تسلط بر قطعات قالب‌گیری تزریق پلاستیک: راهنمای کامل طراحی و تولید

در ملیله پیچیده تولید مدرن، فرآیندهای کمی جهان مادی را به ژرفای خلقت تغییر شکل داده است.قطعات قالب گیری تزریق پلاستیک. از ابزارهای جراحی با دقت بالا که در روش‌های نجات جان استفاده می‌شوند تا اجزای مقاوم و مقاوم در برابر آب و هوای بیرونی خودرو، قطعات قالب‌گیری تزریقی، ستون فقرات بی‌صدا و همه‌جای اقتصاد جهانی هستند. این تکنیک ساخت که با توانایی آن در تکرار هندسه های پیچیده با دقت در سطح میکرون در مقیاس های تولید انبوه مشخص می شود، به عنوان شاهدی بر همگرایی مهندسی مکانیک، شیمی پلیمرها و دینامیک سیالات است.¹

با این حال، سادگی ظاهری این فرآیند - ذوب پلاستیک، تزریق آن در قالب و بیرون ریختن یک قطعه جامد - عمق پیچیدگی را نشان می‌دهد که حتی مهندسان با تجربه را به چالش می‌کشد. سفر از یک فایل CAD دیجیتال به یک جزء فیزیکی و عملکردی مملو از مشکلات بالقوه است. یک نظارت میکروسکوپی در زاویه پیش نویس می تواند یک قطعه را غیر قابل پرتاب کند. یک اشتباه محاسباتی جزئی در ضخامت دیوار می تواند منجر به خرابی فاجعه آمیز سازه یا خرابی زیبایی از طریق علائم سینک و تاب برداشتن شود. علاوه بر این، پیامدهای اقتصادی آن حیرت آور است. با توجه به اینکه هزینه های ابزار اغلب به شش رقم می رسد، جریمه اشتباهات طراحی فقط زمان نیست، بلکه سرمایه قابل توجهی است.³

این گزارش به عنوان خلاصه ای جامع و در سطح متخصص طراحی شده است تا این پیچیدگی ها را بررسی کند. این صرفاً بررسی دقیق «چگونه» نیست، بلکه کاوش عمیق «چرا» است. ما رفتار رئولوژیکی پلیمرهای مذاب را طی می‌کنیم، ترمودینامیک حرارتی خنک‌سازی قالب را تشریح می‌کنیم و اهرم‌های اقتصادی را که قیمت‌گذاری قطعه را هدایت می‌کنند، تجزیه و تحلیل می‌کنیم. هدف این راهنما با ترکیب داده‌ها از استانداردهای صنعت، تحقیقات فنی و روش‌های عیب‌یابی عملی، تجهیز حرفه‌ای‌ها به درک دقیق مورد نیاز برای بهینه‌سازی است.قطعات قالب گیری تزریق پلاستیکبرای عملکرد، کیفیت و قابلیت ساخت.⁵

برای تسلط واقعی بر طراحیقطعات قالب گیری تزریق پلاستیک، ابتدا باید درک دقیقی از اکوسیستمی که در آن متولد شده اند داشته باشد. دستگاه قالب گیری تزریقی فقط یک پمپ نیست. این یک موتور پیچیده ترمودینامیکی است که تغییرات فاز را تحت فشار شدید مدیریت می کند.

ماشین صحنه ای است که درام قالب گیری روی آن پخش می شود. این شامل دو واحد عملکردی اصلی است که هر کدام دارای یک نقش متمایز اما هماهنگ هستند: واحد تزریق و واحد گیره.

واحد تزریق وظیفه انتقال فاز ماده خام را بر عهده دارد. گلوله‌های پلاستیکی که اغلب با رنگ‌ها یا مواد افزودنی مخلوط می‌شوند، به یک قیف وارد می‌شوند و به داخل بشکه فرو می‌روند. در داخل، یک پیچ رفت و برگشتی می چرخد ​​که سه عملکرد مهم را انجام می دهد:

1. حمل و نقل:پروازهای پیچ، گلوله ها را به جلو حرکت می دهند.

2. پلاستیک سازی:گلوله ها از طریق ترکیبی از نوارهای گرمکن خارجی و مهمتر از آن، گرمای برشی داخلی تولید شده توسط اصطکاک، ذوب می شوند. این یک تصور غلط رایج است که بخاری ها همه کار را انجام می دهند. در واقع، تقریباً 60 تا 70 درصد انرژی مورد استفاده برای ذوب پلاستیک از نیروهای برشی مکانیکی ناشی از چرخش پیچ ناشی می شود.⁷

3. تزریق:پیچ به عنوان یک قوچ عمل می کند. یک سوپاپ برگشت (شیر بدون بازگشت) در نوک آن مانع از جریان پلاستیک مذاب به سمت عقب می شود. پیچ به سمت جلو فرو می رود و مذاب را مجبور می کند از نازل عبور کرده و وارد قالب شود.⁷

