قولبة الحقن

التشكيل بالحقن (أو التشكيل بالحقن ) هو عملية تصنيع لإنتاج أجزاء عن طريق حقن مادة منصهرة في قالب . يمكن استخدام مجموعة واسعة من المواد في هذه العملية، بما في ذلك المعادن (حيث تُسمى العملية بالصب بالقالب )، والزجاج ، والمطاط ، والحلويات ، والأكثر شيوعًا البوليمرات الحرارية واللدائن الحرارية . تُغذى المادة اللازمة للجزء إلى أسطوانة ساخنة، وتُخلط (باستخدام لولب حلزوني)، ثم تُحقن في تجويف القالب ، حيث تبرد وتتصلب لتأخذ شكل التجويف. [ 1 ] : 240 بعد تصميم المنتج، عادةً من قِبل مصمم صناعي أو مهندس ، يقوم صانع القوالب (أو صانع الأدوات) بصنع القوالب من المعدن ، عادةً من الفولاذ أو الألومنيوم ، وتُشكل بدقة عالية لتكوين ملامح الجزء المطلوب. يُستخدم التشكيل بالحقن على نطاق واسع لتصنيع مجموعة متنوعة من الأجزاء، من أصغر المكونات إلى ألواح هياكل السيارات بالكامل. يمكن استخدام التطورات في تكنولوجيا الطباعة ثلاثية الأبعاد ، باستخدام البوليمرات الضوئية التي لا تنصهر أثناء عملية حقن بعض اللدائن الحرارية ذات درجة الحرارة المنخفضة، في بعض قوالب الحقن البسيطة.

تستخدم عملية التشكيل بالحقن آلةً متخصصةً تتكون من ثلاثة أجزاء: وحدة الحقن، والقالب، والمشبك. يجب تصميم الأجزاء المراد تشكيلها بالحقن بعناية فائقة لتسهيل عملية التشكيل؛ إذ يجب مراعاة المادة المستخدمة في تصنيع الجزء، وشكله وخصائصه المطلوبة، ومادة القالب، وخصائص آلة التشكيل. وتُعزى مرونة عملية التشكيل بالحقن إلى هذا التنوع في اعتبارات التصميم والإمكانيات المتاحة.
التطبيقات

تُستخدم عملية التشكيل بالحقن في صناعة العديد من المنتجات، مثل بكرات الأسلاك ، والتغليف ، وأغطية الزجاجات ، وقطع غيار السيارات ومكوناتها، والألعاب ، وأمشاط الجيب ، وبعض الآلات الموسيقية (وأجزائها)، والكراسي والطاولات الصغيرة ذات القطعة الواحدة، وحاويات التخزين، والأجزاء الميكانيكية (بما في ذلك التروس)، ومعظم المنتجات البلاستيكية الأخرى المتوفرة اليوم. يُعد التشكيل بالحقن الطريقة الحديثة الأكثر شيوعًا لتصنيع الأجزاء البلاستيكية، وهو مثالي لإنتاج كميات كبيرة من المنتج نفسه. [ 2 ]
خصائص العملية

تستخدم عملية قولبة الحقن مكبسًا أو برغيًا لدفع البلاستيك أو المطاط المنصهر إلى تجويف القالب؛ حيث يتصلب ليأخذ شكلًا مطابقًا لشكل القالب. وتُستخدم هذه العملية بشكل شائع لمعالجة كلٍ من البوليمرات الحرارية والبوليمرات المتصلبة حراريًا ، مع كون حجم استخدام البوليمرات الحرارية أكبر بكثير. [ 3 ] : 1-3 تنتشر البوليمرات الحرارية نظرًا لخصائصها التي تجعلها مناسبة جدًا لقولبة الحقن، مثل سهولة إعادة التدوير، وتعدد استخداماتها في مجموعة واسعة من التطبيقات، [ 3 ] : 8-9 وقدرتها على التليين والتدفق عند التسخين. كما تتميز البوليمرات الحرارية بميزة أمان إضافية مقارنةً بالبوليمرات المتصلبة حراريًا؛ فإذا لم يتم إخراج البوليمر المتصلب حراريًا من أسطوانة الحقن في الوقت المناسب، فقد يحدث تشابك كيميائي يؤدي إلى تعطل البرغي وصمامات الفحص، مما قد يتسبب في تلف آلة قولبة الحقن. [ 3 ] : 3
تتألف عملية قولبة الحقن من حقن المادة الخام تحت ضغط عالٍ في قالب، مما يؤدي إلى تشكيل البوليمر بالشكل المطلوب. [ 3 ] : 14 يمكن أن تكون القوالب ذات تجويف واحد أو متعددة التجاويف. في القوالب متعددة التجاويف، يمكن أن يكون كل تجويف متطابقًا ويشكل نفس الأجزاء، أو يمكن أن يكون فريدًا ويشكل أشكالًا هندسية مختلفة متعددة خلال دورة واحدة. تُصنع القوالب عمومًا من فولاذ الأدوات ، ولكن قوالب الفولاذ المقاوم للصدأ والألومنيوم مناسبة لبعض التطبيقات. عادةً ما تكون قوالب الألومنيوم غير مناسبة للإنتاج بكميات كبيرة أو للأجزاء ذات التفاوتات البُعدية الضيقة، نظرًا لضعف خصائصها الميكانيكية وزيادة قابليتها للتآكل والتلف والتشوه أثناء دورات الحقن والتثبيت؛ ومع ذلك، تُعد قوالب الألومنيوم فعالة من حيث التكلفة في التطبيقات ذات الكميات المنخفضة، حيث تنخفض تكاليف ووقت تصنيع القالب بشكل كبير. [ 1 ] صُممت العديد من قوالب الصلب لمعالجة أكثر من مليون جزء خلال عمرها الافتراضي، وقد تصل تكلفة تصنيعها إلى مئات الآلاف من الدولارات.
عند تشكيل اللدائن الحرارية، تُغذى المادة الخام المُحَبَّبة عادةً عبر قادوس إلى أسطوانة مُسخَّنة بواسطة لولب ترددي. عند دخولها الأسطوانة، ترتفع درجة الحرارة وتضعف قوى فان دير فالس التي تُقاوم التدفق النسبي للسلاسل الفردية نتيجةً لزيادة المسافة بين الجزيئات عند مستويات الطاقة الحرارية الأعلى. تُقلل هذه العملية من لزوجة المادة ، مما يُتيح للبوليمر التدفق بقوة دافعة وحدة الحقن. يُوصل اللولب المادة الخام إلى الأمام، ويخلط ويُجانس التوزيعات الحرارية واللزجة للبوليمر، ويُقلل من وقت التسخين المطلوب عن طريق قص المادة ميكانيكيًا وإضافة قدر كبير من التسخين الاحتكاكي للبوليمر. تتدفق المادة إلى الأمام عبر صمام عدم رجوع وتتجمع في مقدمة اللولب في حجم يُعرف باسم " الجرعة ". الجرعة هي حجم المادة المستخدمة لملء تجويف القالب، وتعويض الانكماش، وتوفير وسادة (حوالي 10% من إجمالي حجم الجرعة، والتي تبقى في الأسطوانة وتمنع اللولب من الوصول إلى نهايته) لنقل الضغط من اللولب إلى تجويف القالب. عند تجمع كمية كافية من المادة، تُدفع المادة بضغط وسرعة عاليتين إلى تجويف تشكيل القطعة. وتعتمد كمية الانكماش الدقيقة على نوع الراتنج المستخدم، ويمكن التنبؤ بها نسبيًا. [ 4 ] ولمنع الارتفاعات المفاجئة في الضغط، تستخدم العملية عادةً وضعية نقل تتوافق مع امتلاء التجويف بنسبة 95-98%، حيث ينتقل البرغي من التحكم في السرعة الثابتة إلى التحكم في الضغط الثابت. غالبًا ما تكون أوقات الحقن أقل من ثانية واحدة. بمجرد وصول البرغي إلى وضعية النقل، يُطبق ضغط التعبئة، مما يُكمل ملء القالب ويعوض الانكماش الحراري، وهو مرتفع نسبيًا في اللدائن الحرارية مقارنةً بالعديد من المواد الأخرى. يُطبق ضغط التعبئة حتى تتصلب البوابة (مدخل التجويف). نظرًا لصغر حجمها، عادةً ما تكون البوابة أول مكان يتصلب عبر كامل سمكها. [ 3 ] : 16 بمجرد تصلب البوابة، لا يمكن دخول المزيد من المادة إلى التجويف؛ وبناءً على ذلك، يتحرك البرغي ذهابًا وإيابًا ويجمع المادة للدورة التالية بينما تبرد المادة داخل القالب حتى يمكن إخراجها وتكون مستقرة الأبعاد. يتم تقليل مدة التبريد بشكل كبير باستخدام أنابيب تبريد تُدوّر الماء أو الزيت من وحدة تحكم خارجية في درجة الحرارة. بمجرد الوصول إلى درجة الحرارة المطلوبة، يُفتح القالب وتُدفع مجموعة من الدبابيس والأكمام وأدوات فصل القوالب، وما إلى ذلك، لإخراج المنتج من القالب. ثم يُغلق القالب وتُكرر العملية.
