فرآیند تزریق با کمک گاز

  تزریق با کمک گاز روشی است که به فرآیند تزریق مرسوم اضافه شده، بدین ترتیب که بلافاصله پس از تزریق رزین، گاز نیتروژن فشار بالا به داخل مواد ذوب شده تزریق می‌شود. هدف اصلی این فرآیند مخلوط شدن رزین و نیتروژن نبوده بلکه جایگزینی گاز در جریان مواد و یا ساخت بخش ضخیم‌تری در قطعه و ایجاد کانال هوایی می‌باشد. این فرآیند یک روش تزریق سرعت بالا با فشار پایین است. در بیشتر موارد، تزریق حجم کمی از مواد انجام شده و سپس با کمک گاز اقدام به پر کردن قالب و شکل‌گیری قطعه می‌کنند. نیتروژن استفاده شده، معمولا با فشار کمتری نسبت به روش‌های تزریق مرسوم بکار گرفته می‌شود.

در زیر به چهار نمونه از پیش‌نیازهای اصلی این روش اشاره شده است:

1. کنترل حجم تزریق با دقت و تکرارپذیری بالا در دستگاه تزریق پلاستیک
2. کنترل دقیق زمان، فشار و شیب نیتروژن استفاده شده
3. کنترل نفوذ گاز نیتروژن در قطعه قالب‌گیری شده
4. طراحی ابزار مناسب

شایان ذکر است که مسیر جریانی که گاز نیتروژن طی می‌کند مستقیما با جریان رزین در داخل کویته قالب دستگاه تزریق پلاستیک کنترل می‌شود. نحوه جریان رزین اغلب مربوط به حجم و ویسکوزیته رزین بوده و ارتباطی به تزریق گاز نیتروژن ندارد.

روش تزریق گاز فرآیندی است که برای فشرده‌سازی قطعه تزریق شده در حین زمان خنک‌کاری نیز استفاده می‌شود. فشرده‌سازی قطعه تزریق شده در زمان خنک‌کاری می‌تواند بخش بسیار دشوار فرآیند تزریق پلاستیک باشد. در روش‌های مرسوم، فشار Hold یا همان اتوکشی بواسطه اضافه کردن اجباری رزین بیشتر از گیت قالب صورت می‌گیرد. وقتی گیت قالب سرد و منجمد شود، دیگر فشار مورد نظر نمی‌تواند روی قطعه تزریق شده وجود داشته باشد و عملا فاز خنک‌کاری نیز آغاز می‌گردد. با کمک تزریق گاز، فشار حاصل از گاز نیتروژن می‌تواند جایگزین فشار اتوکشی در دستگاه تزریق پلاستیک شود. این گاز فشرده می‌تواند در تمامی قطعه بخش شده و در تمام طول زمان خنک‌کاری فشار رو نگه دارد.

گاز نیتروژن می‌تواند از طریق پین‌های تعبیه شده در قالب و یا بصورت مستقیم از نازل تزریق مطابق مراحل زیر وارد قالب شود:

• حجم کمی و کنترل شده‌ای از رزین به داخل قالب تزریق می‌شود.
• گاز نیتروژن نیز به داخل قالب تزریق می‌گردد. گاز وارد قطعه شده و پر کردن کویته را تکمیل می‌کند.
• پس از پر شدن کویته، فشار بصورت یکسان در تمام قطعه وجود داشته و محفظه تو خالی نیز بواسطه گاز بوجود می‌آید. قطعه نیز از سطوح داخل و خارج شروع به سرد شدن می‌کند.
• پس از خنک شدن کامل قطعه، گاز به داخل اتمسفر بیرون تخلیه شده و اجازه خارج شدن قطعه رو می‌دهد.

