فرآیند تزریق پی وی سی و شناخت بخش های مختلف

04 آبان 1400 ساعت 12:03

قالب‌گیری تزریقی
دستگاه قالبگیری تزریقی مانند اکسترودر است با این تفاوت که قالب با یک شیر نازل جایگزین شده و مارپیچ می‌تواند با حرکت محوری مانند یک پیستون، مذاب را پمپ کند. در فرایند قالب‌گیری تزریقی برای پایین نگه داشتن وسکوزیته در حین فرایند به پلیمری با وزن مولکولی پایین نیاز است. اما در مقابل در فرایند اکستروژن، جهت ایجاد مذابی با استحکام بالا از پلیمری با وزن مولکولی بالا استفاده می‌شود. فرایند اکستروژن شامل گرمایش، شکل‌دهی و خنک‌کاری محصول به صورت پیوسته است در حالیکه طی فرایند تزریق قالب پس از تزریق و خنک کاری، کاملا تخلیه شده و فرایند به صورت غیر پیوسته است.
هرچند در هر دو فرایند از ماردون برای انتقال، پمپ،  و ایجاد ترکیب یکنواخت از کامپاند استفاده می‌شود، اما فرایند قالب‌گیری تزریقی محصولاتی سه بعدی و پيچيده تولید می‌کند. در این دو فرایند طراحی مارپیچ نیز تاثيرگذار است.
قالب‌گیری تزریقی برای تولید قطعات پیچیده با دقت ابعادی و سطح نهایی خوب مناسب است. با بهینه‌سازی شرایط فرایند می‌توان محصولی با بهترین کیفیت تولید کرد. در فرایند اکستروژن و تزریق زنجیره،های پلیمری تمایل به آرایش یافتگی در جهت جریان دارند که موجب استحکام بسیار بالاتر قطعه در جهت جریان می‌شود.


دستگاه قالب‌گیری تزریقی
الف) دستگاه قالب‌گيري تزریقي پیستونی(سنبه‌اي)
در گذشته دستگاه تزریق پیستونی برای قالبگیری قطعات استفاده می‌شد. معایب این دستگاه اختلاط ناكافي و كيفيفت پايين مذاب و در نتیجه ايجاد تفاوت دمایی و رفتار متغیر مذاب بوده است. به دلیل فشار تزریق متغیر، پیستون مذاب پليمر را به موادی با شکل‌های مختلف از گرانول جامد تا گرانول نيمه مذاب يا حتي مذاب تبدیل می‌کرد که موجب اختلاف بسیار زیاد فشار و متعاقباً اختلاف شدید در هر سیکل می شد. از طرف دیگر هرگونه تغییر در دانسیته خوراک ورودی موجب تغییر اندازه مواد ورودی به هر سیکل می‌شد که باز هم موجب تغییرات کیفیت محصول می‌شد.


ب) دستگاه قالب‌گيري تزریقي مارپیچي
با چرخش و حرکت رفت و برگشتی مارپیچ که توسط یک موتور هیدرولیک انجام می‌گیرد، پلیمر ذوب، یکنواخت و پمپاژ میشود. این روش تزریق خمیری شدن را سرعت داده وسیکل تزریق را کوتاه می‌کند. حرکت رفت و برگشتی مارپیچ توسط یک سیستم هیدرولیکی کنترل می‌شود و مذاب پلیمری را برای تزریق به جلو می‌برد. حضور یک شیر مانع از برگشت پلیمر از حفره قالب می‌شود. در واقع مارپیچ مانند یک پیستون عمل کرده و مذاب را به درون قالب تزریق می‌کند. اختصاص زمان تزریق مناسب برای هر دما و فشار پارامتر مهمی در تعین سرعت فرایند می باشد. باز و بسته شدن قالب نیز به سیستم هیدرولیک متصل است. این نوع دستگاه‌هاي تزریق باید به سیستم‌های قفل‌کننده قالب، پران و همچنین سیستم کنترل دما مجهز باشند.
بخش تزریق
بخش تزریق شامل سیلندر، مارپیچ و نازل می‌باشد. مذاب پلیمری از سیلندر به سمت نازل حرکت کرده و به داخل قالب تزریق می‌شود. قبل از آنکه فشار پشت قالب برداشته شود پلیمر منجمد می‌شود. بعد از آنکه پلیمر موجود در راه‌گاه منجمد شد، ديگر مواد بیشتری نمی‌تواند به داخل قالب راه يابد. در شکل زير نمایی از دستگاه تزریق نشان داده شده است.

