ماشین تزریق پلاستیک (Injection Machine)

 

یکی از راحت ترین و پر مصرف ترین و مهم ترین روش های رایج برای شکل دادن به پلیمر ها (بسپارها) استفاده از ماشین تزریق پلاستیک (Injection Machine) است. پس از پیدایش و توسعه پلاستیک ها تلاش ها برای ساخت دستگاه هایی که بتوان به وسیله آنها 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 از سرد 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. 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 در سال 1946 در آمریکا توسط جیمز واتسون (James Watson) به ثبت رسید. وظیفه اصلی دستگاه 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.

 

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

 

قسمت های مختلف ماشین تزریق:

1. قسمت تزریق
2. قسمت قالب گیری

 

واحد تزریق

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 بتدریج بداخل 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 به صورت 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.

 

اجزای مختلف قسمت تزریق:

1. مارپیچ
2. نازل
3. سیلندر تزریق
4. قیف مواد
5. گرمکن
6. حرارت سنج
7. ترموکوپل

واحد قالب گیر (Mold Clamping)

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. به طور 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 بازو ها 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.

مواد اولیه

قبل از اغاز به تولید قطعه،انتخاب جنس ماده مورد استفاده،طراحی قطعه و طرح قالب از جمله اولین تصمیماتی هستند که باید مشخص شوند.

مواد خام معمولا از طریق قیف تغذیه که در بالای واحد تزریق قرار دارد وارد دستگاه میشوند.پلاستیک های گرما نرم یا ترموپلاست به صورت گرانول و پلاستیک های ترموست و اخیرا لاستیک ها به شکل پودر استفاده میشوند.

واحد تزریق

واحد تزریق یا ذوب سازی ماشین های تزریق پلاستیک با پیچ رفت و برگشتی تاثیر به سزایی برکیفیت قطعات تزریق شده دارد.

عملکرد اصلی ان بر پایه گرفتن و انتقال مواد جامد به صورت گرانول و افزایش مواد افزودنی، انجام فرایند ذوب، انتقال مذاب در طول پیچ screw،ترکیب مواد پلاستیکی و افزونی ها،خارج کردن مواد فرار از مذاب،تزریق مذاب به درون قالب تزریق یا محفظه ای که شکل قطعه را تولید میکند و اعمال فشار تا شکل تثبیت شود.

پیچ خطی با حرکت رفت و برگشتی رایج ترین نوع واحد ذوب سازی در ماشین های تزریق است.

پارمترهای عملکردی واحد تزریق

مهم ترین پارامترهای مشخصه عملکرد واحد تزریق را میتوان وزن،فشار،ظرفیت تزریق،کورس تغذیه و گشتاور پیچ دانست.

بیش از 90 درصد عیوب تزریق مربوط به این عوامل است.

پیچ ماشین تزریق پلاستیک

پیچ ها معمولا دارای سه بخش با نسبت طول به قطر L/D بیست به یک هستند.پیچ های کوتاه تر کیفیت مذاب کمتری دارند.پیچ های بلندتر به دلیل زمان طولانی اقامت مواد باعث تخریب در تعدادی از پلاستیک های مهندسی شوند.

پیچ ها در سال های اخیر پیشرفت زیادی داشته اند که اکثرا بر خروجی،مخلوط کردن و همگن سازی تاکید داشته است.

پیچ مهم ترین جزء واحد تولید مذاب میباشد و مسئولیت اصلی ان انتقال،گرم کردن،مخلوط سازی و تزریق پلاستیک و در برخی موارد خاص تخلیه می باشد.

سیلندر

سلندر لوله ای است که مشابه دستگاه اکسترودر مرز خارجی کانال های پیچ را تشکیل میدهد.

برای مقاصد تزریق تمامی حرارت مورد نیاز برای ذوب سازی پلاستیک به وسیله سیلندر تامین میشود.این گرما از طریق هیترهای کمربندی که به روی سیلندر متصل میشود،تامین میشود.

توان المنت های حرارتی موجود حدود 6تا 8 وات برسانتی متر مربع است.

به دلیل انکه نباید مواد پلاستیکی در گلویی تغذیه یا دندانه های اولیه پیچ ذوب شوند این بخش باید شرایطی برای خنک سازی داشته باشد.

سیلندر باید قابلیت مونتاژ و دمونتاژ سریع برای تمیزکاری و نیز تعویض پیچ داشته باشد.

