فرآیند تولید قطعات پلاستیکی و بررسی روش های موجود

قطعات پلاستیکی، اجزایی هستند که از مواد پلیمری ساخته می‌شوند و در صنایع مختلف مانند خودرو، لوازم خانگی، بسته‌بندی، پزشکی و الکترونیک کاربرد دارند. این قطعات به دلیل وزن سبک، مقاومت مناسب، قیمت پایین و قابلیت قالب‌گیری در اشکال متنوع، بسیار پرکاربرد هستند.

در ادامه، فهرستی از قطعات پلاستیکی پرکاربرد در صنایع مختلف آورده شده است:

بدنه و قطعات داخلی لوازم خانگی (مثلاً قطعات ماشین لباسشویی، یخچال، جاروبرقی)

قطعات خودرو (مانند سپر، داشبورد، دستگیره در، قطعات موتور)

انواع ظروف بسته‌بندی (بطری‌ها، درب بطری، ظروف نگهداری مواد غذایی)

قطعات الکترونیکی و برقی (پوشش کابل، قاب موبایل، سوئیچ و کلیدها)

قطعات پزشکی یک‌بار مصرف (سرنگ، لوله‌های آزمایش، ظروف دارو)

لوازم اداری و خانگی (صندلی پلاستیکی، گلدان، سطل زباله)

قطعات صنعتی و مهندسی (چرخ‌دنده‌های پلاستیکی، اتصالات لوله‌کشی، صفحات عایق)

اسباب‌بازی‌ها و وسایل آموزشی

قطعات سیستم‌های آب‌رسانی و فاضلاب (اتصالات، شیرآلات پلاستیکی)

این قطعات با روش‌های مختلفی مانند قالب‌گیری تزریقی پلاستیک تولید می‌شوند و بسته به نوع کاربرد، از مواد اولیه متفاوتی ساخته می‌شوند.

فرآیند تولید قطعات پلاستیکی

۱-انتخاب مواد اولیه پلاستیک

اولین گام در فرآیند تولید قطعات پلاستیکی، انتخاب مواد اولیه پلاستیک مناسب است. بسته به نوع قطعه، ویژگی‌های مکانیکی، حرارتی و شیمیایی مورد نیاز، پلیمرهایی مانند پلی‌پروپیلن (PP)، پلی‌اتیلن (PE)، پلی‌کربنات (PC)، ABS و نایلون انتخاب می‌شوند. در این مرحله، افزودنی‌هایی مانند رنگ‌دانه، تثبیت‌کننده‌های UV، نرم‌کننده یا پرکننده نیز به ترکیب اضافه می‌شوند تا خواص ماده بهینه‌سازی شود.

۲-  آماده ‌سازی مواد اولیه

مواد پلیمری به صورت گرانول (دانه‌های پلاستیکی) وارد دستگاه می‌شوند. قبل از ورود به خط تولید، این گرانول‌ها ممکن است خشک شوند تا از رطوبت‌زدگی و ایجاد حباب در قطعه نهایی جلوگیری شود. این مرحله به‌ویژه در تولید قطعات حساس بسیار مهم است.

۳- ذوب و اختلاط در دستگاه اکسترودر یا تزریق

در این مرحله، گرانول‌های پلاستیک وارد دستگاهی به نام اکسترودر یا دستگاه قالب‌گیری تزریقی پلاستیک می‌شوند. در دستگاه تزریق، پیچ مارپیچی (screw) با ایجاد فشار و دما، گرانول‌ها را ذوب کرده و به شکل خمیر روان درمی‌آورد. این پلاستیک مذاب به‌صورت یکنواخت و بدون حباب آماده قالب‌گیری می‌شود.

۴- قالب‌گیری تزریقی پلاستیک (Injection Molding)

در این روش که رایج‌ترین روش تولید قطعات پلاستیکی است، پلاستیک مذاب با فشار زیاد به داخل قالب فلزی تزریق می‌شود. قالب از دو نیمه تشکیل شده که شکل نهایی قطعه را تعیین می‌کند. پس از تزریق، پلاستیک در قالب سرد می‌شود و جامد می‌گردد. زمان خنک‌کاری و طراحی کانال‌های جریان مذاب در قالب، تأثیر زیادی بر کیفیت نهایی قطعه دارد.

