תהליך ההזרקה מתייחס לשיטה של ייצור מוצרים חצי-מוגמרים בצורות ספציפיות באמצעות פעולות כגון לחיצה, הזרקה, קירור ופליטת חומרי גלם מותכים. תהליך זה הוא מקור הייצור למוצרי חברת אריזות קוסמטיות. האיכות של מוצרים חצי-מוגמרים אלו קובעת את יציבות התהליכים הבאים ואת איכות המוצר הסופי, מה שהופך אותו להליך מפתח למקסום רווחי החברה.
במהלך השנים, אנשי מקצוע בתחום ההזרקה התגברו על אתגרים רבים, במיוחד בטיפול בפגמים נפוצים במוצרים בעלי קירות דקים או עבים-כגון התכווצות, קווי ריתוך, סימני זרימה, בועות אוויר, כתמים מבריקים ועיוות. לסיכום, תהליך ההזרקה מתמקד בעיקר בפתרון שני ההיבטים הבאים:
I. זרימת תהליך
זרימת התהליך כוללת ארבעה שלבים: מילוי, אריזה, קירור (פלסטיקה) ופליטה. שלבים אלו קובעים ישירות את איכות היציקה של המוצר ויוצרים תהליך שלם ומתמשך.
(1) שלב המילוי
המילוי הוא השלב הראשון בכל מחזור ההזרקה. זה מתחיל כאשר התבנית נסגרת ומתחילה ההזרקה, ומסתיים כאשר כ-95% מחלל התבנית מתמלא. תיאורטית, זמן מילוי קצר יותר מוביל ליעילות דפוס גבוהה יותר. עם זאת, בפועל, זמן היציקה או מהירות ההזרקה מוגבלים על ידי תנאים רבים, דבר אשר בולט במיוחד במוצרים בעלי דופן עבה-.
מילוי מהיר-:במהלך מילוי מהיר-, קצב הגזירה גבוה. עקב השפעות דילול-גזירה, צמיגות הפלסטיק יורדת, מה שמפחית את התנגדות הזרימה הכוללת. חימום צמיג מקומי גם מדלל את השכבה המוצקה. לכן, בשלב בקרת הזרימה, שיטת המילוי תלויה לרוב בנפח המילוי. בשלב זה, השפעת הדילול הגזירה- של ההיתך היא בדרך כלל משמעותית, בעוד שהשפעת הקירור של קירות דקים פחות מורגשת. לפיכך, השפעת המהירות שולטת, מה שהופך את השיטה הזו למתאימה למוצרים דקים-.
מילוי-נמוך:במילוי במהירות נמוכה-הולכת חום-מבוקרת, קצב הגזירה נמוך יותר, הצמיגות המקומית גבוהה יותר והתנגדות הזרימה גדולה יותר. מכיוון שקצב החידוש של הפלסטיק החם איטי יותר, הזרימה הדרגתית יותר, מה שהופך את אפקט הולכת החום לבולט יותר. החום נסחף במהירות על ידי קירות העובש הקרים. יחד עם חימום צמיג מינימלי, השכבה המוצקת הופכת עבה יותר, מה שמגביר עוד יותר את התנגדות הזרימה באזורי קירות דקים יותר. לכן, שיטת מילוי זו מתאימה למוצרים בעלי דופן עבות-, וניתן להשתמש בה גם כאשר טמפרטורת העובש גבוהה יחסית.
(2) שלב האריזה
תפקידו של שלב האריזה הוא להפעיל לחץ ברציפות כדי לדחוס את ההיתוך ולהגדיל את צפיפות הפלסטיק, לפצות על התנהגות התכווצות הפלסטיק.
במהלך האריזה, מכיוון שחלל התבנית כבר מלא בפלסטיק, הלחץ האחורי מההתכה גבוה. במהלך דחיסה של אריזה, בורג מכונת ההזרקה יכול לנוע קדימה לאט רק במרווחים זעירים, וקצב זרימת הפלסטיק הוא גם איטי יחסית. זרימה זו מכונה זרימת אריזה. במהלך שלב האריזה, כאשר הפלסטיק מתקרר ומתמצק מהר יותר כנגד קירות התבנית, צמיגות ההיתוך עולה במהירות, וכתוצאה מכך התנגדות משמעותית בתוך חלל התבנית. בשלבים המאוחרים יותר של האריזה, צפיפות החומר ממשיכה לעלות, וחלק הפלסטיק מקבל צורה בהדרגה. יש לשמור על מצב האריזה עד שהשער יתמצק ואטום. בשלב זה, לחץ החלל מגיע לערכו הגבוה ביותר בשלב האריזה.
