قالب سازی پلاستیک

قالب سازی پلاستیک چیست؟

یکی از پرکاربردترین قالب‌های صنعتی تزریقی در صنایع مختلف جهان، قالب تزریق پلاستیک است. که از دو صفحه فولادی و یک سری اجزای دیگر متشکل و در یک ماشین قالب تزریق، مونتاژ می‌شود. همانطور که از نام این قالب‌ها پیداست، محصول نهایی در فرآیند تولید قطعات با استفاده از این قالب. قطعاتی از جنس پلاستیک هستند و برای تولید قطعات پلاستیکی و شکل دهی به آنها مورد استفاده قرار می‌گیرند. این قالب‌ها براساس خصوصیات پلاستیک قالب‌گیری می‌شوند. و به صورت همزمان ملزومات زیادی را حین فرآیند قالب‌گیری تأمین می‌کنند.

پس از اینکه قالب با استفاده از مواد مذاب پلیمری پر می‌شود. حرارت از مذاب داغ پلیمر به سطح سرد قالب فولادی انتقال می‌یابد و در نهایت قطعه منجمدی از داخل قالب خارج می‌شود. در این صورت، قالب باید در برابر فشار بالای مذاب پلیمر مقاومت کافی را داشته باشد.

این قالب‌ها برای تولید قطعات مختلف پلاستیکی استفاده می‌شوند. فرآیند تولید قطعات با استفاده از این قالب‌ها، باید با دقت بالایی انجام شود. تا علاوه بر نگهداری مناسب مذاب پلیمری، انتقال حرارتی مطلوبی نیز حاصل شود. تنها در این صورت است که می‌توان قطعه را به سادگی از داخل قالب پلاستیک جدا کرد و قطعه ایجادی. علاوه بر اینکه کیفیت ساخت بالایی خواهد داشت، مقاومت بسیاری در برابر فشار بالای مذاب دارد.

انواع قالب سازی پلاستیک

همانطور که بیان شد، یکی از پرکاربردترین و مهم‌ترین انواع قالب سازی پلاستیک. قالب‌های تزریق پلاستیک یا همان Plastic Injection Mold هستند. که از روش‌های پرطرفدار تولید و ساخت قطعات پلاستیکی محسوب می‌شوند. قالب‌های تزریق پلاستیک برای تولید انواع مختلفی از محصولات پلاستیکی مورد استفاده قرار می‌گیرند. با طراحی و ساخت قالب‌های تزریق پلاستیک در شکل‌ها و فرم‌های کاربردی، می‌توان به سادگی تمامی قطعات پلاستیکی مورد نیاز صنایع مختلف را تولید کرد. در واقع، امکان تولید انبوه قطعات پلاستیکی، دقت و ظرافت بالای این روش. تنوع بالای ساخت و حته هزینه مقرون به صرفه از مزایای ساخت قالب تزریق پلاستیک. برای تولید انواع محصولات پلاستیکی است.

در تولید محصولات پلاستیکی، نوع قالب و جنس آن روی کیفیت نهایی محصول و حتی هزینه‌های تولید تأثیر زیادی دارد. به همین دلیل هنگام تولید و طراحی قالب تزریق پلاستیک باید معیارهای مختلفی اعم از حجم قالب. جنس قالب، ابعاد محصول و میزان بودجه را در نظر گرفت.

معرفی انواع قالب سازی پلاستیک

قالب‌های تزریق پلاستیک، براساس معیارهای مختلفی رده‌بندی می‌شوند. و شامل انواع متفاوتی هستند که در ادامه هر کدام از این دسته‌بندی‌ها ذکر شده است.

میلگرد آلیاژی

انواع قالب‌سازی پلاستیک با توجه به نوع راهگاه

قالب‌های تزریق پلاستیک براساس نوع راهگاه و نحوه ورود مذاب به داخل قالب به دو دسته تقسیم می‌شوند.

1-قالب‌های تزریق پلاستیک با راهگاه سرد (Cold Runner Injection Mold)

در این دسته‌بندی کانال ورودی یا راهگاه قالب، سرد بوده و مواد مذاب پلاستیکی از نازل عبور می‌کنند. و سپس به داخل حفره قالب وارد می‌شوند. در پایان نیز پس از سرد شدن و سفت شدن مواد، راهگاه و قطعه به بیرون پرتاب می‌شوند.

2-قالب‌های تزریق پلاستیک با راهگاه گرم (Hot Runner Injection Mold)

در این دسته‌بندی نیز، مواد به بخشی از قالب تزریقی و به داخل حفره قالب هدایت می‌شوند. در این صورت، دمای راهگاه باید از نقطه ذوب مواد تزریقی بیشتر باشد. تا این مواد در مسیر راهگاه، سرد و سفت نشده و در این مسیر قرار نگیرند.

