1. قالب گیری تزریقی

2. Molding Processes
در فرآیند های قالبگیری ( Molding processes) ، رزین ها ، پودرها و دانه های
پلاستیكی را می توان به محصولات مفید تبدیل نمود. نكته مشترك درهمه فرآیندهای قالبگیری این است كه در تمام این فرآیند ها از نیرو ( Force) استفاده می شود. در قالبگیری مواد پلاستیكی پودری و دانه ای باید از نیروی زیادی استفاده كرد. ولی پركردن قالب با رزین مایع احتیاج به نیروی به مراتب كمتر دارد.
فرآیند قالب گیری پلاستیك ها بسیار زیاد است به همین دلیل در اینجا درباره سه گروه
اصلی این فرآیندها یعنی قالب گیری تزریقی Injection، فشاری Compression و
انتقالی Transfer به اختصار بحث خواهیم کرد .

3. Injection Molding
قالب‌گیری تزریقی (Injection molding ) یكی از رایج‌ترین روش‌های تولید قطعات پلاستیكی است. بدنه تلویزیون‌ها، مانیتور‌ها، دستگاه پخش CDها، عینك‌ها، مسواك‌ها، قطعات خودرو و بسیاری قطعات دیگر با این روش ساخته می‌شوند. 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.

4. Injection Molding Products

5. قالب گیری تزریقی را می‌توان برای همه ترموپلاست‌ها به جز پلی تترافلورواتیلن(PTFE)، پلی‌ایمید، بعضی پلی استر‌های آروماتیك و بعضی پلاستیك‌های خاص دیگر به کاربرد. ماشین‌های قالب‌گیری تزریقی(IMM) خاص ترموست‌ها را می‌توان برای ساخت قطعاتی از جنس فنولیك، ملامین، اپوكسی، سیلیكون، پلی‌استر و الاستومر‌ها استفاده كرد. در قالب‌گیری تزریقی همه این مواد، گرمای كافی به دانه‌های پلاستیكی اعمال می‌شود تا بتوانند درون قالب وگذرگاه‌های آن " جاری " شوند. سپس این ماده به درون یك قالب بسته با فشار تزریق می شودتا همه حفره قالب را پر كرده و فرم مورد نظر را به خود بگیرد. پس از سرد شدن ماده وانجماد كامل آن ، قالب باز شده و پین های بیرون انداز، قطعه كار پلاستیكی را از قالب خارج می كند. ماشین های تزریق به صورت افقی و عمودی ساخته می شوند كه نشان دهنده جهت باز و بسته شدن قالب می باشد. در ماشین های تزریق افقی پس از باز شدن قالب قطعه كار به پایین می افتد و از طریق یك كانال یا نوار نقاله از ماشین خارج می شود. در ماشین های تزریق عمودی این اتفاق نمی افتد. معمولا از ماشین های تزریق عمودی برای كاشت قطعات فلزی در ماده پلاستیكی استفاده می شود. ماشین های تزریق عمودی فضای كمتری نسبت به ماشینهای افقی اشغال می كنند و با توجه به چند ایستگاهی بودن قالب آنها، هزینه استهلاك قالب در آنها پایین تر است . در ماشین های تزریق پلاستیك دو قسمت مهم وجود دارد : واحد تزریق(Injection unit ) و واحد قفل كننده قالب (Clamping unit) .

