اختصاصی بسپار/ عوامل و رویکردهای مهم در برآورد زمان ماند در قالب گیری تزریقی

 بسپار/ایران پلیمر  زمان ماند (residence time) می‌تواند تاثیر چشمگیری بر کیفیت قطعه و بازده تولید آن داشته باشد، اما تعیین مقدار آن همیشه ساده نیست. با استفاده از روش‌ها و فرمول‌های مناسب می‌توان زمان ماند را با دقت بیشتری اندازه‌گیری کرد و از آن برای موضوعاتی از زمان‌بندی کارها گرفته تا بهینه‌سازی فرایند بهره برد.

زمان ماند می‌تواند با افزایش و کاهش مقدار ماده‏‌ای که ماشین در هر ساعت فراورش می‌کند، تغییر کند. هم‌چنین، در صورت تغییر مشخصات واحد تزریق، که هنگام جابه‌جایی قالب‌ها بین ماشین‌ها بسیار رایج است، تحت تاثیر قرار گیرد. زمان ماند به مدت زمانی گفته می‌شود که یک دانه (pellet) بسپار به صورت فیزیکی در سیلندر (barrel) قرار دارد و در معرض برش یا گرمایش قرار می‌گیرد.  تغییر هرگونه از عوامل وابسته به زمان در ماشین مانند زمان خنک‌کاری، زمان فشرده­سازی (packing time)، زمان نگه­داری فشار (holding time)، زمان باز و بسته شدن قالب، زمان محافظت (protection time)، زمان پرانش (ejection time) قطعه و برداشت و گذاشت ربات (robot)، باعث تغییر زمان ماند می‌شود.

این اطلاعات اهمیت زیادی دارند زیرا از آن‌ها در برنامه‌ریزی استفاده هر قالب در هر ماشین، تعیین محل بهینه برای فراورش مواد حساس به گرما جهت به کمینه رساندن زمان ماند، یا کمک به یک قالب‌گیر در خرید ماشین جدید و انتخاب اندازه مناسب سیلندر برای مواد و وزن قطعات مختلف، استفاده می شوند.

به‌عنوان یک مهندس پلاستیک، اغلب مشاهده کرده‌ام که برخی از ساده‌ترین پرسش‌ها در این حوزه‌ می‌توانند از دشوارترین پرسش‌ها برای پاسخ‌دادن باشند. یکی از این پرسش‌ها تعیین حجم تزریق (shot) پلاستیک موجود در سیلندر و محاسبه زمان ماند متناظر با آن است.

یک مقدار هدف رایج و پذیرفته‌شده در صنعت برای زمان ماند، زمان ماند بین 2 تا 5 دقیقه است. با این حال این قانون سرانگشتی ممکن است هنگام کار با گرمانرم‌های مهندسی دمای بالا، مانند PEEK، یا مواد حساس به گرما مانند PBT یا PVC کاربرد نداشته باشد. هم‌چنین، هنگامی که PP و PE در کاربردهای بسته‌بندی استفاده می‌شوند، ممکن است انحراف‌هایی از این راهنما رخ دهد.

در طول دوران کاری خود، مشاهده کرده‌ام که زمان ماند در کاربردهای بسته‌بندی با استفاده از ماشین‌های رفت و برگشتی (reciprocating) گاهی به کمتر از 5_/1 دقیقه می‌رسد. در برخی موارد، دمای سیلندر را به میزان حدود ۵۶ تا ۱۱۱ درجه‌ی سلسیوس افزایش داده‌اند تا انتقال گرما از طریق رسانش تقویت شود و کمبود برشی که از پیکربندی ماردان ناشی می‌شود جبران شود. اگرچه راهکارهایی مانند، ماردان‌های سدگر (barrier screw)، ماردان‌هایی با نسبت طول به قطر (L/D) بیش‌تر، نسبت تراکم (compression ratio) بیش‌تر، یا خرید ماشین‌هایی با کاربری فشرده­سازی، می توانند این مشکلات را حل کنند، اما اغلب از نظر هزینه و محدودیت ظرفیت (capacity) ماشین کاربردی و عملی نیستند.

