מהי הזרקת פלסטיק?

הזרקה היא תהליך יציקת פלסטיק יעיל ונפוץ. היא משתמשת במכונת הזרקה להזרקת חומר פלסטי מותך לתבנית, ולאחר קירור והתמצקות מתקבל המוצר הפלסטי הרצוי. תהליך זה מתאים במיוחד לייצור המוני של מוצרים בעלי צורות מורכבות ותופס מקום חשוב בתחום העיבוד הפלסטי. השלבים העיקריים של הזרקה כוללים הידוק, הזרקה, החזקת לחץ, קירור, פתיחת תבנית והסרת מוצר. שלבים אלו מושגים באמצעות שליטה מדויקת של מכונת ההזרקה כדי להבטיח את האיכות הגבוהה והדיוק של המוצר. על ידי חזרה על שלבים אלה, תהליך ההזרקה יכול לייצר ברציפות וביעילות מספר רב של מוצרי פלסטיק כדי לענות על הצרכים של תעשיות שונות.

מה זה הזרקה?

טכניקת יציקת פלסטיק נפוצה היא הזרקה, הכוללת שימוש במכונת הזרקה, המכונה גם מכונת הזרקה, להזרקת חומר פלסטי מותך - בדרך כלל תרמופלסטי - לתוך תבנית. לאחר שהפלסטיק מתמצק ומתקרר, מחלצים את התוצאה הרצויה.

תהליך ההזרקה מורכב משישה שלבים מרכזיים.

• הידוק: כדי להבטיח שהפלסטיק המותך לא ידלוף במהלך ההזרקה, התבנית אטומה היטב בשלב זה.
• החזית והחלק האחורי של המוצר מיוצגים לרוב על ידי שני מרכיבים או יותר המרכיבים את התבנית.
• מידות התבנית ומאפייני החומר הפלסטי קובעים את כוח ההידוק.
• הזרקה: באמצעות גוף חימום, מכונת ההזרקה ממיסה את חלקיקי הפלסטיק.
• לחץ גבוה משמש להזרקת הפלסטיק המותך לתוך התבנית הנעולה.
• שני גורמים חשובים המשפיעים על מראה המוצר ואיכותו הם לחץ הזרקה וקצב.
• לחץ החזקה: מכונת ההזרקה שומרת על לחץ מסוים לאחר הזרקת החומר הפלסטי לתבנית. לחץ זה ידוע בתור החזקה של לחץ. שמירה על לחץ מסייעת להבטיח שהפלסטיק ממלא את התבנית לחלוטין ומפצה על כל התכווצות פוטנציאלית הקשורה לקירור.
• סוג הפלסטיק, עיצוב התבנית ומפרטי המוצר כולם משפיעים על זמן ההחזקה והלחץ.
• קירור: ליצירת צורת המוצר המתאימה, הפלסטיק מקרר ומתקשה בתבנית.
• תעלות מי קירור בתבנית משמשות לעתים קרובות לשם כך, אם כי מאווררים והתקני קירור חיצוניים אחרים עשויים גם הם לעזור.
• ביצועי המוצר ונכונות הממדים מושפעים באופן משמעותי מקצב הקירור וההומוגניות.
• פתיחת התבנית: פותחים את התבנית לאחר שהפלסטיק התקבע לחלוטין. כדי למנוע פגיעה בעובש ובמוצר, הליך פתיחת התבנית חייב להבטיח שרכיבי התבנית נעים בצורה חלקה. המוצר נשאר בצד אחד של התבנית - בדרך כלל צד התבנית הניתן - לאחר פתיחת התבנית, מוכן להוצאה.
• הסרת מוצר: לרוב משתמשים ברובוט או באדם להסרת מוצרים. על מנת למנוע נזק, יש לוודא שהמוצר מחוץ לתבנית לחלוטין לפני הסרתו. ייתכן שיהיה צורך בעיבוד לאחר כגון שחרור בור, חיתוך וכו' עבור המוצר שהוסר.