في قالب الحقن المزدوج، يتم دمج مادتين منفصلتين في قطعة واحدة. يُستخدم هذا النوع من قولبة الحقن لإضفاء ملمس ناعم على المقابض، أو لإعطاء المنتج ألوانًا متعددة، أو لإنتاج قطعة ذات خصائص أداء متعددة. [ 5 ]
في المواد المتصلبة حراريًا، يُحقن عادةً مكونان كيميائيان مختلفان في أسطوانة الحقن. يبدأ هذان المكونان فورًا تفاعلات كيميائية غير قابلة للانعكاس، تُؤدي في النهاية إلى ربط المادة في شبكة جزيئية واحدة مترابطة. ومع حدوث التفاعل الكيميائي، يتحول المكونان السائلان بشكل دائم إلى مادة صلبة لزجة مرنة . [ 3 ] : 3 قد يُمثل التصلب في أسطوانة الحقن واللولب مشكلةً وله تبعات مالية؛ لذا، يُعد تقليل تصلب المادة المتصلبة حراريًا داخل الأسطوانة أمرًا بالغ الأهمية. وهذا يعني عادةً تقليل زمن بقاء المواد الكيميائية الأولية ودرجة حرارتها في وحدة الحقن. يُمكن تقليل زمن البقاء عن طريق تقليل سعة حجم الأسطوانة وزيادة أوقات الدورة. وقد أدت هذه العوامل إلى استخدام وحدة حقن باردة معزولة حراريًا، تحقن المواد الكيميائية المتفاعلة في قالب ساخن معزول حراريًا، مما يزيد من معدل التفاعلات الكيميائية ويُقلل الوقت اللازم للحصول على مكون متصلب حراريًا. بعد أن يتصلب الجزء، تُغلق الصمامات لعزل نظام الحقن والمواد الكيميائية الأولية ، ويُفتح القالب لإخراج الأجزاء المصبوبة. ثم يُغلق القالب وتتكرر العملية.
يمكن إدخال المكونات المصبوبة مسبقًا أو المُشكّلة آليًا في التجويف أثناء فتح القالب، مما يسمح للمادة المحقونة في الدورة التالية بالتشكل والتصلب حولها. تُعرف هذه العملية باسم قولبة الإدخال، وتتيح للأجزاء الواحدة احتواء مواد متعددة. تُستخدم هذه العملية غالبًا لإنتاج أجزاء بلاستيكية مزودة ببراغي معدنية بارزة، مما يسمح بربطها وفكها بشكل متكرر. كما يمكن استخدام هذه التقنية لوضع الملصقات داخل القالب ، ويمكن أيضًا تثبيت أغطية بلاستيكية على الحاويات البلاستيكية المقولبة.
عادةً ما تظهر على القطعة النهائية علامات خط الفصل، وقناة الصب، وبوابة الحقن، ودبابيس الإخراج. [ 3 ] : 98 لا تُعدّ أيٌّ من هذه العلامات مرغوبةً عادةً، ولكنها حتميةٌ نظرًا لطبيعة العملية. تظهر علامات بوابة الحقن عند البوابة التي تربط قنوات توصيل المادة المنصهرة (قناة الصب وقناة التغذية) بتجويف تشكيل القطعة. أما علامات خط الفصل ودبابيس الإخراج فتنتج عن اختلالات طفيفة في المحاذاة، والتآكل، وفتحات الغاز، والمسافات الفاصلة بين الأجزاء المتجاورة المتحركة نسبيًا، و/أو الاختلافات البُعدية في أسطح الانصهار الملامسة للبوليمر المحقون. يمكن أن تُعزى الاختلافات البُعدية إلى التشوه غير المنتظم الناتج عن الضغط أثناء الحقن، وتفاوتات التصنيع، والتمدد والانكماش الحراري غير المنتظم لمكونات القالب، والتي تتعرض لدورات سريعة أثناء مراحل الحقن والتعبئة والتبريد والإخراج في العملية. غالبًا ما تُصمَّم مكونات القالب بمواد ذات معاملات تمدد حراري مختلفة. لا يمكن مراعاة هذه العوامل مجتمعةً دون زيادات هائلة في تكلفة التصميم والتصنيع والمعالجة ومراقبة الجودة . لذا ، يحرص مصمم القوالب والأجزاء الماهر على إخفاء هذه العيوب الجمالية قدر الإمكان.
تقنيات التشكيل بالحقن المتقدمة والهجينة
تُعدّ المواد المركبة الحرارية البلاستيكية المقواة بالألياف المنسوجة نتاجًا لتضمين مادة مركبة، مثل الزجاج أو الكربون أو الألياف الطبيعية المصنوعة من نسيج منسوج، في مصفوفة من البوليمر الحراري البلاستيكي. وتُعتبر هذه المواد بديلاً خفيف الوزن للمعادن في الصناعات التي تتطلب صلابة وقوة عاليتين. تُصنع هذه المواد المركبة عادةً باستخدام نظام من خطوتين: التشريب المسبق ثم صب المنتج النهائي. ومع التطورات في عمليات قولبة الحقن، أصبح من الممكن تصنيع هذه المواد المركبة في خطوة واحدة.
توجد أيضًا مناهج هجينة تجمع بين قولبة الحقن وتقنيات أخرى. يُعزز هذا النهج الهجين مرونة العملية، ويُحسّن الخصائص الميكانيكية للمواد المركبة عن طريق التمديد. تتميز بعض المواد المركبة بزيادة في قوة الشد تصل إلى 4.18 ضعفًا مقارنةً بمصفوفة البوليمر الأساسية. بالنسبة لتطبيقات السيارات، تُتيح هذه التطورات إنتاجًا أفضل للأجزاء ذات الخصائص المُخصصة. [ 6 ]
تاريخ
في عام 1834، تم تقديم طلب براءة اختراع بريطانية لتقنية حقن الشموع بواسطة صانع أواني من القصدير يُدعى جوزيف مورغان. [ 7 ]
في عام 1846، حصل المخترع البريطاني تشارلز هانكوك، وهو قريب لتوماس هانكوك ، على براءة اختراع لآلة قولبة الحقن. [ 8 ]
حصل المخترع الأمريكي جون ويسلي هايت ، بالاشتراك مع شقيقه إشعيا، على براءة اختراع لإحدى أوائل آلات قولبة الحقن عام 1872. [ 9 ] كانت هذه الآلة بسيطة نسبيًا مقارنةً بالآلات المستخدمة اليوم: فقد كانت تعمل كإبرة حقن كبيرة ، باستخدام مكبس لحقن البلاستيك عبر أسطوانة ساخنة في قالب. تطورت هذه الصناعة ببطء على مر السنين، منتجةً منتجات مثل مثبتات الياقات والأزرار وأمشاط الشعر (مع ذلك، فإن البلاستيك، بتعريفه الحديث، يُعدّ تطورًا حديثًا نسبيًا يعود إلى خمسينيات القرن العشرين ).
ابتكر الكيميائيان الألمانيان آرثر إيشنغرون وثيودور بيكر أولى الأشكال القابلة للذوبان من أسيتات السليلوز عام 1903، والتي كانت أقل قابلية للاشتعال بكثير من نترات السليلوز . [ 10 ] وأصبح متوفرًا لاحقًا على شكل مسحوق يسهل تشكيله بالحقن. وطوّر آرثر إيشنغرون أول مكبس للحقن عام 1919. وفي عام 1939، حصل آرثر إيشنغرون على براءة اختراع لتقنية حقن أسيتات السليلوز الملدن.
