تشير عملية القولبة بالحقن إلى طريقة إنتاج منتجات نصف نهائية ذات أشكال محددة من خلال عمليات مثل الضغط والحقن والتبريد وإخراج المواد الخام المنصهرة. هذه العملية هي مصدر الإنتاج لمنتجات شركة تعبئة مستحضرات التجميل. تحدد جودة هذه المنتجات شبه النهائية-ثبات العمليات اللاحقة وجودة المنتج النهائي، مما يجعلها إجراءً رئيسيًا لزيادة أرباح الشركات إلى الحد الأقصى.
على مر السنين، تغلب متخصصو قوالب الحقن على العديد من التحديات، لا سيما في معالجة العيوب الشائعة في المنتجات ذات الجدران الرقيقة أو السميكة-مثل الانكماش وخطوط اللحام وعلامات التدفق وفقاعات الهواء والبقع اللامعة والالتواء. باختصار، تركز عملية التشكيل بالحقن في المقام الأول على حل الجانبين التاليين:
I. تدفق العملية
يتضمن تدفق العملية أربع مراحل: التعبئة، والتعبئة، والتبريد (التلدين)، والإخراج. تحدد هذه المراحل بشكل مباشر جودة صب المنتج وتشكل عملية كاملة ومستمرة.
(1) مرحلة التعبئة
التعبئة هي الخطوة الأولى في دورة صب الحقن بأكملها. يبدأ عندما يغلق القالب ويبدأ الحقن، وينتهي عندما يمتلئ حوالي 95% من تجويف القالب. من الناحية النظرية، يؤدي وقت التعبئة الأقصر إلى زيادة كفاءة القولبة. ومع ذلك، من الناحية العملية، يكون وقت التشكيل أو سرعة الحقن مقيدًا بالعديد من الظروف، وهو ما يتضح بشكل خاص في المنتجات ذات الجدران السميكة-.
سرعة تعبئة عالية-:أثناء التعبئة بسرعة عالية-، يكون معدل القص مرتفعًا. نتيجة لتأثيرات القص-التخفيفية، تنخفض لزوجة البلاستيك، مما يقلل من مقاومة التدفق بشكل عام. يؤدي التسخين اللزج المحلي أيضًا إلى ترقق الطبقة الصلبة. لذلك، أثناء مرحلة التحكم في التدفق، تعتمد طريقة التعبئة غالبًا على الحجم المراد ملؤه. في هذه المرحلة، عادة ما يكون تأثير القص -للذوبان ملحوظًا، بينما يكون تأثير التبريد للجدران الرقيقة أقل وضوحًا. ومن ثم، فإن تأثير السرعة هو السائد، مما يجعل هذه الطريقة مناسبة للمنتجات ذات الجدران الرفيعة-.
سرعة تعبئة منخفضة-:في التعبئة ذات السرعة المنخفضة-التي يتم التحكم فيها بالتوصيل الحراري، يكون معدل القص أقل، واللزوجة المحلية أعلى، ومقاومة التدفق أكبر. نظرًا لأن معدل تجديد البلاستيك الساخن أبطأ، فإن التدفق يكون أكثر تدرجًا، مما يجعل تأثير توصيل الحرارة أكثر وضوحًا. يتم نقل الحرارة بسرعة بواسطة جدران القالب البارد. إلى جانب الحد الأدنى من التسخين اللزج، تصبح الطبقة الصلبة أكثر سمكًا، مما يزيد من مقاومة التدفق في مناطق الجدران الرقيقة. ولذلك، فإن طريقة التعبئة هذه مناسبة للمنتجات ذات الجدران السميكة-، ويمكن استخدامها أيضًا عندما تكون درجة حرارة القالب مرتفعة نسبيًا.
(2) مرحلة التعبئة
يتمثل دور مرحلة التعبئة في ممارسة الضغط بشكل مستمر لضغط المصهور وزيادة كثافة البلاستيك، وتعويض سلوك الانكماش البلاستيكي.