انواع قالب‌سازی پلاستیک بر اساس تعداد حفره‌ها

قالب‌های تزریق پلاستیک براساس تعداد حرفه‌های موجود در قالب نیز دسته‌بندی‌های مختلفی دارند:

1. قالب‌های تزریق پلاستیک تک حفره‌ای (Single Cavity Plastic Injection Mold): این قالب‌ها طراحی ساده‌ای دارند. و هزینه‌های ساخت کمتری را نسبت به سایر قالب‌ها شامل می‌شوند. اما از قالب‌های تک حفره‌ای نمی‌توان برای تولید محصولات به صورت انبوه استفاده کرد و در تولید قطعات پلاستیکی محدود مورد استفاده قرار می‌گیرند. در واقع این قالب‌ها در هر فرآیند تولید، تنها یک بخش از محصول را تولید می‌کنند.

2. قالب‌های تزریق پلاستیک چنده حفره‌ای (Multi-Cavity Plastic Injection Mold): این قالب‌ها. نسبت به قالب‌های تک حفره‌ای کاربرد بیشتری دارند و در هر فرآیند تولید. قطعات بیشتری به وسیله آنها ساخته می‌شود. برای تعداد محصولات در مونتاژ بالا و به خصوص برای تولید قطعات دارای سایز کوچک غالباً از این قالب‌ها استفاده می‌شود. همچنین، با استفاده از یک قالب چند حفره‌ای می‌توان قطعات متنوع‌تری را تولید کرد. در این صورت هزینه‌های نهایی تولید محصول با استفاده از این قالب‌ها کاهش می‌یابد.

انواع قالب‌سازی پلاستیک براساس نوع ساختمان

قالب‌های تزریق پلاستیک براساس نوع ساختمان و ساختار هر قالب دسته‌بندی زیر را شامل می‌شوند.

1. قالب‌های تزریق پلاستیک دو صفحه‌ای (Two Plate Plastic Injection Mold): این قالب‌ها یک صفحه جداکننده دارند که قالب از آن قسمت باز می‌شود. و راهگاه، بین صفحه ماتریس و سنبله جایگذاری گردید. قالب‌های دو صفحه‌ای در تولید قطعات پلاستیکی بسیار کاربردی هستند.

2. قالب‌های تزریق پلاستیک سه صفحه‌ای (Three Plate Plastic Injection Mold): این قالب‌ها دو صفحه جدا کننده دارند. در واقع تعداد صفحات و خط جدایی این قالب‌ها براساس جنس پلاستیک مذاب. تعداد حفره‌های قالب، شکل نهایی قطعه، نوع سیستم خروجی هوا و نوع ماشین تزریق تعیین می‌شود.

دسته‌بندی قالب‌سازی پلاستیک

در یک دسته‌بندی کلی، قالب‌های تزریق پلاستیک انواع زیر را شامل می‌شوند:

قالب ترموست (Thermoset Molds):

در این نوع از قالب‌ها، مواد اولیه پلاستیک به صورت کاملاً سرد وارد محفظه قالب پلاستیک می‌شوند. و پس از آن، کل قالب حرارت دهی می‌شود. با وارد کردن حرارت، مواد پلاستیکی فرم قالب را به خود می‌گیرند. پس از سرد شدن نیز، مواد کاملاً سفت شده و به سادگی از قالب خارج می‌شوند.

قالب ترموپلاستیک (Thermoplastic Molds)

در این دسته‌بندی، مواد اولیه به صورت مذاب پلیمری وارد محفظه قالب شده و فرم قالب را به خود می‌گیرند. پس از سرد شدن نیز سفت شده و از قالب خارج می‌شوند. قالب‌های تزریق پلاستیک غالباً از قالب‌های این دسته‌بندی محسوب می‌شوند.

کاربرد قالب‌سازی پلاستیک در صنعت

استفاده از قالب‌های تزریق پلاستیک یکی از پرکاربردترین و بهترین روش‌ها در تولید وسایل پلاستیکی است. که در تولید محصولات و قطعات متنوعی اعم از قطعات لوازم الکتریکی منزل. انواع ظروف، اجزای داخلی خودروها و اکثر محصولات پلاستیکی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

استفاده از قابلیت ساخت قطعات با قالب‌های چند حفره‌ای و تولید همزمان در یک مدت زمان کوتاه و مشخص. باعث گردید تا این روش گزینه‌ای ایده‌آل. برای تولید محصولات و قطعات به صورت انبوه باشد. این روش قالب‌گیری پلاستیک مزایای زیادی اعم از دقت بالا، طیف متنوع مواد اولیه مصرفی و هزینه کم را شامل می‌شود. همچنین پس از پایان قالب‌گیری نیز نیاز به ملزومات کمی برای نهایی کردن محصولات در این روش وجود خواهد داشت.

