عن طريق الحقن

صب الحقن (حقن صب في الولايات المتحدة) هي عملية تصنيع لإنتاج الأجزاء عن طريق حقن مادة في قالب. يمكن إجراء عملية التشكيل بالحقن باستخدام مجموعة من المواد ، بما في ذلك المعادن ، (والتي تسمى العملية من أجلها ديكاستوم) ، والنظارات ، واللدائن اللدائن ، والحلويات ، والأكثر شيوعًا بوليمرات اللدائن الحرارية والبوليمرات الحرارية. يتم إدخال المواد الخاصة بالجزء في برميل مسخن ومختلط وإجبارها على تجويف القالب ، حيث تبرد وتتصلب لتكوين التجويف. بعد تصميم المنتج ، عادة ما يكون ذلك بواسطة مصمم صناعي أو مهندس، يتم تصنيع القوالب بواسطة صانع القوالب (أو صانع الأدوات) من المعدن ، وعادة ما يكون إما من الصلب أو الألومنيوم ، ويتم تشكيله بدقة لتشكيل ميزات الجزء المطلوب. يستخدم قولبة الحقن على نطاق واسع لتصنيع مجموعة متنوعة من الأجزاء ، من أصغر المكونات إلى ألواح هيكل السيارة بالكامل. يمكن استخدام التطورات في تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد ، باستخدام البوليمرات الضوئية التي لا تذوب أثناء قولبة الحقن لبعض اللدائن الحرارية ذات درجات الحرارة المنخفضة ، في بعض قوالب الحقن البسيطة.

يجب تصميم الأجزاء المراد تشكيلها بالحقن بعناية فائقة لتسهيل عملية التشكيل ؛ يجب مراعاة جميع المواد المستخدمة للجزء ، والشكل والميزات المرغوبة للجزء ، ومادة القالب ، وخصائص آلة التشكيل. يتم تسهيل تعدد استخدامات القولبة بالحقن من خلال اتساع نطاق اعتبارات التصميم وإمكانياته.

التطبيقات

يستخدم قولبة الحقن لإنشاء العديد من الأشياء مثل بكرات الأسلاك ، التعبئة والتغليفوأغطية الزجاجات وأجزاء ومكونات السيارات و Gameboys وأمشاط الجيب وبعض الآلات الموسيقية (وأجزاء منها) والكراسي المكونة من قطعة واحدة والطاولات الصغيرة وحاويات التخزين والأجزاء الميكانيكية (بما في ذلك التروس) ومعظم المنتجات البلاستيكية الأخرى المتاحة اليوم. القولبة بالحقن هي الطريقة الحديثة الأكثر شيوعًا لتصنيع الأجزاء البلاستيكية ؛ إنه مثالي لإنتاج كميات كبيرة من نفس الشيء.

خصائص العملية

يستخدم قولبة الحقن مكبسًا أو مكبسًا من النوع اللولبي لإجبار المصهور البلاستيك مادة في تجويف القالب ؛ هذا يتجمد في شكل يتوافق مع محيط القالب. يتم استخدامه بشكل شائع لمعالجة كل من البوليمرات اللدائن الحرارية والبوليمرات بالحرارة ، حيث يكون الحجم المستخدم من الأول أعلى بكثير. تنتشر اللدائن الحرارية بسبب الخصائص التي تجعلها مناسبة للغاية لقولبة الحقن ، مثل سهولة إعادة تدويرها ، وتعدد استخداماتها مما يسمح باستخدامها في مجموعة متنوعة من التطبيقات ، وقدرتها على التليين والتدفق عند التسخين. تحتوي اللدائن الحرارية أيضًا على عنصر أمان على المواد الحرارية ؛ إذا لم يتم إخراج البوليمر المتصلد بالحرارة من برميل الحقن في الوقت المناسب ، فقد يحدث تشابك كيميائي مما يتسبب في ضبط الصمامات اللولبية وفحص الصمامات وإلحاق الضرر بآلة التشكيل بالحقن.

يتكون قولبة الحقن من حقن المواد الخام بضغط عالٍ في قالب يشكل البوليمر بالشكل المطلوب. يمكن أن تكون القوالب من تجويف واحد أو تجاويف متعددة. في قوالب متعددة التجاويف ، يمكن أن يكون كل تجويف متطابقًا ويشكل الأجزاء نفسها أو يمكن أن يكون فريدًا ويشكل أشكالًا هندسية مختلفة متعددة خلال دورة واحدة. تصنع القوالب بشكل عام من فولاذ الأدوات ، لكن الفولاذ المقاوم للصدأ وقوالب الألمنيوم مناسبة لتطبيقات معينة. عادة ما تكون قوالب الألمنيوم غير مناسبة للإنتاج بكميات كبيرة أو الأجزاء ذات التفاوتات الضيقة الأبعاد ، حيث أنها تتمتع بخصائص ميكانيكية رديئة وتكون أكثر عرضة للتآكل والتلف والتشوه أثناء دورات الحقن والتثبيت ؛ ومع ذلك ، فإن قوالب الألومنيوم فعالة من حيث التكلفة في التطبيقات ذات الحجم المنخفض ، حيث يتم تقليل تكاليف تصنيع القوالب والوقت بشكل كبير. تم تصميم العديد من القوالب الفولاذية لمعالجة أكثر من مليون جزء خلال عمرها الافتراضي ويمكن أن تكلف مئات الآلاف من الدولارات لتصنيعها.

