راهگاه در قالب‌های تزریق پلاستیک، وظیفه هدایت مذاب پلیمری را از نازل دستگاه تزریق تا محل تشکیل قطعه (محفظه) برعهده دارد و باید به‌گونه‌ای باشد که:
کمترین افت دمایی را برای جریان مواد پلیمری داشته باشد
کمترین افت فشار را برای جریان مواد ایجاد کند
پس از تزریق، بسادگی از قالب و قطعه جدا شود
مواد مذاب را به‌صورت مناسب در محفظه جاری و هدایت کند
کمترین ضایعات را پس از تزریق ایجاد کند
با توجه به موارد یادشده تلاش مستمری در بهینه‌سازی و نوآوری سیستم راهگاهی صورت می‌پذیرد. سیستم راهگاه گرم در 1940 ابداع و اولین نمونه صنعتی آن در 1965 به بازار عرضه شد و با آغاز بحران انرژی از 1973، روند استفاده از آن رو به توسعه قرار گرفت.

سیستم راهگاه گرم
این سیستم را می‌توان در دو دیدگاه زیر موردبررسی قرار داد:
1. نحوه انتقال مذاب
2 . روش گرمایش مسیر

1. نحوه انتقال مذاب
انتقال مذاب به دو روش مستقیم و غیرمستقیم انجام می‌گیرد.

روش مستقیم (نازل گرم)
در این روش، نازل یا بوش گرم، جایگزین اسپرو شده و وظیفه هدایت مواد از نازل دستگاه تزریق به راهگاه یا قطعه را برعهده دارد. در بخش‌های مختلف شکل 1، روش‌های مختلف استفاده از نازل گرم دیده می‌شود.

شکل 1

a) مذاب از طریق نازل مستقیم، از روی آن وارد محفظه می‌شود
b) مذاب از کنار مستقیم وارد محفظه‌های قالب می‌شود
c,d) مذاب به‌واسطه یک راهگاه سرد وارد محفظه می‌شود
e) مذاب به‌وسیله راهگاه سر به چند محفظه انتقال داده می‌شود

روش غیرمستقیم (منیفولد)
در این روش، مواد پلیمری از طریق مسیر گرم عمود بر جهت قالبگیری قطعه، هدایت یا تقسیم می‌شود. به این هدایت‌کننده، اصطلاحاً منیفولد گفته می‌شود. این مسیر را می‌توان به‌صورت‌های زیر طراحی کرد (شکل2).

شکل 2

a) هدایت مواد برای تزریق از چند نقطه به داخل یک محفظه
b) هدایت مواد برای تزریق مستقیم به چند محفظه در یک قالب
c) برای توزیع و هدایت مواد به قالب‌های انباشته‌ای (Stack mold). در این‌گونه قالب‌ها، برای کاهش میزان تناژ دستگاه موردنیاز، چیدمان محفظه‌ها را در دو سطح موازی هم انجام می‌دهند.
d) گاهی به‌دلیل مسائل تکنیکی مجبوریم قطعه مواد پلاستیکی را از کنار وارد محفظه کنیم. به همین‌منظور، برای انتقال مواد به کنار قطعه، از سیستم منیفولد استفاده می‌شود.
e) برای قطعاتی که سطح آنها به‌دلیل معیارهای کیفی، دارای حساسیتی بالا هستند، محل دهانه (گیت) باید به‌گونه‌ای تعبیه شود که اثری بر سطح A قطعه نداشته باشد. همان‌طور که در شکل دیده می‌شود، مواد در این گونه موارد، از طریق منیفولد به کنار قطعه منتقل و از طریق راهگاه سرد از زیر قطعه (سطح B) وارد محفظه می‌شود.
f) برای قطعاتی که به دلایل زیر نمی‌توان همانند حالت b به‌صورت مستقیم تزریق کرد:
کوچک بودن ابعاد قطعات و نبود فاصله کافی برای راهگاه گرم
محدودیت از نظر اثر تزریق روی قطعه
از لحاظ کشویی یا مکانیزم‌های روی قالب
مسائل اقتصادی (محدودیت در هزینه تعداد نازل‌های گرم)

