دليل المواد المتقدمة لقولبة الحقن

في هذه المقالة ، سنوجهك لفهم اعتبارات التصنيع والتصميم الصناعي لخيارات المواد المختلفة ، ونقدم اقتراحات مادية لأهداف تصميم منتجات مختلفة ، بما في ذلك مواد تعبئة الزجاج والألياف للحصول على أجزاء أقوى ، ومواد السيليكون والبولي يوريثين للأجزاء المرنة.

كيفية الحصول على أجزاء أقوى: أنواع التعبئة الشائعة
ليف زجاج
الطريقة الأكثر شيوعًا لتحسين الخصائص الميكانيكية للمواد البلاستيكية هي إضافة الألياف الزجاجية.تعمل الألياف الزجاجية على تحسين الخصائص الهيكلية ، مثل القوة والصلابة ، وتقلل من انكماش الأجزاء.إنها رخيصة نسبيًا ويمكن إضافتها إلى معظم المواد البلاستيكية.يمكن أن يكون للراتنجات المملوءة بالزجاج ألوان مختلفة.
من حيث العيوب ، يمكن للألياف الزجاجية أن تجعل الأجزاء هشة وتقلل من قوة التأثير.ستعمل الألياف الزجاجية أيضًا على تقليل عمر خدمة القالب وارتداء برميل وفوهة آلة التشكيل.كما يزيد الراتنج المملوء بالزجاج من لزوجة المادة ، مما يجعل ملء القالب أكثر صعوبة.

من ألياف الكربون
حشو ألياف الكربون يمكن أن يحسن الخواص الميكانيكية للمواد البلاستيكية.تتميز الأجزاء البلاستيكية المملوءة بالكربون بخصائص ميكانيكية مماثلة للبلاستيك المملوء بالزجاج ، ولكنها ستجعل الأجزاء أقوى وأخف وزنًا.تتميز ألياف الكربون بالموصلية ، لذا فإن الأجزاء المملوءة بالكربون تتمتع بأداء حماية كهرومغناطيسي أفضل.يمكن للألياف الكربونية تحسين الخصائص الهيكلية ، مثل القوة والصلابة ، وتقليل انكماش الأجزاء أكثر من الألياف الزجاجية.
العيب الرئيسي للأجزاء المملوءة بالكربون أنها باهظة الثمن.مثل الألياف الزجاجية ، ستجعل ألياف الكربون الأجزاء هشة وتقلل من قوة التأثير ؛تقليل عمر خدمة القالب والتسبب في تآكل برميل وفوهة آلة التشكيل.تزيد ألياف الكربون أيضًا من لزوجة المادة ، مما يجعل ملء القالب أكثر صعوبة.تذكر أنه بالنسبة للمواد المليئة بالكربون ، يقتصر لون الجزء على الأسود.تتطلب بعض الراتنجات أيضًا درجات حرارة عالية جدًا للعفن ، والتي قد تتطلب معدات مساعدة باهظة الثمن.

تصميم الأجزاء المملوءة بالألياف بالقالب
عندما تتراكم الألياف الزجاجية أو ألياف الكربون مع الراتينج ، سيتم تحسين معامل المرونة وقوة الشد للبلاستيك بشكل كبير ، لذلك تشعر الأجزاء البلاستيكية بأنها صلبة.هذا يعني أنه إذا تم تطبيق حمل ثقيل على الجزء البلاستيكي ، فلن يتشوه الجزء البلاستيكي بسهولة.
ومع ذلك ، ستنخفض قوة التأثير وسيصبح البلاستيك هشًا.السيولة منخفضة ، والانكماش في اتجاه التدفق أصغر من ذلك العمودي على اتجاه التدفق.
في تصميم القالب ، من الصعب تحديد معدل الانكماش وفقًا لاتجاه تدفق البلاستيك للبوابة.يسمح برنامج CAD للمستخدم فقط بضبط الانكماش في اتجاهات X و y و Z.هذا يعني أنه إذا كان حجم الجزء كبيرًا وكان التسامح ضيقًا ، فقد تكون بعض الأبعاد خارج نطاق التسامح.

