ملخص:صياغة الحقن هي عملية تصنيع متعددة الاستخدامات وفعالة لإنتاج أجزاء بلاستيكية ذات دقة عالية ويمكن تكرارها.هذا الدليل يوفر فحصا شاملا لأساسيات صب الحقن، التقنيات المتقدمة، ومبادئ التصميم، واختيار المواد، والتطبيقات المتنوعة، التي تعمل كمرجع للمهندسين والمصممين والمصنعين.
1مقدمة في صناعة القالب بالحقن
صب الحقن هو عملية تصنيع تستخدم في المقام الأول لإنتاج قطع بلاستيكية متطابقة في الكتلة بمسامح ضيقة. وهو ينطوي على حقن مادة بلاستيكية صهر في تجويف القالب ،حيث يبرد ويصبح صلبًا في المنتج النهائيتميز هذه العملية بسرعة الإنتاج العالية ودقة الأبعاد الممتازة وقدرتها على إنتاج هندسات معقدة.مما يجعلها واحدة من أكثر الطرق استخدامًا لتصنيع المكونات البلاستيكية في جميع الصناعات من الإلكترونيات الاستهلاكية إلى الطيران.
وتشمل المكونات الأساسية لنظام صب الحقن وحدة الحقن (التي تضيق وتحقن المادة) ووحدة الضغط (التي تحتفظ وتفتح القالب)والقالب نفسه (أداة دقة تحدد شكل الجزء)تاريخ صناعة الحقن يعود إلى عام 1872 عندما حصل جون و إشايشيا هايات على براءة اختراع أول آلة حقن على أساس البولنجرمع التقدم الكبير بما في ذلك آلة الحقن المسمارية من قبل جيمس واتسون هندري في عام 1946 والضخ بالوقود في سبعينيات القرن الماضي.
2. عملية صناعة القالب بالحقن: خطوة بخطوة
تتكون دورة صب الحقن القياسية من ست مراحل أساسية:
- التثبيت:يتم إغلاق النصفين من القالب بشكل آمن والاحتفاظ بهما معًا بواسطة وحدة التشغيل. يجب أن تكون قوة التشغيل كافية لمقاومة ضغط الحقن العالي.
- الحقن:يتم إمداد المواد البلاستيكية، عادة في شكل حبيبات، من محرك حرارة إلى برميل ساخن. يقوم خرطوم متبادل بنقل البلاستيك، وإذابته، وتوحيده.ثم يتم حقن البلاستيك المنصهر في تجويف القالب تحت ضغط عال.
- الاحتفاظ/التعبئة:بعد ملء التجويف ، يتم الحفاظ على الضغط لتعبئة مواد إضافية في القالب لتعويض الانكماش الحجمي أثناء تبريد الجزء.
- التبريد:يبقى الجزء في القالب لتصلب. وقت التبريد يشكل جزءًا كبيرًا من وقت الدورة الإجمالي ويتأثر سمك الجزء وخصائص المواد.
- فتح العفن:بمجرد أن يصبح الجزء صلبًا بما فيه الكفاية ، تفتح وحدة التشغيل القالب.
- القذف:يتم طرد الجزء المنتهي من القالب باستخدام الدبابيس أو الأكمام أو لوحات التجريد. ثم تتكرر الدورة.
معايير العملية الرئيسية:
- درجة الحرارة: تشمل درجة حرارة البرميل (لذوبان) ، ودرجة حرارة الفوهة، ودرجة حرارة القالب (حاسمة للتدفق والتبريد).
- الضغط: يتغلب ضغط الحقن على مقاومة التدفق لملء التجويف ، في حين يعوض الضغط الاحتياطي عن الانكماش. الضغط العكسي على المسمار يحسن تكافؤ الذوبان.
- الوقت: يشمل وقت الحقن ووقت الاحتفاظ ووقت التبريد. يؤثر وقت الدورة الإجمالي مباشرة على كفاءة الإنتاج.
3تقنيات التشكيل بالحقن المتقدمة
مع تطور متطلبات التصنيع، تم تطوير العديد من التقنيات المتقدمة:
صناعة الصقيع بالحقن:تستخدم لإنتاج أجزاء صغيرة جدا وذات دقة عالية للأجهزة الطبية والإلكترونيات الدقيقة. تتطلب تحكمًا دقيقًا للغاية في الجرعة (حتى مستوى المليجرام) ودرجة الحرارة (± 0.5 درجة مئوية للبرميل).
الديكور داخل القالب (IMD):عائلة من التقنيات التي تدمج الديكور في عملية التشكيل. وتشمل المتغيرات الرئيسية:
- IML (تسمية في القالب): يتم وضع فيلم مزين مسبقًا في القالب قبل الحقن ، مما يؤدي إلى جزء مع نهاية سطحية متكاملة ودائمة.
- IMR (In-Mold Release): يتم نقل الديكور من فيلم ناقل إلى الجزء أثناء التشكيل ، حيث يتم سحب الفيلم الناقل تلقائيًا وتطويله.
صناعة التفاعل بالحقن:تستخدم اثنين أو أكثر من المفاعلات السائلة منخفضة اللزوجة (مثل البولي يوريثان) التي يتم خلطها وحقنها في قالب حيث تتفاعل وتتجمد. RIM مناسبة للأجزاء الكبيرة (مثل ،ويتطلب ضغط أقل وقوة مشبك مقارنة مع صب الحقن التقليدي.
طلاء حقن بمساعدة الغازيتضمن حقن غاز خامل في تجويف القالب لدفع المواد إلى أقسام مجوفة من الجزء. وهذا يخلق أجزاء مجوفة وصلبة مع انخفاض الوزن وآثار الغرق.