در این‌گونه موارد، همانند بخش f شکل 2، مواد را توسط راهگاه گرم به چند محفظه هدایت کرده و سپس از طریق راهگاه سرد به هر یک از محفظه‌ها انتقال می‌دهند. در سیستم‌های راهگاهی، همواره می‌توان ترکیبی از راهگاه سرد و گرم را به‌کار برد. موارد ذیل تعیین‌کننده سیستم راهگاهی هستند:
- میزان هزینه
- میزان تیراژ تولید
- محدودیت‌های اثر تزریق
- مکانیزم‌های قالب
- کیفیت قطعه
- نوع مواد
در بخش‌های مختلف شکل 3، روش‌های مختلف سیستم راهگاهی برای یک قالب هشت محفظه‌ای نشان داده شده است.

شکل3

a) سیستم راهگاه سرد سنتی
b) در این روش تنها از یک نازل گرم بجای اسپرو استفاده می‌شود و ضایعات تولیدی راهگاه را تا 40 درصد کاهش داده و زمان تولید نیز 10 درصد کاهش داشته است.
c) از دو عدد نازل گرم و یک منیفولد استفاده شده است. با این روش، 60 تا 70 درصد از ضایعات تولید راهگاهی کاهش می‌یابد.
d) از هشت عدد نازل برای تولید استفاده شده است به‌گونه‌ای که ضایعات راهگاهی صفر، دمای تزریق کاهش و زمان تولید نیز به‌صورتی قابل‌ملاحظه کاهش یابد.

2 . روش‌ گرمایش مسیر
هدف از ایجاد سیستم راهگاه گرم این است که شرایط تزریق مواد پلیمری به‌گونه‌ای باشد که دمای آن نسبت به هنگام خروج از نازل دستگاه تزریق افتی نداشته باشد. به همین‌منظور، در مسیر جریان مواد المان‌های حرارتی به‌گونه‌ای قرار داده می‌شود که از افت دمای مواد پلاستیک جلوگیری شود. این عمل به روش‌های زیر انجام می‌گیرد:
- سیستم حرارتی داخلی
- سیستم حرارتی خارجی
از این دو سیستم راهگاهی می‌توان به‌صورت ترکیبی نیز استفاده کرد. تنش‌های برشی در مسیر جریان سیالات، باعث افت فشار در طول جریان مواد پلیمری می‌شود. در شکل ملاحظه می‌شود که میزان تنش برشی در روش حرارت خارجی، نسبتاً کمتر بوده و در نهایت افت فشار کمتری به‌وجود خواهد آمد.
در روش المان حرارتی داخلی، المنت در داخل راهگاه قرار می‌گیرد و گرمای ایجاد شده، مستقیماً به مواد پلیمری و از طریق آن به جداره فولادی راهگاه گرم و سایر نقاط منتقل می‌شود اما در سیستم المان حرارتی خارجی، المنت در فولاد اطراف راهگاه قرار می‌گیرد و گرمای ایجاد شده از طریق فولاد به راهگاه و سایر نقاط قالب منتشر می‌شود. لذا در این روش، درصدی از حرارت ایجاد شده به پلیمر منتقل می‌شود. به همین‌منظور، برای جلوگیری از انتقال گرما به سایر نقاط قالب، بلوک گرم را در فولادی مجزا ایجاد و با استفاده از عایق هوا مانع انتقال حرارت آن به قالب می‌شوند. برای جلوگیری از افزایش دمای قالب، باید مسیرهای خنک کاری مناسبی را در آن تعبیه کرد.
در روش المان حرارتی خارجی، مسیر را می‌توان به‌گونه‌ای طراحی کرد که واجد کمترین نقطه کور باشد. این روش برای تولید قطعاتی که رنگ آنها متغیر بوده و یا نسبت به حرارت حساس هستند، مناسب‌تر است. در سیستم‌های حرارتی داخلی، قطر مسیر عبور پلیمر بزرگتر و در نهایت راهگاه گرم آن نیز بزرگتر است.