الحل هو ضمان سلامة فولاذ القالب عن طريق ترك المزيد من الفولاذ بالقالب أكثر من المطلوب.بعد قياس الجزء ، من السهل إزالة فولاذ القالب من القالب بواسطة CNC أو EDM ، ولكن من الصعب إضافة الفولاذ إلى القالب.للقيام بذلك ، تحتاج إلى لحام القالب ثم إزالة الفولاذ باستخدام CNC أو EDM.بالإضافة إلى ذلك ، سيؤدي اللحام إلى تشوه القالب ، وهو ليس جيدًا جدًا لعمر القالب أو جودة الجزء.
لمزيد من تعديل القالب ، إذا كان حجم الجزء البلاستيكي خارج نطاق التسامح ، فيجب إزالة بعض قوالب الصلب أو إضافتها من القالب لتغيير شكل أو حجم القالب.من أجل تجنب هذه الخطوة ، يوفر قالب اختبار الألومنيوم CNC طريقة سريعة ورخيصة لصنع القوالب ، والحصول على عينات من الأجزاء البلاستيكية ، ومقارنة الأبعاد الرئيسية للأجزاء البلاستيكية بالمنتجات المطبوعة.إذا كان أي بُعد حرج خارج نطاق التسامح ، فيجب تغيير قالب الإنتاج وفقًا لذلك (سيتم تصنيع قالب الإنتاج بعد قالب الاختبار).الغرض من اختبار القالب هو تحديد الأبعاد التي ستتجاوز التسامح وأي الميزات الرئيسية ستعمل حسب التصميم.بمجرد تحديد مدى تأثير الانكماش المختلف في اتجاهات التدفق المختلفة على الحجم ، يمكن ضبط النموذج ثلاثي الأبعاد عند إنشاء الأداة الصلبة.
تتآكل مواد الحشو القالب بشكل أسرع من البلاستيك غير المعبأ ، لذلك عند استخدام هذه المواد ، يجب استخدام الفولاذ المقوى لعمل التجويف الأساسي وإدخال القالب.سيكون HDT (درجة حرارة التشوه الحراري) أعلى أيضًا ، لذلك يمكن استخدام المادة في بيئة ذات درجة حرارة أعلى.مما يزيد من صعوبة اللحام بالموجات فوق الصوتية.
في بعض الحالات ، تطفو الألياف على سطح الأجزاء البلاستيكية المرئية ، لذلك يتم استخدام معظم الأجزاء البلاستيكية المعبأة للأجزاء الداخلية.من أجل تجنب هذا الموقف ، يمكن أن يكون تجويف القالب محكمًا.

كيفية تصنيع الأجزاء المرنة: البولي يوريثين (PU) والسيليكون
توفر مواد البولي يوريثين والسيليكون طرقًا مختلفة لتصنيع الأجزاء اللينة.يستخدم Pu صب الضغط وقالب RTV ، بينما يستخدم السيليكون و TPU صب الحقن.العيب الرئيسي للسيليكون هو أنه يحتوي على وميض.عند قص الفلاش أو قصه ، ستكون هناك دائمًا بقايا.بالإضافة إلى ذلك ، عند صب السيليكون بالحقن ، يجب تسخين القالب بدلاً من العملية التقليدية لتسخين المادة.مادة TPU المصبوبة بالحقن أسهل في المعالجة وتوفر أداءً مشابهًا للسيليكون.

البولي يوريثين (بو)
ينقسم البولي يوريثين (PU) إلى فئتين: البولي يوريثين المتصلد بالحرارة (PU) والبولي يوريثين بالحرارة (TPE).يتمثل الاختلاف الرئيسي بين الاثنين في أن مواد التصلد بالحرارة تكون متشابكة أثناء المعالجة ولا يمكن إعادة استخدامها.من ناحية أخرى ، يمكن إعادة تدوير البولي يوريثين بالحرارة.يمكنك معرفة المزيد عن مواد التلدن بالحرارة والمواد البلاستيكية الحرارية هنا.
يستخدم البولي يوريثين بالحرارة بشكل أساسي لتصنيع النماذج الأولية من خلال عملية تسمى صب البولي يوريثين أو الفلكنة في درجة حرارة الغرفة (RTV).يستخدم صب اليوريثان جزءًا أساسيًا مغطى بمادة مرنة من السيليكون السائل ، والتي سوف تتصلب في درجة حرارة الغرفة.بمجرد أن يصلب السيليكون ، تتم إزالة السيد ، مما ينتج عنه قالب ناعم ومرن يمكنه عمل نسخ من القالب الرئيسي.