رفتار پلاستیک در اینجا توسط دینامیک سیال غیر نیوتنی کنترل می شود. بر خلاف آب که ویسکوزیته آن ثابت است، پلاستیک مذاب «رقیق کننده برشی» است. با افزایش سرعت تزریق، سرعت برش افزایش می‌یابد و ویسکوزیته کاهش می‌یابد که به مواد اجازه می‌دهد راحت‌تر در بخش‌های پیچیده و دیواره نازک جریان پیدا کنند. این ویژگی فیزیکی برای طراحی حیاتی استقطعات قالب گیری تزریق پلاستیکبا ویژگی های پیچیده⁶

در حالی که واحد تزریق فشار می آورد، واحد گیره باید مقاومت کند. فشار داخل یک حفره قالب در طول تزریق می تواند از 3000 تا بیش از 20000 psi (20-140 مگاپاسکال) باشد. اگر نیروی گیره ناکافی باشد، نیمه های قالب کمی از هم جدا می شوند - پدیده ای که به عنوان "تنفس قالب" شناخته می شود - و به پلاستیک اجازه می دهد تا فرار کند و شکل بگیرد.فلشیک عیب نازک و دندانه دار در لبه قطعه.⁹

سیستم های بستن به طور کلی به مکانیزم های هیدرولیک و ضامن طبقه بندی می شوند. گیره های هیدرولیک کنترل دقیقی بر تناژ ارائه می دهند و راه اندازی آنها آسان تر است، در حالی که گیره های ضامن از اتصالات مکانیکی برای ایجاد نیروی قفل بسیار زیاد با سرعت و کارایی انرژی بالا استفاده می کنند. انتخاب تناژ ماشین یک محاسبه مهم در طول برنامه ریزی تولید است که معمولاً بین 2 تا 5 تن نیروی گیره در هر اینچ مربع از منطقه پیش بینی شده قطعه تخمین زده می شود.⁷

قالب یا «ابزار» قلب فرآیند است. این یک مجموعه مهندسی سفارشی است که معمولاً از فولاد ابزار (مانند P20، H13 یا S7) یا آلیاژهای آلومینیومی با استحکام بالا ماشین‌کاری می‌شود. قالب نه تنها شکل قطعه، بلکه سطح آن، ثبات ابعادی و میزان تولید را مشخص می کند.

• هسته و حفره:قالب به دو نیم تقسیم می شود. راحفره(A-side) به طور کلی نمای خارجی قسمت را تشکیل می دهد و ثابت است. راهسته(B-side) ویژگی های داخلی را تشکیل می دهد و با گیره حرکت می کند. این قطعه طوری طراحی شده است که هنگام باز شدن به سمت هسته بچسبد تا سیستم تخلیه که در سمت B قرار دارد بتواند آن را از بین ببرد.²

• سیستم تغذیه:پلاستیک مذاب از نازل دستگاه از طریق یک اسپرو، به کانال ها (کانال ها) و در نهایت از طریق یک لوله حرکت می کند.دروازهداخل حفره قطعه طراحی این سیستم یک عمل متعادل کننده است. دونده های بزرگ افت فشار را به حداقل می رسانند اما ضایعات مواد و زمان چرخه را افزایش می دهند. سیستم‌های دونده داغ، که پلاستیک مذاب را در منیفولد نگه می‌دارند، ضایعات دونده را از بین می‌برند، اما نیاز به سرمایه‌گذاری اولیه بسیار بالاتری دارند.¹⁰

• کانال های خنک کننده:در داخل فولاد شبکه های پیچیده ای از کانال ها وجود دارد که از طریق آنها آب یا نفت در گردش است. اینها مبدل های حرارتی سیستم هستند. راندمان حذف حرارت تعیین می کندزمان چرخه، که محرک اصلی هزینه قطعه است. «خنک‌سازی منسجم» - که در آن قالب‌های پرینت‌شده سه‌بعدی به کانال‌های خنک‌کننده اجازه می‌دهند خطوط پیچیده قطعه را دنبال کنند - یک تکنیک پیشرفته است که برای کاهش زمان چرخه و بهبود کیفیت با اطمینان از خنک‌سازی یکنواخت استفاده می‌شود.¹¹

تولید هربخش قالب گیری تزریق پلاستیکیک چرخه چهار مرحله ای گسسته را دنبال می کند:

1. پلاستیک سازی و دوز:پیچ می چرخد، پلاستیک را ذوب می کند و یک "شات" در جلوی نوک پیچ ایجاد می کند.

2. تزریق:پیچ به سمت جلو فرو می‌رود و حفره قالب را پر می‌کند (فاز پر کردن) و سپس فشار (فاز بسته و نگه‌داری) را حفظ می‌کند تا با جمع شدن پلاستیک، مواد بیشتری را به داخل وارد کند. این جبران برای دستیابی به دقت ابعادی بسیار مهم است.¹²

3. خنک کننده:قطعه در قالب بسته نگه داشته می شود تا زمانی که به اندازه کافی سفت شود که بدون اعوجاج خارج شود. این اغلب طولانی ترین بخش چرخه است.¹²

4. خروج:قالب باز می شود، پین ها برای بیرون راندن قطعه گسترش می یابند، و قالب بسته می شود تا چرخه تکرار شود.⁷

انتخاب رزین یک تصمیم اساسی است که عملکرد مکانیکی، حرارتی و شیمیایی جزء نهایی را تعیین می کند. با بیش از 85000 گزینه تجاری موجود، چشم اندازمواد قالب گیری تزریق پلاستیکوسیع است¹این مواد به طور گسترده به ترموپلاستیک ها و ترموست ها طبقه بندی می شوند که ترموپلاستیک ها به دلیل قابلیت بازیافت و تطبیق پذیری پردازش، بر صنعت قالب گیری تزریقی غالب هستند.