أثناء التعبئة، نظرًا لأن تجويف القالب مملوء بالفعل بالبلاستيك، فإن الضغط الخلفي الناتج عن الذوبان يكون مرتفعًا. أثناء ضغط التعبئة، يمكن لبرغي آلة الحقن أن يتحرك للأمام ببطء فقط بزيادات صغيرة، كما أن معدل تدفق البلاستيك بطيء نسبيًا أيضًا. ويشار إلى هذا التدفق باسم تدفق التعبئة. أثناء مرحلة التعبئة، عندما يبرد البلاستيك ويتصلب بشكل أسرع على جدران القالب، تزداد لزوجة الذوبان بسرعة، مما يؤدي إلى مقاومة كبيرة داخل تجويف القالب. وفي المراحل اللاحقة من التعبئة، تستمر كثافة المادة في الزيادة، ويأخذ الجزء البلاستيكي شكله تدريجيًا. يجب الحفاظ على حالة التعبئة حتى تصلب البوابة وتغلق. عند هذه النقطة، يصل ضغط التجويف إلى أعلى قيمة له أثناء مرحلة التعبئة.
أثناء التعبئة، وبسبب الضغط المرتفع نسبيًا، يُظهر البلاستيك خصائص قابلة للضغط. في المناطق ذات الضغط العالي، يكون البلاستيك أكثر إحكاما وأكثر كثافة؛ وفي المناطق ذات الضغط المنخفض، يكون البلاستيك أكثر مرونة وأقل كثافة. ولذلك فإن توزيع الكثافة يختلف باختلاف المكان والزمان. أثناء التعبئة، تكون سرعة تدفق البلاستيك منخفضة للغاية، ولم يعد التدفق يلعب دورًا مهيمنًا؛ الضغط هو العامل الرئيسي الذي يؤثر على عملية التعبئة. نظرًا لأن تجويف القالب مملوء بالفعل بالبلاستيك أثناء التعبئة، فإن الذوبان المتصلب تدريجيًا يعمل كوسيط لنقل الضغط. يتم نقل الضغط في تجويف القالب من خلال البلاستيك إلى سطح جدار القالب، مما يساعد على تحسين لمعان سطح المنتج.
(3) مرحلة التبريد (التلدين)
في قوالب الحقن، يعد تصميم نظام التبريد أمرًا بالغ الأهمية. وذلك لأن المنتج البلاستيكي المقولب يجب أن يتم تبلور جزيئاته البلاستيكية وتصلبها إلى درجة صلابة معينة لتجنب التشوه الناتج عن القوى الخارجية أثناء الطرد. نظرًا لأن وقت التبريد يمثل 70% إلى 80% من دورة التشكيل بأكملها، فإن نظام التبريد المصمم جيدًا-يمكن أن يقلل بشكل كبير من وقت القولبة ويحسن إنتاجية القولبة بالحقن.
في القالب، يتم نقل الحرارة من البلاستيك الموجود في التجويف عبر التوصيل الحراري من خلال إطار القالب إلى قنوات مياه التبريد، ثم يتم إزالتها عن طريق الحمل الحراري من خلال سائل التبريد. تستمر كمية صغيرة من الحرارة التي لا يحملها ماء التبريد في التحرك داخل القالب وتتبدد في النهاية في الهواء عند ملامستها للبيئة الخارجية.
تتضمن دورة التشكيل بالحقن وقت إغلاق القالب، ووقت التعبئة، ووقت التعبئة، ووقت التبريد (أقل من وقت درجة حرارة الذوبان)، ووقت الطرد. ومن بينها، يحتل وقت التبريد النسبة الأكبر، بنسبة 70% إلى 80%. ولذلك، فإن وقت التبريد يؤثر بشكل مباشر على طول دورة صب المنتجات البلاستيكية ومخرجات الإنتاج.
تشمل العوامل التي تؤثر على معدل تبريد المنتج ما يلي:
تصميم المنتج البلاستيكي.
سمك الجدار للمنتج البلاستيكي؛ الجدران السميكة تؤدي إلى أوقات تبريد أطول.
