بخشی از مقاله
ماشين هاي تزريق پلاستیک
وظايف ماشين هاي تزريق:
- آماده سازي مواد قابل استفاده و فشارهاي مورد نياز مرحله تزريق
- پر كردن محفظه قالب ماشين تزريق با مواد و هدايت حركات باز كردن قالب، بيرون انداختن قطعه ريختگي و همچنين بستن و نگهداشتن قالب.
در مورد اول به عهده واحد تزريق بوده، در صورتي كه مورد سوم بهوسيله واحد بستن انجام مي شود .
واحد تزريق:
واحد تزريق وظيفه دارد، مواد قالب را كه بيشتر به صورت گرانول است به جلو رانده، ذوب، هموژنيزه و همچنين خميري كرده و بالاخره به درون قالب فشار دهد .
به اين منظور در يك اسكترودر حلزوني پيستوني ، يك حلزون سه ناحيه اي در داخل يك سيلندر مي چرخد. مواد گرانول ناحيه مكش، تراكم و رانش را طي كرده تا در محفظه جلويي حلزون به عنوان يك مذاب قابل انجام كار آماده شود.
پس از مرحله خميري شدن، حلزوني متوقف مي شود، تا اينكه به وسيله يك سيلندر هيدروليكي با يك حركت محوري سريع تا ناحيه 1000 mm/s، مذاب به محفظه قالب فشرده شود .
كميتهاي تنظيم
تعداد دور حلزوني علاوه بر قطر حلزون به اندازه سرعت محيطي كه از ظرف شركت هاي سازنده مواد داده مي شود بستگي دارد (جدول 1).
جدول 1: كميت هاي تنظيم براي خمير كردن
مواد قالب
PVC PMMA
150… 180 200 … 250 دماي مواد T به
0, 08 … 0,1 0, 3 سرعت محيطي Vmax به m/s
40 …. 80 80 … 120 فشار ايست P به Bar
مقدار مقاوت مواد درنوك حلزوني در مرحله تزريق تحت واژه فشار ايست بيان مي شود. اين فشار فشاري است كه درون مواد تجمعي در محفظه جلويي حلزوني ايجاد مي شود. اين فشار باغث مي شود كه حلزوني در حين خمير كردن مواد به سمت عقب رانده شود. حركت حلزوني به سمت عقب موقعي پايان مي يابد كه مقدار مواد تجمي در محفظه جلويي حلزون به حدي برسد كه محفظه قالب را پر كند (شكل3). مقدار تنظيمي فشار ايست، تحت شرايطي به ويسكوزيته و مقدار حسايست حرارتي مواد بستگي دارد (جدول 1).
نقاط و ناحيه اي كه دماي سيلندر مي تواند تنظيم شود، د جدول 2 با بيان يك مثال از مواد PVC، نشان داده شده است.
جدول 2: دماهاي سيلندر براي PVC به C0
محدوده قيف تغذيه MH1 MH2 MH3 DH
30..4 14…160 160…17 16…10 170..210
MH: گرمكن پوششي، DH: گرمكن نازل دار
واحد بستن
واحد بستن، نيمه هاي قالب را كه به صفحات روبند متحرك و ثابت مرتبط هستند در بر مي گيرد. باز كردن بستن و نگهداشتن قالب به وسيله يك سيستم اهرم مفصلي يا با يك سيستم محركه تمام هيدروليك انجام مي شود.
نيروي بستن- نيروي نگهداري
نيروي بستن عبارت است از نيرويي كه ميلهاي راهنما پس از مرحله بستن تحت تنش قرار مي گيرند، ميل راهنما به همان اندازه كه قالب فشرده مي شود دچار افزايش طول مي شود . موقع تزريق مواد يك نيروي باز كننده (FA = pw:A) FA به واسطه وجود فشار داخلي ميلهاي راهنما را سبب مي شود. مجموع نيروهايي كه موقع عمل تزريق به ميلهاي راهنما وارد مي شوند، تحت نام نيروي نگهداري عنوان مي شوند. اين نيور هميشه ازنيروي بستن بيشتر است.
اگر نيروي باز كندنه از نيروي نگهدراي بيشتر باشد تجهيزات بين دو نيمه قالب بلند شده و مذاب از درز قالب ها بيرون زده كه منجر به ايجاد پليسه يا تشكيل پوسته هاي شناور مي شود.اين پديده را اضافه تزريق يا اضافه برريزي مي نامند.
