การฉีดขึ้นรูปเป็นวิธีการเพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์ที่ขึ้นรูปโดยการฉีดวัสดุพลาสติกที่หลอมเหลวด้วยความร้อนเข้าไปในแม่พิมพ์ แล้วทำให้เย็นและทำให้แข็งตัว
วิธีนี้เหมาะสำหรับการผลิตจำนวนมากของผลิตภัณฑ์ที่มีรูปร่างซับซ้อน และใช้พื้นที่ส่วนใหญ่ในการแปรรูปพลาสติก
วงจรกระบวนการ
รอบกระบวนการสำหรับการฉีดขึ้นรูปนั้นสั้นมาก โดยปกติจะอยู่ระหว่าง 2 วินาทีถึง 2 นาที และประกอบด้วยสี่ขั้นตอนต่อไปนี้:
การหนีบ - ก่อนที่จะฉีดวัสดุเข้าไปในแม่พิมพ์ ต้องปิดสองส่วนของแม่พิมพ์ให้แน่นก่อนโดยชุดจับยึด แต่ละครึ่งหนึ่งของแม่พิมพ์ติดอยู่กับเครื่องฉีดพลาสติก และอีกครึ่งหนึ่งสามารถเลื่อนได้ ชุดจับยึดที่ขับเคลื่อนด้วยพลังไฮดรอลิกจะดันครึ่งของแม่พิมพ์เข้าหากัน และออกแรงที่เพียงพอเพื่อให้แม่พิมพ์ปิดอย่างแน่นหนาในขณะที่ฉีดวัสดุ เวลาที่ต้องใช้ในการปิดและยึดแม่พิมพ์ขึ้นอยู่กับเครื่องจักร - เครื่องจักรขนาดใหญ่ (ที่มีแรงจับยึดมากกว่า) จะต้องใช้เวลามากขึ้น เวลานี้สามารถประมาณได้จากรอบเวลาแห้งของเครื่อง
การฉีด - วัตถุดิบพลาสติกมักจะอยู่ในรูปของเม็ดพลาสติก จะถูกป้อนเข้าสู่เครื่องฉีดพลาสติก และเคลื่อนเข้าสู่แม่พิมพ์โดยชุดฉีด ในระหว่างขั้นตอนนี้ วัสดุจะหลอมละลายด้วยความร้อนและความดัน จากนั้นพลาสติกที่หลอมเหลวจะถูกฉีดเข้าไปในแม่พิมพ์อย่างรวดเร็วและเกิดการสะสมตัวของชุดแรงดันและยึดวัสดุไว้ ปริมาณของวัสดุที่ฉีดจะเรียกว่าช็อต เวลาในการฉีดเป็นเรื่องยากที่จะคำนวณได้อย่างถูกต้องเนื่องจากการไหลของพลาสติกหลอมเหลวที่ซับซ้อนและเปลี่ยนแปลงในแม่พิมพ์ อย่างไรก็ตาม เวลาในการฉีดสามารถประเมินได้จากปริมาณการฉีด แรงดันการฉีด และกำลังการฉีด
คูลลิ่ง - พลาสติกหลอมเหลวที่อยู่ภายในแม่พิมพ์จะเริ่มเย็นตัวทันทีที่สัมผัสกับพื้นผิวแม่พิมพ์ภายใน เมื่อพลาสติกเย็นลงจะแข็งตัวเป็นรูปร่างตามส่วนที่ต้องการ อย่างไรก็ตาม ระหว่างการทำความเย็น การหดตัวของชิ้นส่วนอาจเกิดขึ้น การบรรจุวัสดุในขั้นตอนการฉีดขึ้นรูปช่วยให้วัสดุเพิ่มเติมไหลเข้าสู่แม่พิมพ์และลดปริมาณการหดตัวที่มองเห็นได้ ไม่สามารถเปิดแม่พิมพ์ได้จนกว่าจะหมดเวลาระบายความร้อนที่ต้องการ เวลาในการระบายความร้อนสามารถประมาณได้จากคุณสมบัติทางอุณหพลศาสตร์หลายประการของพลาสติกและความหนาของผนังสูงสุดของชิ้นส่วน