شهدت صناعة البلاستيك نموًا سريعًا في أربعينيات القرن العشرين، نتيجةً للطلب الهائل الذي أفرزته الحرب العالمية الثانية على المنتجات الرخيصة ذات الإنتاج الضخم. [ 11 ] في عام 1946، بنى المخترع الأمريكي جيمس واتسون هندري أول آلة حقن لولبية، مما أتاح تحكمًا أدق بكثير في سرعة الحقن وجودة المنتجات. [ 12 ] كما سمحت هذه الآلة بخلط المواد قبل الحقن، بحيث يمكن إضافة البلاستيك الملون أو المعاد تدويره إلى المواد الخام وخلطه جيدًا قبل الحقن. في سبعينيات القرن العشرين، واصل هندري تطوير أول عملية قولبة بالحقن بمساعدة الغاز ، مما أتاح إنتاج قطع مجوفة معقدة تبرد بسرعة. وقد حسّن هذا بشكل كبير من مرونة التصميم، بالإضافة إلى قوة ولمسة نهائية للأجزاء المصنعة، مع تقليل وقت الإنتاج والتكلفة والوزن والنفايات. بحلول عام 1979، تجاوز إنتاج البلاستيك إنتاج الصلب، وبحلول عام 1990، شاع استخدام قوالب الألومنيوم في قولبة الحقن. [ 13 ] واليوم، تشكل آلات الحقن اللولبية الغالبية العظمى من جميع آلات الحقن.
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، والأجهزة الطبية، والفضاء، والمنتجات الاستهلاكية، والألعاب، والسباكة ، والتعبئة والتغليف، والبناء. [ 14 ] : 1-2
في فرنسا عام ١٩٧٩، طورت شركات سانت غوبان-فيتروتكس، وبيلون، وسيفا تقنية جديدة لتشكيل القوالب بالحقن الحراري. تُعدّ عملية ZMC نقلة نوعية في صناعة المواد المركبة، إذ تجمع بين مركبات البوليمر وآلة حقن هجينة تعمل باللولب والمكبس. وقد أتاحت هذه العملية إنتاجًا واسع النطاق في قطاع السيارات، لا سيما الأبواب الخلفية التي بلغ إنتاجها ١٠٠٠ باب يوميًا. كما ساهمت في تقليل متطلبات العمالة وتحسين جودة السطح. [ ١٥ ]
أمثلة على البوليمرات الأنسب لهذه العملية
يمكن استخدام معظم البوليمرات، والتي تُعرف أحيانًا بالراتنجات، بما في ذلك جميع اللدائن الحرارية، وبعض اللدائن المتصلبة بالحرارة، وبعض أنواع المطاط الصناعي. [ 16 ] منذ عام 1995، ازداد إجمالي عدد المواد المتاحة للقولبة بالحقن بمعدل 750 مادة سنويًا؛ وكان هناك ما يقرب من 18000 مادة متاحة عند بدء هذا التوجه. [ 17 ] تشمل المواد المتاحة سبائك أو مزيجًا من مواد طُوّرت سابقًا، مما يُمكّن مصممي المنتجات من اختيار المادة ذات أفضل مجموعة من الخصائص من بين مجموعة واسعة. من أهم معايير اختيار المادة القوة والوظيفة المطلوبتين للجزء النهائي، بالإضافة إلى التكلفة، ولكن لكل مادة أيضًا معايير مختلفة للقولبة يجب أخذها في الاعتبار. [ 14 ] : 6 تشمل الاعتبارات الأخرى عند اختيار مادة للقولبة بالحقن معامل المرونة الانحنائية، أو مدى إمكانية ثني المادة دون تلف، بالإضافة إلى الانحراف الحراري وامتصاص الماء. [ 18 ] تُعدّ البوليمرات الشائعة مثل الإيبوكسي والفينول أمثلة على البلاستيك المتصلد حراريًا، بينما يُعدّ النايلون والبولي إيثيلين والبوليسترين من البلاستيك اللدائني الحراري. [ 1 ] : 242 وحتى وقت قريب نسبيًا، لم يكن من الممكن تصنيع النوابض البلاستيكية، ولكن التطورات في خصائص البوليمرات جعلتها الآن عملية للغاية. وتشمل تطبيقاتها استخدام الأبازيم لتثبيت وفصل أحزمة المعدات الخارجية.
جوانب الاستدامة
على الرغم من أن البلاستيك لا يُعتبر مستدامًا، إلا أن اتخاذ خطوات فعّالة، مثل تحسين العمليات وإدارة المواد واستراتيجيات التصميم، قد يُثبت جدواه في مجال التصنيع الإنتاجي. وقد بادرت بعض الشركات إلى دمج أنظمة إعادة الطحن الآلية في عملياتها. تستطيع هذه الأنظمة جمع المواد الخردة وإعادة تدويرها، ثم إعادة إدخالها إلى مكابس التشكيل دون تغييرات جوهرية في العمليات. وقد تمكنت الشركات من خفض نسبة النفايات التي تُدفن إلى أقل من 1% من إجمالي المواد المستخدمة. [ 19 ]
يؤدي التحديث إلى مكابس قولبة الحقن الحديثة، بما في ذلك الآلات الكهربائية والهجينة، إلى تقليل استهلاك الطاقة مع زيادة الإنتاج بنسبة 20% مقارنة بالآلات التقليدية. [ 19 ]
إن إضافة أنظمة الترشيح في أنظمة التبريد ستسمح بإعادة تدوير المياه المعالجة في أبراج التبريد، مما يقلل من استهلاك المياه والآثار البيئية.
يُعد اختيار المواد عاملاً مهماً. فعند تصميم الأجزاء، تسمح المواد الأحادية بإعادة تدوير التجميعات ككل، مما يقلل من مشاكل التلوث ويبسط عملية معالجة نهاية العمر الافتراضي.
معدات

تتكون آلات قولبة الحقن من قادوس للمواد، ومكبس حقن أو مكبس لولبي، ووحدة تسخين. [ 1 ] : 240 تُعرف أيضًا باسم الصفائح، وهي تحمل القوالب التي تُشكّل فيها المكونات. تُصنّف المكابس حسب قوة الضغط، والتي تُعبّر عن مقدار قوة التثبيت التي يمكن للآلة تطبيقها. تُبقي هذه القوة القالب مغلقًا أثناء عملية الحقن. [ 20 ] تتراوح قوة الضغط من أقل من 5 أطنان إلى أكثر من 9000 طن، مع استخدام الأرقام الأعلى في عدد قليل نسبيًا من عمليات التصنيع. تُحدد قوة التثبيت الإجمالية المطلوبة من خلال المساحة المسقطة للجزء المراد قولبته. تُضرب هذه المساحة المسقطة بقوة تثبيت تتراوح من 1.8 إلى 7.2 طن لكل سنتيمتر مربع من المساحة المسقطة. كقاعدة عامة، يمكن استخدام 4 أو 5 أطنان/بوصة مربعة لمعظم المنتجات. إذا كانت المادة البلاستيكية صلبة جدًا، فإنها تتطلب ضغط حقن أكبر لملء القالب، وبالتالي قوة تثبيت أكبر لإبقاء القالب مغلقًا. [ 14 ] : 43-44 يمكن أيضًا تحديد القوة المطلوبة بناءً على المادة المستخدمة وحجم القطعة. تتطلب القطع الأكبر قوة تثبيت أعلى. [ 16 ]
قالب
القالب أو الصك هما المصطلحان الشائعان المستخدمان لوصف الأداة المستخدمة لإنتاج الأجزاء البلاستيكية في عملية التشكيل.
نظرًا لارتفاع تكلفة تصنيع القوالب، فقد اقتصر استخدامها عادةً على الإنتاج الضخم الذي ينتج عنه آلاف القطع. تُصنع القوالب النموذجية من الفولاذ المُقسّى ، أو الفولاذ المُقسّى مسبقًا، أو الألومنيوم، أو سبيكة البريليوم والنحاس . [ 21 ] : 176 ولا يعتمد اختيار مادة القالب على اعتبارات التكلفة فحسب، بل يرتبط أيضًا بدورة حياة المنتج . عمومًا، تُكلّف قوالب الفولاذ أكثر في التصنيع، لكن عمرها الأطول يُعوّض التكلفة الأولية المرتفعة نظرًا لإنتاج عدد أكبر من القطع قبل تلفها. قوالب الفولاذ المُقسّى مسبقًا أقل مقاومة للتآكل، وتُستخدم في الإنتاج بكميات أقل أو للمكونات الكبيرة؛ وتتراوح صلابتها النموذجية بين 38 و45 على مقياس روكويل-سي . أما قوالب الفولاذ المُقسّى، فتُعالج حراريًا بعد التصنيع؛ وهي تتفوق بشكل ملحوظ من حيث مقاومة التآكل والعمر الافتراضي. وتتراوح صلابتها النموذجية بين 50 و60 على مقياس روكويل-سي (HRC). تتميز قوالب الألومنيوم بتكلفة أقل بكثير، وعند تصميمها وتصنيعها باستخدام معدات حاسوبية حديثة، تصبح اقتصادية لإنتاج عشرات أو حتى مئات الآلاف من القطع. يُستخدم نحاس البريليوم في أجزاء القالب التي تتطلب إزالة سريعة للحرارة أو المناطق التي تتعرض لأكبر قدر من الحرارة الناتجة عن القص. [ 21 ] : 176 ويمكن تصنيع القوالب إما باستخدام آلات CNC أو باستخدام عمليات التصنيع بالتفريغ الكهربائي .
