قالبگیری تزریقی به انگلیسی (Injection moulding) شیوه ای از تولید قطعه است که در آن مواد مذاب بر خلاف سامانه ریژه که مذاب تحت نیروی وزن خود، به داخل قالب می‌رود و این فرایند امکانات تولید قطعات محکم و بدون مک (Pinhole) می‌باشد. این روش برای اولین بار در سال ۱۸۶۷ میلادی انجام شد و برای ساخت توپ بازی بیلیارد مورد استفاده قرار گرفت. به این صورت که شخصی به نام John W.H سلولوئید را به درون قالبی تزریق کرد و در نتیجه شکل مورد نظرش را با موفقیت استخراج کرد. قالبگیری تزریقی بهترین راه تولید یک محصول پلاستیکی می‌باشد و متداولترین راه تبدیل مواد اولیه پلیمری به مصنوعات و محصولات پلاستیک که ما روزانه از آنها استفاده می کنیم، از یک آبکش یا سبد ساده تا پیچیده ترین آنها نظیر استنت ها در عمل های قلب، “قالب گیری تزریقی” است که به نام متداول تر “تزریق پلاستیک” نیز شناخته می شود.
تزریق پلاستیک یک تکنولوژی ساخت برای تولید انبوه قطعات پلاستیکی یکسان با خطای پ987ایین است که در این روش ابتدا گرانول های پلیمر ذوب می شوند و سپس تحت فشار به درون یک قالب تزریق می شوند. پلاستیک مایع درون قالب خنک شده و جامد می شود. مواد اولیه در این روش پلیمرهای ترموپلاستیکی هستند که قابلیت رنگ آمیزی و پر شدن توسط افزودنی های دیگر را دارند. و نیز دلیل محبوبیت و استفاده گسترده از تزریق پلاستیک، هزینه بسیار پایین ساخت هر قطعه در تیراژهای بالا است. این روش از تولید تکرار پذیری بالا را در کنار آزادی بالای طراحی ارایه می کند. محدودیت های اصلی تزریق پلاستیک از نوع اقتصادی هستند چون با اینکه تولید با استفاده از این روش در تیراژ بالا بسیار به صرفه است، اما در مقابل سرمایه اولیه به نسبت بالایی برای شروع پروسه لازم است. از دیگر محدودیت های تزریق پلاستیک زمان نسبتا بالای رسیدن از طرح به تولید قطعه است(حداقل ۴ هفته)
چگونگی عملکرد تزریق پلاستیک
طرز کار تزریق پلاستیک: تزریق پلاستیک یک فرآیند چند مرحله ایست که در ادامه مرحله به مرحله تشریح شده است:
۱.ابتدا گرانول های پلیمر خشک شده و در قیف قرار داده می شوند. این گرانول ها در قیف با پودرها و پیگمنت های رنگی و دیگر افزودنی های تقویت کننده ترکیب می شوند.
۲.گرانول ها به بشکه تغذیه می شوند. گرانول ها در بشکه حرارت دیده،با یکدیگر ترکیب شده و با یک پیچ چرخان به سمت قالب هدایت می شوند. هندسه پیچ و بشکه به گونه ای بهینه طراحی شده است که به بالا بردن فشار به میزان لازم و ذوب شدن ماده کمک کند.
۳.تلمبه به جلو حرکت کرده و پلاستیک ذوب شده از طریق سیستم چرخنده به قالب تزریق می شود و همه فضای خالی قالب را پر می کند. با پایین آمدن دمای ترموپلاستیک، ماده جامد شده و شکل قالب را به خود می گیرد.
در نهایت قالب گشوده شده و قطعه جامد توسط پین های افشانک به بیرون هل داده می شود، سپس قالب دوباره بسته شده و پروسه برای تزریق قطعه بعدی تکرار می شود.
نکته – تکرار این پروسه می تواند بسیار سریع انجام شود: چرخه تزریق پلاستیک معمولا بسته به اندازه قطعه می تواند از ۳۰ تا ۹۰ ثانیه طول بکشد.
پس از آماده شدن محصول، قطعه روی کانوایر و یا در یک مخزن نگهدارنده رها می شود. معمولا قطعاتی که با تزریق پلاستیک ساخته می شوند به محض ساخت آماده استفاده بوده و نیازی به طی مراحل پولیش ، پرداخت و پست پروسس ندارند.
