قالب‌سازی به عنوان مادر صنعت شناخته میشود. دقت و کیفیت قالبها به طور مستقیم در سطح کالاهای تولیدی یکی شرکت تاثیرگذار است. قالب به عنوان سرمایه شرکت باید دارای فولاد خوب پرداخت سطح عالی و ساخت اصولی باشد. این متن برای کسانی تهیه شده است که در زمینه تولید قالب پلاستیک و تزریق پلاستیک فعالیت میکنند و می‌خواهند انواع قالبها و مکانیزمها را بشناسند تا در تهیه قالبها با قالبسازان بهتر تعامل داشته باشند.
قالبهای تزریق پلاستیک چیست؟
قبل از آنکه به توضیح انواع قالبهای پلاستیک بپردازیم باید بدانیم فرآیند تزریق پلاستیک چیست. تزریق پلاستیک فرآیندی است که در آن پلاستیک مذاب با فشار زیاد در داخل حفره‌های مشخص به شکل قطعه دلخواه وارد میشود و در آنجا به شکل جامد در می‌آید. ابزاری که مواد مذاب در داخل آن تزریق میشود قالب پلاستیک نام دارد.
انواع قالب تزریق پلاستیک
قالب تزریق پلاستیک را نمیتوان صرفاً به چند دسته کلی تقسیم بندی کرد. چون امکان تلفیق چند مشخصه باهم وجود ندارد. به همین منظور در این مقاله قالب پلاستیک را به طور جداگانه از نظر مواد تزریقی، نوع راهگاه، نوع مکانیزم، نوع گیت، تقسیم‌بندی کرده‌ایم و موارد استفاده هرکدام را توضیح داده‌ایم.
انواع قالب تزریق پلاستیک از نظر مواد تزریقی
مواد تزریقی مورد استفاده در قالبها به دو نوع کلی ترموپلاستیک و ترموست تقسیم‌بندی میشود
قالبهای مواد ترموپلاستیک
رده ای از مواد هستند که میتوان آنها را توسط حرارت دوباره نرم کرد و در فرآیندهای تولید پلاستیک از قبیل تزریق پلاستیک، اکستروژن، ترموفرمینگ و قالبگیری بادی استفاده کرد. هیچ تغییری در ساختار شیمیایی این مواد ایجاد نمی‌شود. خود این مواد ترموپلاستیک به سه نوع آموروف، نیمه آموروف و اسفرولیت تقسیم‌بندی میشوند که در مقاله جداگانه ای در باره انواع مواد ترموپلاستیک صحبت خواهیم کرد.
قالبهای مواد ترموست
مواد ترموست نوعی از پلیمر ها هستند که بعد از یکبار انجماد در داخل قالب، دیگر قابل نرم کردن توسط حرارت نیستند از این نوع مواد میتوان به باکالیت و اوره فرمالدئید اشاره کرد.
کانال قالب تزریق پلاستیک
قبل از توضیح درباره انواع قالب پلاستیک از نظر راهگاه بهتر است بدانیم فرآیند تزریق پلاستیک شامل انتقال مواد پلاستیکی از نازل تا حفره قالب است که به سه بخش تقسیم میشود.
1. بوش تزریق (Spru Bush)
قطعه ای است یک سوراخ مخروط ناقص در وسط خود به عنوان کانال دارد که نازل دستگاه تزریق به آن تکیه می‌دهد.
2. راهگاه (Runner)
راهگاه شامل کانالی است که از اسپرو بوش تا گیت ورودی قطعه را شامل میشود.
3. گیت (Gate)
گیت شامل دریچه‌ای است مواد مذاب از طریق آن وارد حفره قطعه میشود و اثر آن بعد از خروج قطعه از قالب و کنده شده راهگاه روی قطعه می‌ماند.
انواع قالب تزریق پلاستیک از نظر راهگاه
قالب تزریق پلاستیک از نظر راهگاه به دو گروه راهگاه گرم و راهگاه سرد تقسیم میشوند.
قالب راهگاه سرد
راهگاه قالب راهگاه‌سرد در داخل قالب در راستای صفحه جدایش ماشینکاری میشود و در آن مواد مذاب پس از انتقال به حفره توسط قالب جامد میشود و پس از آنکه قالب باز شد توسط پران ها خارج میشود.
