دستگاه تزریق پلاستیک؛ قلب تپنده صنعت تولید قطعات پلاستیکی

مجموعه: ابزار و ماشین آلات

دستگاه تزریق پلاستیک برای تولید قطعات پلاستیکی با دقت بالا استفاده می‌شود

با دستگاه تزریق پلاستیک آشنا شوید: فناوری پشت تولید انبوه

دستگاه تزریق پلاستیک یکی از مهم‌ترین تجهیزات در صنعت تولید قطعات پلاستیکی است که به دلیل کارایی بالا، دقت و توانایی تولید انبوه، در صنایع مختلفی مانند خودروسازی، الکترونیک، پزشکی و کالاهای مصرفی کاربرد گسترده‌ای دارد. این دستگاه با استفاده از فرآیند قالب‌گیری تزریقی، پلاستیک مذاب را به قالب‌های طراحی‌شده تزریق کرده و قطعات پلاستیکی با دقت بالا و کیفیت یکنواخت تولید می‌کند. در این مقاله، به بررسی اجزای دستگاه تزریق پلاستیک، نحوه عملکرد، انواع آن، مزایا و معایب، و کاربردهای آن می‌پردازیم.

دستگاه تزریق پلاستیک در صنایع خودروسازی کاربرد گسترده‌ای دارد

دستگاه تزریق پلاستیک چیست؟ 

دستگاه تزریق پلاستیک ماشینی است که برای تولید قطعات پلاستیکی از طریق فرآیند قالب‌گیری تزریقی طراحی شده است. این دستگاه پلاستیک خام (معمولاً به شکل گلوله‌های پلاستیکی) را ذوب کرده، آن را تحت فشار به داخل قالب تزریق می‌کند و پس از خنک‌سازی، قطعه جامد نهایی را از قالب خارج می‌کند. این فرآیند امکان تولید قطعات پیچیده با دقت ابعادی بالا و کیفیت ثابت را فراهم می‌کند. دستگاه‌های تزریق پلاستیک معمولاً از سه بخش اصلی تشکیل شده‌اند:

• واحد تزریق: مسئول ذوب و تزریق پلاستیک به قالب.

• واحد گیره (کلمپینگ): وظیفه بسته نگه‌داشتن قالب در طول فرآیند تزریق و خنک‌سازی را بر عهده دارد.

• قالب: ابزار سفارشی که شکل نهایی قطعه را تعیین می‌کند.

اجزای اصلی دستگاه تزریق پلاستیک 

1. واحد تزریق

واحد تزریق قلب دستگاه تزریق پلاستیک است و وظیفه ذوب و تزریق پلاستیک مذاب به قالب را بر عهده دارد. این واحد شامل اجزای زیر است:

1. قیف (Hopper): مخزنی که گلوله‌های پلاستیکی خام به آن وارد می‌شوند.

2. بشکه (Barrel): محفظه‌ای استوانه‌ای که پیچ رفت‌وبرگشتی در آن قرار دارد و با هیترهای خارجی گرم می‌شود.

3. هیترها: انرژی حرارتی لازم برای ذوب پلاستیک را تأمین می‌کنند.

4. پیچ رفت‌وبرگشتی (Reciprocating Screw): پلاستیک را در طول بشکه به جلو رانده، آن را ذوب و یکنواخت می‌کند و سپس تحت فشار به قالب تزریق می‌کند. شیر غیربازگشتی از بازگشت پلاستیک مذاب جلوگیری می‌کند.

5. نازل (Nozzle): پلاستیک مذاب را از بشکه به قالب هدایت می‌کند و با نیمه جلویی قالب تراز است.

برخی ماشین‌های قدیمی‌تر از سیستم پیستونی به جای پیچ رفت‌وبرگشتی استفاده می‌کنند، اما پیچ رفت‌وبرگشتی به دلیل کارایی بالاتر در ماشین‌های مدرن رایج‌تر است.