شکل4

a) with internal heating
b) with external heating
1. torpedo; 2. pipe with heater; 3,4. flow channels; 5. distributor; 6,8. heaters; 7. nozzle; 9. insulation space; 10. pressure pad; 11. cooling circulation channels

ارزش‌های تکنیکی استفاده از راهگاه گرم
- وجود صفحه متحرک در قالب‌های تزریق پلاستیک، باعث فرسایش زودهنگام قالب و افزایش نظارت در نگهداری و تعمیرات قالب‌ها شده و زمان تولید در این‌گونه قالب‌ها طولانی‌تر است. با استفاده از راهگاه گرم، از صفحه متحرک جهت پران سیستم راهگاهی در قالب‌های سه صفحه، جلوگیری می‌شود.
- سیستم راهگاه گرم، از افت دمای مواد پلیمری جلوگیری می‌کند، جریان‌پذیری آن نیز کاهش نمی‌یابد و می‌توان با این ابزار قطعات نازکتر و بزرگتر را تولید کرد.
- دمای مواد داخل محفظه قالب قابل کنترل می‌شود.
- با جلوگیری از کاهش دمای مواد، از افزایش لزجت آنها جلوگیری کرده و افت فشار کمتری در سیستم راهگاه گرم ایجاد می‌شود. در نهایت، قالب با فشار بالاتری پر شده و دستگاه تزریق با فشار کمتری کار خواهد کرد.
- در قطعات بزرگ، آزادی عمل بهتری برای انتخاب محل دهانه خواهیم داشت. قالب به‌صورت یکنواخت‌تری پر خواهد شد و در نهایت از وجود انقباض‌های متفاوت در قطعه و ایجاد تنش در قطعه جلوگیری می‌شود.
- با کاهش در فشار تزریق موردنیاز برای پر شدن قالب، به ماشین تزریقی با نیروی قفل گیره کمتری نیاز خواهد بود.
- با این تکنولوژی می‌توان قطعاتی جدید همچون inmold decorating and lamination, bottle perform تولید کرد.

محدودیت‌های این روش
این روش از لحاظ تکنیکی دارای محدودیت‌هایی به‌شرح زیر است:
- تغییر رنگ سریع مواد امکان‌پذیر نیست و گاه با ضایعاتی نسبتاً بالا همراه است.
- تولید قطعاتی که مواد آن نسبت به حرارت حساس هستند با ضایعاتی نسبتاً بالا همراه خواهد بود.
- این سیستم‌ها به آسیب‌های مکانیکی (همانند ضربه، زنگ زدن و...) حساس است. وجود مواد زائد در مذاب پلیمر، موجب مسدود شدن سیستم و توقف تولید و گاهی وارد آمدن آسیب به راهگاه گرم می‌شود.
- از لحاظ جاسازی برای سیستم راهگاه گرم در قالب‌ها باعث محدودیت توزیع محفظه‌ها و تعداد آنها می‌شود.
- سیستم راهگاه گرم، باعث افزایش ارتفاع قالب و گاهی نیاز به ماشین بزرگتر برای تأمین ارتفاع موردنیاز می‌شود.
- سرویس‌های تعمیر و نگهداری قالب به کارگر ماهر نیاز دارد.
- قالب‌ها به تمهیدات نگهداری و تعمیر بیشتری نیاز دارند.
- بهترین عملکرد قالب‌های با سیستم راهگاه گرم این است که بدون توقف، به‌صورت 3 نوبت کاری تولید کند که البته باتوجه به بروز مسائل تعمیراتی، این عمل تقریباً غیرممکن است.