۵-  باز شدن قالب و خروج قطعه

پس از خنک شدن کامل، قالب باز می‌شود و قطعه پلاستیکی با کمک سیستم پران از قالب خارج می‌شود. در این مرحله قطعه هنوز ممکن است دارای پلیسه یا قسمت‌های اضافی باشد که باید در مراحل بعدی اصلاح شوند.

۶- عملیات تکمیلی

عملیات تکمیلی شامل برش پلیسه، سوراخ‌کاری، نصب قطعات فلزی، چاپ، لیبل‌زنی یا رنگ‌آمیزی سطحی است. بسته به کاربرد قطعه، ممکن است نیاز به انجام تست‌های کیفی مکانیکی، حرارتی یا شیمیایی نیز وجود داشته باشد تا از استاندارد بودن تولید اطمینان حاصل شود.

۷- بسته ‌بندی و انبار

در نهایت، قطعات تولیدشده پس از بررسی و تأیید کیفیت، بسته‌بندی و برای مصرف یا فروش آماده می‌شوند. در این مرحله، شماره سری ساخت، نوع مواد اولیه پلاستیک استفاده‌شده و جزئیات فرآیند تولید نیز ثبت می‌گردد.

این مراحل پایه‌ای در خط تولید قطعات پلاستیکی هستند و بسته به نوع محصول، روش قالب‌گیری و فناوری مورد استفاده، ممکن است تفاوت‌هایی نیز وجود داشته باشد. استفاده صحیح از قالب‌گیری تزریقی پلاستیک و انتخاب بهینه مواد اولیه پلاستیک نقش کلیدی در کیفیت و دوام قطعه نهایی دارد.

مواد اولیه مورد نیاز در تولید قطعات پلاستیکی

در فرآیند تولید قطعات پلاستیکی، انتخاب و استفاده از مواد اولیه پلاستیکی یکی از مهم‌ترین مراحل است که مستقیماً بر کیفیت، دوام، قیمت تمام‌شده و کاربرد نهایی قطعه تأثیر می‌گذارد. این مواد به‌صورت گرانول، پودر یا پرک تهیه شده و معمولاً به همراه افزودنی‌هایی خاص، به چرخه تولید وارد می‌شوند. در ادامه، به انواع اصلی مواد اولیه مصرفی در تولید قطعات پلاستیکی به صورت پاراگراف‌بندی شده می‌پردازیم:

۱- پلی‌پروپیلن (PP)

پلی‌پروپیلن یکی از پرمصرف‌ترین پلاستیک‌های گرمانرم در صنعت است. این ماده به دلیل مقاومت شیمیایی بالا، وزن سبک و قیمت مناسب، در تولید قطعات خودرو، لوازم خانگی، ظروف آشپزخانه و قطعات صنعتی کاربرد فراوان دارد. انعطاف‌پذیری و قابلیت بازیافت بالای آن نیز از دیگر مزایای این پلیمر است.

۲- پلی‌اتیلن (PE)

پلی‌اتیلن در انواع سبک (LDPE)، سنگین (HDPE) و متوسط (MDPE) وجود دارد و هرکدام کاربرد خاصی دارند. این پلیمر برای ساخت بطری‌ها، لوله‌ها، کیسه‌ها، محفظه‌ها و تجهیزات الکتریکی استفاده می‌شود. پلی‌اتیلن مقاومت خوبی در برابر رطوبت، اسید و باز دارد و فرآیند قالب‌گیری آن آسان است.

۳-پلی‌وینیل کلراید (PVC)

پی‌وی‌سی ماده‌ای سخت یا نرم است که بسته به میزان افزودنی، کاربردهای متفاوتی دارد. نوع سخت آن در تولید لوله، پروفیل درب و پنجره و قطعات ساختمانی استفاده می‌شود، در حالی که نوع نرم در ساخت کابل‌ها، چرم مصنوعی و قطعات انعطاف‌پذیر کاربرد دارد. PVC مقاومت خوبی در برابر شعله و مواد شیمیایی دارد.