2. واحد گیره (Clamping Unit)

واحد گیره مسئول نگه‌داشتن قالب در حالت بسته در طول تزریق و خنک‌سازی و سپس باز کردن آن برای خروج قطعه است. اجزای اصلی این واحد عبارتند از:

• صفحه ثابت (Stationary Platen): نیمه جلویی قالب را نگه می‌دارد و نازل واحد تزریق را در خود جای داده است.

• صفحه متحرک (Movable Platen): نیمه عقبی قالب را نگه می‌دارد و روی میله‌های اتصال حرکت می‌کند.

• میله‌های اتصال (Tie Bars): صفحات قالب را تراز کرده و صفحه متحرک را پشتیبانی می‌کنند.

• سیستم گیره: نیروی لازم برای بسته نگه‌داشتن قالب را تأمین می‌کند. این سیستم می‌تواند از نوع تاشو (Toggle)، هیدرولیکی یا هیدرومکانیکی باشد:

• گیره‌های تاشو: برای ماشین‌های با تناژ پایین مناسب‌اند.

• گیره‌های هیدرولیکی: برای تناژهای 150 تا 1100 تن استفاده می‌شوند.

• گیره‌های هیدرومکانیکی: برای تناژهای بالای 1000 تن مناسب‌اند.

• سیستم خروجی (Ejection System): شامل پین‌ها یا صفحات خروجی است که قطعه جامد را از قالب خارج می‌کنند.

3. قالب (Mold) 

قالب ابزار سفارشی است که شکل نهایی قطعه را تعیین می‌کند و معمولاً از فولاد یا آلومینیوم ساخته می‌شود. اجزای اصلی قالب عبارتند از:

• حفره قالب (Cavity): فضای توخالی که پلاستیک مذاب در آن شکل می‌گیرد.

• هسته (Core): بخش متحرکی که به شکل‌دهی قطعه کمک می‌کند.

• کانال‌های قالب: شامل اسپرو (Sprue)، رانر (Runner) و گیت (Gate) که پلاستیک مذاب را به حفره‌ها هدایت می‌کنند.

• منافذ هوا (Air Vents): برای خروج گازهای محبوس‌شده.

• کانال‌های خنک‌کننده: برای انتقال گرما به خنک‌کننده و تسریع خنک‌سازی.

فرآیند قالب‌گیری تزریقی با این دستگاه سریع و کارآمد است

فرآیند قالب‌گیری تزریقی

فرآیند قالب‌گیری تزریقی شامل مراحل زیر است:

• تغذیه و ذوب: گلوله‌های پلاستیکی از قیف به بشکه وارد شده و توسط پیچ رفت‌وبرگشتی و هیترها ذوب می‌شوند.

• گیره‌بندی: نیمه‌های قالب بسته شده و با فشار گیره (Clamping Pressure) در جای خود نگه داشته می‌شوند.

• تزریق: پلاستیک مذاب با فشار تزریق (Injection Pressure) از طریق نازل به حفره‌های قالب تزریق می‌شود.

• نگهداری و خنک‌سازی: فشار نگهداری (Holding Pressure) اعمال می‌شود تا پلاستیک فشرده شده و انقباض جبران گردد. سپس پلاستیک با کمک سیستم خنک‌کننده قالب جامد می‌شود.

• خروجی: پس از خنک‌سازی، قالب باز شده و پین‌های خروجی قطعه را از قالب جدا می‌کنند.

• برش و تکمیل: پلاستیک اضافی (مانند اسپرو و فلش) حذف شده و فرآیندهای تکمیلی مانند پولیش یا رنگ‌آمیزی انجام می‌شود.

انواع دستگاه‌های تزریق پلاستیک 

دستگاه‌های تزریق پلاستیک بر اساس نوع سیستم محرک و کاربرد به دسته‌های زیر تقسیم می‌شوند:

• هیدرولیکی: از فشار هیدرولیک برای حرکت اجزا استفاده می‌کنند. این ماشین‌ها برای تناژهای بالا مناسب‌اند اما مصرف انرژی بیشتری دارند.