با وجود اين بايد براي جلوگيري از يك شكم دادگي صفحات حامل نيمه هاي قالب، مقدار نيروي نگهداري حتي الامكان در حد كم تنظيم شود. اين شكم دادگي به اين ترتيب ايجاد مي شود كه فشار داخلي قالب را موقع تزريق سعي بر اين دارد كه نيمه هاي قالب را در محدوده محفظه از يكديگر جدا كند. در صورتي كه نيروهاي نگهداري فقط در محدوده انتقال مستقيم نيرو موثر است . مقدار اين شكم دادگي به ويژه در صفحات با صلبيت پايين و در محدوده مقابل دهانه مركزي قالب مربوطه به بخش نازل و قبل از همه در نقطه مفقابل سيستم پران، زياد است . پديده شكم دادگي باعث تشكيل پليسه و نيز سبب مي شود كه فشار تزريق در حد بيشترين مقدار خود نتواند انتخاب شود.
يكي از روش هاي رفع عيب اين است كه غلتكهاي تكيه گاهي با اضافه اندازه 0,03 mm تا 0.05 mm در مقابل تكيه گاه هاي خارجي طراحي شود (شكل 4).
همچنين براي تخليه هواي محفظه قالب موقع تزريق از طريق سطوح تماش نيمه هاي قالب، نيروي بستن بايد حتي الامكان كم باشد.
تلرانسهاي اندازه در محله تزريق
تلرانس هاي قالب دستيابي، بيشتر به انقباض، مواد تزريق و نوع اندازه ها بستگي داشته كه در اين ارتباط كيفيت ماشين تزريق و قالب نيز نقش دارند.
مثلا رعايت تلرانس هاي كوچكتر در مواد آمورف نسبت به مواد نيمه كريستال آسانتر است. همچنين اندازه هاي وابسته به قالب دقيقتر مي توان ايجاد كرد تا اندازه هايي كه به قالب وابسته نبود و بايد موقع بسته بودن، بين اجزاي متحرك قالب به وجود آيد.
DIN 16091 در تعيين تلرانس هاي ابتدا گروه هاي تلرانس را در ارتباط با مواد تزريق و ضريب انقباض (به جداول و استاندارد ر.ك) تشيكل مي شده، آنگاه متناسب با اين گروه هاي تلرانسي و نوع اندازه تعيين مي شده انحرافات مجاز و محدوده هاي مختلف اندازه نامي مرتب مي شوند. جدول 1 نشان مي دهد كه چگونه مي توان تلرانسي عمومي براي اندازه مربوط به قالب a كه بايد 35 mm باشد، به دست آورد.
جدول 1: بدست آوردن تلرانس عمومي
گروه تلراسن 150 پلي اتيلن
رقم مشخصه 3 اندازه وابسته به قالب
30mm…40mm محدوده اندازه نامي
+ 0,39 mm تلرانس عمومي
اصول طراحي قطعات تزريقي
• ضخامت ديوارها بايد به اندازه كافي زياد باشد تا قبل از اينكه مواد شديداً خنك يا پخته شوند، بتوانند محفظه قالب را با اطمينان پر كنند. بنابراين بايد ضخامت حداقل ديواره متناسب با طول مسير جريان در قالب و قابليت جريان مواد تزريق انتخاب.
• ضخامت ديواره قطعات تزريقي بايد همه جا يكسان باشد. مقدار اين ضخامت در حالت معمولي 1mm –3mm و در قطعات بزرگ 3mm-4mm است. ضخامت هاي زير 0,4mm و بالاي mm 8 فقط در شرايط كاري ويژه اي قابل توليد هستند .
بايد از هرگونه تجمع موضعي مواد و تغيير مقطع ناگهاني پرهيز شود. زيرا اين پديده مي تواند روي سطوح قطعه كار منجر به نقاط تو رفته و در داخل قطعه كار منجر به تشكيل مك شود . علاوه بر اين در ضخامت هاي نامساوي ديواره ها درنتيجه خنك شدن غير يكنواخت، تنش هاي داخلي در آن ايجاد شده كه مي تواند در گوشه هاي تند و لبه ها به تشكيل ترك هايي منجر شود. اگر يك قطعه تزريقي بايد پايداري بالاتري
داشته باشد، مي توان به وسيله پره هاي تقويت آن را عملي كرد (شكل c3).
• براي اينكه بتوان قطعه تزريقي را به سادگي و سريع از قالب خارج كرد، تمام سطوح قطعه كار كه در جهت باز دشن قالب قرار دارند، بايد شيب جزئي داشته باشند. علاوه بر اين بايستي اطمينان حاصل شود كه قطعه تزريقي موقع باز شدن قالب روي نيمه مربوط به واحد بستن نشسته و به وسيله تجهيزات پران خارج شود .