مزایای قالب راهگاه سرد
سادگی و تطبیق پذیری به انواع مواد از بزرگترین مزایای این نوع قالب ها به شمار می‌آید.
نکاتی طراحی راهگاه قالب راهگاه سرد
در قالب‌هایی که دارای چند حفره مختلف هستند لازم است قطعات بزرگ و سنگین را در نزدیکی بوش تزریق و قطعات سبک را در موقعیت دورتری قرار داد تا فرآیند تزریق ساده تر و بهتر انجام گیرد. همچنین متعادل بودن و بالانس بودن حفره ها بسیار مهم می‌باشد تا از به اصطلاح لگد زدن قالب جلوگیری کرد.
شایان ذکر است که تمام قالبها باید با نرم افزارهای تحلیل پرشدن قالب نظیر Moldflow, Pro engineering, Solidwork, و Catia و … آنالیز شوند تا از بروز مشکلات احتمالی نظیر عدم پرشدن، اعوجاج، سینک مارک و… جلوگیری نمود.
قالب راهگاه گرم(Hot Runner)
راهگاه گرم یک کانال انتقال مواد از نازل به حفره قطعه است که در قسمت ثابت یا تزریق (Cavity) قرار داده میشود و شامل المنت‌های حرارتی است که مواد را به طور پیوسته گرم نگه می‌دارد. یک کنترلر جهت کنترل حرارت راهگاه گرم به طور جداگانه مورد استفاده قرار می‌گیرد.
مزایای قالب دارای راهگاه گرم
1. در قالبهای هات رانر راهگاه‌ها به طور کامل حذف میشود اگرچه راهگاه‌ها در قالب راهگاه سرد جداسازی، آسیاب و دوباره استفاده میشوند ولی هیچگاه کیفیت قبلی خود را ندارند و باید با مواد نو دوباره ترکیب شوند که همین باعث کاهش قطعات تولیدی میشود.
2. زمان تولید به طور چشمگیری کاهش می یابد.
3. افزایش کیفیت قطعات در تمامی حفره ها به دلیل یکنواخت ماندن دمای مذاب از نازل تا قطعه.
4. افزایش تعداد حفره های قالب از 1 تا192.
انواع قالب تزریق پلاستیک از نظر گیت
اولین قسمتی که مواد از آن وارد قطعه میشود گیت نام دارد. اهمیت آن به دلیل اثری که روی قطعه می‌گذارد بسیار زیاد است تنها قسمتی از راهگاه که اثر آن روی قالب می‌ماند گیت است و کم بودن اثر آن هنر قالبساز را نشان می‌دهد.
اثر کم در قطعه، پر شدن و اتو شدن تمام قسمتهای قطعه، عدم اغتشاش در پرشدن از خصوصیتهای گیت خوب به شمار میرود.
از گیتهای ورودی میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
1. گیت مستقیم (Spru Gate)
این نوع راهگاه توسط بوش تزریق ایجاد میشود به طوریکه کانال راهگاه مستقیما وارد قطعه میشود مخروطی داخل بوش تزریق در روی قطعه نهایی می‌ماند و باید توسط اپراتور در مرحله پست پروسس جدا گردد. این نوع گیت برای قطعات با وزن بالا و فشار کم مناسب می‌باشد.
2. راهگاه تیغه ای (Edge Gate)
همانطور که از نام آن پیداست به صورت تیغه‌ای در طول خط جدایش ایجاد میشود و اثر آن به صورت خطی روی قطعه باقی می‌ماند. گیت تیغه ای که به صورت گسترده استفاده میشود برای طیف وسیعی از پلاستیک‌ها قابل استفاده است. این نوع گیت طراحی ساده ای دارد و برای قطعات نازک و ورقه ای با ضخامت کم مناسب است.