متى البلاستيكية الحرارية يتم تشكيلها ، وعادة ما يتم تغذية المواد الخام المحببة من خلال قادوس في برميل مسخن مع لولب ترددي. عند دخول البرميل ، تزداد درجة الحرارة وتضعف قوى Van der Waals التي تقاوم التدفق النسبي للسلاسل الفردية نتيجة لزيادة المساحة بين الجزيئات في حالات الطاقة الحرارية العالية. تقلل هذه العملية من لزوجته ، مما يتيح للبوليمر التدفق بالقوة الدافعة لوحدة الحقن. يسلم اللولب المواد الخام إلى الأمام ، ويمزج ويجانس التوزيعات الحرارية واللزجة للبوليمر ، ويقلل من وقت التسخين المطلوب عن طريق قص المادة ميكانيكيًا وإضافة قدر كبير من التسخين الاحتكاك إلى البوليمر. تتغذى المادة إلى الأمام من خلال صمام فحص وتتجمع في مقدمة المسمار في حجم يعرف باسم a اطلاق النار. اللقطة هي حجم المادة المستخدمة لملء تجويف القالب ، والتعويض عن الانكماش ، وتوفير وسادة (حوالي 10٪ من إجمالي حجم اللقطة ، والتي تظل في البرميل وتمنع المسمار من القاع) لنقل الضغط من المسمار إلى تجويف القالب. عندما يتم تجميع كمية كافية من المواد ، يتم دفع المادة بضغط وسرعة عاليين إلى تجويف الجزء المكون. لمنع ارتفاع الضغط ، تستخدم العملية عادةً موضع نقل يتوافق مع تجويف كامل بنسبة 95-98٪ حيث ينتقل المسمار من سرعة ثابتة إلى تحكم ثابت في الضغط. غالبًا ما تكون أوقات الحقن أقل من ثانية واحدة. بمجرد وصول المسمار إلى موضع النقل ، يتم تطبيق ضغط التعبئة ، والذي يكمل ملء القالب ويعوض الانكماش الحراري ، وهو مرتفع جدًا بالنسبة للبلاستيك الحراري مقارنة بالعديد من المواد الأخرى. يتم تطبيق ضغط التعبئة حتى تصلب البوابة (مدخل التجويف). نظرًا لصغر حجمها ، فإن البوابة عادة ما تكون أول مكان يصلب من خلال سماكته بالكامل. بمجرد أن تصلب البوابة ، لا يمكن دخول المزيد من المواد إلى التجويف ؛ وفقًا لذلك ، يتبادل المسمار ويكتسب مادة للدورة التالية بينما تبرد المادة الموجودة داخل القالب بحيث يمكن إخراجها وتكون ثابتة الأبعاد. يتم تقليل مدة التبريد بشكل كبير عن طريق استخدام خطوط التبريد التي تعمل على تدوير الماء أو الزيت من جهاز التحكم في درجة الحرارة الخارجية. بمجرد الوصول إلى درجة الحرارة المطلوبة ، يفتح القالب ويتم دفع مجموعة من المسامير والأكمام وأدوات التقشير وما إلى ذلك إلى الأمام لإزالة قالب القالب. ثم يغلق القالب وتتكرر العملية.

بالنسبة للمواد الحرارية ، يتم عادةً حقن مكونين كيميائيين مختلفين في البرميل. تبدأ هذه المكونات على الفور في تفاعلات كيميائية لا رجعة فيها والتي في النهاية تربط المادة بشبكة واحدة متصلة من الجزيئات. عندما يحدث التفاعل الكيميائي ، يتحول المكونان السائلان بشكل دائم إلى مادة صلبة لزجة مرنة. يمكن أن يكون التصلب في برميل الحقن والمسمار مشكلة ولها تداعيات مالية ؛ لذلك ، يعد تقليل المعالجة بالحرارة داخل البرميل أمرًا حيويًا. هذا يعني عادةً أنه يتم تقليل وقت مكوث ودرجة حرارة المواد الكيميائية الأولية في وحدة الحقن. يمكن تقليل وقت المكوث عن طريق تقليل سعة حجم البرميل وزيادة أوقات الدورات إلى الحد الأقصى. أدت هذه العوامل إلى استخدام وحدة حقن باردة معزولة حرارياً تقوم بحقن المواد الكيميائية المتفاعلة في قالب ساخن معزول حرارياً ، مما يزيد من معدل التفاعلات الكيميائية ويؤدي إلى وقت أقصر مطلوب لتحقيق مكون متصلب بالحرارة. بعد أن يصلب الجزء ، تقترب الصمامات لعزل نظام الحقن والسلائف الكيميائية ، ويفتح القالب لإخراج الأجزاء المصبوبة. ثم يغلق القالب وتتكرر العملية.