همانگونه که در آغاز مقاله بیان گردید، تولید محصولات پلاستیکی در گذشته بسیار سخت بود. اما امروزه با پیشرفت وسیع تکنولوژی، در صنعت قالب‌سازی پلاستیک نیز، تغییرات متنوعی یافت. امروزه، ساخت قطعات پلاستیکی از کوچک‌ترین تا بزرگ‌ترین سایز و حتی با اشکال دارای پیچیدگی، به سادگی، با کمک قالب‌های تزریق پلاستیک انجام می‌شود. و با استفاده از این قالب‌ها تولید محصولات پرکاربرد بسیار افزایش یافته است.

از جمله پرطرفدارترین کاربردهای قالب‌های تزریق پلاستیک می‌توان به موارد زیر اشاره نمود:

• استفاده از این قالب‌ها برای ساخت قطعات کوچک و بزرگ صنعت لوازم خانگی
• تولید انبوه قطعات پلاستیکی در صنایع بهداشتی
• تولید قطعات بادوام و با استحکام صنعت خودروسازی
• تولید محصولات اسباب بازی
• تولید قطعات حساس و پیچیده صنعت پزشکی

یکی از پرکاربردترین قالب‌های تزریق پلاستیک، قالب‌های تزریق پریفرم است که در ساخت انواع بطری، به خصوص در صنعت ساخت نوشیدنی، بسیار پرکاربرد می‌باشند. برای تولید بطری‌های گوناگون، حرارت وارد قالب تزریق پریفرم می‌شود. و پس از اینکه هوای فشرده دمیده می‌شود، بطری دقیقاً به اندازه قالب ساخته می‌شود. از این روش قالب‌سازی پلاستیک که با نام قالب تزریق پریفرم شناخته می‌شود. در بسته‌بندی و نگهداری انواع نوشابه‌ها، آب معدنی‌ها، آبمیوه‌ها، محصولات لبنی، بطری روغن‌های خوراکی، سس‌ها و … استفاده می‌شود.

طراحی و ساخت قالب‌سازی پلاستیک

یکی از مراحل مهم در فرآیند قالب‌سازی پلاستیک، طراحی و ساخت قالب‌ها از قالب‌های تزریق پلاستیک است. این فرآیند امکان تولید قطعات و محصولات پلاستیکی را با کیفیت و دقت بالا فراهم می‌کند. فرآیند طراحی و ساخت قالب تزریق پلاستیک مراحل مختلفی اعم از طراحی سه بعدی قالب. انتخاب مواد مناسب، تزریق مواد پلاستیکی و استخراج قطعات پلاستیکی را شامل می‌شود.

یکی از اصلی‌ترین مراحل در این فرآیند، طراحی سه‌بعدی قالب است. در این مرحله، با استفاده از نرم‌افزارهای مدلسازی سه‌بعدی، قالب تزریق پلاستیک به صورت دقیق طراحی می‌شود. همچنین در این مرحله، اصول مورد نیاز هندسی و مکانیکی به طور کامل مورد بررسی قرار می‌گیرند. تا قالب تزریق پلاستیک در نهایت عملکرد، استحکام و کیفیت مطلوب را داشته باشد.

پس از آن، مرحله قالب‌سازی پلاستیک است. در این مرحله نیز انتخاب مواد مناسب برای ساخت قالب بسیار اهمیت دارد. معمولاً فولادهای آلیاژی به دلیل داشتن خصوصیات مکانیکی برتر و مقاومت بالا در برابر فشار و حرارت. یکی از بهترین گزینه‌ها برای قالب‌سازی پلاستیک محسوب می‌شوند. در ادامه نیز، تزریق مواد پلاستیکی به قالب انجام می‌شود. همچنین تنظیم صحیح دما و فشار برای تزریق و زمان صحیح تزریق در این مرحله بسیار اهمیت دارد.

قالب سازی پلاستیک

در صورت انجام صحیح این مراحل، در فرآیند قالب‌سازی پلاستیک، قطعات پلاستیکی با کیفیت بالا و تراکم مناسب تولید می‌شود. و قالب‌سازی پلاستیک به صورت کاملاً اصولی انجام خواهد شد.