- قالب حقن بلاستيكي مزود بسحب جانبي
- جانب "أ" من القالب لأسيتال مملوء بالزجاج بنسبة 25% مع سحبتين جانبيتين
- صورة مقربة للجزء القابل للإزالة في الجانب "أ"
- الجانب "ب" من القالب مع مشغلات السحب الجانبي
- تم إزالة القطعة من القالب
تصميم القالب

يتكون القالب من عنصرين أساسيين: قالب الحقن (اللوحة A) وقالب الطرد (اللوحة B). يُشار إلى هذين العنصرين أيضًا باسمي المُشكِّل وصانع القوالب . يدخل الراتنج البلاستيكي إلى القالب عبر قناة أو بوابة في قالب الحقن؛ ووظيفة جلبة القناة هي إحكام إغلاق فوهة أسطوانة الحقن في آلة التشكيل، والسماح للبلاستيك المنصهر بالتدفق من الأسطوانة إلى القالب، المعروف أيضًا بالتجويف. [ 14 ] : 141 توجه جلبة القناة البلاستيك المنصهر إلى صور التجويف عبر قنوات مصنعة في أسطح اللوحتين A وB. تسمح هذه القنوات للبلاستيك بالتدفق على طولها، ولذلك تُسمى باسم قنوات التغذية. [ 14 ] : 142 يتدفق البلاستيك المنصهر عبر قناة التغذية ويدخل إلى بوابة أو أكثر من البوابات المتخصصة، ثم إلى التجويف [ 22 ] : 15 لتشكيل الجزء المطلوب.

تُعرف كمية الراتنج اللازمة لملء قناة الصب، وقناة التغذية، وتجاويف القالب بـ"الجرعة". يمكن للهواء المحبوس في القالب أن يتسرب عبر فتحات تهوية محفورة في خط الفصل، أو حول دبابيس وأنابيب الطرد التي تكون أصغر قليلاً من الفتحات التي تثبتها. إذا لم يُسمح للهواء المحبوس بالتسرب، فإنه ينضغط بفعل ضغط المادة الداخلة ويتجمع في زوايا التجويف، مما يعيق عملية الملء وقد يتسبب في عيوب أخرى. بل قد ينضغط الهواء لدرجة اشتعال المادة البلاستيكية المحيطة وحرقها. [ 14 ] : 147
للسماح بإزالة الجزء المصبوب من القالب، يجب ألا تتراكب ميزات القالب على بعضها البعض في اتجاه فتح القالب، إلا إذا تم تصميم أجزاء من القالب للتحرك من بين هذه الأجزاء المتراكبة عند فتح القالب باستخدام مكونات تسمى الرافعات.
عادةً ما تكون جوانب القطعة التي تبدو موازية لاتجاه السحب (محور موضع اللب (الثقب) أو الحشوة موازٍ لحركة القالب لأعلى ولأسفل أثناء فتحه وإغلاقه) [ 22 ] : 406 مائلة قليلاً، وتُسمى هذه الزاوية "زاوية السحب"، لتسهيل إخراج القطعة من القالب. قد يؤدي عدم كفاية زاوية السحب إلى تشوه القطعة أو تلفها. تعتمد زاوية السحب المطلوبة لإخراج القطعة من القالب بشكل أساسي على عمق التجويف؛ فكلما زاد عمق التجويف، زادت زاوية السحب اللازمة. يجب أيضًا مراعاة الانكماش عند تحديد زاوية السحب المطلوبة. [ 22 ] : 332 إذا كانت الطبقة الخارجية رقيقة جدًا، فإن القطعة المصبوبة تميل إلى الانكماش على اللب المتشكل أثناء التبريد والالتصاق به، أو قد تتشوه القطعة أو تلتوي أو تتشقق أو تتقرح عند سحب التجويف. [ 14 ] : 47
يُصمَّم القالب عادةً بحيث يبقى الجزء المصبوب بثبات على جانب القاذف (ب) عند فتحه، ويسحب معه قناة التغذية وقناة الصب من الجانب (أ). ثم يسقط الجزء بحرية عند قذفه من الجانب (ب). تقع بوابات النفق، المعروفة أيضًا ببوابات الغواصة أو بوابات القالب، أسفل خط الفصل أو سطح القالب. تُصنع فتحة في سطح القالب على خط الفصل. يُفصل الجزء المصبوب (بواسطة القالب) عن نظام قناة التغذية عند قذفه من القالب. [ 22 ] : 288 دبابيس القذف، المعروفة أيضًا بدبابيس الإخراج، هي دبابيس دائرية توضع في أحد نصفي القالب (عادةً نصف القاذف)، وتدفع المنتج المصبوب النهائي، أو نظام قناة التغذية، خارج القالب. [ 14 ] : 143 قد يؤدي إخراج القطعة باستخدام الدبابيس والأكمام والأدوات المزيلة وما إلى ذلك إلى ظهور انطباعات غير مرغوب فيها أو تشوه، لذلك يجب توخي الحذر عند تصميم القالب.
تتمثل الطريقة القياسية للتبريد في تمرير سائل تبريد (عادةً الماء) عبر سلسلة من الثقوب المحفورة في ألواح القالب والموصولة بخراطيم لتشكيل مسار متصل. يمتص سائل التبريد الحرارة من القالب (الذي امتص بدوره الحرارة من البلاستيك الساخن) ويحافظ على درجة حرارة القالب مناسبة لتصلب البلاستيك بأقصى كفاءة. [ 14 ] : 86
لتسهيل الصيانة والتهوية، تُقسّم التجاويف واللب إلى أجزاء تُسمى الحشوات ، ومجموعات فرعية تُسمى أيضًا حشوات أو كتل أو كتل تفريغ . وباستبدال الحشوات القابلة للتبديل، يمكن لقالب واحد إنتاج عدة أشكال مختلفة من نفس القطعة.
تُصنع الأجزاء الأكثر تعقيدًا باستخدام قوالب أكثر تعقيدًا. قد تحتوي هذه القوالب على أقسام تُسمى منزلقات، تتحرك داخل تجويف عمودي على اتجاه السحب، لتشكيل أجزاء بارزة. عند فتح القالب، تُسحب المنزلقات بعيدًا عن القطعة البلاستيكية باستخدام "دبابيس زاوية" ثابتة على نصف القالب الثابت. تدخل هذه الدبابيس في فتحة في المنزلقات، مما يؤدي إلى تحركها للخلف عند فتح النصف المتحرك من القالب. ثم تُقذف القطعة ويُغلق القالب. يؤدي إغلاق القالب إلى تحرك المنزلقات للأمام على طول دبابيس الزاوية. [ 14 ] : 268
يمكن للقالب إنتاج عدة نسخ من نفس الأجزاء في عملية واحدة. يُشار غالبًا إلى عدد "التجاويف" في قالب ذلك الجزء، بشكل خاطئ، باسم "التجويف". يُطلق على الأداة ذات التجويف الواحد عادةً اسم قالب التجويف الأحادي. [ 23 ] : 398. أما القالب الذي يحتوي على تجويفين أو أكثر لنفس الأجزاء، فيُطلق عليه عادةً اسم قالب التجاويف المتعددة . (لا ينبغي الخلط بينه وبين "القولبة متعددة الطلقات " {التي سيتم تناولها في القسم التالي.}) [ 23 ] : 262. قد تحتوي بعض قوالب الإنتاج ذات الأحجام الكبيرة جدًا (مثل قوالب أغطية الزجاجات) على أكثر من 128 تجويفًا.