במהלך האריזה, בגלל הלחץ הגבוה יחסית, הפלסטיק מציג מאפיינים ניתנים לדחיסה. באזורים של לחץ גבוה יותר, הפלסטיק קומפקטי וצפוף יותר; באזורים של לחץ נמוך יותר, הפלסטיק רופף ופחות צפוף. לכן, התפלגות הצפיפות משתנה עם המיקום והזמן. במהלך האריזה, מהירות זרימת הפלסטיק נמוכה ביותר, והזרימה כבר לא משחקת תפקיד דומיננטי; לחץ הוא הגורם העיקרי המשפיע על תהליך האריזה. מכיוון שחלל התבנית כבר מלא בפלסטיק במהלך האריזה, ההיתוך המתמצק בהדרגה פועל כתווך להעברת לחץ. הלחץ בחלל התבנית מועבר דרך הפלסטיק אל משטח דופן התבנית, מה שיכול לסייע בשיפור ברק פני השטח של המוצר.
(3) שלב הקירור (פלסטיק)
בתבניות הזרקה יש חשיבות מכרעת לעיצוב מערכת הקירור. הסיבה לכך היא שהמולקולות הפלסטיות שלו חייבות להתגבש ולהתמצק לקשיחות מסוימת כדי למנוע עיוות הנגרם על ידי כוחות חיצוניים במהלך הפליטה. מכיוון שזמן הקירור מהווה 70% עד 80% ממחזור הדפוס כולו, מערכת קירור-מעוצבת היטב יכולה לקצר משמעותית את זמן היציקה ולשפר את פרודוקטיביות ההזרקה.
בתבנית, חום מהפלסטיק בחלל מועבר באמצעות הולכת חום דרך מסגרת התבנית אל תעלות מי הקירור, ולאחר מכן מוסר בהסעת חום דרך נוזל הקירור. כמות קטנה של חום שלא נסחפת על ידי מי הקירור ממשיכה להתנהל בתוך התבנית ובסופו של דבר מתפזרת לאוויר במגע עם הסביבה החיצונית.
מחזור ההזרקה כולל זמן סגירת תבנית, זמן מילוי, זמן אריזה, זמן קירור (מתחת לזמן טמפרטורת ההיתוך) וזמן פליטה. בין אלה, זמן הקירור תופס את החלק הגדול ביותר, ב-70% עד 80%. לכן, זמן הקירור משפיע ישירות על אורך מחזור יציקת מוצרי הפלסטיק ותפוקת הייצור.
גורמים המשפיעים על קצב קירור המוצר כוללים:
עיצוב מוצר הפלסטיק.
עובי הדופן של מוצר הפלסטיק; קירות עבים יותר מביאים לזמני קירור ארוכים יותר.
גורמים המשפיעים על קירור עובש:
חומר עובש:כולל החומר של ליבת התבנית, החלל ובסיס התבנית, המשפיעים מאוד על קצב הקירור. ככל שהמוליכות התרמית של חומר התבנית גבוהה יותר, כך הוא יעיל יותר בהעברת חום מהפלסטיק ליחידת זמן, וכתוצאה מכך זמני קירור קצרים יותר.
תצורת ערוץ מי קירור:ככל שתעלות הקירור קרובות יותר לחלל, כך קוטרן גדול יותר, וככל שמספרן גדול יותר, כך אפקט הקירור טוב יותר וזמן הקירור קצר יותר.
קצב זרימת נוזל קירור:קצב זרימת נוזל קירור גבוה יותר (בדרך כלל השגת זרימה סוערת היא אידיאלית) משפרת את הסרת החום באמצעות הסעת חום.
מאפייני נוזל קירור:הצמיגות והמוליכות התרמית של נוזל הקירור משפיעים גם על יעילות העברת החום של התבנית. צמיגות נמוכה יותר של נוזל קירור, מוליכות תרמית גבוהה יותר וטמפרטורה נמוכה יותר מביאים לביצועי קירור טובים יותר.
קירור עובש יכול להשתמש ברכיבים מודפסים של מתכת-תלת-ממדית- כדי ליצור מבני ערוצי קירור תלת-ממדיים- מורכבים להשגת אפקטי קירור טובים יותר.
(4) שלב הפליטה
פליטה היא השלב האחרון במחזור הזרקה. למרות שהמוצר התמצק ונוצר, הפליטה עדיין משפיעה באופן משמעותי על איכות המוצר. שיטות פליטה לא נאותות עלולות לגרום לפגמים כגון עיוות המוצר עקב כוח לא אחיד במהלך הפליטה.
שיטות הפליטה העיקריות הן שתיים: פליטת סיכת מפלט ופליטת לוחית חשפן. בעת תכנון התבנית יש לבחור את שיטת הפליטה המתאימה בהתאם למאפיינים המבניים של המוצר כדי להבטיח את איכות המוצר.