6. Injection Machine
یکی از راحت ترین و پر مصرف ترین و مهم ترین روش های رایج برای شکل دادن به پلیمرها (بسپارها) استفاده از ماشین تزریق است. پس از پیدایش و توسعه پلاستیک ها تلاش ها برای ساخت دستگاه هایی که بتوان به وسیله آن ها به سادگی مواد اولیه پلاستیک را به شکل دلخواه در آورد آغاز شد و به اختراع ماشین تزریق انجامید . اما قبل از ساخت ماشین های تزریق مدرن امروزی ، کار شکل دهی به پلاستیک ها خیلی مشکل بود. ابتدا قالب هایی با صرف دقت و زحمات بسیار تهیه می شد و در گیره های دستی تعبیه می شد و سیلندری با پیستون روی آن نصب می گردید و اطراف سیلندر را با شعله های آتش، گرم می کردند و پس از ذوب شدن مواد ، با فشار فلکه بالای پیستون مواد داخل سیلندر به داخل قالب، تزریق می شد و پس ازسرد شدن مواد داخل قالب، گیره ها را باز و تکه های قالب را از هم جدا و محصول تولید شده را از آن خارج می کردند و تمام این مراحل با دست انجام می شد، تا زمانی که ماشین های تزریق مدرن امروزی تولید شدند.

7. اولین دستگاه تزریق که به صورت ابتدایی کار می کرد در آمریکا و در سال 1872 ساخته شد و اولین ماشین تزریق پیشرفته  و دارای پیچ نیز درسال 1946 در آمریکا توسط جیمز واتسون (James Watson ) به ثبت رسید . وظیفه اصلی ماشین تزریق تبدیل مواد پلاستیک جامد (دانه های ریز یا گرانول های پلیمر) به پلاستیک سیال و روان و انتقال آن به قالب می باشد به نحوی که همیشه مواد سیال آماده تزریق داخل قالب باشند .

8. ماشین تزریق

9. انواع دستگاه تزریق انواع دستگاه تزریق: 1. عمودی 2. افقی
انواع دستگاه تزریق: 1.    عمودی 2.    افقی
انواع دستگاه تزریق از جهت سیستم انتقال مواد: 1.    پیستونی 2.    ماردونی (پیچی)
انواع دستگاه تزریق از جهت حرکت صفحه متحرک: 1.    دستگاه های بازویی 2.    دستگاه های جکی

10. Injection Unit
در این واحد عمل ذوب و اختلاط و تزریق مواد انجام می شود. به این ترتیب که ابتدا مواد پلاستیک داخل قیف (Hopper) ریخته شده و از قیف به تدریج به داخل سیلندر (Barrel) راه می یابد و با گردش مارپیچ (Screw) به جلو رانده می شود. پوسته سیلندر بوسیله گرمکن های برقی(Heater ) که در طول جدار خارجی سیلندر قرار گرفته اند کاملاً گرم شده بصورت سیال در می آیند و به جلوی سیلندر می رسند. مارپیچ با چرخش به دور خود عمل مواد گیری را (مانند چرخ گوشت) انجام می دهد و یک حرکت افقی نیز رو به جلو دارد. در همین حال یعنی زمانی که مارپیچ به جلو می رود موادی که قبلاً در سر سیلندر و پشت سوپاپ جمع شده اند در اثر فشار مارپیچ به داخل قالب (Mold) تزریق می شوند. بعد از مدت معینی که توسط کاربر دستگاه تعیین شده است با قطع فشار پشت مارپیچ و تجدید عمل مواد گیری، سیلندر تزریق به عقب برگشت می کند. در این واحد قطعاتی از قبیل قیف تغذیه ، پوسته مارپیچ ، درپوش انتهایی پوسته ، نازل ، مارپیچ ، شیریك طرفه ، نوارهای گرم كننده ، موتور گردش مارپیچ و سیلندر هیدرولیكی برای حركت رفت و برگشتی مارپیچ تعبیه شده است. سیستم كنترل ماشین می تواند حرارت اعمالی به پلاستیك ، زمان گردش و حركات رفت و برگشتی مارپیچرا كنترل كند. عملكرد میله مارپیچ ، تعیین كننده ی سرعت و بازدهی ذوب كردن دانه های پلاستیكی می باشد.