ترموپلاستیک ها بر اساس مورفولوژی مولکولی در حالت جامد به دو خانواده تقسیم می شوند. این تمایز تنها مهم ترین عامل در پیش بینی چگونگی انقباض و تاب برداشتن یک ماده است.

در پلیمرهای آمورف، زنجیره‌های پلیمری به‌طور تصادفی در هم پیچیده می‌شوند، مانند یک کاسه اسپاگتی پخته شده.

• خصوصیات:آنها با حرارت دادن به تدریج نرم می شوند، عموما شفاف هستند و مقاومت شیمیایی کمتری دارند. مهمتر از همه، آنها کمتر و به صورت همسانگرد کوچک می شوند (به طور یکنواخت در همه جهات)، که آنها را برای قطعات دقیقی که نیاز به تلرانس تنگ دارند، ایده آل می کند.⁵

• مثال های کلیدی:

  • اکریلونیتریل بوتادین استایرن (ABS):به دلیل چقرمگی و مقاومت در برابر ضربه مشهور است. این ماده انتخابی برای محفظه های لوازم الکترونیکی مصرفی، تزئینات داخلی خودرو و آجرهای لگو است. سطح فوق العاده ای ارائه می دهد اما مستعد تخریب اشعه ماوراء بنفش است مگر اینکه تثبیت شود.¹

  • پلی کربنات (PC):یک شگفتی مهندسی شفاف، رایانه شخصی استحکام ضربه ای و مقاومت در برابر دما را ارائه می دهد. این در شیشه های مقاوم در برابر گلوله، دستگاه های پزشکی و لنزهای چراغ های جلو خودرو استفاده می شود. با این حال، مستعد ترک خوردگی استرس و حمله شیمیایی است.¹³

  • اکریلیک (PMMA):PMMA که به دلیل وضوح نوری که رقیب شیشه است، در لوله های نور، لنزها و صفحه نمایش استفاده می شود. در مقایسه با کامپیوتر شخصی شکننده است اما مقاومت بالایی در برابر اشعه ماوراء بنفش و آب و هوا دارد.¹³

این پلیمرها دارای مناطقی از ساختارهای مولکولی بسیار منظم و کریستالی هستند که در نواحی آمورف پراکنده شده اند.

• خصوصیات:آنها نقطه ذوب تیز دارند، عموماً مات هستند و مقاومت شیمیایی و خستگی بالایی دارند. با این حال، فرآیند تبلور باعث انقباض قابل توجهی می شود که اغلب ناهمسانگرد است (در جهت جریان بیشتر از عرض آن کوچک می شود)، که منجر به تمایل بیشتر برای تاب خوردگی می شود.⁵

• مثال های کلیدی:

  • پلی پروپیلن (PP):اسب کار صنعت. مقاوم در برابر خستگی (ایده آل برای "لولاهای زنده")، از نظر شیمیایی بی اثر و ارزان است. در بسته بندی، مخازن خودرو و ظروف پزشکی استفاده می شود.¹

  • پلی آمید (نایلون/PA):به دلیل استحکام مکانیکی بالا، مقاومت در برابر سایش و ضریب اصطکاک پایین آن بسیار ارزشمند است. در چرخ دنده ها، بوش ها و قطعات خودروهای زیر کاپوت استفاده می شود. یک نکته مهم برای نایلون ماهیت رطوبت سنجی آن است. رطوبت هوا را جذب می کند که بر پایداری ابعادی و خواص مکانیکی آن تأثیر می گذارد.¹⁴

  • پلی اتیلن (PE):در انواع با چگالی بالا (HDPE) و چگالی کم (LDPE) موجود است. این سخت، مقاوم در برابر رطوبت و کم هزینه است و به طور گسترده در کالاهای مصرفی و لوله کشی استفاده می شود.¹⁶

برای کاربردهایی که نیاز به عملکرد فراتر از پلاستیک کالا دارند، مهندسان به رزین های پیشرفته روی می آورند.