עבור תבניות המשתמשות בפליטת סיכת מפלט, יש לסדר את הפינים בצורה אחידה ככל האפשר ולמקם היכן שהתנגדות הפליטה היא הגדולה ביותר והיכן לחלק הפלסטיק יש חוזק וקשיחות מקסימלית כדי למנוע עיוות או נזק.
לוחות חשפנות משמשים בדרך כלל עבור מיכלים-עמוקים, בעלי דופן דקה- ומוצרים שקופים שבהם אסור לסמן סיכת מפלט. שיטה זו כוללת כוח פליטה גדול ואחיד, תנועה חלקה וללא סימנים ניכרים לעין.
II. פרמטרים של תהליך
חמשת מרכיבי המפתח של הזרקה הם: לחץ, זמן, מהירות, טמפרטורה וגודל זריקה.
(1) לחץ הזרקה
לחץ ההזרקה הוא לחץ הצילינדר ההידראולי המועבר דרך בורג מכונת ההזרקה להמסת הפלסטיק. מונע על ידי לחץ זה, התכת הפלסטיק נכנסת לתבנית דרך פיית מכונת ההזרקה, עוברת דרך הזרימה והזרזים, ונכנסת לחלל התבנית. תהליך זה הוא שלב מילוי ההזרקה. קיים לחץ כדי להתגבר על ההתנגדות במהלך זרימת ההיתוך, מה שמבטיח שתהליך המילוי יתקדם בצורה חלקה.
במהלך ההזרקה, הלחץ הוא הגבוה ביותר בזרבובית מכונת ההזרקה והנמוך ביותר בחזית ההיתוך. הלחץ יורד בהדרגה לאורך הנתיב מחזית ההמסה אל הזרבובית.
גורמים רבים משפיעים על לחץ מילוי ההיתוך:
א. גורמים חומריים, כגון סוג וצמיגות הפלסטיק.
ב. גורמים מבניים, כגון מערכות רצים קרות/חמות, מספרן ומיקומן, צורת חלל העובש ועובי דופן המוצר.
ג. רכיבי פרמטר תהליך.
זה משקף שלחץ ההזרקה לא אמור למלא תפקיד דומיננטי ביצירת מוצר-דק, אלא הוא חיוני בהזרקת מוצר-עבה. זה יכול גם למלא תפקיד מכריע בפתרון פגמים במוצר כמו התכווצות, קווי ריתוך ובועות אוויר. הגדרת הלחץ הסבירה תלויה בתיאום מהירות המילוי והזמן. במהלך ההזרקה, גם הגדרת לחץ האריזה היא קריטית מאוד. לקראת סוף ההזרקה, פיית המכונה ממשיכה להזין חומר לתוך החלל כדי למלא את הנפח שהותיר התכווצות המוצר. אם לא מופעל לחץ אריזה לאחר מילוי החלל, המוצר יתכווץ בכ-25%, במיוחד באזורים בעלי דופן עבות-, שבהם התכווצות יתר עלולה ליצור סימני כיור. לחץ האריזה הוא בדרך כלל כ-85% מלחץ המילוי המרבי, אם כי יש לקבוע זאת בהתבסס על התנאים בפועל.
(2) זמן הזרקה
זמן ההזרקה הנזכר כאן הוא הזמן הנדרש להמסת הפלסטיק למלא את החלל, להמסה להתפלסטיק ולקירור. זה לא כולל זמני עזר כמו פתיחה וסגירה של התבנית. אם הזמן הזה נקבע באופן סביר משפיע מאוד על איכות המוצר. למרות שזמן ההזרקה אינו מהווה את החלק הגדול ביותר של מחזור היציקה, התאמת זמן ההזרקה ממלאת תפקיד משמעותי בשליטה בלחץ בשער, הרץ והחלל. זמן הזרקה סביר מקל על מילוי נמס אידיאלי והוא מכריע לשיפור איכות פני המוצר והפחתת סובלנות ממדים. זמן ההזרקה קצר בהרבה מזמן הקירור, בערך 1/10 מזמן הקירור. היחס גדל עם קירות מוצר עבים יותר. דפוס זה יכול לשמש בסיס להערכת זמן הדפוס הכולל של חלק פלסטיק.
(3) מהירות הזרקה
הקשר ההדוק בין מהירות ההזרקה לאיכות המוצר הופך אותו לפרמטר מרכזי בהזרקה. על ידי קביעת נקודות ההתחלה, האמצע והסיום של מקטעי מהירות מילוי והשגת מעברים חלקים בין נקודות ההגדרה, ניתן להבטיח מהירות פני היתוך יציבה. זה מייצר את האוריינטציה המולקולרית הרצויה וממזער מתח פנימי. לכן, בעת הגדרת פרמטרי מהירות במהלך איתור באגים בתהליך המוצר, הגישה הבאה מומלצת:
מהירות פני הנוזל צריכה להיות קבועה.