11. واحد تزریق

12. Mold Clamping Unit
وظیفه این واحد بازكردن و بستن قالب و همچنین بیرون انداختن Ejecting قطعه كار از قالب است. قسمت قالب گیر محفظه بزرگی است که قالب و اجزایش روی آن نصب می شوند. واحد قالب گیر دارای 2 قسمت اصلی است : قسمت ثابت و قسمت متحرک قدرت یک دستگاه تزریق بر حسب میزان تناژ نیروی دو فک نگهدارنده قالب (حداکثر نیروی وارده به پشت صفحه متحرک) بیان می شود، یک دستگاه تزریق 600 تنی دستگاهی است که نیروی فشارنده این فک ها به قالب بسته تا 600 تن امکان پذیر است. بطور کلی در ماشین های تزریق جهت ایجاد فشار پشت قالب از دو سیستم استفاده می شود: سیستم مکانیکی و سیستم هیدرولیکی . قالب از یک طرف به مرکز قسمت ثابت و از طرف دیگر به مرکز قسمت متحرک متصل می شود و چون قالب برای به بیرون پراندن قطعه تولید شده همیشه از وسط باز می شود در نتیجه وقتی صفحه مذکور باز می شود نیمی از قالب را با خود به عقب می برد با این کار قطعه تولیدی به بیرون می پرد سپس صفحه متحرک دوباره به جای خود باز گشته و قالب بسته می شود تا عمل تزریق مجدد انجام گیرد. پس از بسته شدن قالب و مستقیم گشتن بازوها با ایجاد فشار (حداقل بیش از فشار تزریق) مواد مذاب را در داخل قالب تزریق حفظ می کند زیرا اگر فشار پشت قالب از فشار تزریق کمتر باشد درز میان دو صفحه قالب ، باز شده و مواد پلاستیک به خارج می ریزد و یا دور خارجی قطعه تولید شده پلیسه تشکیل می شود. دو روش رایج برای تامین نیروی قفل كننده قالب، استفاده از نیروی هیدرولیك به صورت مستقیم و یا استفاده از یك مكانیزم قفل كننده زانوییToggle با محركه هیدرولیكی می باشد.

13. واحد قفل کننده قالب

14. مشخصات ماشین های تزریق ظرفیت تزریق
ماشین های قالب گیری تزریق را می توان با ویژگی مهم برای هرماشین كه نشان دهنده قابلیت های آن می باشد شناخت که عبارتند از ظرفیت تزریق ( Shot size) و تناژقفل كردن قالب (Clamping tonnage ) .  
ظرفیت تزریق
ظرفیت تزریق عبارت است از حداكثر مقدار مواد پلاستیكی كه ماشین می تواند در هر سیكل به داخل قالب تزریق كند . با توجه به اینكه چگالی پلاستیك های مختلف با هم تفاوت دارد باید یك استاندارد برای مقایسه تعریف شود. پلی استایرین به عنوان پلاستیك استاندارد برای این ارزیابی پذیرفته شده است. ماشین های تزریق خیلی كوچك آزمایشگاهی ممكن است ظرفیتی معادل حداكثر gr 20 [0.70oz] داشته باشند. بعضی ماشین های تزریق بزرگ نیز می توانند در هر سیكل بیش از kg 6 ظرفیت داشته باشند .

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

16. مراحل قالب گیری تزریقی

17. مزایای فرآیند قالب گیری تزریقی
1- تعداد تولید بالا 2- امكان كاشت قطعات فلزی و غیر فلزی در پلاستیك 3- امكان تولید قطعات كوچك با فرم‌های پیچیده و تلرانس‌های ابعادی دقیق 4- امكان استفاده از بیش از یك نوع ماده پلاستیكی در یك قطعه 5- عدم نیاز اغلب قطعات تولیدی به عملیات تكمیلی 6- امكان استفاده مجدد از ضایعات پلاستیكی تولیدی 7- امكان تولید قطعات سازه‌ای از فوم به روش قالبگیری تزریقی واكنشی 8- قابلیت اتوماسیون كامل فرآیند

18. معایب قالب گیری تزریقی
1- عدم امكان تولید برای تعداد كم 2- ماشین‌های تزریق گران هستند 3- رقابت در این عرصه تولید زیاد است 4- فرآیندی پیچیده است 5- به وجود آمدن اثر مکش روی قطعه قالب گیری شده : اثر مکش به شکل یک فرورفتگی و گودی در سطح قطعه ی قالب گیری شده مشاهده می شود. این نقص به علت جمع شدگی موضعی بیش از حد ماده ، پس از خنک شدن به وجود می آید.