هزینه‌های مستقیم و غیرمستقیم تولید
خرید راهگاه گرم: قیمت راهگاه گرم نسبتاً بالا بوده و تهیه و نصب آن روی قالب، هزینه‌های بالایی به قالب اضافه می‌کند.
سیستم‌های کنترلی: برای کنترل دمای هیترهای راهگاه گرم و عملکرد شیرهای هیدرولیک و پنوماتیک آن نیاز به سیستم‌های کنترلی خاص خود دارد که تولیدکننده باید آن را تهیه کند.
ارتقای ماشین تزریق: با تجهیز قالب‌ها به این سیستم باید دستگاه تزریق را نیز ارتقا داد تا سرعت و کنترل لازم را برای تولید داشته باشد.
باتوجه به اینکه اکثر قالب‌های راهگاه گرم به‌صورت اتوماتیک هستند، به ابزارهای مناسبی برای پایش پران قطعه نیاز است.
باتوجه به حساسیت این سیستم به مواد زائد در مواد خام پلیمری، باید ابزاری مناسب جهت پایش آن تهیه کرد.
ساخت: برای نصب راهگاه گرم در قالب، باید فضای مناسب آن را در قالب تعبیه کرد که به دقت خاص خود نیاز دارد.
تعمیر و نگهداری: تعمیرات دوره‌ای راهگاه گرم، تعویض هیترها، واشرهای آبندی و...
آموزش: برای بهره‌برداری مناسب از این سیستم، پرسنل باید آموزش‌های لازم را دیده باشند.

ارزش‌های اقتصادی راهگاه گرم
- مواد خام مورداستفاده برای تولید
- با کوتاه شدن یا از بین رفتن راهگاه، از مصرف مواد اضافی جلوگیری می‌شود.
- کاهش در کارهای آرایشی نظیر حذف محل دهانه یا گیت.
- از تولید مواد زائد (راهگاه و اسپرو) جلوگیری شده و نیازی به انبار و بازیافت آن نیست.

افزایش تولید
استفاده از این فناوری به روش‌های زیر، از زمان تولید کاسته و بر میزان تولید می‌افزاید.
- به‌علت ضخامت زیاد اسپرو، زمان زیادی از تولید صرف خنک شدن آن می‌شود. با حذف اسپرو در سیستم راهگاه گرم، زمان تولید کاهش می‌یابد.

- با استفاده از سیستم راهگاه گرم، می‌توان قطعه را با ضخامت کمتر تولید کرد. با کاهش وزن قطعه، زمان خنک‌کاری و تولید کاهش می‌یابد.
- با استفاده از تکنولوژی راهگاه گرم، قابلیت تولید اتوماتیک بدون اپراتور برای اکثر قطعات ایجاد می‌شود. با برنامه‌ریزی برای تولید 24 ساعته، می‌توان میزان تولید روزانه را افزایش داد.

شکل 5

a) جریان مواد و توضیع گرما را در راهگاه گرم دارای گرمایش خارجی نشان می‌دهد
b) جریان مواد و توضیع گرما را در راهگاه گرم دارای گرمایش داخلی نمایش می‌دهد
c) جریان مواد و توضیع گرما را در راهگاه گرم سیستم عایق (ایزوله) نمایش می‌دهد

بالا بردن قابلیت تولید
- افزایش میزان حجم تزریق براساس حذف کردن اسپرو
- کاهش فشار تزریق و فشار دوم با جلوگیری از افت دما
- کاهش نیروی قفل ماشین تزریق
- کم‌شدن زمان تولید
- با توجه به موارد فوق، می‌توان قطعه را از طریق ماشین تزریق با تناژ پایین‌تر، در زمانی کمتر تولید کرد.

تولید قطعات جدید
با استفاده از این روش، می‌توان قطعاتی بزرگ همچون سپر و پالت‌ها را تولید کرد.

منبع
Hot Runners in Injection Moulds
By: Danial Frenkler and Henryk Zawistowki
Typest By: Rapra Technology Limited
Printed and Bound by Redwoodbooks, Trowbridge, Wiltshire