مزایا

• نیاز به نیروی قفل گیره کمتر
• کاهش زمان سیکل تولید
• کاهش مواد مصرف شده برای تولید قطعه
• مقاومت و صلبیت بالاتر قطعه تزریق شده
• پایداری ابعدای بهتر قطعه
• کاهش چشمگیر تنش‌های درون قالبی
• حذف نشانه‌های فرو رفتگی در قطعه تولید شده

در تکمیل مزایای ذکر شده در بالا، باید بدانید که کنترل فرآیند تزریق با گاز بسیار ساده‌تر از روش‌های مرسوم تزریق پلاستیک می‌باشد. تلاش می‌شود برخی از رموز این فرآیند برای شما آشکار شده تا شاید بتواند برخی از مشکلاتی که در تولید با آنها روبرو هستید را برطرف نماید.

کاهش نیروی قفل گیره

بدلیل آنکه حفره قالب تقریبا پر شده است، روش تزریق با کمک گاز تکنولوژی است که اجازه کاهش نیروی قفل گیره مورد نیاز در دستگاه تزریق پلاستیک را می‌دهد. حتی در مواردی که تزریق شات کامل با گاز هستند، همچنان قسمت‌هایی از قطعه بصورت خالی وجود دارد که اجازه نفوذ گاز را می‌دهد حتی اگر تنها برای کاهش Shrinkage حجمی در حفره بکار گرفته شود.

برای مثال، قطعه مربعی 12×12 اینچی با ضخامت نامی 0.100 اینچ و راهگاه مرکزی را تصور کنید. هنگام اتوکشی مرسوم این قطعه، رسیدن به فشار بالا با توجه حد تسلیم قطعه امکان‌پذیر نیست. فشارهای بالا در نقطه تزریق باعث ایجاد تغییر شکل مستقیم در صفحه دستگاه تزریق می‌شود. انتقال فشار به این سطوح با افزایش فشار دوم و تعداد دفعات توسط پردازنده دستگاه امری طبیعی است.

در فرآیند تزریق با کمک گاز، قالب بصورت جزئی از رزین مورد نظر پر می‌شود. کانال‌های گاز طراحی شده از نقطه ورود رزین تا آخرین سطحی که قطعه باید پر شود کشیده شده‌اند. در قطعه مربعی 12×12 اینچی، می‌دانیم که وجود راهگاه مرکزی باعث می‌شود تا گوشه‌های قطعه آخرین نقاطی باشند که پر خواهند شد. برای رفع این مشکل، کانال‌های متعددی از گیت ورودی تا انتهای قطعه در نظر گرفته می‌شود. این کانال‌ها در وهله اول بعنوان راهگاه‌های جریان مواد و سپس به منظور کانال‌های گاز استفاده خواهند شد.

این طرح موجب پر شدن آسان و کم فشار حفره قالب شده زیرا فشار گاز به سرعت در تمامی این قسمت‌ها پخش خواهد شد. نیازهای قفل گیره نیز کمتر شده زیرا فشار کاری که همان فشار گاز می‌باشد، در تمامی سطح قالب بصورت یکنواخت توزیع خواهد شد. این امر بواسطه کانال‌های طراحی شده جریان مواد یا همان کانال گاز تا دورترین سطح قطعه امکان‌پذیر می‌گردد.

محاسبه نیروی قفل گیره در تزریق پلاستیک مرسوم در حدود 3 تن بر اینچ مربع خواهد بود. در روش تزریق با کمک گاز، میزان قفل گیره در حدود 1 تن بر اینچ مربع بوده که دلیل آن کاهش فشار در حفره قالب و سطح اثر بزرگتر فشار می‌باشد.

برای درک بهتر نحوه کاهش نیروی قفل گیره، نیاز به شناسایی شات تزریق کم یا دوز رزین مورد نیاز در فرآیند تزریق وجود دارد. این امر بواسطه کورس تغذیه مواد تا نقطه پایانی در هر دفعه میسر خواهد بود. تا زمانی که سیلندر و ماردون در یک تلرانس تعریف شده هستند، میزان رزین باقیمانده در هر دفعه ثابت خواهد بود.

باید به این نکته اشاره شود که در اکثر قالب‌ها، توزیع مواد و شرایط پلیسه کردن در زمان پر شردن حفره قالب و اضافه شدن فشار دوم رخ می‌دهد. در فرآیند تزریق با کمک گاز، قالب در فاز تزریق مواد پر نمی‌شود. فشار گاز نسبتا پایین در مقایسه با فشار تزریق، جایگزین در روش تزریق مرسوم خواهد شد. در نتیجه، پلیسه کردن نیز کاهش خواهد یافت.