في بعض الحالات، تُستخدم قوالب متعددة التجاويف لتشكيل سلسلة من الأجزاء المختلفة في قالب واحد. ويُطلق بعض صانعي القوالب على هذه القوالب اسم "قوالب العائلة"، نظرًا لارتباط جميع الأجزاء ببعضها، مثل مجموعات نماذج البلاستيك. [ 24 ] : 114
تسمح بعض القوالب بإعادة إدخال الأجزاء المصبوبة مسبقًا لتشكيل طبقة بلاستيكية جديدة حول الجزء الأول. ويُشار إلى هذه العملية غالبًا باسم التشكيل بالحقن. يتيح هذا النظام إنتاج إطارات وعجلات من قطعة واحدة.

تتطلب قوالب الأجزاء الدقيقة للغاية والصغيرة جدًا المصنعة بتقنية الحقن الدقيق عناية فائقة في مرحلة التصميم، حيث تتفاعل راتنجات المواد بشكل مختلف مقارنة بنظيراتها كاملة الحجم، والتي يجب أن تملأ هذه المساحات الصغيرة للغاية بسرعة، مما يعرضها لإجهادات قص شديدة. [ 26 ]
التشكيل متعدد الحقن

صُممت قوالب الحقن المزدوج أو المتعدد لتُشكّل طبقةً واحدةً خلال دورة تشكيل واحدة، ويجب معالجتها على آلات حقن متخصصة مزودة بوحدتي حقن أو أكثر. هذه العملية هي في الواقع عملية حقن تُنفّذ مرتين ، ولذلك لا تسمح إلا بهامش خطأ ضئيل للغاية. في الخطوة الأولى، يُشكّل اللون الأساسي في شكل أساسي يحتوي على فراغات للحقنة الثانية. ثم يُحقن اللون الثاني، المختلف، في تلك الفراغات. على سبيل المثال، تتميز الأزرار والمفاتيح المصنوعة بهذه العملية بعلامات لا تتلاشى، وتبقى واضحة حتى مع الاستخدام المكثف. [ 14 ] : 174
تخزين القوالب
يتخذ المصنّعون إجراءات صارمة لحماية القوالب المصممة حسب الطلب نظرًا لتكلفتها العالية. ويتم الحفاظ على مستويات مثالية من درجة الحرارة والرطوبة لضمان أطول عمر ممكن لكل قالب. تُخزّن القوالب المصممة حسب الطلب، مثل تلك المستخدمة في قولبة حقن المطاط، في بيئات مضبوطة الحرارة والرطوبة لمنع تشوّهها.
مواد الأدوات
يُستخدم فولاذ الأدوات غالبًا. أما الفولاذ الطري والألومنيوم والنيكل والإيبوكسي فهي مناسبة فقط للنماذج الأولية أو الإنتاج بكميات صغيرة جدًا. [ 1 ] يمكن للألومنيوم الصلب الحديث (سبائك 7075 و2024) مع تصميم قالب مناسب، أن يصنع قوالب قادرة على إنتاج 100,000 قطعة أو أكثر مع الصيانة المناسبة للقالب. [ 27 ]

التشغيل الآلي
تُصنع القوالب بطريقتين رئيسيتين: التصنيع التقليدي والتصنيع بالتفريغ الكهربائي . لطالما كان التصنيع التقليدي، بشكله المعتاد، هو الطريقة المُستخدمة في صناعة قوالب الحقن. ومع التطورات التكنولوجية، أصبح التصنيع باستخدام الحاسوب (CNC) الوسيلة السائدة لصنع قوالب أكثر تعقيدًا بتفاصيل أدق وفي وقت أقل من الطرق التقليدية.
أصبحت عملية التصنيع بالتفريغ الكهربائي (EDM)، أو ما يُعرف بعملية التآكل الشراري، شائعة الاستخدام في صناعة القوالب. فإلى جانب إمكانية تشكيل أشكال يصعب تصنيعها بالآلات، تسمح هذه العملية بتشكيل القوالب المُصلّدة مسبقًا دون الحاجة إلى معالجة حرارية. عادةً ما تتطلب التغييرات التي تُجرى على قالب مُصلّد باستخدام عمليات الحفر والطحن التقليدية عملية تلدين لتليين القالب، تليها معالجة حرارية لتصلبه مرة أخرى. تُعدّ عملية التصنيع بالتفريغ الكهربائي عملية بسيطة يتم فيها إنزال قطب كهربائي مُشكّل، مصنوع عادةً من النحاس أو الجرافيت، ببطء شديد على سطح القالب على مدى ساعات عديدة، حيث يكون القالب مغمورًا في زيت البارافين (الكيروسين). يؤدي تطبيق جهد كهربائي بين الأداة والقالب إلى تآكل شراري لسطح القالب بشكل معاكس لشكل القطب الكهربائي. [ 28 ]
يكلف
يرتبط عدد التجاويف المدمجة في القالب ارتباطًا مباشرًا بتكاليف التشكيل. فكلما قل عدد التجاويف، قلّت الحاجة إلى أعمال الأدوات، وبالتالي فإن تقليل عدد التجاويف يخفض تكاليف التصنيع الأولية لبناء قالب الحقن.
بما أن عدد التجاويف يلعب دورًا حيويًا في تكاليف التشكيل، فإن تعقيد تصميم القطعة له دورٌ مماثل. ويمكن دمج التعقيد في العديد من العوامل مثل تشطيب السطح، ومتطلبات التفاوت، والخيوط الداخلية أو الخارجية، والتفاصيل الدقيقة، أو عدد التجاويف السفلية التي يمكن دمجها. [ 29 ]
تزيد التفاصيل الإضافية، مثل التجاويف السفلية، أو أي ميزة تتطلب أدوات إضافية، من تكلفة القالب. كما يؤثر تشطيب سطح قلب وتجويف القوالب على التكلفة.
تُنتج عملية قولبة حقن المطاط كميات كبيرة من المنتجات المتينة، مما يجعلها الطريقة الأكثر كفاءة وفعالية من حيث التكلفة في عملية القولبة. كما أن عمليات الفلكنة المتسقة التي تتضمن تحكمًا دقيقًا في درجة الحرارة تُقلل بشكل كبير من جميع النفايات.
عملية الحقن

عادةً ما تُصنع المواد البلاستيكية على شكل حبيبات أو كريات، وتُرسل من مصانع المواد الخام في أكياس ورقية. في عملية التشكيل بالحقن، يُغذى البلاستيك الحبيبي المجفف مسبقًا بواسطة مكبس من قادوس إلى أسطوانة مُسخّنة. ومع تحرك الحبيبات ببطء للأمام بواسطة مكبس لولبي، يُدفع البلاستيك إلى حجرة مُسخّنة حيث يُصهر. ومع تقدم المكبس، يُدفع البلاستيك المنصهر عبر فوهة تلامس القالب، مما يسمح له بالدخول إلى تجويف القالب عبر نظام بوابة ومجرى. يبقى القالب باردًا، لذا يتصلب البلاستيك فور امتلائه تقريبًا. [ 1 ]
دورة قولبة الحقن
تُسمى سلسلة الأحداث أثناء عملية حقن قالب لجزء بلاستيكي بدورة حقن القالب. تبدأ الدورة بإغلاق القالب، ثم حقن البوليمر في تجويف القالب. بمجرد امتلاء التجويف، يُحافظ على ضغط تثبيت لتعويض انكماش المادة. في الخطوة التالية، يدور البرغي، مُغذيًا الحقنة التالية إلى البرغي الأمامي. يؤدي ذلك إلى انكماش البرغي أثناء تحضير الحقنة التالية. بمجرد أن يبرد الجزء بشكل كافٍ، يُفتح القالب ويُخرج الجزء. [ 30 ] : 13
التشكيل العلمي مقابل التشكيل التقليدي
تقليديًا، كانت عملية حقن البلاستيك في عملية التشكيل تتم بضغط ثابت لملء التجويف وضغطه. إلا أن هذه الطريقة سمحت بتفاوت كبير في الأبعاد من دورة إلى أخرى. أما الآن، فالأكثر شيوعًا هو التشكيل العلمي أو المفصول، وهي طريقة رائدة طورتها شركة RJG Inc. [ 31 ] [ 32 ] [ 33 ]. في هذه الطريقة، يُفصل حقن البلاستيك إلى مراحل لتحسين التحكم في أبعاد القطعة وزيادة الاتساق بين الدورات (يُطلق عليها عادةً "من حقنة إلى أخرى" في الصناعة). في البداية، يُملأ التجويف بنسبة 98% تقريبًا باستخدام التحكم في السرعة. ورغم أن الضغط يجب أن يكون كافيًا لتحقيق السرعة 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 يُضغط التجويف بضغط ثابت، مما يستلزم سرعة كافية للوصول إلى الضغوط المطلوبة. يُمكّن هذا العمال من التحكم في أبعاد الأجزاء بدقة تصل إلى أجزاء من الألف من البوصة أو أفضل من ذلك. [ 34 ]