مقادير شيب در جدول 1 فقط به عنوان مقادير تقريبي هستند، زيرا اين مقادير نه فقط به ارتفاع قطعه تزريقي، بلكه به شكل و قطر آن، مقدار انقباض و مرحله خروج قطعه كار از قالب نيز بستگي دارد.
انقباض
در تعيين محفظه قالب بايد انقباض و انقباض نهايي احتمالي مورد توجه آن قرار گيرد.
تغيير اندازه قطعات در اثر جمع شدن مواد موقع خنك شدن را انقباض گويند. در تعيين انقباض (با جدول 1 مقايسه شود) اين مشكل نيز به آن اضافه مي شود كه بايد اختلاف انقباض و نيز انقباض نهايي مورد توجه قرار گيرد.
اختلاف انقباضي هنگامي بروز مي كند كه انقباضات در جهت جريان و به طور عمود بر ان برابر نباشند. اختلاف انقباض عبارت است از اختلاف طولي و عرضي انقباض.
تفاوت اندازه يك قطعه تزريقي كه تا دماي محيط خنك شده، از اندازه اي كه همان قطعه تحت يك دم.اي معين قرار گيرد، را انقباض نهايي مي گويند. ابعاد قطعه تمام شده در اثر انقباض نهايي باز هم كوچكتر مي شوند.
تعيين مقدار عددي انقباض خيلي مشكل است، زيرا چند عامل موثر به طور همزمان در اين رابطه تاثير دارند.
به عنوان مثال ترموپلاستهاي آمورف (مثلا پليستيرول) تقريبا بدون وابستگي به شرايط خارجي، انقباض كمتري دارند. مواد مصنوعي نيمه كريستال (مثلا پلي اتيلن) بالعكس محدوده انقباض بزرگتري دارند (جدول 1). فشارهاي تزريق و نهايي بيشترين اثر را بر پديده انقباض دارند. هر چقدر اين فشارها بزرگتر باشند به همان نسبت هم انقباض كمتر مي شود.
دماي قالب عامل موثر ديگري بر انقباض به شمار مي رود. هر قدر اندازه اين دما بالاتر باشد، به همان نسبت هم تشكيل كريستال مناسبتر، ولي انقباض حاصله بيشتر مي شود.
جدول 1: مقادير مهم براي شرايط فرايند كاري تزريق
شيب به % انقباض به % دماي قالب
دماي مواد
فشار نهايي pN به bar فشار تزريق ps به bar مواد تزريق
1,5 Ca. 0,45 10…5 150...280 (0,3..0,6).Ps 1000…1500 پليستيرول
---- 0,4 …0,7 50….85 180-240 (0,3..0,6).Ps 1200…1500 ABS
0,2…2 1,5…2 20….60 140-350 (0,3..0,6).Ps 1200…1500 پلي اتيلن
1,5 1,2…2,2 20…60 150-260 (0,4..0,6).Ps 1200…1800 پروپايلن
1 0,7…0,8 58…120 230...320 (0,4..0,6).Ps 1300…1500 پلي كربنات
1,5 0,5…0,7 20…60 140...210 (0,3..0,6).Ps 800…1600 پلي‌ونيل كلرايد
ساختمان قالب هاي تزريق
قالبهاي تزريق از نظر ساختمان مانند قالبهاي دياكاست مي باشند. اين قالبها اساساً از نيمه هاي متحرك و ثابت، ماهيچه ها، كشوييها، سيستم راهگاهي، تجهيزات بيرون انداز و نيز سيستم خنك كن قالب تشكيل شده است.
نازلها
وظيفه ارتباط سيلندر تزريق و قالب به عهده نازلها است. نازلها طوري محكم به بوش راهگاه فشار داده مي شوند كه بتوانند افزون بر اين نقش در يك ماده آب بندي هم داشته باشند. علاوه بر اين نازلها بايد مذاب آماده را حتي الامكان بدون اتلاف فشار و دما به محفظه قالب هدايت كنند.
در اثر تماس نازل با قالب خنك،مقدار زيادي گرما از بدنه نازل و در نتيجه از مذاب گرفته شود. استفاده از نازل حرارتي و همچنين بلند كردن نازل و قالب پس از اتمام زمان اعمال فشار نهايي اقدام موثري در اين رابطه است .
نازل بار
اگر چقرمگي مذاب اجازه دهد، بيشتر از نازل بار استفاده مي كنند. به دليل كانالهاي صاف، اتلاف فشار و دما خيلي پايين است. همچنين نازل باز به سادگي قابل تميز شدن و شستشو است. خطر اينكه آيا مذاب از نازل مي تواند خارج شود، با كوچكتر شدن سوراخ نازل (تقريباً 3 mm تا 8 mm) پيوسته كاهش مي يابد.