صناعة الصب الدقيق:يهدف إلى تحقيق دقة أبعاد عالية جداً ، غالبًا ما تكون ضمن 0.01 ملم إلى 0.001 ملم. يتطلب هذا المطبخات المتخصصة والقوالب عالية الجودة والمواد الهندسية مثل PPS و PPA و LCP.
| التكنولوجيا | المبدأ الرئيسي | المزايا الرئيسية | التطبيقات الشائعة |
| التشكيل المجهري | أجزاء صناعية صغيرة | دقة عالية، مناسبة لقطع صغيرة | المضخات الدقيقة، الأجهزة الطبية، العدسات البصرية |
| IMD/IML | تزيين أثناء التشكيل | أسطح دائمة ، لا مزيد من المعالجة ، جمالية | لوحات السيارات، غلافات الأجهزة الهاتفية |
| رد الفعل (RIM) | الصقيع الكيميائي في العفن | أجزاء كبيرة، قوة ضغط منخفضة، مخرجات مرنة | مصدات السيارات والأثاث والمعدات الطبية |
| مساعدة الغاز | ضغط الغاز الداخلي | الوزن المنخفض والصفحة الملتوية ، المقاطع المجوفة | المقبضات والأثاث والغرف الكبيرة |
4اعتبارات التصميم الحرجة للتصميم بالحقن
التصميم الناجح للجزء أمر حاسم لسهولة التصنيع والفعالية من حيث التكلفة والأداء.
سمك الحائط: يجب تجنب التغيرات المفاجئة في السماكة.
- زوايا المسار: يجب تطبيق الشفرة على الأسطح عمودية على اتجاه فتح القالب لتسهيل طرد الجزء بسهولة. يوصى عادةً بأقل من 1 درجة.
- الأضلاع والحاويات: تستخدم لزيادة صلابة الجزء وقوته دون إضافة سمك جدار كبير.التصميم المناسب للضلاع (عادة ما يكون 50-70٪ من سمك الجدار الرئيسي) أمر ضروري لتجنب علامات المغسلة.
- الفيلات والرادي: تقلل الزوايا المستديرة من تركيز الضغط، وتحسين تدفق المواد، وتعزيز قوة العفن.
- رؤساء: تستخدم لميزات التجميع مثل أقواس المسمار. يجب تصميمها بدعم ضلع كاف وتعايش مناسب مع هندسة القلب لمنع الغرق وغيرها من المشكلات.
- تصميم البوابة: البوابة هي القناة التي يدخل من خلالها البلاستيك المنصهر إلى التجويف. يؤثر موقعها ونوعها (مثل الحافة والنفق ونقطة الدبوس) بشكل كبير على مظهر الجزء وقوته وتلويته.
- التقطيعات: الخصائص التي تمنع طرد الأجزاء. تتطلب مكونات قالب معقدة ومكلفة مثل الإجراءات الجانبية أو المرفعات أو النواة القابلة للطي.
5. اختيار المواد للصب الحقن
يمكن استخدام مجموعة واسعة من المواد، كل منها له خصائص متميزة:
البلاستيك الحراري:الأكثر شيوعًا في صناعة القالبات بالحقن. إنها تنعم عند التسخين وتتصلب عند التبريد ، مما يسمح بإعادة التدوير وإعادة التشكيل. تشمل الأمثلة:
- البولي بروبيلين (PP): متعددة الاستخدامات، مقاومة للكيماويات، مع مقاومة جيدة للتعب.
- أكريلونيتريل بوتادين ستيرين (ABS): صلب، مقاوم للصدمات، مع خصائص ميكانيكية جيدة.
- البوليكاربونات (PC): قوة صدمة عالية وشفافية ومقاومة للحرارة.
- النيلون (PA): قوة عالية، مقاومة للارتداء، وخصائص ميكانيكية جيدة.
- البوليوكسيميثيلين (POM): صلابة عالية ، انخفاض الاحتكاك ، واستقرار أبعاد ممتاز.
البوليمرات الحرارية:تخضع لرد فعل كيميائي لا رجعة فيه أثناء التشديد (على سبيل المثال ، في RIM). لا تذوب عند إعادة التدفئة. تشمل الأمثلة الراتنجات الايبوكسي والفينولية.
الايستوميرات:تستخدم لإنتاج قطع مطاطية مرنة
المواد المضافة:غالبًا ما يتم خلط المواد مع المواد الإضافية مثل الألياف الزجاجية أو الكربونية للتعزيز ومثبطات اللهب والمثبتات والألوان.
6التطبيقات عبر الصناعات
تعتبر عملية صب الحقن متعددة الاستخدامات مما يجعلها قابلة للتطبيق في العديد من القطاعات:
- السيارات: المكونات التي تتراوح من التجميل الداخلي، لوحات القيادة، والأزرار إلى أجزاء تحت غطاء السيارة ومحفظات الإضاءة.
- الإلكترونيات الاستهلاكية: أغطية للهواتف والحواسيب المحمولة والأزرار والموصلات والمكونات الداخلية. يعتبر صب الدقة أمرًا حاسمًا للمكونات مثل العدسات البصرية والأجزاء الهيكلية.
- الرعاية الطبية والصحية: الحقن والمكونات الورقية، والأدوات الجراحية، وغطاء الأجهزة القابلة لزرعها، والأجهزة الميكروفلودية. تعقيم المياه والتوافق البيولوجي هي المتطلبات الرئيسية.
- التعبئة والتغليف: أغطية الزجاجات، والحاويات، والغلقات، غالبا ما تنتج بكميات كبيرة جدا.
- الفضاء الجوي: يستخدم لكل من المكونات الداخلية والخارجية التي تتطلب نسب قوة عالية إلى الوزن ويمكن أن تتحمل ظروف بيئية قاسية.