أنواع مختلفة من عمليات قولبة الحقن
على الرغم من أن معظم عمليات قولبة الحقن مشمولة بوصف العملية التقليدي أعلاه، إلا أن هناك العديد من الاختلافات المهمة في القولبة، بما في ذلك على سبيل المثال لا الحصر:
- صب القوالب
- قولبة حقن المعادن
- قولبة الحقن ذات الجدران الرقيقة
- قولبة حقن مطاط السيليكون السائل [ 30 ] : 17-18
- قولبة الحقن التفاعلي
- قولبة الحقن الدقيق
- قولبة الحقن بمساعدة الغاز
- تقنية القوالب المكعبة
- قولبة الحقن متعددة المواد
يمكن الاطلاع على قائمة أكثر شمولاً لعمليات قولبة الحقن هنا: دليل قولبة الحقن
استكشاف أخطاء العمليات وإصلاحها
كما هو الحال في جميع العمليات الصناعية، قد ينتج عن قولبة الحقن أجزاء معيبة، حتى في الألعاب. في مجال قولبة الحقن، غالبًا ما يتم تشخيص الأعطال بفحص الأجزاء المعيبة بحثًا عن عيوب محددة، ومعالجة هذه العيوب من خلال تصميم القالب أو خصائص العملية نفسها. تُجرى التجارب عادةً قبل بدء الإنتاج الكامل بهدف التنبؤ بالعيوب وتحديد المواصفات المناسبة لاستخدامها في عملية الحقن. [ 3 ] : 180
عند ملء قالب جديد أو غير مألوف لأول مرة، حيث يكون حجم الحقنة غير معروف، قد يُجري الفني/مُعدّ الأدوات تجربةً أوليةً قبل بدء الإنتاج الكامل. يبدأ بكمية قليلة من الحقنة ويملأ القالب تدريجيًا حتى يمتلئ بنسبة 95 إلى 99%. عندئذٍ، يُطبّق ضغطًا خفيفًا ويزيد مدة التثبيت حتى يتوقف تدفق المادة (زمن التصلب). يُمكن تحديد زمن توقف تدفق المادة عن طريق زيادة مدة التثبيت، ثم وزن القطعة. عندما لا يتغير وزن القطعة، يكون تدفق المادة قد توقف، ولا يتم حقن المزيد من المادة في القطعة. يُعدّ زمن تصلب المادة مهمًا، لأنه يُحدد زمن الدورة وجودة المنتج واتساقه، وهو أمرٌ بالغ الأهمية في اقتصاديات عملية الإنتاج. [ 35 ] يُزاد ضغط التثبيت حتى تتخلص القطع من أي انكماشات ويتحقق وزنها المطلوب.
التأثيرات المادية
قد يؤثر قولبة الحقن على سلامة المادة وتركيبها. في بعض الحالات، قد تؤثر على خصائصها الفيزيائية، مثل مقاومتها للصدمات. لذلك، يمكن اعتبار قولبة الضغط خيارًا أفضل حسب متطلبات المنتج. عادةً ما تتأثر المواد المركبة المدعمة بالألياف سلبًا في عمليات قولبة الحقن بسبب تدهور الألياف واتجاهها. على الرغم من استخدام قولبة الحقن في صناعة أجزاء السيارات، مثل الأبواب الخلفية والألواح الأمامية، منذ ثمانينيات القرن الماضي، إلا أنه يمكن النظر في استخدام قولبة الضغط مع هذه المواد تحديدًا. توجد استراتيجيات تقنية للحد من فقدان الخصائص الفيزيائية، ولكن على حساب التأثير على ملمس السطح.
وجد البعض أن دمج الألياف الزجاجية والمواد المضافة منخفضة الارتفاع وتقنيات الراتنج المختلفة في المواد المتصلبة حرارياً يمكن أن يقلل من فقدان مقاومة الصدمات والملمس النهائي. قد تؤدي هذه التطورات إلى إنتاج قطع غيار السيارات من خلال قولبة الحقن فقط. [ 36 ]
عيوب القوالب
يُعدّ قولبة الحقن تقنية معقدة تنطوي على مشاكل إنتاجية محتملة. قد تنجم هذه المشاكل إما عن عيوب في القوالب، أو في أغلب الأحيان عن عملية القولبة نفسها. [ 3 ] : 47-85
| عيوب القوالب | اسم بديل | الأوصاف | الأسباب |
|---|---|---|---|
| بثرة | حارقة | منطقة مرتفعة أو متعددة الطبقات على سطح الجزء | تكون الأداة أو المادة ساخنة للغاية، وغالبًا ما يكون السبب هو نقص التبريد حول الأداة أو وجود خلل في السخان. |
| علامات الحروق | احتراق الهواء/احتراق الغاز/الديزل/علامات الغاز/علامات النفخ | مناطق محترقة سوداء أو بنية اللون على الجزء الموجود في أبعد النقاط عن البوابة أو حيث يكون الهواء محصوراً | الأداة تفتقر إلى التهوية، وسرعة الحقن عالية جدًا. |
| خطوط ملونة | تغير موضعي في اللون | لا يمتزج المُركّز بشكل صحيح، أو أن المادة قد نفدت وبدأت بالظهور بلونها الطبيعي فقط. قد تكون المادة الملونة السابقة عالقة في الفوهة أو صمام الفحص. | |
| تلوث | مواد غير مرغوب فيها أو غريبة | تظهر مواد ذات ألوان مختلفة في المنتج، مما يضعف المنتج. | المواد الرديئة الناتجة عن سياسة إعادة التدوير أو إعادة الطحن السيئة؛ وقد تشمل مخلفات كنس الأرضيات والغبار والحطام. |
| انفصال الطبقات | تتشكل طبقات رقيقة تشبه الميكا في جزء من الجدار | يُعد تلوث المادة، على سبيل المثال، مادة البولي بروبيلين الممزوجة بمادة ABS ، أمرًا خطيرًا للغاية إذا تم استخدام الجزء في تطبيق حساس للسلامة، حيث أن المادة لديها قوة ضعيفة للغاية عند انفصالها عن بعضها البعض لأن المواد لا يمكنها الالتصاق. | |
| فلاش | مادة زائدة في طبقة رقيقة تتجاوز الشكل الهندسي الطبيعي للجزء | قد يكون السبب هو زيادة تعبئة القالب أو تلف خط الفصل على الأداة، أو زيادة سرعة الحقن/كمية المادة المحقونة، أو انخفاض قوة التثبيت. كما يمكن أن يكون السبب هو وجود الأوساخ والملوثات حول أسطح الأدوات. | |
| الملوثات المدمجة | الجسيمات المدمجة | جسيم غريب (مادة محترقة أو غيرها) مغروس في الجزء | الجسيمات الموجودة على سطح الأداة، أو المواد الملوثة أو الحطام الغريب في البرميل، أو الحرارة الشديدة التي تحرق المادة قبل الحقن. |
| علامات التدفق | خطوط التدفق | خطوط أو أنماط متموجة "غير متناسقة" اتجاهياً | سرعات الحقن بطيئة للغاية (لقد برد البلاستيك كثيراً أثناء الحقن، يجب ضبط سرعات الحقن على السرعة المناسبة للعملية والمادة المستخدمة). |
| جيت بلاش | هالة أو علامات احمرار | نمط دائري حول البوابة، عادةً ما يمثل مشكلة فقط في قوالب القنوات الساخنة | سرعة الحقن سريعة جدًا، أو حجم البوابة/القناة/المجرى صغير جدًا، أو درجة حرارة الصهر/القالب منخفضة جدًا. |
| الطيران | النفث هو تيار يشبه الثعبان يحدث عندما يتم دفع مصهور البوليمر بسرعة عالية عبر مناطق مقيدة. | سوء تصميم الأداة، أو موضع البوابة، أو قناة الحقن. ضبط سرعة الحقن على قيمة عالية جدًا. سوء تصميم البوابات، مما يؤدي إلى تمدد القالب بشكل غير كافٍ وظهور نفثات ناتجة. | |