ดีดออก - หลังจากเวลาผ่านไปพอสมควร ส่วนที่เย็นลงอาจถูกขับออกจากแม่พิมพ์โดยระบบดีดออก ซึ่งติดอยู่ที่ครึ่งหลังของแม่พิมพ์ เมื่อแม่พิมพ์เปิดออก จะมีการใช้กลไกดันชิ้นส่วนออกจากแม่พิมพ์ ต้องใช้แรงในการดีดชิ้นส่วนออก เนื่องจากระหว่างการหล่อเย็น ชิ้นส่วนจะหดตัวและยึดติดกับแม่พิมพ์ เพื่ออำนวยความสะดวกในการขับชิ้นส่วนออก สามารถฉีดพ่นน้ำยาถอดแบบลงบนพื้นผิวของโพรงแม่พิมพ์ก่อนที่จะฉีดวัสดุ เวลาที่ต้องใช้ในการเปิดแม่พิมพ์และนำชิ้นส่วนออกสามารถประมาณได้จากรอบเวลาแห้งของเครื่อง และควรรวมเวลาเพื่อให้ชิ้นส่วนหลุดออกจากแม่พิมพ์ เมื่อนำชิ้นส่วนออกมาแล้ว สามารถหนีบแม่พิมพ์ให้ปิดเพื่อฉีดช็อตต่อไปได้
หลังจากรอบการฉีดขึ้นรูป โดยทั่วไปจำเป็นต้องมีการประมวลผลภายหลัง ในระหว่างการหล่อเย็น วัสดุในช่องของแม่พิมพ์จะแข็งตัวติดกับชิ้นส่วน วัสดุส่วนเกินนี้ รวมทั้งแสงวาบที่เกิดขึ้น ต้องเล็มออกจากชิ้นส่วน โดยทั่วไปแล้วจะใช้คัตเตอร์ สำหรับวัสดุบางประเภท เช่น เทอร์โมพลาสติก เศษวัสดุที่เกิดจากการตัดแต่งนี้สามารถรีไซเคิลได้โดยใส่ลงในเครื่องบดพลาสติก หรือที่เรียกว่าเครื่องบดย่อยหรือเครื่องบดละเอียด ซึ่งจะบดเศษวัสดุเป็นเม็ด เนื่องจากการเสื่อมสภาพของคุณสมบัติของวัสดุ การบดจะต้องผสมกับวัตถุดิบในอัตราส่วนการบดที่เหมาะสมเพื่อนำกลับมาใช้ใหม่ในกระบวนการฉีดขึ้นรูป
เครื่องมือ
กระบวนการฉีดขึ้นรูปใช้แม่พิมพ์ซึ่งโดยทั่วไปทำจากเหล็กหรืออะลูมิเนียมเป็นเครื่องมือแบบกำหนดเอง แม่พิมพ์มีส่วนประกอบหลายอย่าง แต่สามารถแบ่งออกเป็นสองส่วนได้ แต่ละครึ่งติดอยู่ภายในเครื่องฉีดพลาสติก และครึ่งหลังสามารถเลื่อนได้ เพื่อให้สามารถเปิดและปิดแม่พิมพ์ได้ตามแนวการแยกส่วนของแม่พิมพ์ ส่วนประกอบหลักสองส่วนของแม่พิมพ์คือแกนแม่พิมพ์และโพรงแม่พิมพ์ เมื่อปิดแม่พิมพ์ ช่องว่างระหว่างแกนแม่พิมพ์และโพรงแม่พิมพ์จะก่อตัวเป็นโพรงชิ้นส่วน ซึ่งจะถูกเติมด้วยพลาสติกหลอมเหลวเพื่อสร้างชิ้นส่วนที่ต้องการ บางครั้งใช้แม่พิมพ์แบบหลายช่อง ซึ่งแม่พิมพ์สองส่วนจะสร้างช่องส่วนที่เหมือนกันหลายช่อง