ساختار قالب‌سازی پلاستیک

در حالت کلی، قالب‌های تزریق پلاستیک از دو بخش نیمه متحرک و نیمه ثابت تشکیل می‌شوند. قسمت ثابت یا نیمه ثابت قالب که به دستگاه تزریق وصل می‌شود. و بدون جابجایی سرجای خود قرار می‌گیرد. در این نیمه، مواد گرم تزریقی پلاستیک، تزریق می‌شوند. قسمت متحرک یا نیمه متحرک نیز به قسمت متحرک دستگاه تزریق وصل می‌شود. و پس از انجام عملیات تزریق پلاستیک، از هم باز می‌شود و قطعه نهایی از آن خارج می‌گردد. در واقع سیستم و مکانیزم خارج کردن قطعات غالباً در این قسمت قرار دارد.

ساختار اجزای مختلف قالب تزریق پلاستیک از قسمت‌های زیر متشکل است:

1. محفظه قالب: شامل حفره و ماهیچه قالب تزریق است. حفره قسمت مادگی قالب است و ماهیچه قسمت نرینگی قالب می‌باشد. حفره شکل خارجی قطعه و ماهیچه فرم داخلی قطعه را تشکیل می‌دهد.
2. صفحه حفره: بخش فرو رفته قالب روی این صفحه قرار می‌گیرد. سیستم تزریق پشت این حفره می‌باشد.
3. صفحه ماهیچه: بخش بیرون زده قالب روی این صفحه قرار می‌گیرند.

در حالت کلی، زمان بسته شدن قالب، دو صفحه حفره و ماهیچه روی یکدیگر قرار می‌گیرند. و در فضای بین این صفحه، پلیمر مذاب ریخته می‌شود.

قالب سازی پلاستیک

یک سری قطعات ریزتری نیز بین اجزای قالب تزریق پلاستیک وجود دارد؛ از جمله:

• کانال تزریق مذاب: این قسمت از قسمت نازل ماشین شروع می‌شود و تا کانال‌های انتهایی به دو صفحه ادامه دارد. ابتدایی‌ترین کانال برای ورود مواد مذاب همان اسپرو است. در این مسیر یک سری جزئیات نیز اعم از حلقه تنظیم. بوش اسپرو یا همان حلقه جایگیری برای هدایت دقیق و درست مواد مذاب به قالب مورد استفاده قرار می‌گیرند.

• کانال‌های خنک‌سازی: پس از ورود مواد مذاب به ناحیه حفره، راهگاه‌هایی که در حاشیه محل قالب‌گیری قرار داده شده‌اند. سرد کردن سطح تماس قالب و مواد مذاب را شروع می‌کنند. در واقع با عبور مداوم مایعات در دمای کم، راهگاه‌ها باعث سرد شدن قالب می‌شوند. در این مرحله سرعت عملکرد دستگاه اهمیت پیدا می‌کند.
• کانال‌های گرمایشی: در طی مسیر عبور مواد مذاب از نازل تا حفره، امکان کاهش دمای مذاب وجود دارد. که اگر مذاب در این مسیر سرد شود، قالب‌گیری نتیجه مطلوبی ندارد. به همین دلیل، در این مسیر، سیستم‌های گرمایشی قرار دهی شدند،تا از سرد شدگی مواد مذاب جلوگیری شود.

• سیستم هواگیری: غالباً زمان بستن قالب، مقداری از هوا بین دو صفحه ماهیچه و حفره حبس می‌شود. در این صورت مصرف سوخت و دمای مذاب در طی فرآیند تزریق افزایش پیدا می‌کنند. در نهایت، کیفیت قطعه نهایی کاهش پیدا خواهد کرد. برای جلوگیری از این موضوع نیز بین دو صفحه قالب‌گیری یک سری دریچه هواگیری قرار می‌گیرد.
• سیستم پران: این سیستم در قسمت ماهیچه قرار می‌گیرد. پس از قالب‌گیری، قطعه باید از قالب ‌تزریق پلاستیک جدا شود. در غیر این صورت، پس از سرد شدن و انقباض، قطعه به قالب می‌چسبد. برای این منظور، سیستم پران مورد استفاده قرار می‌گیرد که با استفاده از این سیستم جدا کردن قطعه. از سطح قالب بدون آسیب زدن به آن انجام خواهد شد.

برای راحتی کار در جدا کردن قطعه، خنک‌سازی قطعه و یا راحتی کار با قالب، ممکن است جزئیات و قطعات دیگری روی قالب تعبیه شود. جنس قالب‌های تزریق پلاستیک غالباً از فولاد سخت، آلومینیوم و یا سایر آلیاژهای فلزی است. قالب‌های هزینه اولیه ساخت بیشتری دارند؛ اما قابلیت کاربرد آنها بیشتر بوده و محصولات بیشتری را با استفاه از آنها می‌توان تولید کرد.