نمای کلی از دستگاه تزریق پلاستیک


سیلندر
سیلندر از یک استوانه فولادی ساخته شده است که در آن مارپیچ كه حرکت رفت و برگشتی دارد، قرار گرفته است. گرم‌كن‌ها كه اغلب هیترهای الکتریکی هستند، در اطراف سیلندر به عنوان منبع گرمایش قرار دارند. ترموکوپل‌هایی در نواحی مختلف سیلندر نصب می‌شوند، دما را با انحراف کمی نسبت به دماي تنظیم شده کنترل مي‌كنند. سیلندر به جز نازل شامل سه ناحیه خوراک، فشردگی و سنجش می‌باشد.
سيلندر دستگاه تزريق متناسب با حركت رفت و برگشتي مارپيچ طراحي شده است. افزايش دما از ابتدا تا انتهاي سيلندر ايده‌ي خوبي براي انواع قطعات نيست. پروفیل دمایی سیلندر بر حسب سایز قالب و محصول، می‌تواند افزایشی، کاهشی، یکنواخت و یا منحنی باشد. برای استفاده از ظرفیت بهینه تزریق، لازم است با توجه به شرایط فرایند و کیفیت قطعه، پروفیل دمایی ثابتی از قیف خوراک‌گیری تا نازل تعیین شود. به طور كلي، دماي سيلندر دستگاه قالب‌گيري تزريقي از محل خوارک تا نازل به تدريج و با شيب بسيار كم افزایش مي‌يابد اما در اين بين استثنائاتي نيز وجود دارد، به طور مثال اغلب در پي‌وي‌سي چيدمان دمايي خطي و يا با شيب بسيار كم رو به پايين تنظيم مي‌شود. برای جلوگیری از خط افتادن و یا سرریز شدن در نازل کاهش می‌یابد.
مارپیچ
در فرایند نرم‌ و خميري شدن پلیمر، مارپیچ می‌چرخد. بنابراين پلیمر تحت برش ذوب می‌شود و به جلو حرکت می‌کند. برای فشردن، ذوب و انتقال مواد به سمت جلو مانند فرایند اکستروژن مارپیچ رفت و برگشتی به کار می‌رود با این تفاوت که:
-         ابتدا مارپیچ می‌چرخد و برای بار‌گیری به عقب می‌رود.
-         سپس برای پمپاژ مواد مذاب به داخل قالب به سمت نازل حرکت می‌کند.
سرعت پایین‌تر مارپیچ باعث بهبود توزیع افزودنی‌ها شده و در مورد قطعات ضخیم به حفظ دما کمک می‌کند. تغيير دور مارپيچ و ميزان بارگيري بر ميزان خروجي تاثير گذار است. با افزايش ميزان بارگيري و افزايش دور مارپيچ مقدار خروجي افزايش مي يابد.
در طول فرایند توليد، ماده پلیمری در اثر انرژی مکانیکی مارپیچ چرخان و انرژی حرارتی سیلندر ذوب می‌شود. به محض توقف توليد، مارپیچ در مدت زمان كمي از حرکت می‌ایستد و در حالی که سیلندر خنک می‌شود ممکن است باقی مواد ذوب شوند به خصوص در مواردی که کانال نیمه پر باشد و یا عمق کانال زیاد باشد كه در اين صورت توزيع مواد مذاب ممكن است تغيير كند. توقف دستگاه تزریق نامطلوب و فرايندي زمان‌بر است اما مدام برای تولید قطعات با شرایط متفاوت اتفاق می‌افتد. در این حالت، مذاب پلیمری در سیلندر باقي مي‌ماند و دچار تخریب حرارتی و اکسیداسیونی می‌شود. توقف‌های کوتاه در مورد پلیمرهایی مانند پلی‌اتیلن مسئله ساز نیست اما در مورد پليمرهايي حاوی زنجیرهای غیر اشباع مانند ABS  و يا PVC بحرانی است.
 