טכניקת ההזרקה עשויה ליצור ללא הרף מספר עצום של מוצרי פלסטיק עם צורות מורכבות ומדידות מדויקות על ידי חזרה על השלבים שהוזכרו לעיל. להזרקה יש מקום משמעותי בתעשיית עיבוד הפלסטיק בגלל היעילות הגבוהה, רמת האוטומציה הגבוהה והגמישות המצוינת.
 

באיזה פלסטיק משתמשים בהזרקה?

החומרים הפלסטיים המשמשים בתהליך ההזרקה הינם נרחבים ומכסים מגוון סוגים. להלן כמה חומרי פלסטיק נפוצים להזרקה והמאפיינים שלהם:

תרמופלסטיים:

1. פוליאתילן (PE): בעל עמידות טובה בחום, עמידות כימית ותכונות מכניות, והוא משמש לעתים קרובות לייצור סרטי אריזה מפלסטיק, שקיות ניילון, בקבוקים וכו'.

2. פוליפרופילן (PP): בעל תכונות מכניות טובות, עמידות בפני שחיקה ועמידות כימית, והוא נמצא בשימוש נרחב בחלקי רכב, מיכלי פלסטיק, מכשירי חשמל ביתיים ותחומים אחרים.

3. פוליוויניל כלוריד (PVC): בעל בידוד חשמלי טוב, עמידות בפני מזג אוויר ועמידות לממסים, והוא משמש לעתים קרובות לייצור חומרי בניין, חוטים וכבלים, צינורות מים וכו'.

4. פוליסטירן (PS): בעל שקיפות טובה, חוזק מכני ותכונות בידוד חשמלי, והוא משמש לעתים קרובות לייצור כוסות פלסטיק, צעצועים, חומרי בידוד וכו'.

5. פוליקרבונט (PC): בעל חוזק גבוה, קשיחות גבוהה ועמידות בחום מעולה, והוא משמש לעתים קרובות לייצור משקפיים, חלקי רכב וכו'.

6. פוליאמיד (PA): ידוע גם בשם ניילון, יש לו תכונות מכניות טובות, עמידות בפני שחיקה ועמידות ממסים, והוא משמש לעתים קרובות לייצור גלגלי שיניים, מיסבים וחלקים אחרים.

7. אקריליק (PMMA): תרמופלסטי חזק ושקוף המהווה חלופה טובה לזכוכית ומשמש לעתים קרובות לרכיבים שקופים ביישומי אדריכלות ותאורה.

8. אקרילוניטריל בוטאדיאן סטירן (ABS): תרמופלסטי ברמה הנדסית הידוע בחוזקו ובעמידותו בפני פגיעות, בשימוש נפוץ בתחום הרכב, האלקטרוניקה ובתחומים אחרים.

פלסטיק טרמוסיסט:

פוליאוריטן (PU): בעל עמידות בפני שחיקה טובה, עמידות בשמן ועמידות בפני ממסים, והוא משמש לעתים קרובות לייצור מערכות מתלים לרכב, אטמים וכו'.

בנוסף, ישנם חומרי הזרקה נוספים כגון פוליאתתרסולפון (PES), פוליאתילן טרפתלט (PET), פוליטרפלואורואתילן (PTFE), שלכל אחד מהם מאפיינים פיזיים ספציפיים ואזורי יישום משלו.

בעת בחירת חומר הזרקה, יש לקבוע זאת על סמך דרישות העיבוד וסביבת השימוש של המוצר. לדוגמה, עבור מוצרים הדורשים שקיפות גבוהה, ניתן לבחור PS או PMMA; עבור מוצרים הדורשים חוזק גבוה ועמידות בחום, ניתן לבחור PC או PA. במקביל, יש לקחת בחשבון גם גורמים כמו עלות חומר, ביצועי עיבוד ודרישות סביבתיות.