• الکتریکی: با موتورهای الکتریکی کار می‌کنند و به دلیل دقت بالا، مصرف انرژی کمتر و عملکرد تمیز، در کاربردهای دقیق مانند تجهیزات پزشکی محبوب‌اند.

• هیبریدی: ترکیبی از سیستم‌های هیدرولیکی و الکتریکی که تعادل بین قدرت و کارایی انرژی را ارائه می‌دهند.

مزایای دستگاه تزریق پلاستیک 

• تولید انبوه مقرون‌به‌صرفه: امکان تولید تعداد زیادی قطعه با حداقل ضایعات.

• دقت و ثبات: تولید قطعات پیچیده با تلرانس‌های کم و کیفیت یکنواخت.

• تنوع مواد: پشتیبانی از انواع ترموپلاستیک‌ها و ترموست‌ها با خواص مختلف.

• کاهش هزینه‌های نیروی کار: فرآیند خودکار نیاز به نیروی انسانی را کاهش می‌دهد.

• انعطاف‌پذیری طراحی: امکان تولید قطعات با اشکال پیچیده و ویژگی‌های خاص مانند برش‌های داخلی.

معایب دستگاه تزریق پلاستیک

• هزینه بالای ابزارسازی: طراحی و ساخت قالب‌ها پرهزینه و زمان‌بر است.

• دشواری در تغییر طراحی: هرگونه تغییر در طراحی قطعه نیازمند اصلاح یا ساخت قالب جدید است.

• محدودیت‌های طراحی: نیاز به ضخامت دیواره یکنواخت و حداقل برش‌های داخلی برای کاهش نقص‌ها.

• هزینه اولیه بالا: خرید دستگاه و قالب‌ها سرمایه‌گذاری قابل‌توجهی می‌طلبد.

دستگاه تزریق پلاستیک می‌تواند ترموپلاستیک‌های متنوعی را پردازش کند

کاربردهای دستگاه تزریق پلاستیک

دستگاه‌های تزریق پلاستیک در تولید قطعات متنوعی در صنایع زیر استفاده می‌شوند:

• خودروسازی: قطعات داشبورد، سپرها و اجزای داخلی.

• الکترونیک: محفظه‌های پلاستیکی برای دستگاه‌ها و کانکتورها.

• پزشکی: سرنگ‌ها، قطعات تجهیزات پزشکی و ظروف استریل.

• کالاهای مصرفی: ظروف پلاستیکی، اسباب‌بازی‌ها و لوازم خانگی.

• بسته‌بندی: درب بطری‌ها، ظروف مواد غذایی و بسته‌بندی‌های صنعتی.

پارامترهای کلیدی در عملکرد دستگاه 

برای دستیابی به قطعات باکیفیت، پارامترهای زیر باید به‌دقت کنترل شوند:

• فشار گیره (Clamping Pressure): برای جلوگیری از نشت پلاستیک و نقص‌هایی مانند فلش.

• فشار تزریق (Injection Pressure): برای پر کردن کامل حفره‌ها بدون جامد شدن زودهنگام.

• فشار نگهداری (Holding Pressure): برای فشرده‌سازی پلاستیک و جبران انقباض.

• سرعت تزریق (Injection Speed): برای پر کردن سریع حفره‌ها و جلوگیری از نقص‌هایی مانند خطوط جریان.

نقص‌های رایج و راه‌حل‌ها 

برخی نقص‌های رایج در قطعات قالب‌گیری‌شده شامل موارد زیر هستند:

• فلش: به دلیل فشار گیره ناکافی یا فشار تزریق بیش‌ازحد. راه‌حل: افزایش فشار گیره یا کاهش فشار تزریق.