گاز به راحتی در سطوح ضخیم قطعه راه پیدا کرده و رزین (که هنوز در حالت ذوب قرار دارد) را مجبور به عبور و پر کردن کانال‌ها می‌کند. در این مرحله گازموجود در این کانال‌ها تحت فشار باقی می‌ماند و اثر اتوکشی بسیار بیشتری نسبت به روش تزریق پلاستیک مرسوم ایفا می‌کند زیرا بطور یکنواخت در تمامی سطوح کار توزیع می‌شود.

با کمتر شدن نیروی قفل گیره، کاهش هزینه تولید نیز امکان‌پذیر می‌گردد. برای مثال، اگر شما تولیدکننده‌ای هستید که با ظرفیت مشخصی با دستگاه خود تولید می‌کنید، اما انتظار بالاتری از دستگاه کوچکتر خود دارید، روش تزریق با کمک گاز این امکان را به شما می‌دهد تا فرآیند قالب‌گیری را در فشار کمتر و با هزینه پایین‌تری انجام دهید. در تولید با فرآیند تزریق با گاز، کاهش نیروی قفل گیره از میزان 1500 تن در روش مرسوم به تناژ 700 تن امری بسیار طبیعی است.

اندازه قالب معمولا منوط به فاصله تایبار است. تصور کنید که شما از تمام ظرفیت دستگاه 1500 تن خود استفاده می‌کنید و مشتری به شما سفارش تولید محصول دیگری با 1500 تن فشار قفل را می‌دهد. در این صورت شما یا باید یک دستگاه تزریق جدید خریداری کنید، یا برنامه تولید را فشرده‌تر کرده و …، اما با استفاده از روش تزریق با کمک گاز می‌توانید از دستگاه 700 تا 1000 تن خود برای تولید سفارش جدید بهره بگیرید. با در نظر داشتن هزینه ذخیره شده بواسطه کاهش نیروی قفل گیره، هزینه تجهیزات گاز نیز جبران می‌شود. با کمک روش تزریق با گاز، امکان ذخیره‌سازی پول خرید یک دستگاه جدید و حذف هزینه‌های جانبی آن وجود دارد.

کاهش زمان سیکل تولید

یکی از دیگر از مهمترین مزایای کاربرد روش تزریق با گاز کاهش زمان سیکل تولید می‌باشد. هر زمان که شما تولید با کیفیت و سریع‌تر داشته باشید، هزینه تولید نیز کمتر می‌گردد.

زمان سیکل تولید نیز بدلیل حذف زمان اتوکشی در فرآیند تزریق کاهش می‌یابد. طبیعی است زمان خنک‌کاری نیز بواسطه ریکاوری مجدد سیلندر بلافاصله پس از تزریق کاهش یابد. خنک‌کاری در سطوح بیرونی قطعه همانند سطوح داخلی کار صورت می‌گیرد.

قطعات ضخیم‌تر ذاتا برای کاهش سیکل تولید مناسب هستند. فرآیند شات کم، موجب کاهش زرین تزریق شده به قالب می‌شود. گاز به راحتی از میان این دیواره‌های ضخیم عبور می‌کند. در حین عبور از قطعه، موجب افزایش جریان رزین شده و پر کردن قالب را تکمیل می‌کند در حالی که رزین از سطوح ضخیم‌تر را تخلیه می‌کند. با غیبت جرم ماده در سطوح قطعه که نیاز به زمان خنک‌کاری بیشتر دارند، سیکل تولید نیز کاهش می‌یابد. با استفاده از تزریق گاز، زمان سیکل تولید برخی قطعات ضخیم می‌تواند تا 50 درصد کاهش یابد.