19. مشکلات مربوط به دستگاه قالب گیری تزریقی
عیوب به وجود آمده در قطعات قالب گیری تزریقی ممکن است ناشی از 4 قسمت اصلی باشند : 1. دستگاه قالب گیری تزریقی 2. قالب 3. ماده ی مصرفی 4. اپراتور بنابراین لازم است بدانیم که کدامیک از این قسمتها موجب بروز نقص در قطعه شده است. مشکلات مربوط به دستگاه قالب گیری تزریقی : 1- دمای سیلندر بسیار زیاد باشد . 2- فشار و یا زمان تزریق کافی نباشد . 3- مدت زمان سرمایش کافی نباشد . 4- زمان اعمال فشار متراکم سازی کوتاه باشد . 5- لقی شیر یک طرفه بیش از اندازه باشد .

20. ساختمان عمومی قالب های تزریق
محفظه:
قالب تزریق شامل مجموعه ای از قطعاتی است که ” محفظه” را تشکیل می دهند، مواد پلاستیک به داخل این محفظه تزریق شده و سرد می شوند. در محفظه قطعه تزریقی شکل می گیرد. بنابراین محفظه به بخشی از فضای قالب گفته می شودکه به شکل قطعه تزریقی است و قطعه در آن شکل می گیرد . محفظه با دو عضو قالب شکل می گیرد: الف- حفره: قسمت مادگی قالب است و شکل بیرونی قطعه را به وجود آورد. ب- ماهیچه: قسمت نر قالب است و شکل داخلی قطعه را به وجود می آورد.

21. صفحات حفره ای و ماهیچه ای
این صفحات در شکل برای یک ظرف شش گوش ساده نشان داده شده است. در این مورد قالب شامل دو صفحه است . در داخل یک صفحه حفره ایجاد شده که شکل آن مانند شکل بیرونی قطعه است . بنابراین ،این صفحه را صفحه حفره می نامند . به صورت مشابه ماهیچه دارای شکل بر آمده از صفحه ماهیچه است و شکل آن مانند شکل داخلی قطعه تزریقی است . زمانی که قالب بسته شود ، بین حفره و ماهیچه فضایی به شکل قطعه تزریقی به وجود می آید که آن را محفظه می نامند .

22. بوش تزریق
در هنگام تزریق مواد پلاستیک به صورت خمیر از نازل ماشین خارج شده و از طریق یک مسیر به محفظه قالب وارد می شود. ساده ترین نوع این مسیر یک سوراخ مخروطی شکل در داخل یک بوش است که در شکل نشان داده شده است . مواد موجود در این مسیر را اسپرو و بوش را بوش تزریق گویند. سیستم تغذیه برای قالب تک محفظه ای

23. سیستم راهگاه و ورودی
مواد پلاستیک مستقیما از طریق بوش تزریق وارد محفظه شده و در قالب هایی که دارای چند محفظه هستند (قالب های چند محفظه ای) قبل از ورود مواد به محفظه ، می باید این مواد از راهگاه و ورودی نیز عبور کنند . سیستم تغذیه برای قالب چند محفظه ای

24. میله ها و بوش های راهنما
در قالب گیری قطعه ای که ضخامت دیواره ها در آن مهم است و برای اطمینان از منطبق بودن حفره و ماهیچه که امری الزامی است با بکاربردن میله ها و بوشهای راهنما در دو لنگه قالب ،هنگام بستن قالب عمل انطباق به صورت رضایت بخشی انجام می شود. شکل یک نمونه را که در آن میله های راهنما در سمت ماهیچه و بوش های راهنما در سمت حفره نصب شده ، نشان می دهد . ابعاد میله راهنما باید به اندازه ای باشد که انطباق دو نیمه با توجه به نیروهای اعما ل شده به قالب امکان پذیر باشند . در شکل زیر همه قطعات پایه تشکیل دهنده یک قالب در یک برش مقطع از نقشه مونتاژ نشان داده شده است .