חשיבות התבניות

חלק מהותי בתהליך ההזרקה הן תבניות. גוש מתכת חלול מעוצב היטב בעל צורה פנימית התואמת את צורתו החיצונית של המוצר הפלסטי המיועד נקרא תבנית. פלסטיק מותך נשאב בלחץ גבוה לתוך חלל התבנית במהלך תהליך ההזרקה. החומר הפלסטי יוצר בסופו של דבר מוצר פלסטי התואם במדויק את צורת חלל התבנית באמצעות קירור והתמצקות התבנית.


כדי למנוע נזילת פלסטיק במהלך תהליך ההזרקה, תבניות מורכבות לרוב ממרכיבים רבים, כגון תבניות קבועות וניידות, הנסגרות במדויק במנגנון. כדי להבטיח שניתן להסיר את המוצר בצורה חלקה מהתבנית וכדי לייעל את איכויות ההידבקות והפירוק של הפלסטיק, משטח התבנית מטופל לעיתים קרובות במיוחד.

מנגנון הרץ והשער המורכב של התבנית מכוון את הפלסטיק המותך למלא במהירות ובאופן שווה את החור. איכות המוצר ויעילות הייצור מושפעות ישירות מעיצוב הרץ, בין אם הוא מתאים או לא. על מנת לווסת את קצב התמצקות הפלסטיק ואת איכות המוצר הסופי, התבנית מצוידת עוד במערכת בקרת טמפרטורה המאפשרת לחמם או לקרר אותה באמצעות מים חמים, שמן או תנור חימום.

מכונת ההזרקה שולטת אוטומטית בפתיחת התבנית ובסגירתה במהלך תהליך ההזרקה. סיכת המפלט של מכונת ההזרקה דוחפת את צלחת המפלט של התבנית כדי לשחרר את האובייקט היצוק מהתבנית לאחר שהפלסטיק התקבע לחלוטין. כדי להבטיח שניתן להוציא את המוצר בקלות וללא נזק, יש לשלוט על הליך זה במדויק.

מהו חלק יצוק בהזרקה?

הרץ, השער והחלל בתבנית מהווים את האובייקט היצוק במהלך תהליך ההזרקה. שרף פלסטיק מותך מוזרק לתבנית באמצעות רץ התבנית, המחובר לפיית מכונת ההזרקה באמצעות תעלה הנקראת שער. הפלסטיק המותך מונחה מהשער לכל חלל על ידי מערכת ערוצים הנקראת ראנר. הפלסטיק מקורר ומתקשה בחלל להפקת המוצר המוגמר, כאשר כל חלל מייצג פריט אחד או יותר.


תבניות בעלות חללים רבים המקושרים על ידי רצים נועדו לרוב להגביר את יעילות הייצור ולחסוך בעלויות. השונות בזמן שלוקח לפלסטיק המותך למלא כל חור, עם זאת, עשויה להוביל לבעיות מסוימות אם אורכי הרץ לכל חלל ישתנו. לדוגמה, יש סיכוי שהחלל הקרוב יותר יפתח פגמים מהתמצקות פלסטית מוקדמת, בעוד שלחור המרוחק לא יכול להיות מספיק פלסטיק למלא בזמן. זה עלול להוביל לשינויים במידות, במראה או בפונקציונליות של הפריטים כאשר הם יצוקים לתוך חורים שונים.

מה שנקרא עיצוב רץ מאוזן משמש לעתים קרובות כדי לטפל בבעיה זו על ידי הפיכת הרץ לאותו אורך מהשער לכל חלל. עיצוב זה מבטיח את האחידות והקליבר של כל מוצר יצוק בכך שהוא מאפשר לפלסטיק המותך להיכנס לכל חלל בו זמנית ולמלא אותו באופן שווה. עיצוב תבניות הזרקה דורש שיקול דעת מדוקדק של עיצוב תעלות זרימה מאוזנת, שהוא חיוני להעלאת איכות המוצר ויעילות הייצור.