3. گیت تونلی (Submarin Gate)
برای قطعاتی که زیبایی ظاهری اهمیت دارد از گیت تونلی استفاده میکنند به طوری که راهگاه توسط یک مخروط شیبدار از زیر خط جدایش عبور می‌کند و به سوراخ پران متصل میشود. ایجاد شیب منفی در تنه پران از شکسته شدن آن هنگام خروج جلوگیری می‌کند. به دلیل اینکخ این نوع گیت اجازه ورود مواد به داخل حفره قالب را نمی‌دهد، برای قطعات کوچک مناسب می‌باشد.
4. گیت سوزنی(Gashew Gate)
راهگاه سوزنی برای قطعاتی استفاده میشود که می‌خواهیم راهگاه بدون آسیب زدن به قطعه جدا شود. این نوع گیت برای انواع پلاستیک‌ها مناسب می‌باشد. راهگاه سوزنی از یک مخروطی تشکیل شده است که به صورت مورب از زیر یا بالای خط جدایش عبور می‌کند و مواد را به قطعه می‌رساند. قرار دادن یک عدد پران برای برش در سمت راهگاه و یک پران زیر قطعه نزدیک راهگاه سوزنی ضروری است.
5. گیت دیافراگمی (Diafragm Gate)
گیت دیسکی یا گیت دیافراگمی در زیر نازل دستگاه قرار دارد و توسط تیغه‌ای نازک در محیط به قطعه میرسد این گیت عم توسط اپراتور تزریق از قطعه جدا میشود. این نوع گیت‌ها از ایجاد خط جوش و اعوجاج در قطعه جلوگیری میکنند و برای قطعاتی مناسب می‌باشند که به شکل لیوانی و یا کاسه‌ای هستند و به حجم بالای مواد جهت تزریق نیاز دارند.
6. گیت راهگاه گرم پین دار (Hot Runner Valve Gate)
ماهیت راهگاه گرم یکنواخت نگه داشتن دمای مواد است تا زمانی که به داخل حفره قالب میرسد.
این نوع نازل دارای یک پین است که با یک حرکت رفت و برگشتی ورودی گیت را باز و بسته نگه می‌دارد و باعث ثابت ماندن فشار و دما میشود. زمانی که پین عقب کشیده میشود مواد مذاب به داخل حفره قالب پلاستیک وارد میشود و زمانی که به جلو میرود عمل تزریق متوقف میشود.
هنگامی که پین جلو میرود مواد جامد شده‌ای که در ورودی گیت وجود دارد را به داخل حفره قالب انتقال می‌دهد و همین باعث بهبود فرایند تزریق میشود.
7. گیت راهگاه گرم حرارتی(Hot Runner Thermal Gate)
گیت راهگاه گرم حرارتی در بالای قطعه قرار دارد و مانند پین‌دار دارای کنترلر است و تفاوت آن با نازل پین‌دار در نداشتن پین است. پلاستیکی که با انجماد مواد در ورودی گیت باقی می‌ماند در سیکل بعدی به داخل قطعه پرتاب میشود و در اثر حرارت آب میشود.
8. گیت پروانه ای (Fan Gate)
همانطور که از نام آن پیداست یک دهانه پروانه‌ای شکل مواد را به داخل حفره قالب انتقال می‌دهد ورودی گیت به صورت یکنواخت تا رسیدن به قطعه باز میشود تا شکل پروانه‌ای بگیرد تا جریان یکنواخت با اغتشاش کم را تا رسیدن به قطعات بزرگ هدایت کند.
گیت پروانه‌ای به دلیل افزایش یکنواخت و آرام از عیوب تزریق کم می‌کند و برای قطعات تخت و نازک بسیار مناسب است. گیت های پروانه‌ای بیشتر برای مواد پلی‌کربنات مورد استفاده قرار می‌گیرد.
9. گیت میله‌ای (Pin Gat)
قالب های دارای گیت میله‌ای از یک استوانه مخروطی کوچک که از بالا راهگاه را به قطعه می‌رساند تشکیل شده است.
این گیت برای قالب های سه صفحه ای مناسب می‌باشد و اثر آن به مقدار ناچیزی رو قطعه باقی می‌ماند به طوری که بعد از باز شدن قالب از آن جدا میشود. به دلیل کم بودن صرفه اقتصادی به خاطر ضایعات راهگاه و کاهش امنیت دست تزریق‌کار این نوع قالبها زیاد مورد استفاده قرار نمی‌گیرد.
