3پروسه ی تزريق پلاستيک( Injection Molding)

اندازه قالب در اصل به اندازه ماشين بستگي دارد.اغلب اندازه ماشين مشخص يا موجود محدوديت مهمي براي مهندس طراح ايجاد مي كند.

اين محدوديتها عبارتند از:

- مقدار تزريق در هر كورس:مقدار مذابي كه در يك كورس حلزون يا پيستون به داخل قالب منتقل مي شود.

- سرعت نرم سازي ،مقدار مواد نرم شده كه ماشين در واحد زمان آماده مي سازد.

- نيروي گيرنده ةكه بايد نيروي عكس العملي حاصل از حداكثر فشار داخلي حفره قالب را جبران كند.

- حداكثر سطح ميز ماشين كه با فاصله بين ميلهاي  راهنماي ماشين معلوم مي شود

- حداكثر فشار تزريق

حداكثر تعداد حفره قالب

 ابتدا حداكثر تعداد حفره قالب تئوري محاسبه مي شود{4}

اين محاسبه با فرض استفاده كامل از حداكثر مقدار تزريق در يك كورس ماشين كه از قطر حلزوني و جابجايي آن به دست مي ايد انجام مي شود.البته به دلايل كيفي(مذاب يكنواخت،توانايي كافي براي حفظ فشار)انتخاب حداكثر كمي عاقلانه نيست.

تعداد حفره قالبها براي قطعات با ديواره نازك بيشتر با سرعت نرم سازي ماشين تعين مي شود.

در ماشينهاي قالب گيري تزريقي مدرن با حلزون رفت و برگشتي سرعت نرم سازي به قدري بالاست كه بايد تعداد حفره قالبها  N2   فقط براي قطعات جدار ناك با سرعت ضرب زياد چك شود. طبق يك قانون تجربي:

نيروي گيرنده

حداكثر نيروي گيرنده از نيروي عكس العملي حفره قالب كه نتيجه سطح تصوير شده همه حفره قالب ها و راهگاهها و حداكثر فار حفره قالب است به دست مي آيد:

F=A×P

در اينجا  F نيروي عكس العمل ،A سطح تصوير شده حفره قالبها  و سيستم راهگاه و P فشار حفره قالب است. در فرآيند صحيح ،با توجه به جنس و قطعه ،فشار حفره قالب MPa =100-20 است. در عمليات اشتباه ممكن است اين فشار تا فشار تزريق كامل بالا برود.بنابراين ذتوصيه مي شود كه محاسبه با فشار تزريق حداكثرماشين و سطح تصوير شده كلي كه ممكن است با مذاب پوشيده شود انجام شود.

F max =A max ×P inj < F clam

حداكثر سطح گيرنده

اين سطح با فاصله بين ميلهاي راهنماي ماشين تعيين مي شود(شكل 62) عموما از مشكل كشيده شدن ميلهاي راهنماي ماشين جلوگيري مي شود .بنابراين بيشترين ابعاد قالب تقريبا بايد mm 10  كوچكتر از فاصله بين ميلهاي راهنماي مربوط باشد.قسمتهاي گيرنده براي تحمل حداكثر فشار حفره قالب كه انتظار مي رود به وجود آيد ساخته مي شوند.ماشينهايي كه براي فرآوري فوم(foam ) با فشار كم به كار مي روند قسمتهاي گيرنده سبك يا ميزهاي گيرنده بزرگترو فاصله بيشتري بين ميلهاي رانما دارند.بايد مراقب بود كه صفحات تحت بارها بيش از از چند ميكرون خم نشوند در غير اين صورت، فاصله درز مجاز خط جدايش حتي با وجود صلبيت كافي خود قالبها حفظ نمي شوند . تز اين لحاظ ماشينهاي امروزي اغلب كوچكتر از اندازه هستند.

كورس باز شدن لازم

كورس بازشدن براي بيرون انداختن بدون مشكل قطعه از قالبها با ماهيچه هاي بسيار بلند بايدبه اندازه كافي بلند باشد(مثال :قالب سطل) .حداقل كورس لازم بيش از دو برابر طول ماهيچه است.

از سوي ديگر كورس بلندتر از حد نياز ،مدت زمان سيكل را افزايش مي دهد و  به دليل هزينه اي بايد كورس هر چه كوتاهتر باشد.

كورس بازشدن را مي توان دقيقا تعيين كرد ولي كورس بيش از حد نرمال مخارجي زيادي دارد .بنابراين طرحي رائه شده كه در آن قالب در حين كورس باز شدنبا يك وسيله كمكي كج مي شود و سپس قطعه از قالب خرج مي شود(شكل 53)

ويسكوزيته مذاب در صورتي كه سرعت مذاب داده شده باشد تعيين مي شود.

براي ترموپلاستيكها  مقادير سرعت بهينه مشخصي براي مولكولها وجود دارد كه با آرايش مولكولي تعيين مي شود .اين سرعتها حدود  Vinj ~30 cm/s   هستند.

البته اغلب از اطلاعات تجربي كه به وسيله توليد كنندگان مواد خام براي محصولاتشان ارائه مي شود وبه صورت نمودار ضخامت ديواره / طول جريان است استفاده مي شود. اطلاعات اين نمودار براي همه مواد با آزمايش به دست آمده است.دو سري از انواع آنها وجود دارد :انواع استاندارد 6،7،8 و انواع E كه وزن مولكولي بيشتري دارند.

در حال حاضر داده هاي معمولي براي توليد قطعات قالبگيري با حداكثر طول جريان مذاب در حفره قالب و ضخامت مقطع مربوطه (نازكترين) مشخص مي شوند و اين داده ها كاملا تجربي هستند.