العوامل المؤثرة على تبريد القالب:
مادة القالب:بما في ذلك مادة قلب القالب، التجويف، وقاعدة القالب، والتي تؤثر بشكل كبير على معدل التبريد. كلما زادت الموصلية الحرارية لمادة القالب، زادت فعاليتها في نقل الحرارة بعيدًا عن البلاستيك لكل وحدة زمنية، مما يؤدي إلى أوقات تبريد أقصر.
تكوين قناة مياه التبريد:كلما كانت قنوات التبريد أقرب إلى التجويف، كلما زاد قطرها، وكلما زاد عددها، كان تأثير التبريد أفضل وقصر وقت التبريد.
معدل تدفق سائل التبريد:يعمل معدل تدفق سائل التبريد الأعلى (يعد تحقيق التدفق المضطرب مثاليًا بشكل عام) على تحسين إزالة الحرارة عن طريق الحمل الحراري.
خصائص المبرد:تؤثر اللزوجة والتوصيل الحراري لسائل التبريد أيضًا على كفاءة نقل الحرارة للقالب. تؤدي لزوجة سائل التبريد المنخفضة والتوصيل الحراري العالي ودرجة الحرارة المنخفضة إلى أداء تبريد أفضل.
يمكن أن يستخدم تبريد القالب مكونات مطبوعة-معدنية ثلاثية الأبعاد-لإنشاء هياكل قنوات تبريد معقدة ثلاثية الأبعاد-للحصول على تأثيرات تبريد أفضل.
(4) مرحلة الطرد
الطرد هو الخطوة الأخيرة في دورة التشكيل بالحقن. على الرغم من أن المنتج قد تصلب وتشكل، إلا أن القذف لا يزال يؤثر بشكل كبير على جودة المنتج. يمكن أن تتسبب طرق الطرد غير الصحيحة في حدوث عيوب مثل تشوه المنتج بسبب القوة غير المتساوية أثناء الطرد.
هناك طريقتان رئيسيتان للطرد: إخراج دبوس القاذف وإخراج لوحة المتعرية. عند تصميم القالب، يجب اختيار طريقة الطرد المناسبة بناءً على الخصائص الهيكلية للمنتج لضمان جودة المنتج.
بالنسبة للقوالب التي تستخدم قذف دبوس القاذف، يجب ترتيب المسامير بالتساوي قدر الإمكان ووضعها حيث تكون مقاومة القذف أكبر وحيث يتمتع الجزء البلاستيكي بأقصى قوة وصلابة لتجنب التشوه أو التلف.
تُستخدم ألواح الإزالة بشكل عام في الحاويات ذات التجاويف العميقة-والحاويات ذات الجدران الرفيعة- والمنتجات الشفافة حيث لا يُسمح بعلامات دبوس القاذف. تتميز هذه الطريقة بقوة طرد كبيرة وموحدة، وحركة سلسة، ولا توجد علامات مرئية كبيرة.
ثانيا. معلمات العملية
العناصر الخمسة الرئيسية لقولبة الحقن هي: الضغط والوقت والسرعة ودرجة الحرارة وحجم اللقطة.
(1) ضغط الحقن
ضغط الحقن هو ضغط الأسطوانة الهيدروليكية الذي ينتقل عبر برغي آلة الحقن إلى ذوبان البلاستيك. مدفوعًا بهذا الضغط، يدخل ذوبان البلاستيك إلى القالب من خلال فوهة آلة الحقن، ويمر عبر الذباب والمجاري، ويدخل إلى تجويف القالب. هذه العملية هي مرحلة تعبئة الحقن. يوجد ضغط للتغلب على المقاومة أثناء تدفق الذوبان، مما يضمن سير عملية التعبئة بسلاسة.
أثناء الحقن، يكون الضغط أعلى عند فوهة آلة الحقن وأدنى عند مقدمة الذوبان. يتناقص الضغط تدريجيًا على طول المسار من مقدمة الذوبان إلى الفوهة.
هناك العديد من العوامل التي تؤثر على ضغط ملء الذوبان:
أ. العوامل المادية مثل نوع البلاستيك ولزوجته.
ب. العوامل الهيكلية، مثل أنظمة الجريان البارد/الساخن وعددها وموقعها وشكل تجويف القالب وسمك جدار المنتج.
