همه چیز درباره قالب تزریق پلاستیک

قالب تزریق پلاستیک جزء ضروری فرایند تزریق پلاستیک است بدون آن دستگاه تزریق پلاستیک همانند ماشین بلا استفاده خواهد بود. اهمیت قالب گذشته از ضروری بودن آن، به اندازه­ای است که کیفیت و کمیت تولید محصول را مستقیماً تحت تاثیر قرار می­دهد، از این رو طراحی و ساخت قالب تزریق پلاستیک باید به طور ویژه­ای مورد توجه قرار گیرد. با خواندن این مقاله با ساختمان قالب تزریق پلاستیک آشنا خواهید شد و مهم ترین نکاتی که در هنگام خرید یا ساخت قالب باید مورد توجه قرار گیرند را فرا خواهید گرفت.

قالب تزریق پلاستیک چیست؟

تصور کنید می­خواهید با استفاده از آبِ مایع، تکه یخی به شکل یک مکعب بسازید، در این صورت ساده ترین روش این است که آب را در یک قالب یخ با شکل مکعب ریخته و آن را در جایی سرد قرار دهید تا منجمد شده و به فرم مورد نظر برسد. قالب تزریق پلاستیک نیز در کلیت شبیه به یک قالب یخ است با این تفاوت که به جای آب با پلیمرهای ترموپلاستیک مذاب در دمای بالا و تحت فشار بسیار زیاد پر می­شود. به عمل پر کردن قالب در اصطلاح تزریق گفته می شود، به این دلیل که پلاستیک مذاب با فشار و از طریق یک سوراخ باریک به نام نازل به داخل قالب فرستاده می­شود.  

حفره و مغزی قالب تزریق چیست؟

حفره (Cavity) و مغزی (Core) مهم ترین بخش­های یک قالب تزریق پلاستیک می­باشند که در کنار هم فرم وارونه­ای از قطعه مورد نظر را تشکیل می­دهند. حفره یا کویته به بخش دارای فرورفتگی قالب گفته می­شود و در اغلب مواقع در سمت ثابت گیره دستگاه تزریق پلاستیک قرار می­گیرد. در مقابل مغزی یا سنبه بخش برآمده قالب را تشکیل داده و بر روی صفحه متحرک گیره نصب می­شود.

 

راهگاه قالب چیست؟

راهگاه قالب نوعی کانال یا مسیر در قالب است که مواد مذاب از طریق آن عبور کرده و به حفره قالب می­رسند. ساده ترین سیستم راهگاه قالب تزریق پلاستیک، سیستم راهگاه سرد است که با استفاده از ماشین کاری بر روی صفحات قالب ایجاد می­شود.

انواع قالب های تزریق پلاستیک

قالب راهگاه سرد

قالب راهگاه سرد نوعی قالب تزریق پلاستیک است که در آن پلاستیک مذاب از درون یک راهگاه که فاقد عایق گرمایی یا هیتر می­باشد به درون حفره قالب وارد می­شود. در قالب راهگاه سرد مواد موجود در راهگاه به قطعه چسبیده و همراه با آن منجمد می شوند، بنابراین پس از خروج قطعه از قالب لازم است تا بقایای راهگاه از آن جدا شوند. مزایای قالب تزریق راهگاه سرد عبارتند از:

• قیمت ارزان
• ساختمان ساده
• تعمیر و نگهداری آسان
• ابعاد کوچک تر قالب

کوچک بودن قالب از این نظر دارای اهمیت است که با کاهش ابعاد قالب، نصب قالب بر روی دستگاه تزریق پلاستیک کوچک تر امکان پذیر می­شود که تاثیر قابل توجهی در مقدار سرمایه مورد نیاز برای تولید قطعه دارد. معایب قالب تزریق راهگاه سرد عبارتند از:

• نرخ تولید پایین
• احتمال تغییر فرم قطعه در هنگام جدا کردن راهگاه
• افزایش پرت مواد اولیه
• نیاز به بازیابی مجدد راهگاه با استفاده از آسیاب
• وابستگی بیشتر به نیروی انسانی
• بقایای راهگاه بر روی قطعه به وضوح قابل مشاهده است.