وقتی میزان ماده بکار رفته کاهش یابد، زمان کمتری نیز برای خنک‌کاری داخلی قطعه مورد نیاز خواهد بود، لذا تنش‌ها نیز به حداقل خواهند رسید. با طراحی صحیح قالب، گاز با فشار یکسان و یکنواخت قالب را پر می‌کند. قطعه تولید شده در روش تزریق با گاز ممکن است هنگام خروج از قالب کمی گرم‌تر از حد معمول باشد زیرا کاهش در تنش گیری، حذف شده است.

ذخیره‌سازی رزین

با توجه به قیمت روز رزین پلیمری بویژه رده‌های مهندسی، چه کسی دوست ندارد تا از وزن مواد مصرفی در تولید خود بکاهد؟

بیشتر مردم تصور می‌کنند قطعات ضخیم تنها گزینه‌های تزریق با کمک گاز هستند. همانطور که قبلا نیز اشاره شد، دستگیره‌ها و قطعات مشابه بطور خودکار برای تولید با روش مورد نظر مناسب بوده و در برخی موارد تا 50 درصد از وزن قطعه با بکارگیری تزریق با گاز کاسته می‌شود. هر چند ذخیره‌سازی مواد در قطعات جدار نازک نیز امکان‌پذیر خواهد بود.

تزریق با گاز نقش مستقیمی در کاهش وزن در ابزارهای فعلی دارد. فوم‌های سازه‌ای نمونه‌ای از این تولیدات بشمار می‌روند. پارامتر اصلی در کاهش وزن این است که حفره قالب هیچگاه بطور کامل پر نمی‌شود. کاهش وزن چه 2 گرم باشد و چه 200 گرم، ذخیره‌سازی در مصرف مواد وجود خواهد داشت.

یکی دیگر از مواردی که به کاهش مواد مصرفی کمک می‌کند، کاهش ضایعات تولیدی است. با ساخت قالب و ابزار مناسب، روش تزریق با گاز اجازه راه‌اندازی و تولید قطعه بدون ضایعات را می‌دهد. فرآیند بطور دقیق کنترل شده و دریچه گستره تولید نیز افزایش می‌باید. نمونه دیگری از دلایل کاهش رزین مصرفی، موضوع تخلیه چندین باره مواد است. در روش‌های تزریق پلاستیک مرسوم، تولید پایدار و تکرارپذیر از ابتدا میسر نبوده و تولید‌کنندگان گاه مجبور به تولید ضایعات و تخلیه چندباره مواد داخل سیلندر می‌شوند.

در بسیاری موارد در شروع تولید نیز نیاز به خارج کردن مواد چسبیده در درون قالب وجود دارد. برای جلوگیری از آسیب به قالب، باید با ابزار مناسب، پلاستیک خشک شده از درون قالب خارج شود که در این میان دستگاه در حال استراحت می‌باشد. در نتیجه برای شروع تولید مجدد باید تخلیه مواد سیلندر نیز انجام شود که این یعنی هدر رفتن مواد.

روش تولید در فرآیند تزریق با گاز معمولا تنها نیاز به پر کردن سیلندر دستگاه از رزین داشته و سپس تولید و سیکل مورد نظر آغاز می‌شود.

بهبود کیفیت

طراحی‌های مرسوم قالب، اغلب کیفیت قطعه تولید شده را محدود می‌سازند. در قطعاتی که دارای دقت ابعادی و کیفیت ظاهری بالایی هستند، تکنولوژی تزریق با گاز می‌تواند کمک شایانی به تولید کند.

در طراحی‌های جدید بیشتر و بیشتر ضخامت قطعه کاهش یافته و برجستگی و اتصالات آن بیشتر می‌شود. این امر منجر به بوجود آمدن تنش‌ها و انقباض حجمی مازاد شده که می‌توان عیوب سطحی را بهمراه داشته باشد. برای مثال، قطعه جدار نازک با یک برجستگی بزرگ معمولا دارای سطح فرو رفته پس از تولید خواهد بود. روش تزریق با گاز می‌تواند بهبود چشمگیری در تولیدات مشابه داشته باشد. در مورد کاورهای فشرده، فرو رفتگی‌های پس از تولید، از سطح کار حذف می‌شوند.