 
 
بخش گیره
بخش گیره دستگاه تزریق نیروی لازم برای باز و بسته کردن، بسته نگه داشتن قالب و خروج قطعه نهایی را تامین می‌کند. این واحد شامل میله‌ها و قسمت‌های ثابت و متحرکی برای باز و بسته کردن و قفل نگهداشتن قالب می‌باشد. همانطور که در شکل زير نشان داده شده است قسمت ثابت این واحد برای حفظ تعادل بین نیروها از چهار گوشه توسط چهار مهره نیرو وارد می‌کند.

 

بخش گیره در دستگاه تزریق پلاستیک

بخش هیدرولیک
واحد هیدرولیک شامل پمپ‌، موتور، دیسک، شیرها و لوله‌هايي است که انرژي آنها توسط یک سیال هیدرولیک تامین مي‌شود. در شروع سیکل، سیال هیدرولیک توسط پمپ و موتور با فشار بالا به بخش گیره پمپاژ شده و قالب بسته می‌شود. بعد از تزریق مذاب، با اعمال فشار هیدرولیکی و مکانیکی از پرشدن كامل حفره‌های قالب اطمینان حاصل شده و سپس به مذاب، زمان لازم برای خنک شدن داده می‌شود. نهايتاً دو نیمه قالب باز، قطعه توسط پران خارج و راه‌گاه‌ها و بوش تمیز شده و مجدداً برای سیکل بعد بسته می‌شود.
قالب
قالب‌های تزریق عموماً پیچیده هستند و باید از نظر ساخت و طراحی قابل اعتماد و کارامد باشند. در شکل زير نمای سه بعدی اجزای قالب نشان داده شده است.

 

قالب تزریق پلاستیک



·       شامل دو نیمه است.
·       دو نیمه در جایگاه خود قرار گرفته و قفل می‌شود.
·       در دمای ثابت نگاه داشته می‌شود.
·       در دمای پایین‌تری نسبت به مذاب قرار دارد، سپس مذاب داغ با فشار وارد می‌شود.
به منظور انتقال حرارت یکنواخت، کانال‌های خنک‌کاری در قالب تعبیه می‌شود. این کانال‌ها می‌تواند در داخل تعبيه شده باشد و خنك‌كاري با یک سیال انجام شود. برای جلوگیری از شره کردن مذاب، دو نیمه قالب توسط میله‌هایی با فشار قفل می‌شود و نازل بین قالب و ماشین تزریق آب بند ایجاد می‌کند.
قالب‌هایی که در سیکل‌های تزریق کوتاه و زیاد استفاده می‌شوند زودتر دچار فرسایش می‌شوند. نقاط مرده قالب را بررسی کنید و سعی کنید خنک‌کاری یکنواختی در قالب داشته باشید. مطمئن باشید هر دو نیمه قالب دمای برابر دارند. تفاوت دمایی یک نیمه قالب باعث غیریکنواختی جریان سیال می‌شود.
بالاترین هزینه در تولید قطعات پلاستیکی مربوط به تجهیزات است. آبكاري سطح قالب، قیمت آن را افزایش می‌دهد. پولیش سطوح قالب با ایجاد نیروی چسبندگی، جداشدن دو نیمه قالب را مشکل می‌کند که برای رفع آن سطح را در جهت خروج پرداخت می‌کنند.

 

 
طراحی قالب براي یک طرح مشخص عموما کار پیچیده‌ای ‌است. فاکتورهای مهم طراحی قالب شامل اندازه قالب، تعداد حفره‌ها، شکل حفره‌ها، سیستم راهگاه‌ها، سیستم گيت‌ها، میزان جمع‌شدگي قطعه و سیستم پران می‌باشد.
هر تغییر و نقصی در دو جزه دستگاه تزریق و قالب در قطعه نهایی موثر است. برای تولید قطعاتی با نوسان کم، باید تغییرات قالب به حداقل برسد. برای تعیین ابعاد قطعه نهایی باید تغییرات قالب در فرایند تزریق در نظر گرفته شود. پرشدن قالب متاثر از طراحی و اجزای قالب است. برای پرشدن حجم قالب باید مواد و شرایط فرایند به دقت انتخاب شوند. بین سطح قالب که عموما از فولاد است و ماده پلیمری نیروی اصطکاک وجود دارد كه به نوع پليمر، قالب و شرايط فرايندي وابسته است. خوردگی قالب در اثر خروج گاز از مذاب پلیمری، سایش، چسبنگی، و خستگی در اثر تماس سطح قالب و سطح مذاب پلیمری، موجب فرسایش قالب در طول فرایند تزریق می‌شود.