يمكن إدخال مكونات مسبقة التشكيل أو آلية في التجويف أثناء فتح القالب ، مما يسمح للمواد المحقونة في الدورة التالية بالتشكل والتصلب من حولهم. تُعرف هذه العملية باسم إدراج صب ويسمح لأجزاء مفردة بأن تحتوي على مواد متعددة. غالبًا ما تُستخدم هذه العملية لإنشاء أجزاء بلاستيكية بمسامير معدنية بارزة ، مما يسمح بتثبيتها وفكها بشكل متكرر. يمكن أيضًا استخدام هذه التقنية في وضع العلامات داخل القالب ويمكن أيضًا ربط أغطية الفيلم بأوعية بلاستيكية مصبوبة.

عادة ما يكون خط الانفصال ، والذراع ، وعلامات البوابة ، وعلامات دبوس القاذف موجودة في الجزء الأخير. عادة لا تكون أي من هذه الميزات مرغوبة ، ولكن لا يمكن تجنبها بسبب طبيعة العملية. تحدث علامات البوابة عند البوابة التي تربط قنوات توصيل الذوبان (ذرب وعداء) بالجزء المكون للتجويف. ينتج خط الفصل وعلامات دبوس القاذف عن اختلالات دقيقة ، والتآكل ، والفتحات الغازية ، وخلوحات الأجزاء المجاورة في الحركة النسبية ، و / أو اختلافات الأبعاد في أسطح التزاوج التي تلامس البوليمر المحقون. يمكن أن تُعزى الاختلافات في الأبعاد إلى التشوه غير المنتظم الناجم عن الضغط أثناء الحقن ، والتفاوتات في التصنيع ، والتمدد الحراري غير المنتظم وانكماش مكونات القالب ، والتي تشهد دورانًا سريعًا أثناء مراحل الحقن ، والتعبئة ، والتبريد ، والإخراج من العملية . غالبًا ما يتم تصميم مكونات القالب بمواد ذات معاملات مختلفة للتمدد الحراري. لا يمكن حساب هذه العوامل في وقت واحد دون الزيادات الفلكية في تكلفة التصميم والتصنيع والمعالجة ومراقبة الجودة. سيضع مصمم القوالب والأجزاء الماهر هذه الأضرار الجمالية في مناطق مخفية إذا كان ذلك ممكنًا.

تاريخنا

حصل المخترع الأمريكي جون ويسلي هيات مع شقيقه أشعيا ، على براءة اختراع لأول آلة تشكيل بالحقن في عام 1872. كانت هذه الآلة بسيطة نسبيًا مقارنة بالآلات المستخدمة اليوم: فهي تعمل مثل إبرة كبيرة تحت الجلد ، باستخدام مكبس لحقن البلاستيك من خلال مسخن. اسطوانة في قالب. تقدمت الصناعة ببطء على مر السنين ، حيث أنتجت منتجات مثل دعامات الياقات والأزرار وأمشاط الشعر.

اخترع الكيميائيان الألمان آرثر أيشنغرون وثيودور بيكر أول أشكال قابلة للذوبان من أسيتات السليلوز في عام 1903 ، والتي كانت أقل قابلية للاشتعال من نترات السليلوز. تم توفيره في النهاية في شكل مسحوق حيث تم تشكيله بالحقن بسهولة. طور Arthur Eichengrün أول مكبس للقولبة بالحقن في عام 1919. وفي عام 1939 ، حصل Arthur Eichengrün على براءة اختراع لصب حقن أسيتات السليلوز الملدنة.

توسعت الصناعة بسرعة في الأربعينيات من القرن الماضي لأن الحرب العالمية الثانية خلقت طلبًا كبيرًا على المنتجات غير المكلفة ذات الإنتاج الضخم. في عام 1946 ، قام المخترع الأمريكي جيمس واتسون هندري ببناء أول آلة حقن لولبي ، مما أتاح تحكمًا أكثر دقة في سرعة الحقن وجودة المنتجات المنتجة. تسمح هذه الآلة أيضًا بخلط المواد قبل الحقن ، بحيث يمكن إضافة البلاستيك الملون أو المعاد تدويره إلى مادة عذراء وخلطها جيدًا قبل حقنها. تمثل آلات الحقن اللولبية اليوم الغالبية العظمى من جميع آلات الحقن. في السبعينيات ، واصل هندري تطوير أول عملية قولبة بالحقن بمساعدة الغاز ، والتي سمحت بإنتاج مواد معقدة مجوفة يتم تبريدها بسرعة. أدى هذا إلى تحسين مرونة التصميم بشكل كبير بالإضافة إلى القوة والتشطيب للأجزاء المصنعة مع تقليل وقت الإنتاج والتكلفة والوزن والنفايات.

تطورت صناعة قولبة حقن البلاستيك على مر السنين من إنتاج الأمشاط والأزرار إلى إنتاج مجموعة واسعة من المنتجات للعديد من الصناعات بما في ذلك السيارات والطبية والفضاء والمنتجات الاستهلاكية ولعب الأطفال والسباكة والتعبئة والبناء.