• پلی اکسی متیلن (POM/Acetal):یک ماده نیمه کریستالی با سفتی بالا، اصطکاک کم و پایداری ابعادی عالی. این استاندارد برای چرخ دنده های دقیق و بست های مکانیکی است.¹³

• PEEK (کتون پلی اتر):در راس هرم پلیمری، PEEK پایداری حرارتی استثنایی (تا 260 درجه سانتیگراد)، مقاومت شیمیایی و استحکام مکانیکی را ارائه می دهد. در ایمپلنت های هوافضا و پزشکی به عنوان جایگزین فلز استفاده می شود.¹⁶

• Ultem (PEI):یک رزین آمورف که به دلیل مقاومت بالا در برابر حرارت، بازدارندگی در برابر شعله و استحکام دی الکتریک شناخته شده است که آن را برای قطعات الکتریکی و فضای داخلی هواپیما ایده آل می کند.¹⁷

جدول زیر ویژگی های کلیدی را برای کمک به انتخاب مقایسه می کند¹³:

Design for Manufacturability (DFM) رشته مهندسی پیشگیرانه طراحی استقطعات قالب گیری تزریق پلاستیکبه گونه ای که با قابلیت ها و محدودیت های فرآیند تولید همسو باشد. این تنها مؤثرترین ابزار برای کاهش هزینه، زمان چرخه و نرخ نقص است. قطعه ای که بدون اصول DFM طراحی شده است، قطعه ای است که بدون توجه به کیفیت قالب یا پیچیدگی دستگاه، برای خرابی در نظر گرفته شده است.⁵

اگر در طراحی قطعات پلاستیکی یک فرمان وجود داشته باشد، این است:ضخامت دیوار یکنواخت را حفظ کنید.

• فیزیک:پلاستیک مذاب مانند رودخانه جریان دارد. یک کانال ثابت را ترجیح می دهد. تغییرات ضخامت باعث تردید جریان و افت فشار می شود. مهم تر از آن، پلاستیک از بیرون به داخل خنک می شود. در بخش های ضخیم، هسته برای مدت طولانی تری مذاب باقی می ماند. همانطور که این هسته در نهایت سرد و منقبض می شود، پوست بیرونی از قبل سفت شده را به سمت داخل می کشد و یک فرورفتگی به نامعلامت سینک. اگر پوست آنقدر سفت باشد که بتواند مقاومت کند، انقباض در داخل خلاء ایجاد می کند و یکباطل.⁹

• تاب برداشتن:نرخ های خنک کننده متفاوت بین بخش های ضخیم و نازک باعث ایجاد تنش داخلی می شود. هنگامی که قطعه خارج می شود، این تنش آزاد می شود و باعث پیچ خوردن یا خم شدن قطعه می شود.¹⁵

• راه حل:طراحی قطعات با ضخامت دیوار اسمی ثابت. اگر انتقال لازم باشد، باید تدریجی باشد - یک سطح شیب دار، نه یک پله - معمولاً در فاصله ای سه برابر اختلاف ضخامت.

• هسته برداری:بلوک‌های جامد بزرگ پلاستیکی باید با هسته‌های بیرون زده شوند و پوسته‌ای با ضخامت یکنواخت باقی بگذارند که توسط دنده‌ها پشتیبانی می‌شود. این نه تنها از نقص جلوگیری می کند، بلکه مصرف مواد و زمان خنک شدن را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد.¹⁹

دستورالعمل های ضخامت دیوار مخصوص مواد ¹⁸:

بر خلاف یک قطعه ماشینکاری شده که می تواند دیوارهای کاملا عمودی داشته باشد، یک قطعه قالب گیری تزریقی نیاز داردپیش نویس. همانطور که پلاستیک سرد می شود، روی هسته قالب جمع می شود. بدون مخروطی (زاویه کشش)، اصطکاک بین قطعه و قالب در حین پرتاب بسیار زیاد است، که منجر به علائم کشش، خراش یا سوراخ شدن پین های اجکتور از طریق قطعه می شود.²³

• تمرین استاندارد:حداقل از1 تا 2 درجهپیش نویس برای تمام سطوح عمودی توصیه می شود. حتی0.5 درجهبهتر از صفر است

• سطوح بافت دار:بافت مانند یک سری از زیر برش های میکروسکوپی عمل می کند. برای انتشار یک قسمت بافت دار، پیش نویس بسیار بیشتری مورد نیاز است. قانون استاندارد صنعت اضافه کردن است1.5 درجه کشش برای هر 0.001 اینچ (0.025 میلی متر) عمق بافت.²⁵عدم انجام این کار منجر به "کشش بافت" می شود که در آن قالب پس از باز شدن، بافت را از روی قطعه می خراشد.

• زوایای خاموشی:برای مناطقی که فلز روی فلز می لغزد (قطع کننده) برای ایجاد سوراخ یا گیره، حداقل3 درجهبرای جلوگیری از سایش قالب و فلاش بسیار مهم است.²⁴

طراحان اغلب به دیوارهای ضخیم برای افزایش استحکام متوسل می شوند، اما همانطور که اشاره شد، این باعث فرورفتگی می شود. راه حل مهندسی صحیح استفاده ازدنده ها.

