مشکلات قالب در فرآیند تزریق

فرآیند قالب گیری تزریقی (Injection Molding) یکی از اصلی ترین و پرکاربردترین فرآیندها برای تولید محصولات پلاستیکی است. در طول فرآیند قالب‌گیری تزریقی برخی نواقص در پلاستیک ها رخ می‌دهد که بر روی کارکرد و ظاهر محصول تأثیر می‌گذارد. بنابراین شناخت و اصلاح مشکلات قالب فرآیند تزریق از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. نقص قالب‌گیری تزریقی می‌تواند به دلیل طراحی نادرست در قالب دستگاه و همچنین ناکارآمدی فرآیند باشد، لذا برای کاهش نواقص دستگاه قالب تزریق برخی از قوانین طراحی پایه قالب باید مورد استفاده قرار گیرد.

 

 

قالب‌های دستگاه تزریق

قالب‌ها به صورت کلی از دو نیمه اصلی به نام‌های نیمه تزریق و نیمه پَران تشکیل شده‌اند. هر دو نیمه اصلی قالب می‌توانند چه بافاصله و چه متصل بهم درون دستگاه تزریق پلاستیک قرار گیرند اما تنها نیمه‌‌ی انتهایی قالب قادر به حرکت خواهد بود.
خط تماس دو نیمه قالب را به اصطلاح مرز قطعه‌گیری( محل برخورد دو نیمه قالب باهم) می‌نامند. هر قالب دارای دو جزء اصلی، هسته (ماهیچه) و حفره (کویته) است، و زمانی‌که قالب بسته است، در فاصله مابین ماهیچه و کویته‌ی قالب، قطعه مورد نظر تشکیل می‌شود.

قالب‌های دستگاه تزریق از جنس فولاد سخت، آلومینیوم و آلیاژها ساخته می‌شوند و اغلب در تولید انبوه محصولات مورد استفاده قرار می‌گیرند. انتخاب جنس قالب در نگاه اول مسئله‌ای مهم است. به عنوان مثال از نظر مالی، تولید قالب‌های فولادی هزینه بیشتری نسبت به قالب‌های دیگر دارد. اما به دلیل طول عمر زیاد آن‌ها که باعث تولید محصولات بیشتر می‌شود، سود و زیان را متعادل کرده و به یک انتخاب اقتصادی تبدیل شده‌اند.

طراحی قالب، فرآیندی است که سیر تکاملی خود را از طراحی مکانیزم‌های ساده تا پیچیده در این بستر طی کرده است. از طرفی ساخت قالب‌های تزریق پلاستیک در روش قالب‌گیری تزریقی هزینه نسبتاً بالایی را به دنبال دارد. بنابراین بیشتر مشکلات مربوط به قالب ها با انجام بررسی‌های طراحی در مراحل ابتدایی فرآیند طراحی، قابل پیشگیری است.

انواع قالب های تزریق پلاستیک

از نظر کلی قالب های پلاستیک به دو نوع تقسیم می‌شوند:

۱-قالب‌های با راهگاه سرد

۲-قالب‌های با راهگاه گرم

از نظر ساختمانی نیز این قالب‌ها دسته بندی می‌شوند که عبارتند از:

۱-قالب‌های دو صفحه‌ای

۲-قالب‌های سه صفحه‌ای

در ادامه‌ی این مقاله تعدادی از مشکلات و مشخصات قالب فرآیند تزریق، مورد بررسی قرار گرفته است.

مشکلات قالب فرآیند قالب گیری تزریقی

شناسایی مشکلات محصول تولید شده از طریق فرآیند تزریق به عواملی مانند طراحی قالب، مشخصات پلیمر و شرایط فرآیند بستگی دارد. بنابراین تشخیص منشأ مشکل و پیدا کردن راه حل آن، مستلزم آشنایی با اصول این روش و صرف هزینه و زمان است .مشکلات پیش آمده در این فرآیند از عدم توجه به ریز مسائل و یا نداشتن تسلط و مهارت های فنی لازم و ضروری است، که می تواند ضررهای مالی زیادی را به شرکت ها وارد کنند، اما با استفاده از یک طراحی دقیق می‌توان از به وجود آمدن این شرایط جلوگیری کرد.

معایب قالب دستگاه تزریق شامل موارد زیر است

1. پر نشدن قالب (ترک خوردن)

در این نقص قبل از ساخت قطعه، مواد اولیه به طور کامل به همه‌ی بخش ‌های قالب نمی‌رسد. علت بروز این پدیده این است که در قسمت جلویی جریان ماده مذاب با پدیده کاهش دما مواجه می‌شویم و به نوعی انجماد زودرس صورت می‌گیرد. دلیل دیگر می‌تواند هوای حبس شده در جریان پلاستیک ذوب شده و همچنین زاویه نامناسب خروج مواد از قالب باشد.