أمثلة على البوليمرات الأنسب للعملية

يمكن استخدام معظم البوليمرات ، التي يشار إليها أحيانًا باسم الراتنجات ، بما في ذلك جميع اللدائن الحرارية وبعض اللدائن الحرارية وبعض اللدائن. منذ عام 1995 ، زاد العدد الإجمالي للمواد المتاحة للقولبة بالحقن بمعدل 750 في السنة ؛ كان هناك ما يقرب من 18,000 مادة متاحة عندما بدأ هذا الاتجاه. تشمل المواد المتاحة السبائك أو مزيج من المواد المطورة مسبقًا ، لذلك يمكن لمصممي المنتجات اختيار المواد التي تحتوي على أفضل مجموعة من الخصائص من مجموعة واسعة. المعايير الرئيسية لاختيار المادة هي القوة والوظيفة المطلوبة للجزء الأخير ، بالإضافة إلى التكلفة ، ولكن لكل مادة أيضًا معايير مختلفة للقولبة يجب أخذها في الاعتبار. البوليمرات الشائعة مثل الايبوكسي والفينول هي أمثلة على البلاستيك بالحرارة بينما النايلون والبولي إيثيلين والبوليسترين هي لدائن بالحرارة. حتى وقت قريب نسبيًا ، لم تكن الينابيع البلاستيكية ممكنة ، لكن التقدم في خصائص البوليمر يجعلها الآن عملية تمامًا. تتضمن التطبيقات أبازيم لتثبيت وفصل حزام المعدات الخارجية.

معدات

تتكون ماكينات التشكيل بالحقن من قادوس مادة ، ومكبس حقن أو مكبس من النوع اللولبي ، ووحدة تسخين. تُعرف أيضًا باسم المطابع ، وهي تحمل القوالب التي تتشكل فيها المكونات. يتم تصنيف المكابس حسب الحمولة ، والتي تعبر عن مقدار قوة التثبيت التي يمكن للآلة بذلها. هذه القوة تحافظ على القالب مغلقًا أثناء عملية الحقن. يمكن أن تتراوح الحمولة من أقل من 5 أطنان إلى أكثر من 9,000 طن ، مع استخدام الأرقام الأعلى في عمليات تصنيع قليلة نسبيًا. يتم تحديد إجمالي قوة التثبيت المطلوبة من خلال المساحة المتوقعة للجزء الذي يتم تشكيله. يتم ضرب هذه المساحة المتوقعة بقوة ملزمة من 1.8 إلى 7.2 طن لكل سنتيمتر مربع من المناطق المتوقعة. كقاعدة عامة ، 4 أو 5 أطنان / بوصة² يمكن استخدامها لمعظم المنتجات. إذا كانت المادة البلاستيكية شديدة الصلابة ، فستتطلب المزيد من ضغط الحقن لملء القالب ، وبالتالي المزيد من حمولة المشبك لإغلاق القالب. يمكن أيضًا تحديد القوة المطلوبة من خلال المواد المستخدمة وحجم الجزء ؛ تتطلب الأجزاء الأكبر قوة تحامل أعلى.

قالب

قالب or يموت هي المصطلحات الشائعة المستخدمة لوصف الأداة المستخدمة لإنتاج الأجزاء البلاستيكية في القولبة.

نظرًا لأن تصنيع القوالب كان باهظ الثمن ، فعادة ما يتم استخدامها فقط في الإنتاج الضخم حيث يتم إنتاج آلاف الأجزاء. يتم تصنيع القوالب النموذجية من الفولاذ المقوى والفولاذ المقوى مسبقًا والألمنيوم و / أو سبائك البريليوم والنحاس. يعد اختيار المواد التي يتم بناء القالب منها في الأساس اختيارًا اقتصاديًا ؛ بشكل عام ، تكلف القوالب الفولاذية تكلفة أكبر في البناء ، لكن عمرها الأطول سيعوض التكلفة الأولية الأعلى على عدد أكبر من الأجزاء المصنوعة قبل التلف. تكون قوالب الصلب مسبقة الصلابة أقل مقاومة للتآكل وتستخدم لمتطلبات الحجم المنخفض أو المكونات الأكبر ؛ صلابة الفولاذ النموذجية هي 38-45 على مقياس Rockwell-C. يتم معالجة القوالب الفولاذية المتصلدة بالحرارة بعد المعالجة ؛ هذه هي إلى حد كبير متفوقة من حيث مقاومة التآكل والعمر الافتراضي. تتراوح الصلابة النموذجية بين 50 و 60 Rockwell-C (HRC). يمكن أن تكون تكلفة قوالب الألومنيوم أقل بكثير ، وعند تصميمها وتشكيلها باستخدام معدات محوسبة حديثة يمكن أن تكون اقتصادية لتشكيل عشرات أو حتى مئات الآلاف من الأجزاء. يستخدم نحاس البريليوم في مناطق العفن التي تتطلب إزالة سريعة للحرارة أو المناطق التي تشهد معظم حرارة القص المتولدة. يمكن تصنيع القوالب إما عن طريق التصنيع باستخدام الحاسب الآلي أو باستخدام عمليات التفريغ الكهربائي.