۴- آکریلونیتریل بوتادین استایرن (ABS)

ABS پلاستیکی مقاوم، سخت و براق است که برای تولید قطعاتی مانند بدنه لوازم‌خانگی، قطعات خودرو، اسباب‌بازی (مثل لگو) و تجهیزات الکترونیکی به‌کار می‌رود. این ماده دارای خواص مکانیکی بالا و شکل‌پذیری مناسب است و در قالب‌گیری تزریقی عملکرد بسیار خوبی دارد.

۵-پلی‌کربنات (PC)

پلی‌کربنات نوعی پلاستیک شفاف، مقاوم در برابر ضربه و حرارت است. این ماده برای تولید قطعات اپتیکی، پوشش‌های محافظ، شیشه‌های نشکن، بدنه لوازم الکترونیکی و قطعات صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرد. پلی‌کربنات در عین شفاف بودن، استحکام بالایی دارد و در برابر ترک‌خوردگی تنشی نیز مقاوم است.

۶- نایلون (Polyamide – PA)

نایلون یکی از پرکاربردترین پلیمرهای مهندسی است. این ماده در تولید قطعات صنعتی، دنده‌ها، یاتاقان‌ها، قطعات متحرک ماشین‌آلات و ابزارهای مکانیکی استفاده می‌شود. نایلون دارای مقاومت مکانیکی و حرارتی بالا، اصطکاک پایین و پایداری ابعادی مناسب است.

۷-پلی‌استایرن (PS)

پلی‌استایرن پلاستیکی شکننده، سبک و ارزان است که بیشتر در ساخت ظروف یک‌بار مصرف، قطعات تزئینی و لوازم بسته‌بندی کاربرد دارد. این ماده در دو نوع معمولی (GPPS) و مقاوم به ضربه (HIPS) عرضه می‌شود. پلی‌استایرن فرآیندپذیری خوبی دارد اما مقاومت حرارتی کمی دارد.

۸-افزودنی‌ها (Additives)

برای بهبود خواص پلاستیک‌ها، از افزودنی‌هایی مانند پایدارکننده‌های UV، نرم‌کننده‌ها، رنگ‌دانه‌ها، روان‌کننده‌ها، ضد شعله‌ها و تقویت‌کننده‌ها استفاده می‌شود. این مواد به‌صورت درصدی به ترکیب اصلی اضافه می‌شوند تا خواص فیزیکی، ظاهری یا فرآیندپذیری پلاستیک بهبود یابد.

انتخاب صحیح مواد اولیه پلاستیکی بر اساس کاربرد قطعه، شرایط محیطی، الزامات بهداشتی یا صنعتی، و قیمت تمام‌شده، از مهم‌ترین عوامل موفقیت در خط تولید قطعات پلاستیکی به شمار می‌رود.

تجهیزات اصلی تولید قطعات پلاستیکی

1- دستگاه تزریق پلاستیک  (Injection Molding Machine)

کاربرد: انجام قالب‌گیری تزریقی پلاستیک

ویژگی‌های مهم:

تناژ قفل قالب (Clamping Force): معمولاً از ۵۰ تا ۴۰۰۰ تن. باید متناسب با اندازه و فشار تزریق قطعه انتخاب شود.

حجم تزریق (Injection Volume): مشخص می‌کند چه مقدار پلاستیک در هر چرخه تزریق می‌شود.

سیستم کنترل: مدرن‌ترین دستگاه‌ها دارای PLC یا صفحات لمسی هوشمند برای کنترل دقیق فرآیند هستند.

نوع حرکت: دستگاه‌ها به صورت هیدرولیکی، الکتریکی یا هیبریدی تولید می‌شوند؛ نوع الکتریکی مصرف انرژی کمتری دارد و دقیق‌تر است.