דוגמאות להזרקה

ניקח כדוגמה ייצור של חלק מתג דלת מקרר לתיאור השלבים והפרמטרים.

בחירת חומרים

חומר: פלסטיק ABS
לפלסטיק ABS יש חוזק טוב, קשיחות, עמידות בפני שחיקה ועמידות בחום, והוא מתאים לייצור חלקים בעלי דרישות מראה גבוהות.

עיצוב עובש

נקודות עיצוב:

עיצוב אחד של תבנית ארבעה חללים לשיפור יעילות הייצור.

משטח הפרידה נבחר ב-DD כדי להבטיח פתיחה וסגירה חלקה של התבנית.

התבנית מאמצת הזנת שער נקודתי ומבנה משטח פרידה כפולה כדי להבטיח האכלה ואיכות מוצר אחידה.

מנגנון משיכת הליבה: החריץ המלבני הגדול בצד אחד משתמש במשיכת הליבה החיצונית של עמוד המדריך המשופע, ושני החריצים המרובעים הקטנים בצד השני משתמשים במשיכת הליבה הפנימית של המחוון המשופע כדי לפשט את מבנה התבנית.

הגדרת פרמטר תהליך

1. טמפרטורת הזרקה: על פי המאפיינים של פלסטיק ABS, הגדר את טווח טמפרטורת ההזרקה המתאים.
2. לחץ הזרקה: על פי מבנה חלק הפלסטיק ועיצוב התבנית, בחר את לחץ ההזרקה המתאים כדי להבטיח שהפלסטיק יוכל למלא את חלל התבנית במלואו.
3. טמפרטורת עובש: בקרת טמפרטורת העובש כדי להשיג את אפקט הדפוס ואיכות המוצר הטובים ביותר.
4. לחץ דחיסה (אם מעורב יציקת דחיסה בהזרקה): הגדר לחץ דחיסה מתאים בעת הצורך כדי להבטיח שהפלסטיק דחוס לחלוטין.

תהליך ייצור

• חימום פלסטיק: הוסף חלקיקי פלסטיק ABS לתוך הופר של מכונת ההזרקה וחמם אותם למצב מותך באמצעות מכשיר חימום.
• הזרקה: לאחר סגירת התבנית, מכונת ההזרקה מזריקה את פלסטיק ה-ABS המותך לתוך חלל התבנית דרך פייה.
• החזקת לחץ: לאחר השלמת ההזרקה, המשך להפעיל לחץ מסוים על החזקת לחץ כדי לוודא שהפלסטיק מלא במלואו בתבנית ולפצות על הצטמקות אפשרית.
• קירור ואשפרה: הפלסטיק מקורר ומתרפא בתבנית דרך תעלת מי הקירור או ציוד קירור אחר בתבנית.
• פתיחת התבנית והוצאת התבנית: כאשר הפלסטיק מתמצק במלואו, פותחים את התבנית ומוציאים את המוצר היצוק מהתבנית באמצעות מוט דחיפה או מנגנון אחר לביטול תבנית.

בקרת איכות

לאורך תהליך הייצור מתבצעת בקרת איכות קפדנית הכוללת בדיקת פרמטרים כמו טמפרטורת ההיתוך של הפלסטיק, לחץ ומהירות הזרקה, טמפרטורת התבנית וזמן הקירור, על מנת לוודא שכל חוליה עומדת בדרישות התהליך.
המוצרים המעוצבים נבדקים ויזואלית, נמדדים במידות ובבדיקת ביצועים על מנת להבטיח שאיכות המוצר עומדת בדרישות.

סיכום

באמצעות דוגמאות ההזרקה לעיל, אנו יכולים לראות את היישום של תהליך הזרקה בייצור מוצרי פלסטיק. בייצור בפועל, יש צורך לבחור תבניות ופרמטרים תהליכיים מתאימים לפי חומרי פלסטיק ודרישות מוצר ספציפיים, ולבצע בקרת איכות קפדנית להבטחת איכות ויציבות המוצר הסופי.