تصميم قوالب

يتكون القالب من مكونين أساسيين ، قالب الحقن (لوحة A) وقالب القاذف (اللوحة B). يشار إلى هذه المكونات أيضًا باسم تهدم و صانع القوالب. الراتنج البلاستيكي يدخل القالب من خلال أ قناة السكب or بوابة في قالب الحقن جلبة ذرب هو إغلاق محكم ضد فوهة برميل الحقن لآلة التشكيل والسماح للبلاستيك المصهور بالتدفق من البرميل إلى القالب ، المعروف أيضًا باسم تجويف. تقوم جلبة السبر بتوجيه البلاستيك المصهور إلى صور التجويف من خلال القنوات التي يتم تشكيلها في أوجه الألواح A و B. تسمح هذه القنوات للبلاستيك بالمرور على طولها ، لذلك يشار إليها باسمالمركز الثاني. يتدفق البلاستيك المصهور عبر العداء ويدخل واحدة أو أكثر من البوابات المتخصصة وفي هندسة التجويف لتشكيل الجزء المطلوب.

كمية الراتينج المطلوبة لملء ذرب ، عداء وتجويف القالب تتكون من "طلقة". يمكن أن يهرب الهواء المحبوس في القالب من خلال فتحات التهوية التي يتم وضعها في خط فاصل القالب ، أو حول دبابيس وشرائح القاذف التي تكون أصغر قليلاً من الثقوب التي تحتفظ بها. إذا لم يُسمح للهواء المحاصر بالخروج ، يتم ضغطه بضغط المادة الواردة ويتم ضغطه في زوايا التجويف ، حيث يمنع الملء ويمكن أن يتسبب أيضًا في حدوث عيوب أخرى. يمكن أن يصبح الهواء مضغوطًا لدرجة أنه يشتعل ويحرق المواد البلاستيكية المحيطة.

للسماح بإزالة الجزء المصبوب من القالب ، يجب ألا تتدلى سمات القالب على بعضها البعض في الاتجاه الذي يفتح فيه القالب ، ما لم يتم تصميم أجزاء من القالب للانتقال بين هذه الأجزاء المتدلية عند فتح القالب (باستخدام مكونات تسمى الرافعات ).

جوانب الجزء التي تظهر موازية لاتجاه السحب (محور الموضع المحفور (الفتحة) أو الإدخال موازٍ لحركة القالب لأعلى ولأسفل أثناء فتحه وإغلاقه) عادة ما تكون بزاوية طفيفة ، تسمى المسودة ، لتسهيل تحرير الجزء من القالب. يمكن أن تتسبب المسودة غير الكافية في حدوث تشوه أو تلف. تعتمد المسودة المطلوبة لتحرير القالب بشكل أساسي على عمق التجويف: كلما كان التجويف أعمق ، كلما كان السحب ضروريًا. يجب أيضًا مراعاة الانكماش عند تحديد المسودة المطلوبة. إذا كان الجلد رقيقًا جدًا ، فسيميل الجزء المصبوب إلى الانكماش على النوى التي تتشكل أثناء التبريد والتشبث بتلك النوى ، أو قد يتشوه الجزء أو يلف أو ينفث أو يتشقق عند سحب التجويف بعيدًا.

عادة ما يتم تصميم القالب بحيث يبقى الجزء المصبوب بشكل موثوق على جانب القاذف (ب) من القالب عند فتحه ، ويسحب العداء والذراع من الجانب (أ) مع الأجزاء. ثم يسقط الجزء بحرية عند إخراجه من الجانب (ب). توجد بوابات الأنفاق ، المعروفة أيضًا باسم بوابات الغواصة أو بوابات القالب ، أسفل خط الفصل أو سطح القالب. يتم فتح فتحة في سطح القالب على خط الفصل. يتم قطع الجزء المصبوب (بواسطة القالب) من نظام العداء عند طرده من القالب. دبابيس القاذف ، والمعروفة أيضًا باسم دبابيس خروج المغلوب ، هي دبابيس دائرية موضوعة في أي من نصف القالب (عادةً نصف القاذف) ، والتي تدفع المنتج المصبوب النهائي ، أو نظام العداء خارج القالب. قد يتسبب إخراج المادة باستخدام المسامير والأكمام والمزيلات وما إلى ذلك في ظهور انطباعات أو تشويه غير مرغوب فيه ، لذلك يجب توخي الحذر عند تصميم القالب.

الطريقة القياسية للتبريد هي تمرير سائل التبريد (عادة الماء) من خلال سلسلة من الثقوب المحفورة عبر ألواح القالب والمتصلة بخراطيم لتشكيل مسار مستمر. يمتص المبرد الحرارة من القالب (الذي يمتص الحرارة من البلاستيك الساخن) ويحافظ على القالب في درجة حرارة مناسبة لتصلب البلاستيك بأفضل معدل كفاءة.

لتسهيل الصيانة والتنفيس ، يتم تقسيم التجاويف والنوى إلى قطع تسمى إدراج، والتجمعات الفرعية ، تسمى أيضًا إدراج, كتلالطرق أو مطاردة الكتل. من خلال استبدال الملحقات القابلة للتبديل ، قد يصنع قالب واحد عدة أشكال مختلفة من نفس الجزء.

