امروزه با توجه به گستردگی محصولات پلاستیکی و افزایش میزان تولید این دسته از محصولات نسبت به محصولات فلزی در جهان و اهمیت صرفه اقتصادی این دسته از محصولات، ساخت قالب‌های تزریق پلاستیک سال به سال افزایش پیدا می‌کند. اما موضوعی که در مورد این قالب‌ها باید به آن توجه داشت آن است که حالات و شرایط کاری قالب های پلاستیک حساس می‌باشد. عموما این قالب‌ها در تماس با پلاستیک، تحمل فشار، دما، سایش و خوردگی و غیره می‌باشند. حالات اصلی تخریب این قالب‌ها عبارتند از: سایش سطح، تغییر شکل و شکست.
یکی از الزامات ساخت قالب پلاستیک داشتن صافی سطح بالاست. واحد آموزش و مشاوره گروه صنعتی مبتکران در این مقاله به انتخاب متریال مناسب جهت افزایش عمرکاری قالب تزریق پلاستیک و کاهش هزینه‌های مربوطه پرداخته است.
اجزا و شرایط کاری قالب های تزریق پلاستیک
قسمت‌های اصلی قالب‌های تزریق پلاستیک عمدتا شامل cavity، core، inserts و رینگ‌های قالب‌گیری و شکل دهی است. این قسمت‌ها در تماس مستقیم با مذاب پلاستیک متحمل فشار، دما، سایش و خوردگی هستند.
فشار تزریق پلاستیک بر ناحیه mold cavity عموما بین ۴۰-۱۴۰ مگاپاسکال است. فشار قالب بسته در حدود ۸۰-۳۰۰ مگاپاسکال یا بیشتر خواهد بود و دمای حرارت بین ۱۴۰-۳۰۰ درجه سانتیگراد است. همچنین سطح cavity تحت تحمل سایش و خوردگی بوده که شدت آن به نوع پلاستیک و فیلر بستگی دارد.
مشکلات قالب تزریق پلاستیک
شکل اساسی تخریب قالب پلاستیک سایش سطح، تغییرشکل و شکست است. از آنجایی که الزامات صافی سطح و دقت محصولات پلاستیک بالاست، سایش و پارگی سهم زیادی از تخریب سطح را شامل می‌شود.
تخریب قالب تزریق پلاستیک براثر سایش در سطح
جاری شدن پلاستیک ترموپلاست برروی سطح قالب، سایش جدی ایجاد می‌کند. برهمین اساس لازم است صافی سطح در قسمت‌های core و cavity را افزایش دهیم. پس از تکرار پولیش، قسمت cavity به سمت تخریب ناشی از تلورانس ابعادی خواهد رفت. چنانچه مذاب پلاستیک حاوی میکا، سیلیکا، الیاف شیشه و دیگر الیاف غیرآلی جامد باشد، افزایش قابل ملاحظه‌ای در سایش قالب ایجاد خواهد نمود که نه تنها باعث از بین رفتن صافی سطح، بلکه باعث تغییر اندازه شدید در قسمت cavity خواهد شد.
در صورتی که پلاستیک حاوی عناصری مانند کلر یا فلوئر باشد، می‌تواند براثر حرارت منجر به رسوب و آزاد شدن گازهای خورنده HF و HCL شود. قابل ذکر است گاهی خوردگی بهمراه سایش می‌تواند همزمان شدت تخریب قالب را افزایش دهد.
مشکل قالب پلاستیک براثر تغییر شکل
تغییرشکل پلاستیک عموما در لبه‌ها و گوشه‌ها بیشتر خواهد بود. در قالب‌های کوچکی که تحت بارهای اضافی هستند و بیشتر در معرض تغییرشکل قرار می‌گیرند، ممکن است افتادگی یا خوردگی حفره‌ای در قسمت‌های مختلف cavity ایجاد شود.