الأجزاء المصنعة بهذه العملية تتراوح من 30 أمبير إلى 85 د.في عملية صب البولي يوريثين ، لا مفر من نتوءات.عادة ، إذا كان الجزء من البلاستيك الصلب ، يمكن قص الفلاش يدويًا ، ويمكن صنفرة الندبة بورق الصنفرة ، لذلك ليس واضحًا.ومع ذلك ، عندما تكون الأجزاء ناعمة مثل PU ، لا يمكن إزالة الحواف بسهولة.يتمتع البولي يوريثان بمقاومة تآكل أفضل من اللدائن البلاستيكية الحرارية (TPE) والبولي فينيل كلوريد (PVC) ، لذلك يمكن استخدامها لتصنيع العجلات والنعال.

يمكن تشكيل أجزاء البولي يوريثين الحرارية بالحقن ، لذلك يمكن أن يكون خط الفصل دقيقًا جدًا (بدون نتوءات).تتراوح صلابة البولي يوريثين بالحرارة من 65A إلى 85D ، لذلك يمكن أن يكون الراتنج ناعمًا مثل المطاط وصلابة مثل البلاستيك الصلب.تُستخدم البولي يوريثان الحراري بشكل شائع للقولبة المفرطة ، مثل الرافعات لتصنيع الأسلاك الإلكترونية.بالمقارنة مع السلك المرن المصنوع من PVC أو TPE ، فإن السلك المرن المصنوع من مادة البولي يوريثان الحراري يتمتع بمرونة أفضل ونتائج اختبار الانحناء.

جيل السيليكا
هلام السيليكا هو راتينج بالحرارة ، لذلك فهو يتمتع بمقاومة جيدة للحرارة ومقاومة الطقس.هناك ثلاث طرق لتصنيع أجزاء السيليكون: صب RTV ، قولبة بالضغط أو حقن سيليكون سائل.لا يمكن إعادة معالجة هلام السيليكا أو إعادة تدويره.

تصنيع الأجزاء المرنة
كما ذكر أعلاه ، فإن صب البولي يوريثين هو الطريقة الأكثر استخدامًا للنماذج الأولية باستخدام المواد اللينة.الصلابة حوالي 40-50 الشاطئ.ومع ذلك ، لا يمكن صنع سوى عدد محدود من العينات من قوالب البولي يوريثين.
عادة ما يتم استخدام قولبة الضغط للإنتاج الضخم لأجزاء السيليكون العادية.لا يمكن تجنب النتوءات ويجب قصها يدويًا.لا يزال بإمكان العملاء رؤية الندبات ذات السماكة الناتجة عن معظم سماكات الضغط الحراري التي تتجاوز 0.2 مم.يمكن أن تنتج مصانع قليلة سمك 0.1 مم.

بشكل عام ، تكون دورة التشكيل بالضغط عدة دقائق.عادة ما تكون مادة القالب من الصلب مع العديد من التجاويف لتحسين كفاءة الإنتاج.عند تصميم أجزاء السيليكون ، ليس من الضروري اتباع قاعدة أن نسبة سمك الضلع / الجدار الاسمي أقل من أو تساوي 0.6.في معظم الحالات ، حتى إذا كان هناك اختصار ، لا يتم استخدام الإجراء الجانبي في الأداة ، ويمكن تحديده يدويًا من الأداة.
يعد حقن السيليكون السائل عملية مشابهة جدًا لقولبة الحقن ، ولكن الاختلاف هو أن القالب يتم تسخينه إلى درجة حرارة عالية.عادة ، تكون المهلة أطول من قولبة الحقن ، ويمكن أن تكون الأجزاء مفصلة مثل أجزاء القولبة بالحقن ، مما يعني عدم وجود نتوءات أو نتوءات رقيقة جدًا.

يوضح الشكل التالي عينات نموذجية بصلابة مختلفة:
اعتبارات مادية أخرى لقولبة الحقن: السيولة (اللزوجة)
عند اختيار المواد ، يجب مراعاة سيولة المواد.بالنسبة للأجزاء ذات الجدران الرقيقة جدًا أو الأجزاء الكبيرة ، فإن السيولة مهمة جدًا.
الأنواع المختلفة من الراتنجات لها سيولة مختلفة.هناك درجات مختلفة من الراتينج.على سبيل المثال ، تتمتع ABS بدرجة عامة ودرجة تدفق عالية ودرجة عالية التأثير.