يتم تشكيل أجزاء أكثر تعقيدًا باستخدام قوالب أكثر تعقيدًا. قد تحتوي هذه الأقسام على أقسام تسمى الشرائح ، والتي تنتقل إلى تجويف عمودي على اتجاه الرسم ، لتشكيل ميزات جزء متدلية. عند فتح القالب ، يتم سحب الشرائح بعيدًا عن الجزء البلاستيكي باستخدام "دبابيس زاوية" ثابتة على نصف القالب الثابت. تدخل هذه المسامير فتحة في الشرائح وتتسبب في تحريك الشرائح للخلف عند فتح النصف المتحرك من القالب. ثم يتم إخراج الجزء وإغلاق القالب. يؤدي إجراء إغلاق القالب إلى تحريك الشرائح للأمام على طول مسامير الزاوية.

تسمح بعض القوالب بإعادة إدخال الأجزاء المصبوبة مسبقًا للسماح بتكوين طبقة بلاستيكية جديدة حول الجزء الأول. غالبًا ما يشار إلى هذا باسم overmoulding. يمكن أن يسمح هذا النظام بإنتاج الإطارات والعجلات من قطعة واحدة.

تم تصميم القوالب ذات الطلقة المزدوجة أو القوالب متعددة الطلقات "للتشكيل الزائد" خلال دورة صب واحدة ويجب معالجتها على آلات قولبة بالحقن متخصصة مع وحدتي حقن أو أكثر. هذه العملية هي في الواقع عملية قولبة بالحقن يتم إجراؤها مرتين وبالتالي يكون هامش الخطأ فيها أصغر بكثير. في الخطوة الأولى ، يتم تشكيل مادة اللون الأساسية في شكل أساسي ، والذي يحتوي على فراغات للقطة الثانية. ثم يتم حقن المادة الثانية ، بلون مختلف ، في تلك المساحات. على سبيل المثال ، تحتوي أزرار الضغط والمفاتيح التي يتم إجراؤها من خلال هذه العملية على علامات لا يمكن أن تتلاشى وتظل مقروءة مع الاستخدام الكثيف.

يمكن أن ينتج القالب عدة نسخ من نفس الأجزاء في "طلقة" واحدة. غالبًا ما يشار إلى عدد "مرات الظهور" في قالب هذا الجزء بشكل غير صحيح على أنه تجويف. غالبًا ما يطلق على الأداة ذات الانطباع الواحد قالب انطباع واحد (تجويف). من المحتمل أن يُشار إلى القالب الذي يحتوي على تجويفين أو أكثر من نفس الأجزاء على أنه قالب متعدد الانطباع (تجويف). يمكن أن تحتوي بعض القوالب ذات الحجم الكبير للغاية (مثل تلك الخاصة بأغطية الزجاجات) على أكثر من 128 تجويفًا.

في بعض الحالات ، ستشكل أدوات التجويف المتعددة سلسلة من الأجزاء المختلفة في نفس الأداة. يسمي بعض صانعي الأدوات هذه القوالب العائلية لأن جميع الأجزاء مرتبطة. تشمل الأمثلة مجموعات النماذج البلاستيكية.

تخزين القالب

يبذل المصنعون جهودًا كبيرة لحماية القوالب المخصصة نظرًا لارتفاع متوسط ​​تكاليفها. يتم الحفاظ على مستوى درجة الحرارة والرطوبة المثاليين لضمان أطول عمر ممكن لكل قالب مخصص. يتم تخزين القوالب المخصصة ، مثل تلك المستخدمة في صب حقن المطاط ، في بيئات يتم التحكم فيها بدرجة الحرارة والرطوبة لمنع الالتواء.

مواد الأداة

غالبًا ما يتم استخدام فولاذ الأدوات. الفولاذ الخفيف أو الألومنيوم أو النيكل أو الإيبوكسي مناسب فقط للنموذج الأولي أو فترات الإنتاج القصيرة جدًا. يمكن للألمنيوم الصلب الحديث (سبائك 7075 و 2024) مع تصميم القالب المناسب ، أن يصنع بسهولة قوالب قادرة على 100,000 أو أكثر من عمر جزء مع صيانة مناسبة للقالب.

بالقطع

يتم تصنيع القوالب من خلال طريقتين رئيسيتين: التصنيع القياسي و EDM. كانت المعالجة القياسية ، في شكلها التقليدي ، تاريخياً هي طريقة بناء قوالب الحقن. مع التطور التكنولوجي ، أصبح التصنيع باستخدام الحاسب الآلي الوسيلة السائدة لصنع قوالب أكثر تعقيدًا بتفاصيل قوالب أكثر دقة في وقت أقل من الطرق التقليدية.

أصبحت عملية التفريغ الكهربائي (EDM) أو عملية التآكل بالشرارة مستخدمة على نطاق واسع في صناعة القوالب. بالإضافة إلى السماح بتشكيل الأشكال التي يصعب تصنيعها آليًا ، تسمح العملية بتشكيل قوالب مسبقة الصلابة بحيث لا تكون هناك حاجة إلى معالجة حرارية. عادةً ما تتطلب التغييرات التي يتم إجراؤها على قالب صلب عن طريق الحفر والطحن التقليديين التلدين لتليين القالب ، متبوعًا بمعالجة حرارية لتصلبها مرة أخرى. EDM هي عملية بسيطة يتم فيها إنزال قطب كهربائي مشكل ، عادة ما يكون مصنوعًا من النحاس أو الجرافيت ، ببطء شديد على سطح القالب (على مدى عدة ساعات) ، والذي يتم غمره في زيت البارافين (الكيروسين). يتسبب الجهد المطبق بين الأداة والعفن في تآكل شرر لسطح القالب في الشكل العكسي للقطب الكهربي.