کاربردها
قالبگیری تزریقی در ساخت طیف وسیعی از محصولات مورد استفاده قرار می‌گیرد مانند: صنایع بسته‌بندی، روکش سیم‌ها، درب بطری، قطعات و اجزا داخلی خودروها ، اسباب بازی‌ها، برخی از آلات موسیقی، صندلی یک تکه، میز کوچک، جعبه قابل حمل، قطعات مکانیکی (شامل چرخدنده‌ها) و بیشتر محصولات پلاستیکی که امروزه در دسترس می‌باشد، نقشی اساسی ایفا می‌کنند. قالبگیری تزریقی رایج‌ترین روش ساخت مدرن برای قطعات می‌باشد. در عین حال این روش برای تولید انبوه نیز بسیار مناسب است و برخورداری از قابلیت ساخت قطعات با قالب چند کویته و در حقیقت تولید همزمان چندین محصول در مدت یک سیکل کاری ، همچنین دقت بالا، هزینه نیروی‌کار کم، دورریز اندک و نیاز به ملزومات کم برای نهایی کردن محصولات پس از قالبگیری، همه و همه از مزایای این گونه از تولید محسوب می‌گردند که این روش را به گزینه‌ای ایده‌آل جهت تولید حجم بالای محصولات بدل نموده است.
ساختار قالب های تزریق پلاستیکازنظر کلی قالب های تزریق پلاستیک به دونوع تقسیم می شوند:
قالب های تزریق پلاستیک با راهگاه سرد
قالب های تزریق پلاستیک با راهگاه گرم
قالب تزریق پلاستیک راهگاه سرد
در واقع راهگاه به کانالی اطلاق می‌شود که در طی فرایند تزریق پلاستیک، جریان پلاستیک مذاب را از خروجی بوش تزریق(sprue) به سمت حفره‌ها هدایت می‌کند. در این روش راهگاه سرد، فرایند خنک‌سازی در راهگاه انجام می‌شود و بعد از هر دوره تزریق، راهگاه منجمد به همراه قطعه‌ی تولیدشده از قالب بیرون می‌پرد.قالب‌های تزریق پلاستیک راهگاه سرد، معمولا از دو یا سه صفحه تشکیل شده‌اند: ترموپلاستیک مذاب ابتدا از طریق یک نازل به داخل قالبی تزریق می‌شود که شبکه‌های راهگاهی را که به حفره‌های قالب منتهی می‌شوند، پر می‌کند. در سیستم تزریق پلاستیک راهگاه سرد، راهگاه‌ها گرم نیستند و به شکل یک سیستم تحویل‌دهنده عمل می‌کنند که پلاستیک مذاب را به داخل حفره‌های قالب می‌فرستند و اینکه خروجی بوش تزریق، راهگاه، دروازه و قسمت قالبگیری توسط راهگاه سرد، خنک می‌شوند. در قالب‌های دوصفحه‌ای، خروجی بوش تزریق و سیستم راهگاه به محصول نهایی می‌چسبد؛ سپس برای جدا کردن جزء قالبگیری شده از نیمه‌ی مرکزی قالب، از یک سیستم دفع‌کننده استفاده می‌شود. در قالب‌های سه‌صفحه‌ای، یک صفحه‌ی بیرون‌انداز که خروجی بوش تزریق را دربردارد، ترموپلاستیک مذاب را به حفره‌های راهگاه که در یک صفحه‌ی جداگانه هستند، می‌رساند. قسمت قالبگیری شده‌ی نهایی بدون اینکه به راهگاه یا دروازه بچسبد، روی نیمه‌ی اصلی صفحه، شکل داده و سرد می‌شود. سیستم قالب سه‌صفحه‌ای به‌صورت خودکار راهگاه را از قطعه جدا می‌کند. در هر دو سیستم دوصفحه‌ای و سه‌صفحه‌ای، ممکن است راهگاه، بازیابی و بازیافت شود؛ در نتیجه، میزان ضایعات پلاستیکی کاهش می‌یابد.