• ضخامت دنده:پایه یک دنده تعیین می کند که آیا علامت سینک روی سطح آرایشی مقابل ظاهر می شود یا خیر. قاعده کلی این است که ضخامت دنده در پایه آن باید باشد40% تا 60% ضخامت دیواره اسمی مجاور.¹⁵

• ارتفاع دنده:دنده ها در حالت ایده آل نباید بلندتر از 3 برابر ضخامت اسمی دیواره باشند. دنده های عمیق به سختی پر می شوند (تله های گاز) و به سختی خارج می شوند (اصطکاک سطح بالا).²²

• طراحی رئیس:باس ها ویژگی هایی هستند که برای نصب بست ها یا پذیرش درج ها استفاده می شوند. مانند دنده ها، باس های ضخیم جدا شده باعث فرو رفتن می شوند. آنها باید به جای اینکه در یک توده جامد ادغام شوند، با دنده ها یا دنده ها به دیوار اصلی متصل شوند. خود باس باید از هسته خارج شود و عمق سوراخ باید کمی بیشتر از پیچ باشد تا از ترک خوردن جلوگیری شود.¹⁹

زیر بریدگی هر ویژگی است که از باز شدن قالب در یک خط مستقیم مانند سوراخ کناری، چفت یا نخ جلوگیری می کند.

• اقدامات اسلاید:راه حل سنتی یک "کنش جانبی" یا "لغزش" است - یک جزء قالب متحرک که قبل از باز شدن قالب اصلی به طرفین کشیده می شود. اسلایدها اگرچه موثر هستند، هزینه قابل توجهی (اغلب 1000 تا 5000 دلار در هر اسلاید) و پیچیدگی تعمیر و نگهداری را به ابزار اضافه می کنند.⁵

• هسته های عبوری:یک استراتژی هوشمندانه DFM طراحی مجدد قطعه برای ایجاد ویژگی با استفاده از هندسه "گذر از طریق" یا "خاموش کردن" است. با قفل کردن نیمه های قالب A و B از طریق سوراخی در کف قطعه، می توان بدون هیچ مکانیزم متحرک، یک گیره یا گیره ایجاد کرد. این باعث کاهش هزینه ابزار و افزایش قابلیت اطمینان می شود.⁵

ایندروازهنقطه فیزیکی است که پلاستیک وارد حفره قالب می شود. مکان آن دلخواه نیست. الگوی جریان، محل خطوط جوش و دقت ابعادی قطعه را دیکته می کند.

• جهت جریان:پلاستیک باید از بخش های ضخیم به بخش های نازک جریان یابد. ورود به یک بخش نازک که یک بخش ضخیم را تغذیه می کند باعث می شود که بخش نازک زود یخ بزند و از بسته شدن بخش ضخیم جلوگیری می کند و منجر به ایجاد علائم سینک می شود.¹⁵

• لوازم آرایشی و بهداشتی:گیتس یک "اثر" یا زخم کوچک به جا می گذارد. آنها باید روی سطوح غیر آرایشی قرار گیرند.

• خطوط جوش:هنگامی که جبهه های جریان پلاستیک در اطراف یک مانع (مانند یک سوراخ) تقسیم می شوند و دوباره به هم می پیوندند، یک "خط بافتنی" یا "خط جوش" را تشکیل می دهند. این خط اغلب ضعیف تر و از نظر بصری متمایز است. محل قرارگیری دروازه را می توان برای جابجایی این خطوط به مناطقی با استرس کم یا دید کم تنظیم کرد.⁹

هنگامی که طراحی نهایی شد و قالب ساخته شد، تمرکز به طبقه تولید منتقل می شود. "پنجره فرآیند" محدوده تنظیمات (دما، فشار، زمان) است که در آن قطعات قابل قبول تولید می شود. عملکرد خارج از این پنجره منجر به نقص می شود.

ماشین‌های قالب‌گیری تزریقی مدرن شاهکارهای مهندسی کنترل هستند که به اپراتورها اجازه می‌دهند صدها پارامتر را دستکاری کنند. با این حال، چهار متغیر کلیدی بر نتیجه غالب هستند:

1. دما:این شامل هر دو می شوددمای ذوب(گرمای پلاستیک) ودمای قالب(گرمای فولاد).

   • دمای ذوب:اگر خیلی کم باشد، پلاستیک قالب را پر نمی کند (شات کوتاه). اگر بیش از حد بالا باشد، تحلیل می رود (سوزش/ پخش می شود).²⁷

   • دمای قالب:یک قالب داغ سطح را بهبود می بخشد و تنش داخلی را کاهش می دهد اما زمان چرخه را افزایش می دهد. یک قالب سرد سریعتر است اما می تواند استرس را مسدود کند و مواد آرایشی ضعیف تولید کند.²⁸

2. فشار:

   • فشار تزریق:نیروی مورد نیاز برای فشار دادن مواد به داخل حفره.

   • فشار نگهداشتن:فشاری که هنگام خنک شدن قطعه برای بسته بندی مواد بیشتر وارد می شود. فشار نگه داشتن ناکافی دلیل اصلی ایجاد علائم سینک و تغییرات ابعادی است.¹²

3. زمان:

   • سرعت/زمان تزریق:تزریق سریع برای دیوارهای نازک مورد نیاز است اما می تواند باعث جت شدن یا سوختن (دیزل) شود. تزریق آهسته کیفیت سطح بهتری را به ارمغان می‌آورد، اما می‌تواند منجر به شات‌های کوتاه یا خطوط جریان شود.²⁷

   • زمان خنک شدن:مدت زمانی که قطعه در قالب می نشیند. این دقیقاً تابعی از ضخامت دیوار و نفوذ حرارتی مواد است.