ج. عناصر معلمة العملية.
ويعكس هذا أن ضغط الحقن لا ينبغي أن يلعب دورًا مهيمنًا في قوالب حقن المنتجات ذات الجدران الرقيقة-ولكنه يلعب دورًا حاسمًا في قوالب حقن المنتجات ذات الجدران السميكة-. ويمكنه أيضًا أن يلعب دورًا حاسمًا في حل عيوب المنتج مثل الانكماش وخطوط اللحام وفقاعات الهواء. يعتمد الإعداد المعقول للضغط على تنسيق سرعة التعبئة والوقت. أثناء الحقن، يعد ضبط ضغط التعبئة أمرًا بالغ الأهمية أيضًا. بالقرب من نهاية الحقن، تستمر فوهة الآلة في تغذية المواد في التجويف لملء الحجم المتبقي بسبب انكماش المنتج. إذا لم يتم تطبيق أي ضغط تعبئة بعد ملء التجويف، فسوف ينكمش المنتج بنسبة 25% تقريبًا، خاصة في المناطق ذات الجدران السميكة-، حيث يمكن أن يشكل الانكماش المفرط علامات غرق. يبلغ ضغط التعبئة عمومًا حوالي 85% من الحد الأقصى لضغط التعبئة، على الرغم من أنه يجب تحديد ذلك بناءً على الظروف الفعلية.
(2) وقت الحقن
وقت الحقن المشار إليه هنا هو الوقت اللازم لصهر البلاستيك لملء التجويف، ولتصلب الذوبان، وللتبريد. لا يشمل الأوقات المساعدة مثل فتح وإغلاق القالب. يؤثر تحديد هذا الوقت بشكل معقول على جودة المنتج بشكل كبير. على الرغم من أن وقت الحقن لا يشكل النسبة الأكبر من دورة التشكيل، إلا أن ضبط وقت الحقن يلعب دورًا مهمًا في التحكم في الضغط عند البوابة والعداء والتجويف. يسهل وقت الحقن المعقول عملية التعبئة المصهورة بشكل مثالي وهو أمر حاسم لتحسين جودة سطح المنتج وتقليل تفاوتات الأبعاد. وقت الحقن أقصر بكثير من وقت التبريد، حوالي 1/10 من وقت التبريد. وتزداد النسبة مع زيادة سمك جدران المنتج. يمكن أن يكون هذا النمط بمثابة أساس لتقدير إجمالي وقت التشكيل للجزء البلاستيكي.
(3) سرعة الحقن
العلاقة الوثيقة بين سرعة الحقن وجودة المنتج تجعلها معلمة أساسية في قولبة الحقن. من خلال تحديد نقاط البداية والوسطى والنهاية لأجزاء سرعة التعبئة وتحقيق انتقالات سلسة بين نقاط الضبط، يمكن ضمان سرعة سطح الذوبان المستقرة. وهذا ينتج الاتجاه الجزيئي المطلوب ويقلل من الإجهاد الداخلي. لذلك، عند تعيين معلمات السرعة أثناء تصحيح أخطاء عملية المنتج، يوصى بالأسلوب التالي:
يجب أن تكون سرعة سطح السائل ثابتة.
يجب استخدام الحقن السريع لمنع تبلور الذوبان.
يجب أن تأخذ إعدادات سرعة الحقن في الاعتبار المناطق الحرجة (على سبيل المثال، العدائين)، وإبطاء السرعة عند البوابة أثناء التعبئة السريعة في مكان آخر.
يجب أن تتوقف سرعة الحقن فورًا بعد ملء التجويف لمنع -التعبئة الزائدة والوميض والضغط المتبقي.
استنادًا إلى هيكل المنتج، جنبًا إلى جنب مع الدرجة الفعلية للتبلور، قم بضبط معلمات سرعة الحقن العالية والمنخفضة للمناطق ذات الجدران الرقيقة/السميكة وحيث يتغير اتجاه تدفق الذوبان.
يعد التنسيق الوثيق مع العناصر الأخرى لظروف التشكيل أمرًا مهمًا للغاية.
