راهگاه گرم در قالب‌هاي تزريق پلاستيك
راهگاه گرم در قالب‌هاي تزريق پلاستيك
راهگاه در قالب‌هاي تزريق پلاستيك، وظيفه هدايت مذاب پليمري را از نازل دستگاه تزريق تا محل تشكيل قطعه (محفظه) برعهده دارد و بايد به‌گونه‌اي باشد كه:
m كمترين افت دمايي را براي جريان مواد پليمري داشته باشد
m كمترين افت فشار را براي جريان مواد ايجاد كند
m پس از تزريق، بسادگي از قالب و قطعه جدا شود
m مواد مذاب را به‌صورت مناسب در محفظه جاري و هدايت كند
m كمترين ضايعات را پس از تزريق ايجاد كند
با توجه به موارد يادشده تلاش مستمري در بهينه‌سازي و نوآوري سيستم راهگاهي صورت مي‌پذيرد. سيستم راهگاه گرم در 1940 ابداع و اولين نمونه صنعتي آن در 1965 به بازار عرضه شد و با آغاز بحران انرژي از 1973، روند استفاده از آن رو به توسعه قرار گرفت.
سيستم راهگاه گرم
اين سيستم را مي‌توان در دو ديدگاه زير موردبررسي قرار داد:
1. نحوه انتقال مذاب
2 . روش گرمايش مسير
1. نحوه انتقال مذاب
انتقال مذاب به دو روش مستقيم و غيرمستقيم انجام مي‌گيرد.
روش مستقيم (نازل گرم)
در اين روش، نازل يا بوش گرم، جايگزين اسپرو شده و وظيفه هدايت مواد از نازل دستگاه تزريق به راهگاه يا قطعه را برعهده دارد. در بخش‌هاي مختلف شكل 1، روش‌هاي مختلف استفاده از نازل گرم ديده مي‌شود.
شكل 1
a) مذاب از طريق نازل مستقيم، از روي آن وارد محفظه مي‌شود
b) مذاب از كنار مستقيم وارد محفظه‌هاي قالب مي‌شود
c,d) مذاب به‌واسطه يك راهگاه سرد وارد محفظه مي‌شود
e) مذاب به‌وسيله راهگاه سر به چند محفظه انتقال داده مي‌شود
روش غيرمستقيم (منيفولد)
در اين روش، مواد پليمري از طريق مسير گرم عمود بر جهت قالبگيري قطعه، هدايت يا تقسيم مي‌شود. به اين هدايت‌كننده، اصطلاحاً منيفولد گفته مي‌شود. اين مسير را مي‌توان به‌صورت‌هاي زير طراحي كرد (شكل2).
شكل 2
a) هدايت مواد براي تزريق از چند نقطه به داخل يك محفظه
b) هدايت مواد براي تزريق مستقيم به چند محفظه در يك قالب
c) براي توزيع و هدايت مواد به قالب‌هاي انباشته‌اي (Stack mold). در اين‌گونه قالب‌ها، براي كاهش ميزان تناژ دستگاه موردنياز، چيدمان محفظه‌ها را در دو سطح موازي هم انجام مي‌دهند.
d) گاهي به‌دليل مسائل تكنيكي مجبوريم قطعه مواد پلاستيكي را از كنار وارد محفظه كنيم. به همين‌منظور، براي انتقال مواد به كنار قطعه، از سيستم منيفولد استفاده مي‌شود.
e) براي قطعاتي كه سطح آنها به‌دليل معيارهاي كيفي، داراي حساسيتي بالا هستند، محل دهانه (گيت) بايد به‌گونه‌اي تعبيه شود كه اثري بر سطح A قطعه نداشته باشد. همان‌طور كه در شكل ديده مي‌شود، مواد در اين گونه موارد، از طريق منيفولد به كنار قطعه منتقل و از طريق راهگاه سرد از زير قطعه (سطح B) وارد محفظه مي‌شود.