مصرف انرژی و کارایی: بسیار مهم برای تولید انبوه مقرون‌به‌صرفه.

2- قالب تزریق پلاستیک (Injection Mold)

کاربرد: تعیین شکل نهایی قطعه پلاستیکی

ویژگی‌های مهم:

جنس قالب: معمولاً فولاد سخت‌کاری شده یا آلومینیوم؛ فولاد مقاوم‌تر است و عمر بیشتری دارد.

تعداد حفره‌ها (Cavities): قالب‌های چندحفره‌ای برای تولید انبوه مقرون‌به‌صرفه‌ترند.

سیستم خنک‌کننده: باید طراحی خوبی داشته باشد تا زمان چرخه کاهش یابد.

طراحی راهگاه (Runner): طراحی بهینه راهگاه‌ها و دروازه‌ها باعث تزریق یکنواخت می‌شود.

3- آسیاب گرانول (Plastic Granulator / Crusher)

کاربرد: بازیافت ضایعات و تبدیل آن‌ها به گرانول

ویژگی‌های مهم:

قدرت موتور: متناسب با حجم ضایعات

نوع تیغه‌ها: تیغه‌های فولادی ضدسایش، با قابلیت تعویض آسان

سرعت برش و ظرفیت ورودی: باید با سرعت تولید هماهنگ باشد.

4- دستگاه خشک‌کن مواد  (Hopper Dryer)

کاربرد: خشک‌کردن مواد اولیه پلاستیکی پیش از تزریق

ویژگی‌های مهم:

حجم مخزن خشک‌کن: بر اساس مصرف روزانه مواد اولیه

کنترل دما: باید دقیق و یکنواخت باشد تا از سوختن مواد جلوگیری شود.

سیستم چرخش هوا: برای جلوگیری از رطوبت‌گیری مجدد.

5- میکسر یا میکسر رنگ (Plastic Mixer / Color Mixer)

کاربرد: ترکیب مواد اولیه پلاستیکی با رنگ‌دانه‌ها یا افزودنی‌ها

ویژگی‌های مهم:

حجم مخزن: مناسب با حجم مصرفی مواد

جنس داخلی: معمولاً استیل ضدزنگ برای جلوگیری از واکنش با افزودنی‌ها

سرعت مخلوط‌سازی: بهتر است متغیر و قابل تنظیم باشد.

6- چیلر صنعتی (Industrial Chiller)

کاربرد: خنک‌سازی قالب‌ها و دستگاه‌ها

ویژگی‌های مهم:

ظرفیت سرمایشی (تن تبرید): باید متناسب با تعداد دستگاه‌ها باشد.

نوع کندانسور: هوایی یا آبی، بر اساس شرایط محیطی کارخانه

قابلیت تنظیم دمای خروجی آب: برای تنظیم دمای قالب‌ها در فرآیند قالب‌گیری.

7- ربات یا بازوی مکانیکی (Robotic Arm / Part Picker)

کاربرد: خارج کردن قطعه از قالب و قرار دادن در نوار نقاله

ویژگی‌های مهم:

سرعت و دقت حرکت: مخصوصاً در تولید انبوه

تعداد محورهای حرکتی: بیشتر بودن محورهای حرکتی، قابلیت انعطاف بالاتری می‌دهد

امکان برنامه‌ریزی و هماهنگی با دستگاه تزریق

8- نوار نقاله (Conveyor Belt)

کاربرد: انتقال قطعات تولیدشده برای عملیات بعدی یا بسته‌بندی

ویژگی‌های مهم:

طول و عرض متناسب با قطعه تولیدی

قابلیت تنظیم سرعت حرکت

قابلیت توقف خودکار در مواقع خرابی سیستم

هر یک از این تجهیزات در بهره‌وری، کیفیت و هزینه‌های تمام‌شده تولید قطعات پلاستیکی نقش مهمی دارند. در هنگام تهیه، توجه به کیفیت ساخت، خدمات پس از فروش، مصرف انرژی و سازگاری تجهیزات با یکدیگر بسیار ضروری است.