25. نیمه ثابت و نیمه متحرک
درشکل قبل مشاهده شد که قطعات مختلف قالب دریکی از دو نیمه قالب جا می گیرند. نیمه ای که به صفحه ثابت ماشین بسته می شود نیمه ثابت قالب نامیده می شود. نیمه دیگر قالب که به صفحه متحرک ماشین بسته می شود به صورت مختصر نیمه متحرک قالب نامیده می شود. اکنون بایستی تصمیم گرفت که حفره و ماهیچه را در کدام نیمه قالب نصب کرد.عموما به دلیلی که در زیر بیان می شود ماهیچه روی نیمه متحرک قالب نصب می شود : در زمان سرد شدن قالب قطعه تزریقی منقبض شده و در هنگام باز شدن قالب روی ماهیچه می چسبد . خواه ماهیچه روی نیمه ثابت و خواه روی نیمه متحرک قالب نصب شده باشد ، این انقباض اتفاق می افتد. به دلیل انقباض در قطعه تزریقی عموما بایستی از یک سیستم پران استفاده کرد.اگر ماهیچه در سمت متحرک قالب نصب شود امکان تحریک سیستم پران ساده تر است. در قالب تک محفظه ای شکل حفره در نیمه ثابت و ماهیچه در نیمه متحرک قالب نصب شده است.

26. قالب گیری مواد ترموست دانه ای و صفحه ای
Compression Molding
یکی از قدیمی ترین فرآیندهای شکل دادن مواد ترموست ، قالب گیری فشاری (Compression Molding ) است . در این روش ماده پلاستیكی در حفره قالب قرار داده ‌شده‌ و با اعمال حرارت و فشار، شكل می‌گیرد. قاعدتا از این روش برای فرم دادن مواد ترموست استفاده می‌شود، ولی گاهی مواد ترموپلاستیك را نیز می‌توان با این روش تولید كرد. این روش شبیه روش تولید كلوچه است. با اعمال فشار و حرارت به ماده پلاستیكی، این ماده همه قسمت‌های قالب را پر می‌كند. با اعمال گرما، پلاستیك سخت می‌شود و می‌توان آن را از قالب خارج نمود.

27. قالب گیری فشاری
عملیات قالب ‌گیری فشاری معمولا شش مرحله اصلی دارد : 1- تمیز كردن قالب و مالیدن ماده جدا كننده ( در صورت نیاز ) درون حفره قالب 2- قرار دادن قطعه پیش فرم داخل قالب 3- بسته شدن قالب 4- باز كردن قالب به اندازه كمی تا گاز‌های ایجاد شده بتوانند تخلیه 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 فیكسچر سرد

28. Compression Molding

29. مزایای روش قالب گیری فشاری
1- كاهش مقدار دور ریز مواد 2- هزینه پایین ساخت قالب 3- قابلیت انجام فرآیند به صورت دستی و اتوماتیك 4- امكان تولید قطعات گرد و بزرگ 5- به حداقل رسانیدن جریان مواد درون قالب و كاهش ایجاد تنش در قطعه كار و سایش در سطوح قالب 6- در ساخت قالب‌های چند حفره‌ای نیازی به بالانس بودن سیستم تغذیه ماده اولیه نیست