f) براي قطعاتي كه به دلايل زير نمي‌توان همانند حالت b به‌صورت مستقيم تزريق كرد:
m كوچك بودن ابعاد قطعات و نبود فاصله كافي براي راهگاه گرم
m محدوديت از نظر اثر تزريق روي قطعه
m از لحاظ كشويي يا مكانيزم‌هاي روي قالب
m مسائل اقتصادي (محدوديت در هزينه تعداد نازل‌هاي گرم)
در اين‌گونه موارد، همانند بخش f شكل 2، مواد را توسط راهگاه گرم به چند محفظه هدايت كرده و سپس از طريق راهگاه سرد به هر يك از محفظه‌ها انتقال مي‌دهند. در سيستم‌هاي راهگاهي، همواره مي‌توان تركيبي از راهگاه سرد و گرم را به‌كار برد. موارد ذيل تعيين‌كننده سيستم راهگاهي هستند:
m ميزان هزينه
m ميزان تيراژ توليد
m محدوديت‌هاي اثر تزريق
m مكانيزم‌هاي قالب
m كيفيت قطعه
m نوع مواد
در بخش‌هاي مختلف شكل 3، روش‌هاي مختلف سيستم راهگاهي براي يك قالب هشت محفظه‌اي نشان داده شده است.
شكل 3
a) سيستم راهگاه سرد سنتي
b) در اين روش تنها از يك نازل گرم بجاي اسپرو استفاده مي‌شود و ضايعات توليدي راهگاه را تا 40 درصد كاهش داده و زمان توليد نيز 10 درصد كاهش داشته است.
c) از دو عدد نازل گرم و يك منيفولد استفاده شده است. با اين روش، 60 تا 70 درصد از ضايعات توليد راهگاهي كاهش مي‌يابد.
d) از هشت عدد نازل براي توليد استفاده شده است به‌گونه‌اي كه ضايعات راهگاهي صفر، دماي تزريق كاهش و زمان توليد نيز به‌صورتي قابل‌ملاحظه كاهش يابد.
2 . روش گرمايش مسير
هدف از ايجاد سيستم راهگاه گرم اين است كه شرايط تزريق مواد پليمري به‌گونه‌اي باشد كه دماي آن نسبت به هنگام خروج از نازل دستگاه تزريق افتي نداشته باشد. به همين‌منظور، در مسير جريان مواد المان‌هاي حرارتي به‌گونه‌اي قرار داده مي‌شود كه از افت دماي مواد پلاستيك جلوگيري شود. اين عمل به روش‌هاي زير انجام مي‌گيرد:
m سيستم حرارتي داخلي
m سيستم حرارتي خارجي
از اين دو سيستم راهگاهي مي‌توان به‌صورت تركيبي نيز استفاده كرد. تنش‌هاي برشي در مسير جريان سيالات، باعث افت فشار در طول جريان مواد پليمري مي‌شود. در شكل ملاحظه مي‌شود كه ميزان تنش برشي در روش حرارت خارجي، نسبتاً كمتر بوده و در نهايت افت فشار كمتري به‌وجود خواهد آمد.
در روش المان حرارتي داخلي، المنت در داخل راهگاه قرار مي‌گيرد و گرماي ايجاد شده، مستقيماً به مواد پليمري و از طريق آن به جداره فولادي راهگاه گرم و ساير نقاط منتقل مي‌شود اما در سيستم المان حرارتي خارجي، المنت در فولاد اطراف راهگاه قرار مي‌گيرد و گرماي ايجاد شده از طريق فولاد به راهگاه و ساير نقاط قالب منتشر مي‌شود. لذا در اين روش، درصدي از حرارت ايجاد شده به پليمر منتقل مي‌شود. به همين‌منظور، براي جلوگيري از انتقال گرما به ساير نقاط قالب، بلوك گرم را در فولادي مجزا ايجاد و با استفاده از عايق هوا مانع انتقال حرارت آن به قالب مي‌شوند. براي جلوگيري از افزايش دماي قالب، بايد مسيرهاي خنك كاري مناسبي را در آن تعبيه كرد.