اگر مذاب خيلي رقيق است، بايد نازل هاي قفلي، مثلاً نازلهاي قفلي كشويي يا نازل يا نازلهاي قفلي سوزني، پيش بيني شوند. اين نازلها طوري طراحي شده، كه سوراخ نازل پس از هر مرحله تزريق بسته شده و به اين ترتيب از خروج مذاب جلوگيري مي شود.
راهگاه
راهگاه يك سيستم متشكل از مسيرهاي جريان است كه درآنها مواد قابل جريان از نازل به محفظه قالب راه مي يابد.
اين سيستم از مخروط راهگاه، كانالهاي توزيع و گلويي تزريق تشكيل مي شود . در حالات ساده تر، اين مسير هاي جريان مي تواند مثلاً يك سوراخ مخروطي كه مستقيماً به محفظه قالب منتهي مي شود خلاصه گردد. نقطه اتصال راهگاه به محفظه قالب را گلويي تزريق مي نامند.
شكل راهگاه بايد طوري باشد كه توده مذاب از كوتاهترين مسير ممكن و يا حداقل اتلاف گرما و فشار به محفظه قالب راه يابد. سطح مقطع مسرهاي جريان بايد طوري اندازه گيري شده بانشد كه پر شدن راهگاه و همچنين محفظه قالب يكنواخت انجام شود.
شكل راهگاه ها
شكل راهگاه ها بايد طوري انتخاب شود كه براي حالت ويژه، خواسته مطرح شده برآورد شود. همچنين بايد به ديگر عوامل موثر نظير اجزاي فالب، مواد قالب و نوع قالب تزريق نيز توجه شود.
راهگاه ستوني يا مخروطي
راه گاه هاي ستوني يا مخروطي بيشتر براي قطعات ريختگي دوراني متقارن و سنگين استفاده مي شوند. اين راهگاه به جهت اينكه بعداً بريده مي شوند، نبايد روي سطوح ظاهري ايجاد شوند.
قطر D بايد طوري انتخاب شود كه راهگاه هميشه از قطعه تزريقي آهسته تر خنك شود. بدين ترتيب مي توان به اين نكته دست يافت كه هنوز مقدار مذاب كافي ديگر مي تواند با اعمال فشار نهايي
يك نافي كوچك روي قطعه تزريقي . باقي مي ماند. به اين صورت نياز به ماشينكاري بعدي نبوده و سطحي كاري به ظاهر نامناسبي نظير راهگاه ستوني به وجود نخواهد آمد. علاوه بر اين بايد راهگاه مواد را از پيش محفظه نيز نبايد خارج كند.
راهگاه نقطه اي به ويژه براي قطعات كوچك و سري كاري در قالب هاي يك پارچه و چند پارچه و همچنين براي راهگاه هاي چند تايي در يك قطعه تزريقي بزرگتر در نظر گرفته مي شود.
هر قدر سوراخ راهگاه نقطه اي كوچكتر باشد، به همان نسبت هم قطع شدن آن ساده تر است. در اينجا بايد علاوه بر ضخامت ديواره به چقرمگي (ويسكوزيته) مذاب و همچنين دما دقت شود.
اگر محفظه قالب از طريق راهگاه نقطه اي كوچك، نتواند ديگر با سرعت كافي پر شود، مذاب در پيش محفظه زودتر خنك شده، طوري كه تحت شرايطي بايد با دست خارج شود.
به اين ترتيب پيش محفظه كمي بزرگتر مي شود، طوري كه مواد خنك شده چسبيده به جدار داخلي به عنوان يك لايه عايق عمل مي كند . هسته مذاب (به اصطلاح بستر خميري) در محدوده راهگاه بهصورت مايع باقي مي ماند. اما تاخري زماني مذاب در پيش محفظه نبايد طولاني باشد. حداقل چهار تا پنج تزريق در دقيقه براي عملگرد اين سيستم لازم است.
در جايي كه اين توالي تزريق امكان پذير نيست، يك كلگي مسي سوراخ شده در پيش محفظه گذاشته مي شود. فضاي بني كلگي مسي و جداره داخلي پيش محفظه با مواد خنك شده پر و به عنوان عايق پيش محفظه با مواد خنك شده پر و به عنوان عايق عمل مي كند. كلگي مسي ا زطريق نازل، گرماي كافي دريافت كرده تا مواد مياني را به صورت مذاب نگهدارد .