هم‌چنین زمان‌های ماند تا 15 دقیقه برای مواد حساس به گرما در حالت نیمه‌خودکار را نیز مشاهده کرده‌ام. در این حالت، هرچقدر که تلاش می‌کردیم که دمای واقعی پلاستیک مذاب را کاهش دهیم، لازم بود به‌طور متناوب سیلندر را از مواد تخریب‌شده (degraded) تخلیه و پاکسازی (purge) کنیم.

ساده‌ترین روش برای ارزیابی زمان ماند یک فرایند در حال اجرا این است که بیشینه ظرفیت تزریق در هر چرخه ماشین، اندازه واقعی تزریق در هر چرخه و مدت زمان چرخه آن را یادداشت کرده و با استفاده از معادلات زیر زمان ماند را حساب کرد.

معادله اول

زمان ماند= (بیشترین حجم تزریق ماشین÷حجم تزریق واقعی)×(زمان چرخه÷60)

برای تعیین اندازه‌ی واقعی پلاستیک جابه‌جاشده، باید مقدار حوضچه مذاب (Cushion) و میزان رفع فشار پس از تزریق (Post-Decompression) از مقدار کل کم شوند تا مقدار واقعی پلاستیک جابه‌جاشده مشخص شود. برای مثال در ماشینی با مقدار بیشینه تزریق در هر دوره به مقدار 12 اینچ (8_/304 میلی‌متر) و مقدار جابه‌جایی واقعی پلاستیک به مقدار 5_/1 اینچ (1_/38 میلی‌متر) و با چرخه‌ای به مدت 15 ثانیه، زمان ماند 2 دقیقه خواهد بود.

اما اگر زمان ماند واقعی را طوری تعریف کنیم که مدت زمانی است که یک دانه به طور فیزیکی در سیلندر باشد، محاسبات معادله بالا مقدار پلاستیک را که در طول ماردان در نواحی پیمایش (metering)، تراکم (compression) و خوراک­دهی (feed) منتقل می‌شود را در نظر نمی‌گیرد.

برای مثال فرض کنید در حالت خودکار با یک چرخه 30 ثانیه‌ای، 5 تعداد تزریق کامل و با 2 اینچ (8_/50 میلی‌متر) حجم واقعی پلاستیک جابه‌جا شده ثبت کرده‌اید اما در تزریق ششم، ماردان فقط تا مقدار محاسبه شده‌ی 5_/1 اینچ (1_/38 میلی‌متر) حجم واقعی پلاستیک جابه‌جا شده بازیابی می‌شود. در این صورت می توان محاسبه کرد که 75_/0=5_/1÷2 یعنی سه چهارم تزریق کامل. در این حالت سه چهارم تزریق به پنج تزریق قبلی اضافه می‌شود و مجموع به 75_/5 تزریق می‌رسد، سپس زمان ماند با ضرب تعداد کل تزریق‌ها در زمان چرخه به دست می‌آید: 5_/172 ثانیه=75_/5×30 یعنی حدود 9_/2 دقیقه.

روش دیگر این است که یک دانه رنگی از همان ماده یا یک دانه از مستربچ رنگی (batch) را داخل ماشین بریزید و لحظه‌ای که آخرین دانه‌ها بین پره‌های ماردان در ناحیه خوراک دیده می‌شوند را ثبت کنید. این کار با عقب بردن قیف از ناحیه خوراک انجام می شود. سپس زمانی که اولین قطعه رنگی تولید می شود را یادداشت کنید. البته اگر ماده‌ای که استفاده می‌کنید مشکی باشد، این روش با مشکل مواجه می‌شود.

ادامه دارد…

برگردان : مهندس ساناز اندیروان

متن کامل این مقاله را در شماره 288 ماهنامه بسپار که در نیمه مهر ماه به چاپ رسیده است، می خوانید.

در صورت تمایل به دریافت نسخه نمونه رایگان و یا دریافت اشتراک با شماره های ۰۲۱۷۷۵۲۳۵۵۳ و ۰۲۱۷۷۵۳۳۱۵۸ داخلی ۳ سرکار خانم ارشاد تماس بگیرید. نسخه الکترونیک این شماره از طریق طاقچه  و  فیدیبو  قابل دسترسی است.