در روش المان حرارتي خارجي، مسير را مي‌توان به‌گونه‌اي طراحي كرد كه واجد كمترين نقطه كور باشد. اين روش براي توليد قطعاتي كه رنگ آنها متغير بوده و يا نسبت به حرارت حساس هستند، مناسب‌تر است. در سيستم‌هاي حرارتي داخلي، قطر مسير عبور پليمر بزرگتر و در نهايت راهگاه گرم آن نيز بزرگتر است.
شكل 4
a) with internal heating
b) with external heating
1. torpedo; 2. pipe with heater; 3,4. flow channels; 5. distributor; 6,8. heaters; 7. nozzle; 9. insulation space; 10. pressure pad; 11. cooling circulation channels
ارزش‌هاي تكنيكي استفاده از راهگاه گرم
m وجود صفحه متحرك در قالب‌هاي تزريق پلاستيك، باعث فرسايش زودهنگام قالب و افزايش نظارت در نگهداري و تعميرات قالب‌ها شده و زمان توليد در اين‌گونه قالب‌ها طولاني‌تر است. با استفاده از راهگاه گرم، از صفحه متحرك جهت پران سيستم راهگاهي در قالب‌هاي سه صفحه، جلوگيري مي‌شود.
m سيستم راهگاه گرم، از افت دماي مواد پليمري جلوگيري مي‌كند، جريان‌پذيري آن نيز كاهش نمي‌يابد و مي‌توان با اين ابزار قطعات نازكتر و بزرگتر را توليد كرد.
m دماي مواد داخل محفظه قالب قابل كنترل مي‌شود.
m با جلوگيري از كاهش دماي مواد، از افزايش لزجت آنها جلوگيري كرده و افت فشار كمتري در سيستم راهگاه گرم ايجاد مي‌شود. در نهايت، قالب با فشار بالاتري پر شده و دستگاه تزريق با فشار كمتري كار خواهد كرد.
m در قطعات بزرگ، آزادي عمل بهتري براي انتخاب محل دهانه خواهيم داشت. قالب به‌صورت يكنواخت‌تري پر خواهد شد و در نهايت از وجود انقباض‌هاي متفاوت در قطعه و ايجاد تنش در قطعه جلوگيري مي‌شود.
m با كاهش در فشار تزريق موردنياز براي پر شدن قالب، به ماشين تزريقي با نيروي قفل گيره كمتري نياز خواهد بود.
m با اين تكنولوژي مي‌توان قطعاتي جديد همچون inmold decorating and lamination, bottle perform توليد كرد.
شكل 5
a) جريان مواد و توضيع گرما را در راهگاه گرم داراي گرمايش خارجي نشان مي‌دهد
b) جريان مواد و توضيع گرما را در راهگاه گرم داراي گرمايش داخلي نمايش مي‌دهد
c) جريان مواد و توضيع گرما را در راهگاه گرم سيستم عايق (ايزوله) نمايش مي‌دهد
محدوديت‌هاي اين روش
اين روش از لحاظ تكنيكي داراي محدوديت‌هايي به‌شرح زير است:
m تغيير رنگ سريع مواد امكان‌پذير نيست و گاه با ضايعاتي نسبتاً بالا همراه است.
m توليد قطعاتي كه مواد آن نسبت به حرارت حساس هستند با ضايعاتي نسبتاً بالا همراه خواهد بود.
m اين سيستم‌ها به آسيب‌هاي مكانيكي (همانند ضربه، زنگ زدن و...) حساس است. وجود مواد زائد در مذاب پليمر، موجب مسدود شدن سيستم و توقف توليد و گاهي وارد آمدن آسيب به راهگاه گرم مي‌شود.
m از لحاظ جاسازي براي سيستم راهگاه گرم در قالب‌ها باعث محدوديت توزيع محفظه‌ها و تعداد آنها مي‌شود.
m سيستم راهگاه گرم، باعث افزايش ارتفاع قالب و گاهي نياز به ماشين بزرگتر براي تأمين ارتفاع موردنياز مي‌شود.
m سرويس‌هاي تعمير و نگهداري قالب به كارگر ماهر نياز دارد.
m قالب‌ها به تمهيدات نگهداري و تعمير بيشتري نياز دارند.
m بهترين عملكرد قالب‌هاي با سيستم راهگاه گرم اين است كه بدون توقف، به‌صورت 3 نوبت كاري توليد كند كه البته باتوجه به بروز مسائل تعميراتي، اين عمل تقريباً غيرممكن است.