• حفره‌های خلا: به دلیل فشار تزریق یا نگهداری ناکافی. راه‌حل: افزایش فشار و بهینه‌سازی طراحی گیت.

• شات‌های کوتاه: به دلیل حجم شات ناکافی یا فشار تزریق پایین. راه‌حل: افزایش حجم شات و فشار تزریق.

• خطوط فرورفتگی: به دلیل خنک‌سازی ناهموار. راه‌حل: بهبود سیستم خنک‌کننده و طراحی دیواره یکنواخت.

دستگاه تزریق پلاستیک هیدرولیکی برای تناژ بالا مناسب است

سوالات متداول درباره دستگاه تزریق پلاستیک

1. چه نوع موادی در دستگاه تزریق پلاستیک استفاده می‌شود؟

مواد ترموپلاستیک (مانند ABS، پلی‌پروپیلن، پلی‌کربنات، نایلون) و ترموست (مانند رزین‌های اپوکسی و لاستیک سیلیکون مایع) رایج‌ترین مواد هستند. انتخاب ماده به کاربرد قطعه و ویژگی‌های مورد نیاز (مانند استحکام یا انعطاف‌پذیری) بستگی دارد.

2. چه تفاوتی بین دستگاه‌های هیدرولیکی و الکتریکی وجود دارد؟

هیدرولیکی: برای قطعات بزرگ و سنگین مناسب است، اما مصرف انرژی بالایی دارد.

الکتریکی: دقیق‌تر، کم‌مصرف‌تر و برای قطعات کوچک و پیچیده مناسب است.

هیبریدی: ترکیبی از هر دو، با تعادل بین قدرت و کارایی.

3. چرا قالب‌گیری تزریقی این‌قدر محبوب است؟

به دلیل دقت بالا، تولید انبوه سریع، انعطاف‌پذیری در طراحی، کاهش ضایعات و امکان استفاده از مواد متنوع، این روش در صنایع مختلف بسیار محبوب است.

4. آیا می‌توان مواد بازیافتی را در دستگاه تزریق پلاستیک استفاده کرد؟

بله، مواد بازیافتی (مانند پلاستیک‌های آسیاب‌شده) می‌توانند استفاده شوند، اما معمولاً تا 30% از کل مواد برای جلوگیری از افت کیفیت توصیه می‌شود.

5. مدت زمان یک چرخه تزریق چقدر است؟

بسته به اندازه و پیچیدگی قطعه، یک چرخه می‌تواند از چند ثانیه (برای قطعات کوچک) تا چند دقیقه (برای قطعات بزرگ) طول بکشد.

6. آیا دستگاه‌های تزریق پلاستیک برای تولید در مقیاس کوچک مناسب هستند؟

به دلیل هزینه بالای قالب و دستگاه، این روش برای تولید انبوه اقتصادی‌تر است. برای مقیاس کوچک، روش‌هایی مانند چاپ سه‌بعدی ممکن است مناسب‌تر باشند.

نتیجه‌گیری

دستگاه تزریق پلاستیک یکی از پیشرفته‌ترین و کارآمدترین ابزارهای تولید در صنعت پلاستیک است که امکان تولید انبوه قطعات با دقت بالا و کیفیت یکنواخت را فراهم می‌کند. با وجود هزینه اولیه بالا برای ابزارسازی و محدودیت‌های طراحی، مزایای این دستگاه مانند انعطاف‌پذیری، کارایی و تنوع مواد، آن را به گزینه‌ای ایده‌آل برای صنایع مختلف تبدیل کرده است. با بهینه‌سازی پارامترهای فرآیند و استفاده از فناوری‌های مدرن مانند ماشین‌های الکتریکی، تولیدکنندگان می‌توانند قطعات باکیفیت را با هزینه‌های کمتر و تأثیرات زیست‌محیطی کاهش‌یافته تولید کنند.

گردآوری:بخش دانش کسب و کار بیتوته