گيت
برای کاهش خط جوش محل گيت باید فاقد بار و تنش باشد. شرایط فرایند استحکام و ظاهر خط جوش را تحت تاثیر قرار می‌دهد اما نباید نقش اساسی مواد و طراحی اجزا و تجهیزات تزریق را نادیده گرفت. محل قرارگيري گيت در  بهبود جریان مذاب تاثير بسزايي دارد و مي‌تواند باعث بهبود خط جوش شود. سیستم گيت چند گانه باعث کاهش فشار شده اما خطوط جوش نيز عمیق‌تر شده و به سیستم راهگاه پیچیده‌تری نياز دارد.
سطح  مقطع گيت از راهگاه کوچک‌تر است و ممکن است از راهگاه جدا شود. گيت بزرگتر گرمای ویسکوز  و سرعت را کاهش می‌دهد و فشار بالاتري را فراهم می‌کند. محل گيت باید طوری انتخاب شود که قالب به صورت یکنواخت پر شود و خط جوش‌ها و محل خروج هوا در موقعیت مناسبی باشند. طراحی گيت شامل نوع، ابعاد و موقعیت آن می‌شود و نقش موثری در کیفیت قطعه دارد. به طور كلي گيت يگانه به چندگانه ترجيح داده مي‌شود. گيت‌هاي چندگانه باعث ايجاد خط جوش می‌شوند. با استفاده از شیرهای كنترل که پی در پی باز و بسته می‌شوند می‌توان خطوط جریان را حذف کرد. طراحی قالب و اجزای آن تعیین‌کننده مشخصات قطعه تولیدی (ظاهر، تقارن، نوسان ...)، فرمولاسیون (مواد، پرکننده...) و فاکتورهای اقتصادی (قیمت قطعات، زمان هر سیکل، حجم ضایعات...) می‌باشد.
همانطور كه گفته شد، ابعاد گيت نسبت به راهگاه‌ها و قطعه کوچک‌تر است. باید توجه داشت که به دلیل آثار انتقال حرارت، ميزان افت فشار در طول گيت، کنترل جریان در اين ناحيه به خوبی امکان‌پذیر نیست. محل گيت تعیین‌کننده جریان داخل حفره است و طوری انتخاب می‌شود که جریان در سراسر حفره متعادل و يكنواخت باشد.


راهگاه
سیستم راهگاه از پارامترهاي بسیار موثر بر فرایند تزریق و کیفت قطعه تولیدی است. راهگاه می‌تواند گرد، نیمه گرد و یا ذوزنقه‌ای باشد و در اكثر موارد نوع گرد ترجیح دارد. مواد موجود در راهگاه‌ها پس از توليد بازیافت می‌شوند و بايد از نظر طول و ابعاد طوري باشند كه حداقل مقدار مواد در این قسمت بماند. راهگاه مذاب پلیمر را از بوش به گيت منتقل می‌کند. با استفاده از قالب چند حفره و سیستم راهگاه‌های متعادل، امكان پرکردن همزمان چند حفره و كاهش هزینه تولید فراهم مي‌شود.


بوش
اندازه بوش باید از ضخیم‌ترین دیواره قطعه تولیدی بيشتر باشد. بوش مذاب پلیمر را وارد قالب می‌کند. برای آنکه فشار به خوبی حفظ شود بوش نباید زودتر از سایر سطح مقطع‌های قطعه خنک و سخت شود. بوش باید راحت و سریع قالب‌گیری شود.


حفره
حفره برای تشكيل قطعه‌ای با شکل صحیح و خواص مناسب مهم است. کیفیت پرشدن حفره به طراحی راهگاه وابسته است. نحوه آرایش‌یافتگی زنجیرهای مولکولی توسط شكل قالب و راهگاه‌ها تعیین می‌شود. برای خروج گاز محبوس شده و هوا از قطعه باید گازگیر در حفره تعبیه شود. همه مراحل فرایند از نرم شدن، شکل گیری و منجمد شدن در حفره، در کیفیت قطعه نهایی موثرند. کیفیت قطعه نهایی توسط پارامترهایي مانند وزن، ضخامت، میزان جمع‌شوندگي و تاب برداشتن تعریف می‌شود. 


ثبت نظر


( نظر خود را درباره این مقاله ثبت نمایید )