التكلفة

يرتبط عدد التجاويف المدمجة في القالب ارتباطًا مباشرًا بتكاليف التشكيل. تتطلب التجاويف الأقل عملًا أقل في الأدوات ، لذا فإن الحد من عدد التجاويف بدوره سيؤدي إلى انخفاض تكاليف التصنيع الأولية لبناء قالب الحقن.

نظرًا لأن عدد التجاويف يلعب دورًا حيويًا في تكاليف التشكيل ، كذلك يفعل تعقيد تصميم الجزء. يمكن دمج التعقيد في العديد من العوامل مثل تشطيب السطح ، ومتطلبات التحمل ، والخيوط الداخلية أو الخارجية ، والتفاصيل الدقيقة أو عدد التخفيضات التي يمكن دمجها.

مزيد من التفاصيل مثل القطع السفلي ، أو أي ميزة تسبب أدوات إضافية ستزيد من تكلفة القالب. سيؤثر تشطيب السطح للقالب وتجويف القوالب بشكل أكبر على التكلفة.

تنتج عملية القولبة بالحقن بالمطاط إنتاجية عالية من المنتجات المعمرة ، مما يجعلها الطريقة الأكثر كفاءة وفعالية من حيث التكلفة للقولبة. عمليات الفلكنة المتسقة التي تتضمن تحكمًا دقيقًا في درجة الحرارة تقلل بشكل كبير من جميع مواد النفايات.

عملية الحقن

مع قولبة الحقن ، يتم تغذية البلاستيك الحبيبي بواسطة كبش قسري من قادوس إلى برميل مسخن. نظرًا لأن الحبيبات تتحرك ببطء إلى الأمام بواسطة مكبس من النوع اللولبي ، يتم دفع البلاستيك إلى غرفة ساخنة ، حيث يتم صهرها. مع تقدم الكباس ، يتم دفع البلاستيك المذاب من خلال فوهة تقع على القالب ، مما يسمح له بدخول تجويف القالب من خلال نظام البوابة والعداء. يظل القالب باردًا حتى يتصلب البلاستيك بمجرد ملء القالب.

دورة حقن صب

يسمى تسلسل الأحداث أثناء قالب الحقن لجزء بلاستيكي بدورة قولبة الحقن. تبدأ الدورة عندما يغلق القالب ، يليها حقن البوليمر في تجويف القالب. بمجرد ملء التجويف ، يتم الحفاظ على ضغط التثبيت للتعويض عن انكماش المواد. في الخطوة التالية ، يدور المسمار ، ويغذي اللقطة التالية إلى المسمار الأمامي. يؤدي هذا إلى تراجع المسمار عند تحضير اللقطة التالية. بمجرد أن يبرد الجزء بما فيه الكفاية ، يفتح القالب ويتم إخراج الجزء.

علمي مقابل الصب التقليدي

تقليديا ، يتم إجراء جزء الحقن من عملية التشكيل بضغط ثابت واحد لملء وتعبئة التجويف. ومع ذلك ، سمحت هذه الطريقة بتنوع كبير في الأبعاد من دورة إلى أخرى. الأكثر شيوعًا الآن هو القولبة العلمية أو غير المنفصلة ، وهي طريقة ابتكرتها شركة RJG Inc. في هذا ، يتم "فصل" حقن البلاستيك إلى مراحل للسماح بتحكم أفضل في أبعاد الجزء والمزيد من الدورة إلى الدورة (تسمى عادةً اللقطة - طلقة في الصناعة) الاتساق. أولًا ، يتم ملء التجويف بنسبة 98٪ تقريبًا باستخدام التحكم في السرعة (السرعة). على الرغم من أن الضغط يجب أن يكون كافياً للسماح بالسرعة المطلوبة ، إلا أن قيود الضغط خلال هذه المرحلة غير مرغوب فيها. بمجرد امتلاء التجويف بنسبة 98٪ ، تنتقل الآلة من التحكم في السرعة إلى التحكم في الضغط ، حيث يتم "تعبئة" التجويف بضغط ثابت ، حيث تكون السرعة الكافية للوصول إلى الضغوط المطلوبة مطلوبة. يسمح ذلك بالتحكم في أبعاد الأجزاء في حدود جزء من الألف من البوصة أو أفضل.

أنواع مختلفة من عمليات القولبة بالحقن

على الرغم من أن معظم عمليات القولبة بالحقن يغطيها وصف العملية التقليدية أعلاه ، إلا أن هناك العديد من الاختلافات المهمة في القولبة بما في ذلك ، على سبيل المثال لا الحصر:

• يموت الصب
• صب حقن المعادن
• صب حقن رقيقة الجدار
• صب حقن مطاط السيليكون السائل

يمكن العثور على قائمة أكثر شمولاً لعمليات القولبة بالحقن هنا:

عملية استكشاف الأخطاء وإصلاحها

مثل جميع العمليات الصناعية ، يمكن للقولبة بالحقن أن تنتج أجزاء معيبة. في مجال القولبة بالحقن ، غالبًا ما يتم إجراء استكشاف الأخطاء وإصلاحها عن طريق فحص الأجزاء المعيبة للعيوب المحددة ومعالجة هذه العيوب بتصميم القالب أو خصائص العملية نفسها. غالبًا ما يتم إجراء التجارب قبل تشغيل الإنتاج الكامل في محاولة للتنبؤ بالعيوب وتحديد المواصفات المناسبة لاستخدامها في عملية الحقن.