แกนแม่พิมพ์และโพรงแม่พิมพ์แต่ละอันจะติดตั้งเข้ากับฐานแม่พิมพ์ ซึ่งจากนั้นจะยึดเข้ากับแท่นวางภายในเครื่องฉีดพลาสติก ครึ่งหน้าของฐานแม่พิมพ์ประกอบด้วยแผ่นรองรับซึ่งติดโพรงแม่พิมพ์ บูชสปรู ซึ่งวัสดุจะไหลออกจากหัวฉีด และวงแหวนระบุตำแหน่งเพื่อจัดฐานแม่พิมพ์ให้ตรงกับหัวฉีด ครึ่งหลังของฐานแม่พิมพ์มีระบบดีดออกซึ่งติดแกนแม่พิมพ์และแผ่นรองรับ เมื่อชุดจับยึดแยกครึ่งแม่พิมพ์ แถบดีดออกจะสั่งงานระบบดีดออก แถบอีเจ็คเตอร์ดันแผ่นอีเจ็คเตอร์ไปข้างหน้าภายในกล่องอีเจ็คเตอร์ ซึ่งจะดันพินอีเจ็คเตอร์เข้าไปในส่วนที่ขึ้นรูป เครื่องเป่าหมุดดันส่วนที่แข็งตัวออกจากโพรงแม่พิมพ์ที่เปิดอยู่
เพื่อให้พลาสติกที่หลอมเหลวไหลเข้าไปในโพรงแม่พิมพ์ ช่องต่างๆ จะถูกรวมเข้ากับการออกแบบแม่พิมพ์ ขั้นแรก พลาสติกหลอมเหลวจะเข้าสู่แม่พิมพ์ผ่านทางป่วง ช่องเพิ่มเติมที่เรียกว่า ทางวิ่ง นำพลาสติกหลอมเหลวจากป่วงไปยังโพรงทั้งหมดที่ต้องเติม ในตอนท้ายของแต่ละรันเนอร์ พลาสติกที่หลอมเหลวจะเข้าสู่โพรงผ่านประตูซึ่งควบคุมการไหล พลาสติกหลอมเหลวที่แข็งตัวภายในตัววิ่งเหล่านี้จะติดอยู่กับชิ้นส่วนและต้องแยกออกจากกันหลังจากที่นำชิ้นส่วนออกจากแม่พิมพ์แล้ว อย่างไรก็ตาม บางครั้งก็ใช้ระบบ Hot Runner ซึ่งให้ความร้อนแก่ช่องแยกอิสระ ทำให้วัสดุที่บรรจุอยู่ละลายและหลุดออกจากชิ้นส่วนได้ ช่องอีกประเภทหนึ่งที่สร้างขึ้นในแม่พิมพ์คือช่องระบายความร้อน ช่องเหล่านี้ช่วยให้น้ำไหลผ่านผนังแม่พิมพ์ที่อยู่ติดกับโพรงและทำให้พลาสติกหลอมเหลวเย็นลง
นอกจากรันเนอร์และประตูแล้ว ยังมีประเด็นการออกแบบอื่นๆ อีกมากมายที่ต้องพิจารณาในการออกแบบแม่พิมพ์ ประการแรก แม่พิมพ์ต้องปล่อยให้พลาสติกหลอมเหลวไหลเข้าไปในโพรงทั้งหมดได้ง่าย สิ่งที่สำคัญไม่แพ้กันคือการถอดส่วนที่แข็งตัวออกจากแม่พิมพ์ ดังนั้นต้องใช้มุมร่างกับผนังแม่พิมพ์ การออกแบบแม่พิมพ์ต้องรองรับลักษณะที่ซับซ้อนบนชิ้นส่วน เช่น รอยตัดด้านล่างหรือเกลียว ซึ่งจะต้องใช้ชิ้นส่วนแม่พิมพ์เพิ่มเติม อุปกรณ์เหล่านี้ส่วนใหญ่เลื่อนเข้าไปในโพรงชิ้นส่วนผ่านทางด้านข้างของแม่พิมพ์ และด้วยเหตุนี้จึงเรียกว่า สไลด์ หรือการดำเนินการด้านข้าง ประเภท side-action ที่พบมากที่สุดคือ side-core ซึ่งทำให้สามารถขึ้นรูป undercut ภายนอกได้ อุปกรณ์อื่นๆ เข้ามาทางปลายแม่พิมพ์ตามทิศทางของการแยก เช่น ตัวยกแกนภายใน ซึ่งสามารถสร้างรอยตัดภายในได้ ในการขึ้นรูปเกลียวในชิ้นส่วน จำเป็นต้องใช้อุปกรณ์คลายเกลียว ซึ่งสามารถหมุนออกจากแม่พิมพ์ได้หลังจากสร้างเกลียวแล้ว