داخل قالب تزریقی و تحت فشار و دمای خاص، با یکدیگر واکنش داده و به شکل قطعه پلاستیکی نهایی تبدیل می‌شوند. قالب‌گیری تزریقی واکنشی معمولاً برای تولید قطعات بزرگ و پیچیده که نیاز به خواص مکانیکی خاص و مقاومت در برابر ضربه و حرارت دارند، استفاده می‌شود.
مقایسه قالب‌گیری تزریقی پودر و واکنشی
قالب‌گیری تزریقی پودر (PIM)
استفاده از پودرهای فلزی یا پلاستیکی با یک عامل بایندر.
فرآیند شامل ترکیب، تزریق و سینتر پودرها.
برای تولید قطعات پیچیده و با دقت بالا مناسب است.
قالب‌گیری تزریقی واکنشی (RIM)
استفاده از دو ماده مایع که در داخل قالب با یکدیگر واکنش می‌دهند.
فرآیند شامل ترکیب، تزریق و واکنش دو ماده.
برای تولید قطعات بزرگ و پیچیده با خواص مکانیکی خاص مناسب است.
در کل، هر یک از این روش‌های قالب‌گیری تزریقی برای نیازهای خاص و تولید قطعات با خواص منحصر به فرد مورد استفاده قرار می‌گیرند و از تکنیک‌ها و مواد متفاوتی برای تولید نهایی استفاده می‌کنند.