| خطوط الحياكة | خطوط اللحام | خطوط صغيرة على الجانب الخلفي من دبابيس القلب أو النوافذ في الأجزاء التي تبدو وكأنها مجرد خطوط. | يحدث هذا العيب نتيجة تدفق جبهة الانصهار حول جسم بارز داخل قطعة بلاستيكية، وكذلك عند نهاية عملية التعبئة حيث تلتقي جبهة الانصهار مرة أخرى. يمكن تقليل هذا العيب أو التخلص منه تمامًا من خلال دراسة تدفق القالب أثناء مرحلة التصميم. بعد تصنيع القالب وتركيب البوابة، لا يمكن تقليل هذا العيب إلا بتغيير درجة حرارة الانصهار ودرجة حرارة القالب. |
| تحلل البوليمر | تحلل البوليمر من خلال التحلل المائي والأكسدة وما إلى ذلك . | وجود كمية زائدة من الماء في الحبيبات، ودرجات حرارة مرتفعة في البرميل، وسرعات لولبية عالية تسبب حرارة قص عالية، والسماح للمواد بالبقاء في البرميل لفترة طويلة جدًا، واستخدام الكثير من المواد المعاد طحنها. | |
| علامات الانكماش | أحواض الغسيل | انخفاض موضعي (في المناطق الأكثر سمكًا) | قد يكون السبب في ذلك انخفاض وقت/ضغط التثبيت، أو قصر وقت التبريد، أو ارتفاع درجة حرارة البوابة في حالة القنوات الساخنة عديمة الصب . كما قد يكون السبب وجود كمية زائدة من المادة أو جدران سميكة للغاية. |
| لقطة قصيرة | تعبئة ناقصة، أو بدون تعبئة، أو قالب قصير | جزء جزئي | نقص المواد، أو انخفاض سرعة الحقن أو الضغط، أو برودة القالب الشديدة، أو نقص فتحات تهوية الغاز. |
| علامات التباعد | علامة تناثر أو خطوط فضية | عادة ما تظهر على شكل خطوط فضية على طول نمط التدفق، ولكن اعتمادًا على نوع ولون المادة، فقد تظهر على شكل فقاعات صغيرة ناتجة عن الرطوبة المحتبسة. | الرطوبة في المادة، عادةً عند تجفيف الراتنجات المسترطبة بشكل غير صحيح. انحباس الغاز في مناطق "الأضلاع" نتيجة سرعة الحقن المفرطة في هذه المناطق. ارتفاع درجة حرارة المادة، أو تعرضها لقوى قص مفرطة. |
| خيطية | التمديد أو البوابة الطويلة | بقايا تشبه الخيوط من اللقطة السابقة تنتقل إلى اللقطة الجديدة | درجة حرارة الفوهة مرتفعة للغاية. لم يتجمد الباب، ولم يحدث تخفيف للضغط في البرغي، ولم ينكسر أنبوب الصب، وسوء وضع حلقات التسخين داخل الأداة. |
| فراغات | مساحة فارغة داخل الجزء (يستخدم عادةً جيب هوائي) | نقص ضغط التثبيت (يُستخدم ضغط التثبيت لملء الجزء أثناء فترة التثبيت). التعبئة السريعة جدًا، مما لا يسمح لحواف الجزء بالتصلب. قد يكون القالب أيضًا غير متطابق (عندما لا يتمركز النصفان بشكل صحيح ولا تكون جدران الجزء بنفس السماكة). المعلومات المقدمة هي الفهم الشائع، التصحيح: نقص ضغط التعبئة (وليس ضغط التثبيت) (يُستخدم ضغط التعبئة لملء الجزء أثناء فترة التثبيت). التعبئة السريعة جدًا لا تسبب هذه الحالة، لأن الفراغ هو عبارة عن انكماش لم يجد مكانًا له. بعبارة أخرى، عندما ينكمش الجزء، ينفصل الراتنج عن نفسه لعدم وجود كمية كافية منه في التجويف. يمكن أن يحدث الفراغ في أي منطقة، ولا يقتصر الجزء على السماكة بل على تدفق الراتنج والتوصيل الحراري ، ولكنه أكثر احتمالًا في المناطق السميكة مثل الأضلاع أو النتوءات. من الأسباب الجذرية الأخرى للفراغات عدم ذوبان الراتنج في حوض الصهر. | |
| خط اللحام | خط الحياكة / خط الصهر / خط النقل | خط متغير اللون عند التقاء جبهتي تدفق | تم ضبط درجة حرارة القالب أو المادة على مستوى منخفض للغاية (تكون المادة باردة عند التقاءهما، لذا لا يحدث تماسك). وقت الانتقال بين الحقن والنقل (إلى التعبئة والحفظ) مبكر جدًا. |
| التشويه | التواء | جزء مشوه | التبريد قصير جدًا، والمادة ساخنة جدًا، وعدم وجود تبريد كافٍ حول الأداة، ودرجات حرارة الماء غير صحيحة (تنحني الأجزاء إلى الداخل باتجاه الجانب الساخن من الأداة) انكماش غير متساوٍ بين مناطق الجزء. |
| الشقوق | جنون | اندماج غير سليم لتدفقين سائلين، وهي حالة تحدث قبل خط اللحام. | فجوة خط الخيط بين الأجزاء بسبب الموقع غير المناسب للبوابة في أجزاء التصميم المعقدة بما في ذلك وجود عدد كبير من الثقوب (يجب توفير بوابات متعددة النقاط)، وتحسين العملية، والتهوية المناسبة للهواء. |
يمكن أن تساعد طرق مثل التصوير المقطعي الصناعي في اكتشاف هذه العيوب خارجياً وكذلك داخلياً.
التسامح
تعتمد التفاوتات على أبعاد القطعة. على سبيل المثال، التفاوت القياسي لقطعة من البولي إيثيلين منخفض الكثافة (LDPE) ذات بُعد بوصة واحدة وسماكة جدار 0.125 بوصة هو ± 0.008 بوصة (0.2 مم). [ 22 ] : 446
متطلبات الطاقة
تعتمد الطاقة اللازمة لعملية قولبة الحقن على عوامل عديدة وتختلف باختلاف المواد المستخدمة. يشير دليل عمليات التصنيع إلى أن متطلبات الطاقة تعتمد على "الكثافة النوعية للمادة، ونقطة انصهارها، وموصلية حرارتها، وحجم القطعة، ومعدل القولبة". يوضح الجدول أدناه، المأخوذ من الصفحة 243 من المرجع نفسه المذكور سابقًا، الخصائص المتعلقة بالطاقة المطلوبة لأكثر المواد شيوعًا.
| مادة | الكثافة النوعية | نقطة الانصهار (°فهرنهايت) | نقطة الانصهار (°م) |
|---|---|---|---|
| إيبوكسي | من 1.12 إلى 1.24 | 248 | 120 |
| فينولي | من 1.34 إلى 1.95 | 248 | 120 |
| نايلون | من 1.01 إلى 1.15 | من 381 إلى 509 | من 194 إلى 265 |
| البولي إيثيلين | من 0.91 إلى 0.965 | من 230 إلى 243 | من 110 إلى 117 |
| البوليسترين | من 1.04 إلى 1.07 | 338 | 170 |
التشكيل الآلي
بفضل الأتمتة ، يسمح صغر حجم الأجزاء لنظام الفحص المتنقل بفحص أجزاء متعددة بسرعة أكبر. إضافةً إلى تركيب أنظمة الفحص على الأجهزة الآلية، يمكن للروبوتات متعددة المحاور إزالة الأجزاء من القالب ووضعها في الموضع المناسب لمزيد من العمليات. [ 37 ]
تشمل الأمثلة المحددة إزالة الأجزاء من القالب فور تصنيعها، بالإضافة إلى استخدام أنظمة الرؤية الآلية. يقوم الروبوت بالإمساك بالجزء بعد تمديد دبابيس الإخراج لتحريره من القالب، ثم ينقله إما إلى مكان مخصص أو مباشرةً إلى نظام الفحص. يعتمد الاختيار على نوع المنتج والتصميم العام لمعدات التصنيع. لقد حسّنت أنظمة الرؤية المثبتة على الروبوتات بشكل كبير من مراقبة جودة الأجزاء المصبوبة بالحقن. يستطيع الروبوت المتحرك تحديد موضع المكون المعدني بدقة أكبر، وإجراء الفحص بسرعة تفوق سرعة الإنسان. [ 37 ]
معرض
- قالب حقن ليغو ، الجانب السفلي
- قالب حقن ليغو، تفاصيل الجانب السفلي
- قالب حقن ليغو، الجانب العلوي
- قالب حقن ليغو، تفاصيل الجانب العلوي
انظر أيضاً
مراجع
- 1 2 3 4 5 6 تود، روبرت هـ.؛ ألين، ديل ك.؛ ألتينغ، ليو (1994). دليل مرجعي لعمليات التصنيع . دار النشر الصناعية.