مزایای استفاده از راهگاه سرد
مقرون به صرفه بودن
نگهداری آسان
گزینه‌های طراحی منعطف و قابل تغییر
سرعت در تغییر رنگ
نداشتن محدودیت در انواع مختلف پلیمر
قابلیت استفاده برای طیف وسیعی از مواد پلاستیکی
مشکل استفاده از راهگاه سرد
جداسازی دستی یا خودکار راهگاه از قطعات تولیدشده
بازیابی و بازیافت سیستم راهگاه و هدر رفتن زمان
هدر رفتن سیستم راهگاه در صورت عدم استفاده از مواد بازیابی
ایجاد ضایعات
طولانی بودن چرخه‌ی تولید
قالب تزریق پلاستیک راهگاه گرم
قالب‌های تزریق پلاستیک راهگاه گرم از دو صفحه تشکیل شده‌اند که با سیستم منیفولد گرم می‌شوند. منیفولد از طریق نگه داشتن ترموپلاستیک مذاب در راهگاه‌ها در همان دمای سیلندر گرم‌کننده، باعث می‌شود که درجه حرارت ثابت بماند. راهگاههای گرم شده، پلاستیک مذاب را به نازل‌هایی می‌فرستند تا قالب مرکزی را پرکنند و قسمت نهایی را شکل دهند.سیستم تزریق پلاستیک راهگاه گرم در صفحه‌ای جداگانه قرار دارد. این صفحه در طول چرخه‌ی قالبگیری ثابت است. در انتهای فرایند، صفحه‌ی قالبگیری مرکزی باز می‌شود تا قطعه‌ی قالبگیری شده بدون اینکه به راهگاهی بچسبد، خارج شود. در این سیستم هیچ‌گونه ضایعاتی تولید نمی‌شود و نیاز به بازیابی و بازیافت ندارد. همچنین حذف راهگاه در سیستم تزریق پلاستیک راهگاه گرم به معنای صرفه‌جویی در زمان خنک شدن راهگاه است؛ چرا که گاهی زمان لازم برای خنک شدن راهگاه در سیستم تزریق پلاستیک راهگاه سرد طولانی‌تر از زمان لازم برای خنک شدن قطعات است.انواع مختلفی از سیستم‌های تزریق پلاستیک راهگاه گرم وجود دارد؛ اما به طور کلی آنها به دو دسته‌ی اصلی تقسیم می‌شوند؛ سیستم راهگاه گرم دارای گرمکن خارجی و گرمکن داخلی. سیستم‌های دارای گرمکن خارجی کنترل دقیق‌تری روی دمای قالب دارند و برای پلیمرهایی که به تغییرات گرمایی حساس هستند، بسیار مناسبند. سیستم‌های دارای گرمکن داخلی، کنترل جریان بهتری را ارائه می‌دهند.راهگاهی به نام راهگاه عایق در برخی از این سیستم‌ها وجود دارد که در آنها عایق به جای گرما، پلاستیک را در حالت مذاب نگه می‌دارد. این سیستم فقط می‌تواند چند نوع پلاستیک را در خود جای دهد و به‌طور خاص برای پلیمرهای نیمه‌کریستال که قابلیت رسانایی گرمایی کمتری دارند، استفاده می‌شوند.در کنار تمامی فواید فرایند تزریق پلاستیک یکی از مهمترین و منحصرترین خصوصیات این روش افزایش دقت طراحی در ابعاد است که میتوانند اندازه های بسیار دقیقی داشته باشند که در طراحی اولیه مدنظر بوده است. قطعات پلاستیکی که به روش تزریق در قالب تولید می‌شوند در اغلب موارد به علت این خصوصیت میزان خطای ابعاد در قطعه آن‌قدر ناچیز است که هیچ نیازی به پولیش و مراحل تکمیلی پس از تزریق پلاستیک ندارد. این در حالی است که در قطعات فلزی اولاً ایجاد برخی ابعاد بسیار ریز با خطای کم ممکن نیست و در صورت امکان هم نیاز به پولیش و کارهای جانبی زیادی دارد تا به طرح موردنظر نزدیک شود.