رسیدن به پایداری ابعادی در طراحی‌های اخیر گاه دشوار می‌شود. تلرانس‌های قطعه تولید شده دقیق‌تر و حیاتی‌تر از گذشته شده‌اند. با خنک شدن قطعه تزریق شده، تمایل آن به انقباض حجمی و تغییر شکل وجود دارد. این رفتار طبیعی پلاستیک است. میزان این انقباض حجمی معمولا بواسطه ساختار مولکولی رزین تعیین می‌شود. در روش تزریق با گاز، قالب هیچگاه بطور کامل پر نشده، فشار گاز و زمان آن فرآیند را تکمیل می‌کند. در این روش بدلیل حذف اختلاف فشار در درون حفره قالب که موجب کاهش چشمگیر انقباض حجمی می‌شود، قطعه تولید شده یکنواختی تولید می‌گردد. حتی فشار گاز بکار رفته در این روش می‌تواند برخی دیگر از عیوب روش تزریق مرسوم را نیز حذف کند.

برای سال‌های متوالی، صنعت تلویزیون به روش تولید تزریق با کمک گاز وابسته بوده تا بتواند کیفیت سطح را درکنار افزایش مقاومت اتصالات CRT بهبود دهد. در گذشته، سازندگان تلاش می‌کردند تا از طراحی و قرار دادن لبه و زائده با ضخامت کمتر از 0.2 اینچ برای حذف تنش‌ها جلوگیری کنند. در نتیجه فرآیند ثانویه‌ای برای اضافه کردن این اتصالات به بدنه تلویزیون نیاز بود. اتصالات با این روش موجب ضعیف شدن CRT نصب شده می‌گردید. ضعف مقاومت به معنای احتمال شکست در قطعات بوده که این پذیرفتنی نمی‌باشد.

با روش تزریق با گاز، طراحان توانایی اضافه کردن زائده‌های گوشتی و بزرگ به دیواره‌ها را پیدا کردند. معمولا، طرح بکار رفته شامل کانال گاز است که از گیت بالای پانل در دو طرف سه سمت پایین یا بدنه کشیده می‌شود. این کانال بخش‌های دیواره را بهم رسانده و اتصال می‌دهد. وقتی گاز با فشار خود به دیواره‌ها اضافه می‌شود، عیوب سطحی حذف می‌گردد.

آزادی طراحی

آزادی تکنولوژی تزریق با کمک گاز طراحی‌هایی را ارائه می‌کند که شاید برای اندازه‌گیری سخت باشد ولی قطعا قابل ستایش است. جداره‌های ضخیم در قطعات می‌توانند با جداره‌های نازک متصل شوند و فرآیندهای ثانویه برای اتصال این دو، حذف می‌شود. بخش‌های توخالی می‌تواند تقریبا در هر اندازه‌ای ساخته شوند. در واقع، سطح مقطع‌های توخالی کمتر از 1mm تا بزرگ‌تر از 3 اینچ نیز ساخته شده‌اند.

یکی دیگر از مزایای استفاده از این روش حذف بکارگیری از سیستم راهگاه گرم است. در روش تزریق با گاز وقتی سیستم راهگاه طراحی می‌شود، هزینه‌های اضافی و سیستم پیچیده راهگاه گرم نیز حذف می‌شوند. همچنین خطوط جوش در سطوح قطعه نیز دیگر وجود نخواهند داشت.

فرآیند با کمک گاز

فرآیند قالبگیری مرسوم:

1. گیره بسته می‌شود.
2. رزیق تزریق و حفره پر شده و قطعه گوشتی شکل می‌گیرد.
3. فشار دوم (اتوکشی) رزین مذاب را به سمت گیت‌های قالب اضافه می‌کند.
4. گیت‌ها منجمد شده و فشار روی حفره قالب از بین می‌رود.
5. ماردون به سمت عقب رفته تا برای سیکل بعدی آماده شود.
6. قطعه خنک می‌شود.
7. گیره باز می‌شود.
8. قطعه از درون قالب خارج می‌گردد.