4. اندازه شات:حجم دقیق مواد تزریق شده تغییرات در اینجا منجر به "فلاش" (پر شدن بیش از حد) یا "شات های کوتاه" (کم پر شدن) می شود.⁹

حتی در کارخانه هایی که به خوبی اداره می شوند، ایراداتی رخ می دهد. توانایی تشخیص علت اصلی - خواه یک مشکل طراحی، قالب یا فرآیند باشد - بسیار مهم است.

• علائم:فرورفتگی های سطحی یا حباب های توخالی داخلی در مقاطع ضخیم.

• علت اصلی:انقباض حجمی مرکز یک دیوار ضخیم آخرین سرد می شود و مواد را به داخل می کشد.

• اصلاح فرآیند:افزایش فشار نگهداری؛ تمدید زمان نگهداری؛ دمای ذوب پایین تر

• اصلاح طراحی:کاهش ضخامت دیوار؛ هسته از بخش های ضخیم. اطمینان حاصل کنید که دنده ها کمتر از 60٪ ضخامت دیوار هستند.⁹

• علائم:پلاستیک نازک بیش از حد که از خط جداکننده یا پین های اجکتور بیرون زده است.

• علت اصلی:فشار داخل حفره از نیروی گیره دستگاه فراتر رفته و باعث باز شدن قالب می شود.

• اصلاح فرآیند:افزایش تناژ گیره؛ کاهش فشار تزریق؛ کاهش سرعت تزریق

• تعمیر قالب:آسیب های قالب یا باقی مانده در خط جداسازی را بررسی کنید. بهبود تهویه⁹

• علائم:قسمت ناقص است. لبه ها یا گوشه ها از دست رفته است.

• علت اصلی:پلاستیک قبل از پر کردن حفره منجمد شد یا به اندازه کافی پلاستیک تزریق نشده بود.

• اصلاح فرآیند:افزایش اندازه شات؛ افزایش سرعت/فشار تزریق؛ دمای مذاب/قالب را افزایش دهید.

• اصلاح طراحی:دیوارهای ضخیم برای بهبود جریان؛ رهبران جریان را اضافه کنید.²⁷

• علائم:علائم کربن دار سیاه یا قهوه ای، معمولاً در انتهای الگوی پر.

• علت اصلی:هوای محبوس شده در داخل قالب توسط پلاستیک ورودی فشرده می شود. این فشرده سازی آدیاباتیک هوا را تا حد احتراق فوق گرم می کند.

• تعمیر قالب:دریچه هایی را در قالب اضافه یا عمیق کنید تا هوا از آن خارج شود.⁹

• اصلاح فرآیند:سرعت تزریق را کاهش دهید تا زمان تهویه هوا داده شود.

• علائم:رگه های نقره مانندی که از دروازه بیرون می زند.

• علت اصلی:

  • پخش رطوبت:مواد مرطوب در بشکه به بخار تبدیل می شوند (معمولاً در نایلون/ABS).

  • پخش حرارت:تخریب مواد به دلیل حرارت برشی بیش از حد یا دمای بشکه.

• اصلاح فرآیند:مواد را کاملا خشک کنید (برای رطوبت)؛ RPM پیچ یا فشار برگشتی را کاهش دهید (برای گرمای برشی).⁹

• علائم:یک "کرم" مارپیچ به سطح نزدیک دروازه نگاه می کند.

• علت اصلی:پلاستیک با سرعت بالا بدون چسبیدن به دیوارها در حفره باز شلیک می کند و در حین پرواز خنک می شود.

• اصلاح طراحی:دروازه را تغییر مکان دهید تا به پین ​​یا دیوار اصلی برخورد کنید تا سرعت را بشکنید.

• اصلاح فرآیند:از پروفیل سرعت افزایش یافته استفاده کنید: ابتدا تزریق آهسته و سپس سریع انجام شود.¹⁵

• علائم:ترک های خط مو یا خطوطی که در آن دو جبهه جریان به هم می رسند.

• علت اصلی:هنگامی که جریان در اطراف یک سوراخ جدا می شود اجتناب ناپذیر است. جلوها در حین حرکت خنک می شوند و با اتصال مجدد کاملاً با هم ترکیب نمی شوند.

• اهمیت:اینها نقاط ضعف ساختاری هستند.

• اصلاح فرآیند:دمای مذاب/قالب را برای اطمینان از همجوشی داغتر افزایش دهید.

• اصلاح طراحی:دروازه ها را حرکت دهید تا خط کشباف را به ناحیه غیر بحرانی فشار دهید.⁹

قالب‌گیری تزریقی استاندارد اکثر کاربردها را انجام می‌دهد، اما تکنیک‌های تخصصی برای عبور از مرزهای یکپارچگی و پیچیدگی عملکردی وجود دارد.

قالب گیری درج شامل قرار دادن یک جزء از پیش ساخته شده (معمولاً فلز) در قالب قبل از تزریق پلاستیک است. پلاستیک در اطراف درج جریان می یابد و آن را محصور می کند.