10. گیت موزی (Banana Gate)
گیت موزی شبیه گیت تونلی است و شبیه موز ماشینکاری میشود. این نوع گیت یک گیت پراستفاده در قالبهای چینی است. این نوع گیت به خاطر شکل خاص آن نیازمند طراحی صحیح و کاربردی است مگرنه توسط ماشین تزریق‌کننده کنده میشود و کارایی ندارد.
انواع قالب تزریق پلاستیک از نظر سیستم پران
در قالبها بعد از باز شدن قالب، قطعه و راهگاه روی قسمت کور یا ماتریس باقی می‌ماند. وظیفه خارج کردن قطعه را سیستم پران (ejector system) انجام می‌دهد.
قالبها از نظر سیستم پران به چند دسته تقسیم میشوند که شامل:
1. قالبهای دارای بوش‌پران
بوش‌پران در قالبها کاربرد مختلفی دارد. یکی از کاربردهای آن در قطعات دارای سیلندر است. بطوریکه پین وسط در کفشک کاشته و بوش در سیستم پران ثابت میشود به این ترتیب زمانی که قالب باز میشود بوش‌پران همراه با حرکت صفحه پران قطعه را از روی پین خارج می‌کند.
کاربرد دیگر بوش‌پران برای گسترده کردن نیروی پران به منظور جلوگیری از ایجاد سفیدک یا اثر پران در روی قطعه می‌باشد. به این صورت نیروی پران از حالت نقطه ای به حال سطحی تبدیل میشود.
2. قالب با مکانیزم کف پران
قالبهای کف‌پران دارای یک صفحه ساده برای خارج کردن قطعه از روی سنبه است تا قالب را برای سیکل بعدی تزریق آماده کند. صفحه کف‌پران در تماس کامل با دور قطعه است و یکی از قابل اعتمادترین روشها برای پران
قطعه به حساب می‌آید . صفحه پران برای زمانی که پران‌های پینی داخل سنبه با فشار زیاد نمی‌توانند قطعه را بیرون بندازند استفاده میشود و برای قططعات نازک مانند درب بطری ها یا ظروف یک بار مصرف کاربرد دارد.
صفحه کف‌پران در بیشتر قالبها توسط میله ای به صفحه پران متصل میشود ولی در مواردی نیز با کارگذاری فنر زیر آن عمل پران را انجام می‌دهد.
در بعضی قالبها از کف‌پران برای جدا کردن قطعه از روی سنبه استفاده میکنند. ولی به دلیل وجود شیب منفی هنوز قطعه روی صفحه کف‌پران باقی می‌ماند که در مرحله بعد پین‌پرانها قطعه را از سنبه جدا میکنند و قطعه به بیرون پرتاب میشود.
انواع قالب تزریق پلاستیک از نظر ساختمان و مکانیزم
قالبهای تزریق را هم نمیتوان صرفاً از نظر مکانیزم نیز به انواع مختلفی تقسیم کرد زیرا امکان استفاده از دو یا سه مکانیزم همزمان در قالب وجود دارد. به طور مثال برای یک قطعه خاص میتوان به طور همزمان از مکانیزم کف‌پران و بوش‌پران استفاده کرد و یا حتی در مجموعه مکسی مولد قالب‌هایی داشتیم که به طور همزمان از سه مکانیزم کف‌پران پین‌کج و بوش پران استفاده شده است لذا در ادامه برای آشنایی به صورت موردی هرکدام را بررسی خواهیم کرد.
لازم به ذکر است که طراحی مکانیزمها نیاز به صرف زمان بیشتری نسبت به قالبهای ساده می‌باشد و توصیه میشود که بعد از طراحی قالب حتما متحرک سازی (animation) آن نیز جهت حصول اطمینان از عملکرد قالب انجام گیرد.
به طور کلی از مکانیزمهای قالب به موارد زیر میتوان اشاره کرد:
1. قالب تزریق پلاستیک سه‌صفحه.