نازل

نازل به عنوان جزئی از واحد ذوب سازی قبل از تزریق و به منظور ایجاد تماس غیر مثبت به سمت بوش اسپرو فشار داده میشود.این بخش مذاب را به درون قالب هدایت میکند.

نازل به نحوی شکل داده شده است که با فشار روی بوش،آب بندی کافی را ایجاد نماید.

انتهای نازل ممکن است تخت یا به شکل رایج ان و به صورت کروی باشد تا بتواند اتصالی عاری از نشتی را ایجاد نماید.

واحد کلمپ

وظیفه کلمپ در ماشین تزریق پلاستیک فراهم ساختن شرایط برای تزریق در قالب است.

این قسمت حرکت مورد نیاز برای بسته شدن،کلمپ کردن و باز کردن را فراهم اورده و نیروهای لازم برای باز کردن،بستن و کلمپ کردن قالب را به صورتیکه از ریختن مواد به بیرون در حین پرشدن و مرحله نگه داری جلوگیری شود را بر عهده دارد.

اجزای اصلی واحد کلمپ شامل میله های کشش،صفحات ثابت و متحرک و مکانیزم بسته شدن و باز شدن است.

سه طرح مختلف برای کلمپ وجود دارد:

سیستم های کلمپ مکانیکی

سیستم های کلمپ هیدرولیکی

سیستم های کلمپ هیدرومکانیکی

نیروی کلمپ

براساس استانداردهای اروپایی نیروی کلمپ عبارت است از مجموع نیروی عامل روی میله های کشش به محض اینکه فرایند کلمپ کردن پایان پذیرد.

نیروی قفل

عبارت است از مجموع نیروهایی که میله های کشش باید برای قالب فراهم کنند. نیروی قفل در حین تزریق به صلبیت ماشین و قالب وابسته است.

واحد محرکه تزریق پلاستیک

سیستم های محرکه دستگاه تزریق پلاستیک دارای سیستم ساده ای بوده و به مدت زمان طولانی مهم ترین خواست های که از انها مطرح میشد عملکرد مناسب و دقت بالا بود.

الان فاکتور هایی مثل اقتصادی بودن و مصرف انرژی به صرفه و جنبه های زیست محیطی از اهمیت بالایی برخوردار است.

امروز محرکه های الکتریکی بیشتر از هیدرولیکی مدنظر است.سیستم های هیدرولیکی دارای معایبی همچون نشتی،گذر عمر روغن،تراکم پذیری روغن،اشاعه نویز،بازدهی متوسط ونیاز به تعمیر و نگهداری زیاد است.

دستگاه های تزریق اسیای و امریکایی عمدتا دارای موتور الکترومکانیکی هستند.

محرکه های پنوماتیکی در موارد خاص برای ماشین های کوچک نوع پلانجری استفاده میشوند.

سیستم کنترل

سیستم های کنترل و ابزار دقیق مسئولیت مانیتورینگ کیفیت در حین تولید و اطمینان از تامین ان را در محدوده مشخصات تعریف شده دارند.

سیستم کنترل یک دستگاه تزریق پلاستیک شامل تجهیزاتی است که به منظور کنترل روغن،دمای سیلندر،نیروهای کلمپ،فشار روغن و نرخ جریان به کار گرفته میشوند.

یکی دیگر از پارامترهای فرایند تزریق پلاستیک دمای قالب است که به منظور دستیابی به درکی درست از سیستم بسیار مهم است.

کیفیت یک قطعه تزریقی اکثرا به وسیله دو پارامتر دما و فشار تعیین میشود این درحالی است که سرعت تزریق اثر محدودی از خود نشان میدهد.

سیستم کنترل باید به گونه ای طراحی شود که بتواند توالی منطقی تمامی وظایف اولیه مانند بسته شدن و باز شدن قالب و تمامی وظایف ثانویه همچون باز و بسته شدن نازل های قطع و…

امروزه تمامی داده های مرتبط با مشخصات فرایند تزریق همچون کیفیت قطعات تزریقی نیز ذخیره میشود.به همین منظور انتخاب و نصب تجهیزات داده برداری از اهمیت زیادی برخوردار است.

بنابراین یکی از وظایف اولیه یک سیستم کنترل،مانیتورینگ فرایند و اطمینان از تامین ویژگی های مورد نظر توسط قطعه تزریقی به صورت غیر مستقیم است.