(4) درجة حرارة الحقن
تعد درجة حرارة الحقن عاملاً مهمًا يؤثر على ضغط الحقن وسرعته. تحتوي براميل آلة الحقن عمومًا على 5-6 مناطق تسخين. كل مادة خام لها درجة حرارة المعالجة المناسبة لها. بالإضافة إلى معلمات درجة الحرارة التي تم إتقانها من خلال الخبرة العملية، يمكن أن تعتمد الإعدادات أيضًا على البيانات المقدمة من موردي المواد الخام بالإضافة إلى ظروف الماكينة الفعلية.
يجب التحكم في درجة حرارة الحقن ضمن نطاق معين. إذا كانت درجة الحرارة منخفضة جدًا، فإن المادة المصهورة تلدن بشكل سيئ، مما يؤثر على جودة الجزء المصبوب ويزيد من صعوبة العملية. إذا كانت درجة الحرارة مرتفعة للغاية، فإن المادة الخام تكون عرضة للتحلل. في عملية صب الحقن الفعلية، غالبًا ما تكون درجة حرارة الذوبان أعلى من درجة حرارة البرميل. الفرق يعتمد على معدل الحقن وخصائص المواد. يحدث هذا بسبب الحرارة العالية الناتجة عن القص أثناء مرور الذوبان عبر فوهة الحقن.
(5) حجم اللقطة
في عملية القولبة بالحقن، يتحكم حجم اللقطة المعقول في إعداد عناصر معلمات العملية الأخرى. أثناء تصحيح أخطاء عملية المنتج، يجب ضبط وسادة الذوبان (حجم اللقطة المتبقية) بحيث يترك موضع المسمار وسادة بحوالي 15-20 مم بعد اكتمال تعبئة المنتج. إذا كان قريبًا جدًا من الصفر، فإن طرف حلقة فحص المسمار سوف يتآكل بسرعة كبيرة، ولا يمكن ضمان استقرار أبعاد المنتج. إذا كانت الوسادة كبيرة جدًا، فإن بقاء الذوبان الزائد في البرميل لفترة طويلة جدًا يمكن أن يسبب تغيرات في اللون في اللقطة التالية، ويزيد من احتمالية توليد الغاز بسبب تحلل الذوبان من فترة البقاء الطويلة.
أثناء عملية التلدين، يؤثر الضغط الخلفي بشكل مباشر على حجم اللقطة. يشير الضغط الخلفي إلى الضغط الذي يجب التغلب عليه عندما يتراجع المسمار أثناء تحضير الذوبان. يعد استخدام الضغط الخلفي العالي مفيدًا لتشتيت اللون وذوبان البلاستيك، مما يزيد من كثافة الذوبان في البرميل. ومع ذلك، فإنه يطيل أيضًا وقت سحب المسمار (إذا تجاوز وقت التبريد، فإنه يزيد من دورة حقن المنتج). إذا تم زيادة سرعة دوران اللولب، يمكن للمسمار أن يحبس الهواء من الفجوات بين الكريات البلاستيكية المضغوطة في الذوبان داخل البرميل، والذي يتم بعد ذلك حقنه في تجويف القالب. بالنسبة للمنتجات السميكة، يؤدي ذلك إلى زيادة احتمالية تشكل فقاعات الهواء داخل الجدران ويزيد من حمل الطاقة لآلة الحقن. لذلك، عند تلدين المواد الشائعة، يجب أن يكون الضغط الخلفي أقل، بشكل عام لا يتجاوز 20% من ضغط الحقن، مع وجود سيلان طفيف من الذوبان عند الفوهة يكون مثاليًا.
باختصار، لتحسين تكنولوجيا القولبة بالحقن، يجب على المرء أولاً أن يفهم مبادئ وعملية القولبة بالحقن. ثانيًا، يجب على المرء أن ينسق بمهارة العناصر الخمسة الرئيسية-الضغط والوقت والسرعة ودرجة الحرارة وحجم اللقطة-أثناء عملية تصحيح الأخطاء. عندها فقط يمكن لهذه العناصر أن تكمل بعضها البعض داخل العملية، مما يؤدي إلى معلمات العملية المثلى للمنتج.