2. مقاومت در برابر حرارت

با پیدایش دستگاه‌های قالب سازی با سرعت بالا، تولید محصولات پلاستیکی سریع‌تر شده است. در حالت کلی دمای قالب بین ۱۶۰ تا ۳۰۰ درجه سانتی‌گراد است اما ممکن است بخشی از قالب به سرعت به دمای ۴۰۰ درجه سانتی‌گراد برسد. زمانی‌که دمای قالب از حد مجاز فراتر رود، مقاومت و سختی قالب کاهش یافته که باعث شکست اولیه و خم شدن و یا تغییر شکل پلاستیک می شود.
برای ساخت محصولات و کاربرد بهتر قالب ها در حرارت زیاد، قالب های فولادی با مقاومت حرارتی بالا گزینه مناسبی خواهند بود و همچنین به منظور جلوگیری از کاهش دمای قالب، قالب باید هدایت حرارتی خوب و ضریب انبساط حرارتی کمی داشته باشد.

3. شرایط عملیاتی مناسب

قالب دستگاه در بیشتر مواقع تحت فشار زیادی قرار دارد که این باعث شکست چقرمگی brittle می‌شود. بنابراین برای جلوگیری از  شکست این قطعه، باید قالب ها محکم‌‌تر و استوارتر  ساخته شوند.

4. مقاومت در برابر سایش

بدلیل افزایش تقاضای استفاده از محصولات پلاستیکی، پلاسیتک‌ها در بیشتر مواقع برای جلوگیری از صیقلی شدن و حفظ شکل ظاهری، به یک ماده معدنی مانند فیبرهای شیشه‌ای تقویت شده، نیاز دارند. این ماده حکم ماده‌ی افزودنی را داشته و زمانی‌که ماده معدنی اضافه می‌شود، جریان پلاستیک به شدت کاهش یافته و در نهایت منجر به پوشیده شدن قالب می‌شود. بنابراین برای جلوگیری از سایش قالب به یک ماده مقاوم در برابر سایش نیاز است.

5. مقاومت در برابر خوردگی

افزودن مواد مقاوم در برابر شعله مانند پی وی سی به رزین‌های ABS، ممکن است در طول فرآیند قالب‌دهی، گازهای خورنده ایجاد کند. در نتیجه قالب باید دارای مقاومت خوب در برابر خوردگی باشد.

6. عملکرد برش دهی خوب

در محصولات پلاستیکی در مقیاس بزرگ و اشکال گوناگون، قالب باید عملکرد برشی خوبی داشته باشد. برای جلوگیری از تغییر شکل قالب و افزایش دقت فرآیند، تولیدکنندگان باید استرس باقی‌مانده در قالب را به کمترین میزان تغییر شکل رسانده وکنترل کنند.

7. دقت ابعاد

به منظور جلوگیری از نشت و برگشت مواد به داخل، نازل قالب ساخته شده باید بالا باشد. بنابراین، جنس قالب پلاستیکی باید مقاومت فیزیکی، سختی، مقاومت در برابر سایش، هدایت حرارتی مناسب و مقاومت در برابر خوردگی و همچنین ثبات ابعادی را داشته باشد.

8. مشکل وجود نقطه سیاه

نقاط سیاه در قطعات قالب گیری شده مشکلی آزار دهنده و زمان‌بر و پرهزینه است. این ذرات هنگام شروع تولید، قبل و یا در طول تمیز کردن منظم سیلندر و مارپیچ رها می‌شود. این ذرات هنگامی گسترش می‌یابد که مواد بر اثر حرارت زیاد کربونیزه می‌شوند و ممکن است زمانی رخ دهد که جریان مواد برای مدت طولانی متوقف می‌شود.
این مشکل می تواند با تمیز کردن دستی نازل و مارپیچ حل شود. علاوه بر این دمای مذاب در طول مکث ها باید کاهش یابد تا از کربونیزه شدن مواد روی دیواره جلوگیری شود.

از دیگر مشکلات قالب‌ها، می‌توان به نشت آب خنک‌کننده قالب اشاره کرد. این نشت آب بیشتر در بخش های مختلف دستگاه تزریق اتفاق می‌افتد که به شرح ذیل است

۱- بیشتر در اتصالات و لوله‌ها، نشت آب خنک کننده رخ می‌دهد که برای جلوگیری از این عمل باید از نوار برای درزگیری اتصالات استفاده کرد.

۲- در حالت قالب‌گیری درازمدت، حلقه ضد آب در داخل قالب آسیب خواهد دید. به همین دلیل حلقه‌ی لاستیکی ضدآب به راحتی سخت شده و باعث نشت آب خواهد شد. در نتیجه برای جلوگیری از نشت آب نیاز به بررسی مرتب محل حلقه و عملکرد آب بند است.