• کاربردهای رایج:درج های برنجی رزوه ای برای نقاط پیچ محکم؛ شفت های فلزی در چرخ دنده ها؛ پین های الکتریکی در کانکتورها²⁹

• مزایا:این استحکام فلز را با تطبیق پذیری پلاستیک فراهم می کند. از نظر قدرت کشش به مراتب نسبت به درج های پس از نصب (مانند هیت استیک) برتری دارد.

• چالش ها:درج فلزی باید بارگذاری شود (به صورت دستی یا توسط ربات) که باعث افزایش زمان چرخه می شود. تفاوت انبساط حرارتی بین فلز و پلاستیک می تواند باعث "تنش حلقه" و ترک خوردگی در طول زمان شود.³¹

قالب گیری بیش از حد یک قطعه واحد را از دو ماده مختلف (زیر لایه) ایجاد می کند، معمولاً یک پلاستیک ساختاری سفت و سخت و یک الاستومر نرم (TPE/TPU).

• قالب گیری دو شات (2K):این از یک دستگاه تخصصی با دو واحد تزریق استفاده می کند. قالب پس از تشکیل شات اول (سوبسترا) 180 درجه می چرخد ​​و شات دوم (اورقالب) بلافاصله تزریق می شود. این بالاترین دقت و استحکام اتصال را ارائه می دهد.³⁰

• انتخاب و مکان:زیرلایه در یک دستگاه قالب گیری می شود، سپس به صورت دستی به قالب دوم در دستگاه دیگری برای قالب اضافی منتقل می شود. این برای حجم های کم ارزان تر است اما دقیق تر است.

• پیوند شیمیایی:موفقیت در قالب گیری بیش از حد به پیوند شیمیایی بین مواد بستگی دارد. همه پلاستیک ها به هم نمی چسبند. به عنوان مثال، TPE به خوبی به PP و ABS متصل می شود، اما بدون اینترلاک مکانیکی به نایلون ضعیف است.³¹

همانطور که دستگاه ها کوچک می شوند، اجزای آنها نیز باید کوچک شوند. قالب‌گیری میکرو با قطعاتی با وزن کمتر از یک گرم سروکار دارد که اغلب با تلورانس‌هایی که در میکرون اندازه‌گیری می‌شوند.

• تکنولوژی:پیچ های استاندارد نمی توانند چنین مقادیر کوچکی را با دقت دوز کنند. دستگاه‌های قالب‌گیری میکرو از پیستون یا میکروپیچ‌های تخصصی برای دوز کردن میلی‌گرم پلاستیک استفاده می‌کنند.

• برنامه های کاربردی:ایمپلنت های پزشکی قابل جذب زیستی، تراشه های میکروسیال، چرخ دنده های کوچک برای ساعت ها یا محرک ها.³³

• چالش ها:دست زدن به این قطعات دشوار است. الکتریسیته ساکن می تواند باعث چسبیدن آنها به قالب شود. بازرسی اغلب به میکروسکوپ یا سیستم های بینایی نیاز دارد.³⁵

یک گزارش جامع باید به واقعیت مالی بپردازد. ساختار هزینه ازقطعات قالب گیری تزریق پلاستیکبه هزینه های مهندسی غیر تکراری (NRE) و هزینه های واحد تقسیم می شود.

قالب مهم ترین مانع جلویی است.

• محدوده هزینه:یک قالب آلومینیومی ساده و تک حفره (کلاس 105) ممکن است 3000 تا 5000 دلار هزینه داشته باشد. یک قالب تولید فولاد سخت شده با چند حفره (کلاس 101) با اسلایدها و رانرهای داغ به راحتی می تواند بیش از 100000 دلار باشد.³

• محرک های هزینه:

  • پیچیدگی:آندرکاتی که نیاز به سرسره یا بالابر دارد هزینه را به صورت خطی افزایش می دهد.

  • اندازه:قالب های بزرگتر به فولاد بیشتر و زمان ماشینکاری CNC بزرگتر نیاز دارند.

  • کاویتاسیون:حفره های بیشتر = هزینه قالب بیشتر، اما هزینه واحد کمتر.

  • مواد:ماشینکاری فولاد بیشتر از آلومینیوم طول می کشد اما میلیون ها چرخه دوام می آورد.

هزینه هر قطعه به صورت زیر تعیین می شود:

1. هزینه مواد: $(وزن قسمت + ضایعات دونده) برابر قیمت مواد$.

2. نرخ ماشین:پرس های قالب گیری تزریقی به صورت ساعتی اجاره می شوند. یک پرس 50 تنی ممکن است 40 دلار در ساعت قیمت داشته باشد. یک پرس 500 تنی ممکن است 150 دلار در ساعت قیمت داشته باشد. این نرخ شامل سربار، برق و نیروی کار است.³⁶

3. زمان چرخه:این ضریب است. اگر ساخت یک قطعه 30 ثانیه طول بکشد در مقابل 15 ثانیه، جزء هزینه دستگاه دو برابر می شود. به همین دلیل است که کاهش زمان خنک سازی (از طریق مدیریت ضخامت دیواره) بسیار حیاتی است.³⁷

برای چندین دهه، قالب گیری تنها گزینه بود. اکنون پرینت سه بعدی برای حجم کم رقابت می کند.