هزينه‌هاي مستقيم و غيرمستقيم توليد
m خريد راهگاه گرم: قيمت راهگاه گرم نسبتاً بالا بوده و تهيه و نصب آن روي قالب، هزينه‌هاي بالايي به قالب اضافه مي‌كند.
m سيستم‌هاي كنترلي: براي كنترل دماي هيترهاي راهگاه گرم و عملكرد شيرهاي هيدروليك و پنوماتيك آن نياز به سيستم‌هاي كنترلي خاص خود دارد كه توليدكننده بايد آن را تهيه كند.
m ارتقاي ماشين تزريق: با تجهيز قالب‌ها به اين سيستم بايد دستگاه تزريق را نيز ارتقا داد تا سرعت و كنترل لازم را براي توليد داشته باشد.
m باتوجه به اينكه اكثر قالب‌هاي راهگاه گرم به‌صورت اتوماتيك هستند، به ابزارهاي مناسبي براي پايش پران قطعه نياز است.
m باتوجه به حساسيت اين سيستم به مواد زائد در مواد خام پليمري، بايد ابزاري مناسب جهت پايش آن تهيه كرد.
m ساخت: براي نصب راهگاه گرم در قالب، بايد فضاي مناسب آن را در قالب تعبيه كرد كه به دقت خاص خود نياز دارد.
m تعمير و نگهداري: تعميرات دوره‌اي راهگاه گرم، تعويض هيترها، واشرهاي آبندي و...
m آموزش: براي بهره‌برداري مناسب از اين سيستم، پرسنل بايد آموزش‌هاي لازم را ديده باشند.
ارزش‌هاي اقتصادي راهگاه گرم
مواد خام مورداستفاده براي توليد
m با كوتاه شدن يا از بين رفتن راهگاه، از مصرف مواد اضافي جلوگيري مي‌شود.
m كاهش در كارهاي آرايشي نظير حذف محل دهانه يا گيت.
m از توليد مواد زائد (راهگاه و اسپرو) جلوگيري شده و نيازي به انبار و بازيافت آن نيست.
افزايش توليد
استفاده از اين فناوري به روش‌هاي زير، از زمان توليد كاسته و بر ميزان توليد مي‌افزايد.
m به‌علت ضخامت زياد اسپرو، زمان زيادي از توليد صرف خنك شدن آن مي‌شود. با حذف اسپرو در سيستم راهگاه گرم، زمان توليد كاهش مي‌يابد.
m با استفاده از سيستم راهگاه گرم، مي‌توان قطعه را با ضخامت كمتر توليد كرد. با كاهش وزن قطعه، زمان خنك‌كاري و توليد كاهش مي‌يابد.
m با استفاده از تكنولوژي راهگاه گرم، قابليت توليد اتوماتيك بدون اپراتور براي اكثر قطعات ايجاد مي‌شود. با برنامه‌ريزي براي توليد 24 ساعته، مي‌توان ميزان توليد روزانه را افزايش داد.
بالا بردن قابليت توليد
m افزايش ميزان حجم تزريق براساس حذف كردن اسپرو
m كاهش فشار تزريق و فشار دوم با جلوگيري از افت دما
m كاهش نيروي قفل ماشين تزريق
m كم‌شدن زمان توليد
با توجه به موارد فوق، مي‌توان قطعه را از طريق ماشين تزريق با تناژ پايين‌تر، در زماني كمتر توليد كرد.
توليد قطعات جديد
با استفاده از اين روش، مي‌توان قطعاتي بزرگ همچون سپر و پالت‌ها را توليد كرد.