از دلایل اصلی تخریب ناشی از تغییرشکل پلاستیک، وجود لایه نازک سختکاری در ناحیه cavity و کمبود مقاومت در برابر تغییرشکل یا عملکرد در دمای بالاتر از دمای تمپر که می‌تواند منجر به تغییر شکل و نرمی شود. ناحیه cavity فشار بالایی را تحمل می‌کند که این ناحیه می‌تواند محل تمرکز تنش باشد، که می‌تواند منجر به شکست شود.
تنش حرارتی می‌تواند ناشی از ساختار باشد و همچنین تنش حرارتی و تمپر ناکافی در دمای کافی می تواند منجر به تبدیل آستنیت باقیمانده به مارتنزیت شود که در پی آن منجر به ایجاد تنش‌های داخلی خواهد شد. یکی دیگر از نکات مهمی که باید مورد توجه قرار بگیرد، میزان چقرمگی قالب است.
جهت مشاهده انواع فولاد قالب پلاستیک کلیک نمایید.
خستگی حرارتی قالب پلاستیک
قالب های تزریق پلاستیک عموما تحت بارهای مکانیکی سیکلی هستند. برای مثال در طول تزریق پلاستیک قسمت cavity فشار بالایی را ناشی از کشش مذاب پلاستیک تحمل می‌کند و در هنگام سرد شدن بار اعمالی خارج خواهد شد. تکرار این عمل منجر به قرار گرفتن ناحیه cavity تحت بارهای کشش و فشار می‌گردد که در نتیجه آن منجر به تخریب ناشی از خستگی خواهد شد.
همچنین بار ناشی از حرارت به صورت سیکلی تغییر خواهد نمود. برای مثال دمای مواد ذوب در حدود ۲۰۰ درجه سانتیگراد یا بالاتر است و هنگام سرد شدن و سخت شدن دما به حدود ۵۰ درجه سانتیگراد می‌رسد. این سیکل حرارتی می‌تواند منجر به افزایش تمرکز تنش در ناحیه cavity شود که در نهایت می‌تواند منجر به ایجاد خستگی حرارتی شود.
قالب‌های تحت فشار بالا بیشتر مستعد ایجاد ترک خستگی هستند و همچنین تغییرات دمایی بیشتر در قالب های تزریق پلاستیک احتمال ایجاد خستگی حرارتی را افزایش خواهد داد.
نکاتی که پیش از انتخاب فولاد تزریق پلاستیک باید مورد توجه قرار بگیرد
از جمله نکاتی که پیش از انتخاب فولاد برای قالب صنعتی تزریق پلاستیک باید مورد نظر قرار بگیرد، می‌توان به موارد زیر اشاره نمود:
- زمانی که پلاستیک تزریق شده حاوی الیاف سخت باشد، متریال با سختی و مقاومت به سایش بالا انتخاب می‌شود
- زمانی که ماده خورنده ناشی از پلاستیک تزریق شده در تماس با سطح قالب قرار می‌گیرد نیاز است از متریال با مقاومت به خوردگی بالا در ساخت قالب استفاده شود.
- هنگامی که قطعات پلاستیکی تولید شده نیاز به صافی سطح بالا داشته باشند، کوچکترین آسیب روی سطح قالب می‌تواند منجر به تخریب قالب شود. در صورت بروز آسیب قالب نیاز به پولیش مجدد خواهد داشت. به همین دلیل متریال قالب برای تزریق این نوع از قطعات پلاستیکی نیاز به مقاومت به خوردگی و سایش خواهد داشت.
قابل ذکر است ترموست‌های حاوی ذرات جامد اغلب گازهای شیمیایی آزاد می‌کنند که برای تزریق این مواد نیاز است متریال مقاوم به سایش و خوردگی انتخاب شود.
این الزامات به فشار قالب، تعدد کار، فشار ضربه‌ای و سایز و پیچیدگی قالب نیز وابسته است.
از جمله پرکاربردترین فولادها برای ساخت قالب تزریق پلاستیک می‌توان به فولاد mo40، فولاد ۱.۲۳۱۲، فولاد Hcrs 135 و فولاد ۱.۷۲۲۰ اشاره نمود.