مزایا استفاده از راهگاه گرم
سرعت در چرخه
کیفیت پایدار
ضایعات بسیار کم
ایده‌آل برای قطعات بزرگ و حجیم
هزینه‌ی بالای خرید و نگهداری
نامناسب برای برخی از پلیمرهای حساس به حرارت
دشواری در ایجاد تغییر رنگ
قیمت بالای قالب
انواع بخش های قالب پلاستیک
بخش ثابت قالب (نیمه ثابت) که در این نیمه مواد گرم تزریقی پلاستیک تزریق می شود.
بخش متحرک (نیمه محرک) که رد قسمت متحرک ماشین تزریق بسته می شوند و سیستم و مکانیزم بیرون اندازی قطعات اکثرادر آن قرار دارد.
انواع قالب های دستگاه تزریق
قالب های تزریق پلاستیک تک حفره ای
در مواردی از قالب‌های تک حفره‌ای استفاده می‌شود که مقدار تولید قطعه پلاستیکی محدود باشد؛ بنابراین طراحی و ساخت قالب‌های تک حفره‌ای از نظر زمان ساخت و مسائل اقتصادی – ارزان‌تر تمام خواهد شد.
قالب های تزریق پلاستیک چند حفره ای
قالب چند حفره اغلب انتخاب بهتری است. قالب‌های چند حفره‌ای به تولیدکنندگان امکان می‌دهد تا قطعات بیشتری را سریع‌تر بسازند ، مزیت آشکار استفاده همزمان از چندین حفره.با این حال، قالب های چند حفره ای همیشه بهترین مناسب برای یک پروژه خاص نیستند. یک قالب چند حفره ای به سرمایه گذاری اولیه بسیار مهم تری نسبت به قالب تک حفره ای نیاز دارد. ایجاد قالب‌های چند حفره‌ای مقرون به صرفه‌تر است، زیرا به مواد، نیروی کار و منابع انرژی بیشتری نسبت به قالب‌های تک حفره‌ای نیاز دارند. در حالی که سرمایه گذاری در قالب تزریق چند حفره مطمئناً می تواند در صورت تولید قطعات در حجم های بالا و در حجم های کمتر نتیجه دهد، ممکن است انتخاب قالب تک حفره منطقی تر باشد.قالب های چند حفره ای به زمان قابل توجهی نیاز دارند، زیرا ساخت آنها نسبت به قالب های تک حفره ای زمان بیشتری می برد. علاوه بر این، هزینه های نگهداری و خطر با قالب های چند حفره بالاتر است. اگر یک حفره بشکند یا نقص داشته باشد، کل قالب غیرقابل استفاده می شود، که می تواند به طور قابل توجهی بر زمان عرضه به بازار تأثیر بگذارد. طراحی با در نظر گرفتن قالب مناسب همیشه عاقلانه است که بازار خود را بشناسید و درک محکمی از تقاضا برای محصول خود داشته باشید تا بتوانید طراحی کنید.
انواع قالب‌های مواد ترموست
در روش قالبگیری مواد ترموست، مواد درمحفظه قالب به مرور گرم و حرارت می‌بینند و بعد به داخل قالب گرم تغذیه می‌شوند و این مواد نرم شده شکل و فرم حفره و محفظه‌های قالب را ه بر اثر فشار قالب می‌گیرد و بر اثر تغییرات شیمیایی خنک و به بیرون قالب انداخته می‌شوند.
سه روش مشخص قالبگیری مواد ترموست
قالبگیری انتقالی
قالبگیری تحت فشار
قالبگیری تحت فشار پیستون
1- قالبگیری انتقالی:
در این روش مواد از درون یک یا چند کانال، تحت فشار از میان محفظه باردهی به داخل حفره قالب تزریق می‌شوند و قالب قبل از شروع کار جفت و بسته می‌شود.
۲- روش قالبگیری تحت فشار :
در روش قالبگیری تحت فشار پودر یا ساچمه‌ها یا قرص‌های مواد در محفظه قالب ریخته می‌شود وبا بسته شدن قالب، تحت فشار و حرارت فرم قطعه دلخواه را می‌گیرد.
۳- روش قالبگیری تحت فشار پیستون:
در روش قالبگیری تحت فشار پیستون مواد ترموست تحت فشار پیستون که شکل رویهٔ قطعه کار را می‌سازد به درون محفظه و حفره قالب وارد می‌شود و تحت فشار و حرارت فرم لازم را می‌گیرد.