• پرینت سه بعدی:هزینه ابزارآلات صفر هزینه واحد بالا (5 تا 50 دلار به ازای هر قطعه). بهترین برای مقادیر 1 - 500.

• قالب گیری تزریقی:هزینه ابزار بالا هزینه واحد پایین (0.10 تا 5.00 دلار برای هر قطعه). بهترین برای مقادیر > 1000.

• تقاطع:نقطه سربه سر معمولا بین است500 و 2000 واحد. در زیر این، چاپ کنید. بالاتر از این قالب.³⁸

صنعت ساکن نیست. به سرعت در حال تکامل است تا نیازهای محیطی و فناوری را برآورده کند.

فشار برای کاهش زباله های پلاستیکی در حال تغییر شکل علم مواد است.

• پلیمرهای زیستی:موادی مانند PLA (اسید پلی لاکتیک) و PHA از منابع تجدیدپذیر مانند نشاسته ذرت به دست می آیند. در حالی که از لحاظ تاریخی شکننده و سخت قالب‌گیری می‌شود، فرمول‌های جدید به عملکرد رزین‌های مهندسی نزدیک می‌شوند.⁴¹

• رزین های بازیافتی پس از مصرف کننده (PCR):برندهای بزرگ خواهان محتوای PCR هستند. چالش برای قالب‌گیران ثبات است. پلاستیک بازیافتی دارای ویسکوزیته و سطوح آلودگی متغیر است که به کنترل‌های فرآیند تطبیقی ​​نیاز دارد.⁴³

• پلاستیک های اقیانوسی:زنجیره‌های تامین برای برداشت و پردازش مجدد زباله‌های اقیانوس به گلوله‌های قالب‌گیری تزریقی قابل استفاده در حال ظهور هستند و بحران زیست‌محیطی را به جریان مواد خام تبدیل می‌کنند.¹¹

کارخانه قالب گیری تزریقی 2025 یک اکوسیستم مبتنی بر داده است.

• حسگرهای اینترنت اشیا:اکنون قالب ها به حسگرهای فشار و دما مجهز شده اند که داده ها را به ابر می رسانند.

• کنترل فرآیند هوش مصنوعی:الگوریتم های هوش مصنوعی این داده ها را در زمان واقعی تجزیه و تحلیل می کنند. اگر ویسکوزیته پلاستیک تغییر کند (یک مشکل رایج در مواد بازیافتی)، هوش مصنوعی به طور خودکار فشار و دمای تزریق را برای حفظ کیفیت قطعه تنظیم می‌کند و یک سیستم "حلقه بسته" ایجاد می‌کند که به طور چشمگیری ضایعات را کاهش می‌دهد.¹¹

• شبیه سازی:نرم‌افزاری مانند Moldflow به جای واکنش‌پذیر، پیش‌بینی‌کننده می‌شود و به مهندسان این امکان را می‌دهد که میلیون‌ها چرخه را برای بهینه‌سازی خطوط خنک‌کننده و مکان‌های دروازه قبل از برش فولاد شبیه‌سازی کنند.¹¹

ایجادقطعات قالب گیری تزریق پلاستیکرشته ای است که به برنامه ریزی دقیق پاداش می دهد و مفروضات را جریمه می کند. این زمینه ای است که در آن تراز مولکولی یک زنجیره پلیمری به اندازه تناژ بستن یک پرس هیدرولیک تأثیر دارد. از تجزیه و تحلیل اولیه DFM - که در آن دیوارهای یکنواخت و زوایای پیش نویس مذاکره می شود - تا انتخاب رزین و تنظیم دقیق پارامترهای فرآیند، هر مرحله به هم مرتبط است.

برای طراح محصول، مهندس و مدیر تدارکات، نکته کلیدی این است:قابلیت ساخت یک فکر بعدی نیست. این یک ویژگی طراحی است.بخشی که با در نظر گرفتن این فرآیند طراحی شده است، قوی‌تر، ارزان‌تر و سازگارتر از قطعه‌ای است که بر خلاف قوانین فیزیک وارد قالب می‌شود.

همانطور که به آینده می نگریم، ادغام مواد پایدار و ماشین های هوشمند و خود اصلاح کننده نوید می دهد که قالب گیری تزریقی کارآمدتر و از نظر زیست محیطی مسئولانه تر از همیشه باشد. با این حال، حقیقت اساسی باقی می ماند: موفقیت در جزئیات نهفته است - پیش نویس، دروازه، خط خنک کننده و رزین. تسلط بر این جزئیات، مسیری به سوی تولید برتر است.

آیا حاضرید محصول خود را با دقت و کارایی به زندگی تبدیل کنید؟ اجازه ندهید ایرادات طراحی راه اندازی شما را به تاخیر بیندازند یا هزینه های شما را افزایش دهند."چک لیست طراحی قالب تزریق" جامع ما را دانلود کنیدامروز برای تأیید هندسه خود قبل از نقل قول. متناوبا،با تیم مهندسی ما تماس بگیریدبرای بررسی رایگان طراحی برای قابلیت ساخت (DFM) فایل‌های CAD سه بعدی شما. بیایید آینده را بسازیم، یک بخش کامل در هر زمان.