 

قالب راهگاه گرم

قالب راهگاه گرم نوع دیگری از قالب تزریق پلاستیک است که در آن مسیر عبور مواد در قالب که به اصطلاح راهگاه نامیده می­شود، توسط عایق گرمایی و هیتر گرم نگه داشته می­شود تا از انجماد مواد درون مسیر راهگاه جلوگیری شود. هر هنگام خروج قطعه از قالب های مجهز به سیستم راهگاه گرم، راهگاه خود به خود از قطعه جدا می شود که این مساله کاهش وابستگی به نیروی انسانی را در پی دارد. مزایای قالب راهگاه گرم عبارتند از:

• نرخ تولید بالا
• کاهش وابستگی به نیروی انسانی
• سهولت اتوماسیون تولید
• تولید محصول با دقت ابعادی بالا
• بقایای راهگاه بر روی قطعه به سختی قابل مشاهده است.

معایب قالب راهگاه گرم عبارتند از:

• قیمت بالا
• ابعاد بزرگ تر
• ساختمان پیچیده
• دشواری تعمیر و نگهداری

  قالب تزریق دو صفحه ای قالب تزریق پلاستیک دو صفحه ای دارای یک خط جدایش است و شامل دو بخش ثابت و متحرک است که معمولاً حفره در سمت ثابت و مغزی در سمت متحرک قرار می­گیرد. در زمان باز شدن گیره، قطعه از داخل حفره قالب خارج شده و بر روی مغزی می­چسبد، سپس با استفاده از مکانیزم پران، قطعه از سنبه جدا شده و پایین می­افتد. در صورتی که قالب دارای سیستم راهگاه سرد باشد، قطعه و راهگاه به یکدیگر می­چسبند و لازم است از هم جدا شوند. قالب تزریق سه صفحه ای قالب تزریق پلاستیک سه صفحه ای دارای دو خط جدایش است، به این صورت که در این قالب ها علاوه بر صفحه ثابت و متحرک، صفحه­ای میانی نیز وجود دارد که در تقاطع آن با صفحه ثابت قالب، یک درز یا خط جدایش اضافه پدید می­آید. برای تولید بعضی از قطعات پلاستیکی که دارای شکل هندسی ویژه­ای هستند وجود دو خط جدایش ضرورت دارد. یکی از مزایای قالب های سه صفحه ای این است که می توان قالب را به گونه ای طراحی کرد که در زمان باز شدن گیره، قطعه و راهگاه به صورت خودکار از یکدیگر جدا شوند. این مزیت باعث خودکار شدن فرایند تولید قطعه شده و وابستگی به نیروی کار را کاهش می دهد.

 

قیمت قالب تزریق پلاستیک

قیمت قالب تزریق پلاستیک به موارد متعددی بستگی دارد، برخی از مهم ترین عوامل تاثیر گذار بر قیمت و هزینه ساخت قالب تزریق پلاستیک عبارتند از:

• اندازه و فرم هندسی قطعه
• دقت و تلرانس هندسی و ابعادی قطعه
• تعداد حفره یا کویته قالب
• طول عمر قالب
• نوع پرداخت سطحی قطعه
• سیستم راهگاه قالب
• سیستم پران قالب