فرآیند قالبگیری با کمک گاز:

1. گیره بسته می‌شود.
2. حجم معینی از رزیق تزریق شده و ماردون خارج می‌شود.
3. گاز با فشار کنترل شده‌ای وارد شده و ماردون نیز برای سیکل بعدی آماده می‌شود.
4. فشار گاز در تمام مدت خنک‌کاری ثابت نگه داشته می‌شود.
5. گاز از قطعه خارج می‌شود.
6. گیره باز می‌شود.
7. قطعه از درون قالب خارج می‌گردد.

دستورالعمل فرآیند تزریق با کمک گاز

• همواره از کمترین میزان رزین ممکن استفاده کنید.
• همواره از کمترین میزان فشار گاز ممکن استفاده کنید.
• همواره از کمترین زمان برای تزریق گاز استفاده کنید.
• هنگام شروع فرآیند قالبگیری، یک شات کوتاه بعنوان پارامتر آغازین توصیه می‌شود.
• از تمیز بودن پین گاز قبل از شروع تزریق اطمینان حاصل کنید.
• از تمیز بودن پین گاز بعد از تکمیل تزریق اطمینان حاصل کنید.
• از تمیز بودن اتصالات گاز در زمان استفاده از نازل تزریق اطمینان حاصل کنید. قبل از راه‌اندازی، زمان کافی برای مواد نازل برای رسیدن به دمای مناسب در نظر بگیرید.
• جرم قطعه تولید شده می‌تواند بعنوان معیار مناسبی در تعیین پایداری سیستم بکار گرفته شود.
• هنگام استفاده از مخزن نیتروژن بعنوان تامین‌کننده گاز، استفاده از رگولاتور توصیه می‌شود. این امر به تامین دقیق و پایدار نیتروژن برای فرآیند تولید کمک می‌کند.
• هنگام استفاده از گاز در فرآیند تزریق، باید راهگاه برای خروج گاز شکسته شود. نگهداشتن سیلندر به سمت جلو برای زمان بیشتر قبل از باز شدن قالب به شدت توصیه می‌شود. شکستن راهگاه باید قبل از باز شدن قالب باشد.
• بالانس کردن قالب‌های چند کویته بسیار حیاتی بوده و موقعیت مرکز قالب نیز بسیار حائز اهمیت است.
• گاز همواره مسیر با کمترین مقاومت را انتخاب می‌کند. اگر خارج شدن گاز رخ دهد، دوز رزین بکار رفته کافی نبوده یا فشار گاز بیشتر از حد لازم بوده است.
• بطور معمول گاز طی 4 تا 6 ثانیه اثر خود رو می‌گذارد. برای قالب‌های کم کیفیت ممکن است زمان بالاتر نیز رود.
• هیچ گاه تلاش نکنید فشار گاز را با قرار دادن قسمتی از بدن خود روبروی نازل گاز امتحان کنید.
• در برخی موارد، گاز می‌تواند برای کاهش انقباض حجمی قطعه نیز بکار رود.
• اصل پایه‌ای که می‌بایست به آن توجه شود این است تزریق با گاز بعنوان یک عنصر کمک‌کننده، قابلیت دستگاه تزریق را بهبود می‌دهد. وقتی قالب برای تزریق با گاز با استفاده از کانال‌کشی طراحی می‌شود، فشار گاز می‌تواند اتوکشی سطوحی از قطعه که در قالبگیری مرسوم ضعف وجود دارد را انجام دهد.
• محاسبه نیروی قفل گیره در تزریق پلاستیک مرسوم در حدود 3 تن بر اینچ مربع خواهد بود. در روش تزریق با کمک گاز، میزان قفل گیره در حدود 1 تن بر اینچ مربع بوده که دلیل آن کاهش فشار در حفره قالب و سطح اثر بزرگتر فشار می‌باشد.
• آماده‌سازی قالب نیز آسان‌تر بوده زیرا تزریق با گاز بر پایه وزن تزریق استوار می‌باشد. اگر پارامترهای دستگاه از سیکل قبل ذخیره شده باشد، می‌توانند برای سیکل بعدی نیز وارد شوند و قطعه قابل قبولی نیز بدست آید.