יש להשתמש בהזרקה מהירה כדי למנוע התגבשות נמס.
הגדרות מהירות ההזרקה צריכות לשקול אזורים קריטיים (למשל, רצים), האטה בשער תוך מילוי מהיר במקומות אחרים.
מהירות ההזרקה צריכה להיפסק מיד לאחר מילוי החלל כדי למנוע-אריזה יתר, הבזק ולחץ שיורי.
בהתבסס על מבנה המוצר, בשילוב עם מידת ההתגבשות בפועל, התאם פרמטרים של מהירות הזרקה גבוהה ונמוכה לאזורים של קירות דקים/עבים ושם משתנה כיוון זרימת ההיתוך.
תיאום הדוק עם אלמנטים אחרים של תנאי הדפוס חשוב מאוד.
(4) טמפרטורת הזרקה
טמפרטורת ההזרקה היא גורם חשוב המשפיע על לחץ ומהירות ההזרקה. לחביות מכונת הזרקה יש בדרך כלל 5-6 אזורי חימום. לכל חומר גלם יש את טמפרטורת העיבוד המתאימה לו. בנוסף לפרמטרי הטמפרטורה הנשלטים באמצעות ניסיון מעשי, הגדרות יכולות להתבסס גם על נתונים שסופקו על ידי ספקי חומרי גלם בשילוב עם תנאי המכונה בפועל.
יש לשלוט בטמפרטורת ההזרקה בטווח מסוים. אם הטמפרטורה נמוכה מדי, ההיתוך מתפשט בצורה גרועה, משפיע על איכות החלק היצוק ומגביר את הקושי בתהליך. אם הטמפרטורה גבוהה מדי, חומר הגלם נוטה להתפרק. בהזרקה בפועל, טמפרטורת ההיתוך היא לרוב גבוהה יותר מטמפרטורת החבית. ההבדל תלוי בקצב ההזרקה ובתכונות החומר. הדבר נגרם על ידי החום הגבוה שנוצר על ידי גזירה כשההמסה עוברת דרך פיית ההזרקה.
(5) גודל זריקה
בהזרקה, גודל זריקה סביר שולט בהגדרה של אלמנטים אחרים של פרמטר תהליך. במהלך איתור באגים בתהליך המוצר, יש להגדיר את כרית ההיתוך (גודל הזריקה הנותר) כך שלאחר השלמת מילוי המוצר, מיקום הבורג מותיר כרית של כ-15-20 מ"מ. אם הוא קרוב מדי לאפס, קצה הטבעת לבדיקת הבורג יתבלה מהר מדי, ולא ניתן להבטיח יציבות ממדי המוצר. אם הכרית גדולה מדי, עודף נמס שיישאר בקנה זמן רב מדי עלול לגרום לשינויי צבע בזריקה הבאה, ולהגדיל את ההסתברות ליצירת גזים עקב פירוק נמס מזמן שהייה ממושך.
במהלך הפלסטיקה, לחץ הגב משפיע ישירות על גודל הזריקה. לחץ גב מתייחס ללחץ שיש להתגבר עליו כאשר הבורג נסוג במהלך הכנת ההיתוך. שימוש בלחץ אחורי גבוה מועיל לפיזור צבע ולהתכה של פלסטיק, מה שמגביר את צפיפות ההיתוך בחבית. עם זאת, זה גם מאריך את זמן נסיגת הבורג (אם הוא חורג מזמן הקירור, זה מגדיל את מחזור הזרקת המוצר). אם מהירות סיבוב הבורג מוגברת, הבורג יכול ללכוד אוויר ממרווחים בין כדורי פלסטיק דחוסים לתוך ההיתוך בתוך החבית, אשר מוזרק לאחר מכן לתוך חלל התבנית. עבור מוצרים עבים יותר, זה מגדיל את ההסתברות להיווצרות בועות אוויר בתוך הקירות ומוסיף לעומס הכוח של מכונת ההזרקה. לכן, בעת פלסטיקה של חומרים נפוצים, לחץ הגב צריך להיות נמוך יותר, בדרך כלל לא יעלה על 20% מלחץ ההזרקה, כאשר ריר נמס קל בזרבובית הוא אידיאלי.
לסיכום, כדי לשפר את טכנולוגיית ההזרקה, יש להבין תחילה את העקרונות ותהליך ההזרקה. שנית, יש לתאם במיומנות את חמשת מרכיבי המפתח-לחץ, זמן, מהירות, טמפרטורה וגודל צילום-במהלך איתור באגים בתהליך. רק אז אלמנטים אלו יכולים להשלים זה את זה בתוך התהליך, ולהוביל לפרמטרים תהליך אופטימליים עבור המוצר.