اندازه و فرم هندسی قطعه: ابعاد و اندازه قالب متناسب با ندازه قطعه است، بنابراین هر قدر قطعه ای بزرگ تر باشد، قالب آن نیز بزرگ تر خواهد بود و هزینه ماشین کاری و متریال مورد استفاده در ساخت قالب نیز افزایش خواهد یافت. از سوی دیگر پیچیدگی فرم هندسی قطعه یا نیاز به کشویی در ساخت قالب باعث افزایش قیمت قالب می شود. دقت و تلرانس هندسی و ابعادی قطعه: برای تولید قطعات پلاستیکی دقیق که دامنه تلرانس بسته ای دارند، لازم است تا ماشین کاری اجزاء قالب با دقتی فراتر از معمول انجام شود. همچنین نکات ویژه ای در طراحی قالب قطعات پلاستیکی تلرانسی باید در نظر گرفته شوند که همگی منجر به بالا رفتن هزینه ساخت قالب می شوند. تعداد حفره یا کویته قالب: قالب تک حفره ای یا تک کویته ارزان ترین نوع قالب تزریق پلاستیک است. هر قدر تعداد کویته ها بیشتر شود، قیمت قالب نیز به همان نسبت افزایش خواهد یافت. در بسیاری از موارد با دو برابر شدن تعداد کویته های قالب، قیمت آن نیز دو برابر می شود. طول عمر قالب: قالب های تزریق پلاستیک معمولاً از انواع مختلف فولادهای کم آلیاژ ساخته می شوند که قیمت آن ها به طرز قابل توجهی از فولاد های ساختمانی بیشتر است. در مواردی که تیراژ مورد انتظار قطعه در حد چند هزار عدد باشد، می توان قالب را با استفاده از مواد اولیه ارزانتر مانند آلومینیوم ساخت، اما برای ساخت قالب تزریق پلاستیکی که بتواند بیش از یک میلیون ضرب دوام آورد بایستی فولادهایی مانند P20(1.2311)، P20+S(1.2312) و Mo40(1.7225) با قابلیت سخت کاری مورد استفاده قرار گیرند، این فولادهای قیمت بالایی دارند و هزینه ساخت قالب را به شدت تحت تاثیر قرار می دهند. نوع پرداخت سطحی قطعه: پرداخت آیینه ای یا وجود هر نوع بافت یا تکسچر بر روی قطعه باعث بال رفتن قیمت قالب می شود. سیستم راهگاه قالب تزریق: راهگاه سرد یا Cold runner سیستمی پر کاربرد و ارزان قیمت است، اما در مواردی که سیستم راهگاه گرم یا Hot runner مورد استفاده قرار می گیرد، قیمت قالب به طرز قابل توجهی افزایش می یابد. سیستم راهگاه گرم مزایای مهمی دارد و به از این رو هزینه صرف شده در ساخت قالب پس از مدت کوتاهی از طریق افزایش نرخ تولید جبران می شود. سیستم پران: بعضی از قطعات پلاستیکی مانند قطعات گرد یا قطعات دارای رزوه نیازمند سیستم پران ویژه مانند سیستم پران رینگی و یا پران گیربکسی می باشند و این موضوع بر روی قیمت قالب تزریق پلاستیک اثر گذار است.   طراحی قالب تزریق پلاستیک طراحی قالب تزریق پلاستیک مهارتی است که مستلزم کسب دانش فنی گسترده و اندوختن سالها تجربه می باشد. برای طراحی یک قالب تزریق پلاستیک ابتدا باید فرایند تزریق پلاستیک را بشناسید و از چگونگی تولید یک قطعه پلاستیکی با دستگاه تزریق پلاستیک آگاه باشید. در گام بعدی باید بر یکی نرم افزارهای مدلسازی 3 بعدی تسلط یافته و در عین حال با کلیات روش های مختلف تولید مانند فرزکاری، تراشکاری، اسپارک، وایرکات، سنگ زنی و روش های گوناگون پرداخت کاری آشنا شوید. امروزه طراحان قالب دو نرم افزار CATIA و SOLIDWORKS را بیش از سایر نرم افزارهای تخصصی طراحی و مدلسازی مورد استفاده قرار می دهند، به همین علت نیز توصیه می شود تا با استفاده از یکی از این دو نرم افزار قالب خود را طراحی نمایید. اصول DFM یا Design for manufacturability یکی از موارد بسیار مهمی است که در هنگام طراحی قطعات پلاستیکی و پیش از اقدام برای طراحی قالب باید مورد توجه قرار گیرد، در غیر این صورت قطعه تولید شده با مشکلات ساختاری جدی و بعضاً غیر قابل اصلاحی مواجه خواهد شد.

آیا برای تولید هر قطعه نیاز به داشتن قالب جداگانه وجود دارد؟

به طور خلاصه می توان پاسخ داد که برای تولید هر قطعه پلاستیکی یک قالب منحصر به فرد مورد نیاز است. در موارد خاصی می توان بعضی از قطعات یک قالب مانند حفره و مغزی را تعویض کرد و از قالب برای تولید قطعه پلاستیکی دیگری استفاده کرد. این کار تنها برای آن دسته از قطعات پلاستیکی قابل انجام است که به لحاظ ابعادی و هندسی با یکدیگر شبیه باشند و تیراژ تولید آنها زیاد نباشد. به طور کلی انجام چنین اقدامی قابل توصیه نیست و بهتر است برای هر کدام از قطعات یک قابل جداگانه خریداری شود.