نسبت ضخامت ديواره /طول جريان كه از قانون هاگن-پويسيل به دست مي آيد با اصل تشابه مطابقت دارد.

شكل 53 رابطه ضخامت ديواره و طول جريان براي تعدادي از رزينهاي قالب گيري

طول جريان/ نسبت ضخامت ديواره

معيار ديگري كه به ماشين مربوط مي شود نسبت طول جريان و ضخامت ديواره است.طبق قانون هاگن-  پويسيل نسبت بين طول جريان L و مربع ضخامت ديواره قالب H2  با فشار تزريق P inj   ،كميت مربوط به ماشين و ويسكوزيته مذاب در صورتي كه سرعت مذاب داده شده باشد تعيين مي شود.

براي ترموپلاستيكها  مقادير سرعت بهينه مشخصي براي مولكولها وجود دارد كه با آرايش مولكولي تعيين مي شود .اين سرعتها حدود  Vinj ~30 cm/s   هستند.

البته اغلب از اطلاعات تجربي كه به وسيله توليد كنندگان مواد خام براي محصولاتشان ارائه مي شود وبه صورت نمودار ضخامت ديواره / طول جريان است استفاده مي شود. اطلاعات اين نمودار براي همه مواد با آزمايش به دست آمده است.دو سري از انواع آنها وجود دارد :انواع استاندارد 6،7،8 و انواع E كه وزن مولكولي بيشتري دارند.

در حال حاضر داده هاي معمولي براي توليد قطعات قالبگيري با حداكثر طول جريان مذاب در حفره قالب و ضخامت مقطع مربوطه (نازكترين) مشخص مي شوند و اين داده ها كاملا تجربي هستند.

نسبت ضخامت ديواره /طول جريان كه از قانون هاگن-پويسيل به دست مي آيد با اصل تشابه مطابقت دارد.

شكل 53 رابطه ضخامت ديواره و طول جريان براي تعدادي از رزينهاي قالب گيري

محاسبه تعداد حفره قالب

اولين مرحله طراحي تعيين  تعداد حفره قالبها است .معيارهاي فني (به شكل تجهيزات موجود در ماشين و كيفيت مورد نياز و هزينه ها) همچنين معيارهاي اقتصادي(تاريخ تحول) در نظر گرفته مي شوند. براي راحت كردن اين تصميم گيري چند سطحي يك فلو چارت(شكل 55) ارائه مي شود كه روش مناسب را توضييح مي دهد.

با فرض اينكه قيمت تك محصول به روش توليد آن بستگي دارد مي توان به صورت عكس نتيجه گرفت كه محاسبات هزينه بايد از مرحله طراحي ،مخصوصا طراحي قالب ، شروع شود تا راه حل بهينه به دست آيد.تقسيم كل روش به اعمال جزئي شناخته شده يا اعمال ابتدايي كه مي توان با توجه به علت و معلول آنها را جايگزين عمليات كلي نمود كاري عملي است. سپس اين اعمال  جزئي به كمك آناليز مقادير ارزيابي مي شود .نكته مهم منبع هزينه هاست. شكل 56 هزينه ها را كه بايد در نظر گرفته شوند نمايش مي دهد و در گروههاي هزينه آنها را جا داده است.با جمع كل هزينه هاي منفرد يا گروههاي هزينه به صورتيكه در شكل 56 نمايش داده مي شود هزينه ها به دست مي آيد.منحني اين هزينه ها به صورت شماتيك در شكل 57  نمايش داده شده است.از آنجا كه از پيش معلوم نيست كه كدام تركيب از تعداد حفره قالبها ،سيستم قالب و ماشين قالبگيري تزريقي به كمترين هزينه منجر مي شود ،اين سه كميت بايد در محدوده مشخصي ،كه تعيين مي شوند تغيير كنند.

ابتداد تعداد حفره قالبها بايد محدود شود.اين كار با 5 گام اول الگوريتم شكل 55 انجام مي شود كه جزئيات آن به علت اهميت آنها بعدا مورد بحث قرار مي گيرد.اگر اطلاعاتي راجع به خواسته هاي كيفي (گام دو  يا زمان تحويل گام 3)در دست نباشد ،مي توان در گام 1 با تعداد حفره قالب درستي از نظر عملي كار را شروع كرد  ،كه اين تعداد فقط به مقدار سفارش بستگي دارد

شكل 55اگوريتم تعيين تعداد بهينه حفره قالب

مشاهده مي شود كه منحني از كمتر از n=1000 قطعه شروع نمي شود.تعدادكمتر سفارش با سود نيست چرا كه هزينه هاي قالب مخارج استهلاكي زيادي به وجود مي آورد.اين هزينه با كاهش تعداد توليد افزايش مي ابد و منجر به غير اقتصادي شدن كار مي شود.

طبق اين تجربه  اقتصادي ترين راه براي توليد قطعات تا تيراژ 10000 قطعه به شرط اينكه زمان تحويل مورد نياز محدوديتي ايجاد نكند استفاده از قالب با يك حفره قالب است.اگر بهترين كيفيت و دستيابي راحت در نظر باشد ،آنگاه عموما فقط از اين قانون استفاده مي شود.با مشكلتر شدن فرآوري مواد ،اين نمودار  ارزش بيشتري پيدا مي كند.اگر شرايط ديگري وجود داشته باشد ،آزمايش ديگري انجام مي شود

شكل 58 ارتباط بين تعداد حفره قالب و مقدار سفارش