- ↑ "نظرة عامة على التطبيق: قولبة الحقن" . شركة ياسكاوا أمريكا. مؤرشف من الأصل بتاريخ 12 أبريل 2006. تم الاطلاع عليه بتاريخ 27 فبراير 2009 .
- 1 2 3 4 5 6 7 8 9 مالوي، روبرت أ. (1994). تصميم الأجزاء البلاستيكية للقولبة بالحقن . ميونيخ فيينا نيويورك: هانسر.
- ↑ "دليل التصميم: قولبة الحقن" (ملف PDF) . Xometry . مؤرشف (ملف PDF) من الأصل بتاريخ 19-01-2018.
- ↑ " القولبة بالحقن مؤرشفة في 2016-05-08 في Wayback Machine "، شركة Meridian Products، تم استرجاعها في 26 أبريل 2016.
- ↑ جيونغ، إيويتشول؛ كيم، يونغداي؛ هونغ، سيوككوان؛ يون، كيونغهوان؛ لي، سونغهي (13 أبريل 2022). "عملية حقن مبتكرة لتصنيع مركبات لدن حراري مقواة بنسيج منسوج" . بوليمرات . 14 ( 8): 1577. doi : 10.3390/polym14081577 . ISSN 2073-4360 . PMC 9031425. PMID 35458327 .
- ↑ لانغتون، فانيسا د. (11 مارس 2015). "صناعة الشموع كالمحترفين: دليل كامل حول كيفية صنع شموع مثالية في المنزل للمتعة والربح" .
- ↑ وايت، جيمس ليندسي (16 يناير 1991). مبادئ هندسة البوليمرات وعلم الريولوجيا . جون وايلي وأولاده. ISBN 9780471853626.
- ↑ براءة اختراع أمريكية رقم 133,229 ، مؤرخة في 19 نوفمبر 1872.
- ↑ ميد، ريتشارد كيدر؛ ماكورماك، هاري؛ كلارك، لورانس ت.؛ سكلاتر، ألكسندر ج.؛ لامبورن، لويد (27 أبريل 2018). "العصر الكيميائي" . شركة ماكريدي للنشر . تم الاطلاع عليه بتاريخ 27 أبريل 2018 - عبر كتب جوجل.
- ↑ "نبذة عن قولبة الحقن" . شركة إكسنتريك للقولبة والهندسة. مؤرشف من الأصل بتاريخ 22 نوفمبر 2012. تم الاطلاع عليه بتاريخ 30 يناير 2013 .
- ↑ ميريل، آرثر م. (1955). تكنولوجيا البلاستيك، المجلد 1. قسم المطاط/السيارات في شركة هارتمان للاتصالات، 1955.
- ↑ تور، جيمس (11 أبريل 2010). "تاريخ موجز للقولبة بالحقن" . شركة AV Plastics للقولبة بالحقن - احصل على ما تريد . مؤرشف من الأصل في 24 مايو 2018. تم الاطلاع عليه في 23 مايو 2018 .
- 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 برايس، دوغلاس م. (1996). قولبة حقن البلاستيك: أساسيات عملية التصنيع . SME.
- ↑ أتكينز، ك. إي.؛ سيتس، ر. ل.؛ ريكس، ر. س. (1991). "تطورات في قولبة الحقن الحراري" . معاملات جمعية مهندسي السيارات . 100 : 412-425 . الرقم الدولي الموحد للدوريات 0096-736X . JSTOR 44581139 .
- 1 2 "قولبة الحقن" . custompart.net . CustomPartNet. مؤرشف من الأصل بتاريخ 2016-03-01.
- ↑ "تطبيقات قولبة الحقن" . إنجينيرز إيدج: حلول بالتصميم . إنجينيرز إيدج، ذ.م.م. مؤرشف من الأصل في 20 أغسطس 2013. تم الاسترجاع في 30 يناير 2013 .
- ↑ مجموعة رودون®، رودون (10 أغسطس 2022). " 5 أنواع شائعة من راتنجات البلاستيك المستخدمة في قولبة الحقن" . www.rodongroup.com
- 1 2 شوت، جان هـ. (مارس 2015). "التشكيل الصديق للبيئة: مزيد من الطاقة باستهلاك أقل للطاقة " . هندسة البلاستيك . 71 (3): 10-19 . doi : 10.1002/j.1941-9635.2015.tb01314.x . ISSN 0091-9578 .
- ↑ "معلق" . متوسط . مؤرشف من الأصل في 24 مارس 2018. تم الاسترجاع في 27 أبريل 2018 .
- 1 2 روزاتو، دونالد ف.؛ روزاتو، مارلين ج. (2000). موسوعة موجزة عن البلاستيك . سبرينغر.
- 1 2 3 4 5 روزاتو، دومينيك؛ روزاتو، مارلين؛ روزاتو، دونالد (2000). دليل قولبة الحقن ( الطبعة الثالثة). دار نشر كلوير الأكاديمية.
- 1 2 ويلان، توني (1994). قاموس تكنولوجيا البوليمرات . سبرينغر.
- ↑ ريس، هربرت؛ كاتوين، بروس (2006). اختيار قوالب الحقن - الموازنة بين التكلفة والإنتاجية . دار هانسر للنشر.
- ↑ "الأنظمة المصغرة" . الأنظمة المصغرة . تم الاسترجاع في 3 نوفمبر 2023 .
- ↑ "القولبة الدقيقة مقابل القولبة التقليدية" . أنظمة دقيقة . 16 مايو 2023. تم الاطلاع عليه بتاريخ 22 مايو 2023 .
- ↑ غولدسبيري، كلير (29 أغسطس 2012). "أدوات الألمنيوم مقابل أدوات الصلب: أي المواد هي الأنسب، وكيفية تصميمها وصيانتها؟" . مجلة بلاستيكس توداي . يو بي إم كانون. مؤرشف من الأصل بتاريخ 2012-09-02.
- ↑ "صب القوالب" . شركة أدفانتج تول آند مانوفاكتشرينج . مؤرشف من الأصل بتاريخ 20-05-2009.
- ↑ "قولبة حقن البلاستيك - إكسنتريك للقوالب والهندسة" . xcentricmold.com . مؤرشف من الأصل في 7 يوليو 2017. تم الاطلاع عليه في 27 أبريل 2018 .
- 1 2 دليل قولبة الحقن ( الطبعة الثانية).
- ↑ "دليل أساسيات التشكيل المنفصل" . مجلة "بلاستيكس توداي " . يونيو 2005. مؤرشف من الأصل في 2 أبريل 2015. تم الاطلاع عليه في 16 يناير 2015 .
- ↑ "تطبيق تقنية القولبة المنفصلة" . برامج بولسون التدريبية . مؤرشف من الأصل في 9 يناير 2015. تم الاطلاع عليه في 16 يناير 2015 .
- ↑ "دليل قولبة الحقن" (ملف PDF) . لوبريزول . صفحة 6. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 15 يوليو 2014. تم الاطلاع عليه بتاريخ 16 يناير 2015 .
- ↑ "القولبة المنفصلة (SM)" . شبكة البلاستيك . مؤرشف من الأصل في 29 مايو 2015. تم الاسترجاع في 14 يناير 2015 .
- ↑ بانتاني، ر.؛ دي سانتيس، ف.؛ بروكيتو، ف.؛ تيتومانليو، ج. (2004). تحليل زمن تجميد البوابة في قولبة الحقن . هندسة وعلوم البوليمرات.
- ↑ أتكينز، ك. إي. (1991). "تطورات في قولبة الحقن الحراري" . معاملات جمعية مهندسي السيارات . 100 : 412-425 . JSTOR 44581139 – عبر JSTOR.
- 1 2 كاليستر، ويليام د. (2003). علم وهندسة المواد: مقدمة . جون وايلي وأولاده. ISBN 9780471135760.
للمزيد من القراءة
- ليندسي، جون أ. (2012). دليل عملي لتشكيل المطاط بالحقن (طبعة إلكترونية ). شوبري، شروزبري، شروبشاير، المملكة المتحدة: سميثرز رابرا. ISBN 978-1847357083.
روابط خارجية
- الانكماش والتشوه – مركز التصميم الهندسي بجامعة سانتا كلارا، مؤرشف بتاريخ 30 مايو 2020 على موقع Wayback Machine
- قولبة الحقن
- التصميم الصناعي
- الاستدامة