هناك أنواع عديدة من مواد ABS ، والتي لها خصائص وأسعار ميكانيكية مختلفة.بعض أنواع ABS مناسبة جدًا لتصنيع الأجزاء ذات التشطيب شديد اللمعان ؛بعض النماذج مثالية لصنع الأجزاء المطلية بالكهرباء ؛يتمتع بعضها بسيولة جيدة وتستخدم لتصنيع الأجزاء ذات الجدران الرقيقة أو الأجزاء الكبيرة الحجم.
بشكل عام ، لنفس الراتينج من درجات مختلفة ، كلما زادت السيولة ، انخفضت الخواص الميكانيكية.يمثل مؤشر الذوبان (MI) سيولة الراتنج.يمكن استخدام راتينج السيولة الجيد لتصنيع الأجزاء البلاستيكية رقيقة الجدران ، مثل حقائب بطاريات الهاتف الخلوي ، أو الأجزاء البلاستيكية الكبيرة ، مثل أحواض استحمام الأطفال.
راتنجات ذات سيولة جيدة: LCP ، PA ، PE ، PS ، pp.
راتينج متوسط ​​التدفق: ABS ، مثل ، PMMA و POM.
الراتنجات ذات السيولة السيئة: PC و PSF و PPO.

تصميم آلة
تحدد اعتبارات الأداء الهندسي نوع المواد التي يجب استخدامها.الراتنجات المملوءة بالزجاج هي الأنسب للمكونات القوية التي تتطلب مقاومة التآكل والقوة ، مثل أغطية الكمبيوتر ولعب الأطفال والسلع الاستهلاكية الأخرى.في المقابل ، فإن المواد غير المعبأة ، مثل ABS أو البولي ، هي الأنسب للأجزاء الزخرفية التي لا تتطلب قوة خاصة.يعتبر البولي بروبلين أو البولي إيثيلين تصميمًا مثاليًا للحاويات أو الأجزاء ذات المفصلات المتحركة.
استقرار الأبعاد
عند تصميم جزء بلاستيكي ، يجب أن تأخذ في الاعتبار دقة التركيب بين الجزء والأجزاء الأخرى.من أجل الملاءمة بدقة ، من المهم اختيار مواد بلاستيكية ذات ثبات أبعاد جيد ، مثل الكمبيوتر الشخصي أو ABS أو POM.في هذه الحالة ، لا تعد PA و PP خيارًا جيدًا ، لأن الانكماش والقوة والمرونة ستكون غير مواتية لتصميم الجزء الذي يحتاج إلى التعاون مع الأجزاء الأخرى.ومع ذلك ، في حالة ضرورة استخدام PA أو PP ، يمكن إضافة عامل نواة إلى الراتنج لتحسين استقرار الأبعاد.

قوة التأثير
تمثل قوة التأثير صلابة المادة - عندما تكون قوة التأثير منخفضة ، تكون هشة.بشكل عام ، تكون قوة تأثير المواد البلاستيكية المعاد تدويرها أقل من مقاومة الراتنجات غير المعالجة.عندما تتراكم الألياف الزجاجية وألياف الكربون مع الراتينج ، تكون قوة التأثير أقل ، لكن قوة الحمل والتآكل تكون أعلى.
عندما يتم تصميم جزء بلاستيكي جديد ، من المهم مراعاة نوع القوة التي سيتم تحميلها على هذا الجزء ، ومدى حجم القوة ، وتكرار القوة.على سبيل المثال ، قد تسقط المنتجات الإلكترونية المحمولة باليد ، لذلك يجب أن تكون مادة الغلاف للمنتج PC أو PC / ABS.يتمتع بلاستيك الكمبيوتر الشخصي بأعلى قوة تأثير تقريبًا بين اللدائن الهندسية العادية.

مقاومة الطقس ومقاومة الأشعة فوق البنفسجية الخطية
عند استخدام البلاستيك في الخارج ، يجب أن تتمتع الأجزاء البلاستيكية بمقاومة جيدة للطقس ومقاومة للأشعة فوق البنفسجية.ASA هو نوع من الراتنج مع مقاومة جيدة للطقس ومقاومة للأشعة فوق البنفسجية.خصائصه الميكانيكية تشبه ABS.
عندما يجب استخدام راتينج آخر ، فمن الاختياري إضافة مثبت فوق بنفسجي وعامل مقاوم للعوامل الجوية إلى الراتينج.ومع ذلك ، يجب اختبار أي راتينج بلاستيكي جيدًا قبل الاستخدام للتأكد من أنه يلبي متطلبات المنتج.
احتياطات درجة الحرارة
من المهم أيضًا مراعاة درجة الحرارة عند اختيار الراتينج.عندما يعمل المحرك ، تكون درجة الحرارة في غلاف المحرك حوالي 70 - 90 ، لذلك يجب أن تكون جميع المواد الموجودة في غلاف المحرك قادرة على تحمل درجة الحرارة هذه.