در قالب تزریق پلاستیک سه‌صفحه از راهگاه سرد استفاده میشود به طوریکه وقتی قالب باز میشود فضایی را برای خارج نمودن راهگاه در نظر می‌گیرند مکانیزم به شکلی است که با حرکت قسمت متحرک دستگاه تزریق قالب باز میشود و توسط تسمه‌هایی که به کف صفحه بازیگر متصل است فضای لازم جهت خروج راهگاه فراهم میشود و اپراتور تزریق توسط انبری راهگاه را از داخل قالب بیرون می‌کشد.
به جهت کاهش امنیت هنگام خارج کردن راهگاه و بزرگی آن امروزه از این مکانیزم زیاد استفاده نمی‌شود و بلوک هات‌رانر جایگزین قالب سه صفحه‌ای شده است.
2. قالب کشودار
کشوها قطعاتی هستند که برای ایجاد سطوح خارجی در قالبها استفاده میشوند و خروج قطعه را امکانپذیر میکنند. کشوها توسط مکانیزمهای مختلفی از قبیل جک‌های هیدرولیک، جک‌های پنوماتیک، فنرهای و پین کجها حرکت میکنند. کشو هنگامی که قالب بسته میشود با گوه‌ای که به فولاد کویتی پیچ شده است در جای خود ثابت میشود.
کشوها معمولا در سمت کور یا متحرک قالب قرار می‌گیرند که میتوانند همزمان یا بعد از باز شدن قالب عقب کشیده شوند. در مواردی که کشو در سمت کویتی قرار می‌گیرد باید قبل از باز شدن قالب، کشو توسط جک عقب کشیده شود تا قطعه را با خود به سمت کویتی نکشد. چون پس از باز شدن قالب قطعه در هر شرایطی باید در سمت کور باقی بماند تا بتواند توسط سیستم پران از قالب خارج گردد.
میزان عقب کشیدن شدن کشو بسیار حائز اهمیت است. کشو باید تا حدی عقب برود که ماهیچه‌های جلوی آن از قطعه خارج شود و مانع خروج قطعه توسط پران‌ها نشود.
3. قالبهای دارای مکانیزم پران کج
پران‌کج‌ها برای قطعاتی استفاده میشوند که دارای شیب منفی در سطوح خارجی خود هستند عمق کمی دارند و مستقیماً با سطوح کور و کویتی قابل ایجاد نیستند. در مواردی در سطوح خارجی به دلیل اینکه میتوان در فضای کمتری تعداد زیادی پران‌کج جا داد نیز از این مکانیزم استفاده میکنند و جایگزینی برای تعداد بالای کشو در قالب می‌باشد.
سیستم پران‌کج از یک تیغه تحت زاویه تشکیل شده است که از طریق پاشنه به صفحه پران متصل شده است و با حرکت کردن سیستم پران حرکت لغزشی دارد. پران کج ها انواع مختلفی دارند که وجه مشترک آنها در جابجایی به منظور آزاد کردن قطعه می‌باشد.
4.قالبهای دارای گیربکس.
برای تزریق قطعات دارای دنده‌های کم‌عمق و گام بالای 2.5 میلیمتر میتوان از سیستم کف پران که قبلاً اشاره شد استفاده نمود ولی برای دندانه‌های دارای رزوه‌های دقیقتر و ریزتر باید از مکانیزم گیربکسی استفاده کنیم.
در قالبهای گیربکسی شفتهای رزوه‌داری وجود دارند که دارای قابلیت چرخشی هستند و توسط چرخدنده یا چرخ زنجیر به یک موتور هیدرولیکی متصل هستند. این قالبها دارای سیستم کف‌پران نیز هستند تا هنگام چرخیدن شفت‌ها، قطعات را به خارج از قالب فشار می‌دهند و مانع از چرخیدن قطعات روی شفت‌ها میشوند
جمع‌بندی
با توجه به پیچیدگی‌ههای قطعات امکان دارد روشها و مکانیزمهای جدیدی در قالبها استفاده شود که طراحی و ساخت آنها به هنر، خلاقیت و تجربه طراح و قالبساز بستگی دارد. در ساخت قطعات پلاستیکی پیچیده نباید از محدودیت ها هراس داشت و باید این چالش را تبدیل به یک فرصت کرد تا سیر تکامل خود را ادامه دهیم.