30. محصولات قالب گیری فشاری

31. معایب روش قالب گیری فشاری
1- عدم امكان تولید قطعات پیچیده . 2- قطعات كاشتنی داخلی پلاستیك و پین‌های بیرون انداز ممكن است در این فرآیند آسیب ببینند . 3- پیچیدگی‌های فرم قطعه كار را باید حذف كرد . 4- زمان سیكل هر قالب‌گیری ممكن است طولانی شود . 5- قطعات اسقاط شده و زایدات قالب‌گیری را نمی‌توان مجددا استفاده كرد . 6- زایده‌ بری قطعات ممكن است دشوار باشد . 7- بعضی از قسمت‌های قالب ممكن است پر نشوند و دقت ابعادی قطعه كار ممكن است همیشه تابعی از ابعاد قالب نباشد . 8- برای اتوماسیون عملیات شاید لازم باشد از تجهیزات اضافی استفاده شود. قطعاتی كه می‌شود با این روش تولید كرد عبارت است از ظروف غذاخوری، دكمه‌ها، قلاب‌ها، قطعات لوازم خانگی ، مخزن‌های بزرگ و بسیاری قطعات الكتریكی .

32. Transfer Molding
این روش از زمان جنگ جهانی دوم شناخته شد . این روش را با نام‌ های دیگری نظیر قالب‌ گیری پلانجری ، قالب ‌گیری تزریقی انتقالی ، قالب ‌گیری ضربه ‌ای نیز می‌شناسند. در این روش مواد پلاستیكی ابتدا به یك مخزن در خارج از قالب ریخته شده و در آنجا به صورت یك توده ذوب شده در می‌آید كه در نهایت به داخل قالب رانده می‌شود. با توجه به مایع بودن پلاستیك به هنگام ورود به قالب می‌توان عملیات كاشت قطعات فلزی را نیز با این روش انجام داد. قطعات با شكل پیچیده و دقیق نیز با این روش قابل تولید است. قالب‌های مورد استفاده در این روش، دو نوع هستند: 1- قالب‌هایی با كانال واسطه (Pot or Sprue mold ) 2- قالب‌های پلانجری ( Plunger mold ) قالب‌ گیری پلانجری از این بابت با قالب‌های دارای كانال واسطه متفاوت است كه در قالب‌های پلانجری، مواد پلاستیكی زیر پلانجر مستقیما به داخل حفره‌های قالب رانده می‌شوند، در صورتی كه در قالب‌های دارای كانال واسطه ، مواد از طریق این كانال به حفره‌های اصلی قالب منتقل می‌گردد. قطعات ساخته شده با قالب‌های پلانجری ، دور ریز كمتری دارند.

33. قالب گیری انتقالی

34. مزایای فرآیند قالب گیری انتقالی
1- ایجاد سایش كمتر در قالب . 2- می توان قطعات با فرم های پیچیده (با دیواره نازك و سوراخ‌های كوچك) را تولید كرد . امكان كاشت قطعات فلزی در ماده پلاستیكی نیز وجود دارد . 3- زواید پیرامون قطعه كار در این روش ، كمتر از قالب‌گیری فشاری است . 4- چگالی قطعات ساخته شده به این روش ، بیشتر و یكنواخت‌ تر از قالب‌گیری فشاری است . 5- چند قطعه كار را می‌ توان همزمان قالب‌ گیری نمود. 6- زمان سیكل قالب‌گیری و شارژ مواد اولیه ، كوتاه تر از روش قالب‌ گیری فشاری است .

35. Transfer Molding Products

36. معایب فرآیند قالب گیری انتقالی
1- زواید چسبیده به قطعه كار از موضع كانال‌های ورود و توزیع مواد به قالب ، بیشتر است. 2- قالب‌ها و تجهیزات مورد استفاده در قالب ‌گیری انتقالی گران هستند. 3- باید محل‌هایی برای خروج گاز‌ها و هوای قالب در نظر گرفته شود. 4- زواید چسبیده به قطعه كار باید جدا گردد .