۳-دیواره دیافراگم آب سرد در طول فرآیند آسیب خواهد دید. در حقیقت قالب‌های جدید مورد استفاده که ضخامت دیواره مناسبی دارند، ممکن است به علت خطا‌های تراشکاری در دیواره آن‌ها سوراخ‌هایی ایجاد شده باشد.

۴- مجرای آب خنک کننده به آسانی رسوب می‌کند و مانع انتقال حرارت می‌شود. برای پوشش این سوراخ‌ می‌توان از نوار فولادی با قطر کمتر از ۰.۵ میلی‌متر استفاده کرد. برای جلوگیری از ایجاد این سوراخ در داخل قالب، باید قالب به گونه ای طراحی شده باشد که بتوان به راحتی آن‌ها را از هم جدا کرده و با تمیز کردن آن مانع از رسوب‌گذاری بر روی مجرای آب شد. در انتها پس از آزمون نشت باید تعمیر و نگهداری قالب انجام شود.

از دیگر مشکلات اساسی دستگاه تزریق پلاستیک، ایجاد حباب در محصولات و قالب هاست که باعث افت کیفیت در محصولات خواهد شد. منظور از حباب ها در واقع تشکیل حباب‌های هوا در داخل محصول قالب است. علت این پدیده یا از عدم انتخاب محل مناسب ورود مواد اولیه (Gate) و یا اندازه نبودن محل خروجی هوا (Vent) برای قالب است. حباب‌هایی که تشکیل شده‌اند به دو دسته تقسیم می‌شوند، یک نوع حباب‌هایی هستند که در حین ذوب شدن مخلوط ایجاد می‌شوند و نوع دوم آن حباب‌هایی هستند که به صورت خلاء خالی تولید می‌شوند.
در پدیده تشکیل حباب، در قسمت‌هایی که ضخامت دیواره محصولات ضخیم باشد و از طرفی فشار کافی وجود نداشته باشد، این پدیده به طور همزمان با تولید نشانه‌های فرورفتگی ناشی از شرینک اتفاق می‌افتد.

در مورد محصولات قالب بندی شفاف مانند لنزها یا منشورها، حباب ها بصورت عیوب ظاهری یا به‌صورت انعکاس‌های نوری دیده می شوند. در محصولات مکانیکی این حباب‌ها، باعث کاهش استحکام و نهایتاً شکست در محصول خواهند شد.

جمع بندی

در آخر به عنوان جمع‌بندی، بیشترین اشتباهات توسط کارگرهای تازه کار و بدون تجربه و یا به دلیل استفاده از ابزارآلات نامناسب، ایجاد می شود. در سمت مقابل، یکی از راه‌حل‌های خلاقانه برای کاهش این اشتباهات، استفاده از کارگران با تجربه و با استعداد در کنار استفاده صحیح از سخت افزار و نرم افزار است. پیدا کردن تیم مناسب از افراد با تخصص مرتبط مهمترین بخش انجام این فرآیند است.

سؤالاتی در مورد عیوب دستگاه تزریق پلاستیک

۱- چرا گیربکس دستگاه در حالت دستی حرکت نمی‌کند؟

به دلیل پایین بودن فشار و سرعت گیربکس، سفت بودن بیش از اندازه بخش نگه دارنده (مهره پشت تایبار) و یا خشک بودن آن‌ها و همچنین چرخ‌دنده فلایول این مشکل برای دستگاه پیش می‌‌آید.

۲- باز شدن گیره با ضربه همراه است، علت آن چیست؟

فشار و سرعت مرحله اول باز شدن می‌تواند بالا باشد و یا اینکه بخش‌های مربوط به مراحل باز شدن گیره به درستی تنظیم نشده باشند.

۳-نشت مواد از پشت قالب چگونه برطرف می‌شود؟

هم مرکز نبودن کالسکه دستگاه با مرکز اسپرو قالب و یا کم بودن فشار کالسکه می‌تواند باعث بروز این مشکل شود. باید به آب بندی کردن سر نازل سیلندر با اسپرو نیز توجه کرد. در سایر موارد خاص، وجود نقص در جک کالسکه و یا شیر آن می‌تواند باعث بروز چنین مشکلی در دستگاه شود.

۴- چرا دمای المنت بیشتر از میزان تنظیم شده است؟

بالا رفتن بیش از اندازه‌ی دمای المنت می‌تواند بر اثر اتصالی کنتاکتور، SSR و یا رله PLC باشد.

۵- پلیسه کردن قطعه ناشی از چیست؟

علاوه بر بررسی سلامت قالب و همچنین کالیبره بودن گیره دستگاه، فشار گیره و فشار تزریق نیز باید تنظیم شده و با یکدیگر همخوانی داشته باشند.