عند ملء قالب جديد أو غير مألوف لأول مرة ، حيث يكون حجم اللقطة لهذا القالب غير معروف ، قد يقوم الفني / واضع الأدوات بإجراء تشغيل تجريبي قبل تشغيل الإنتاج الكامل. يبدأ بوزن طلقة صغير ويملأ بالتدريج حتى يمتلئ القالب بنسبة 95 إلى 99٪. بمجرد تحقيق ذلك ، سيتم تطبيق كمية صغيرة من ضغط الإمساك وزيادة وقت الانتظار حتى يتم تجميد البوابة (وقت التصلب). يمكن تحديد وقت تجميد البوابة عن طريق زيادة وقت الانتظار ، ثم وزن الجزء. عندما لا يتغير وزن الجزء ، فمن المعروف بعد ذلك أن البوابة قد تجمدت ولا يتم حقن المزيد من المواد في الجزء. يعد وقت ترسيخ البوابة أمرًا مهمًا ، حيث إنه يحدد وقت الدورة وجودة المنتج واتساقه ، والتي تعد بحد ذاتها قضية مهمة في اقتصاديات عملية الإنتاج. يتم زيادة ضغط التثبيت حتى تصبح الأجزاء خالية من الأحواض ويتم الوصول إلى وزن الجزء.

عيوب الصب

القولبة بالحقن هي تقنية معقدة مع مشاكل إنتاج محتملة. يمكن أن يكون سببها عيوب في القوالب ، أو في كثير من الأحيان بسبب عملية التشكيل نفسها.

يمكن أن تساعد طرق مثل التصوير المقطعي المحوسب الصناعي في اكتشاف هذه العيوب خارجيًا وداخليًا.

التحمل

تحمل الصب هو السماح المحدد للانحراف في المعلمات مثل الأبعاد ، والأوزان ، والأشكال ، أو الزوايا ، وما إلى ذلك. لزيادة التحكم في ضبط التفاوتات ، عادة ما يكون هناك حد أدنى وحد أقصى للسمك ، بناءً على العملية المستخدمة. القولبة بالحقن عادة ما تكون قادرة على تحمل ما يعادل درجة تكنولوجيا المعلومات من حوالي 9-14. يتراوح التفاوت المحتمل للبلاستيك الحراري أو المتصلد بالحرارة ± 0.200 إلى ± 0.500 مليمتر. في التطبيقات المتخصصة ، يتم تحقيق تفاوتات منخفضة تصل إلى ± 5 ميكرومتر على كل من الأقطار والميزات الخطية في الإنتاج الضخم. يمكن الحصول على تشطيبات سطحية من 0.0500 إلى 0.1000 ميكرومتر أو أفضل. الأسطح الخشنة أو المرصوفة بالحصى ممكنة أيضًا.

متطلبات الطاقة

تعتمد القوة المطلوبة لعملية القولبة بالحقن هذه على أشياء كثيرة وتختلف بين المواد المستخدمة. دليل مرجعي لعمليات التصنيع ينص على أن متطلبات الطاقة تعتمد على "الجاذبية النوعية للمادة ، ونقطة الانصهار ، والتوصيل الحراري ، وحجم الجزء ، ومعدل التشكيل." يوجد أدناه جدول من الصفحة 243 من نفس المرجع المذكور سابقًا والذي يوضح بشكل أفضل الخصائص ذات الصلة بالطاقة المطلوبة للمواد الأكثر استخدامًا.

صب الروبوتية

تعني الأتمتة أن الحجم الأصغر للأجزاء يسمح لنظام فحص متنقل بفحص أجزاء متعددة بسرعة أكبر. بالإضافة إلى تركيب أنظمة الفحص على الأجهزة الأوتوماتيكية ، يمكن للروبوتات متعددة المحاور إزالة أجزاء من القالب ووضعها لإجراء عمليات أخرى.

تشمل الحالات المحددة إزالة الأجزاء من القالب فور إنشاء الأجزاء ، بالإضافة إلى تطبيق أنظمة رؤية الماكينة. يقوم الروبوت بإمساك الجزء بعد تمديد دبابيس القاذف لتحرير الجزء من القالب. ثم ينقلهم إما إلى موقع الحجز أو مباشرة إلى نظام التفتيش. يعتمد الاختيار على نوع المنتج ، بالإضافة إلى التخطيط العام لمعدات التصنيع. عززت أنظمة الرؤية المركبة على الروبوتات بشكل كبير من مراقبة الجودة للأجزاء المقولبة المدرجة. يمكن للروبوت المتحرك أن يحدد بدقة تحديد موضع المكون المعدني ، ويفحص أسرع مما يستطيع الإنسان.

معرض الصور