مبادئ حقن صب وتدفق العملية

المعدات الأساسية لصب الحقنهي آلة صب الحقن وقالب الحقن. يوضح الشكل 1-2 عملية قولبة الحقن لآلة قولبة الحقن من النوع اللولبي.

مبدأ حقن صب

△تدفق عملية حقن صب

المبدأ هو إضافة البلاستيك الحبيبي أو المسحوق إلى برميل آلة التشكيل بالحقن، وتسخينه وصهره، ثم يقوم الضغط العالي والسرعة العالية لبرغي آلة التشكيل بالحقن بدفع البلاستيك المنصهر من خلال الفوهة الموجودة في الطرف الأمامي للبرميل ويحقنه بسرعة في تجويف القالب المغلق [الشكل . 1-2(أ)]. يتم تبريد المادة المنصهرة التي تملأ التجويف وتصلبها تحت الضغط للحفاظ على الشكل الذي يعطيه التجويف [الشكل . 1-2(ب)]. ثم يتم فتح القالب ويتم إخراج المنتج [الشكل . 1-2(ج)).أثناء عملية القولبة بالحقن، يخضع البلاستيك لسلسلة من التغييرات، بما في ذلك التليين والذوبان والتدفق والتشكيل والتصلب.

(الشكل 1-2 مبدأ قولبة الحقن لآلة الحقن من النوع اللولبي)

التليين والذوبان:

يوضح الشكل 1-4 هيكل البرميل والمسمار لآلة التشكيل بالحقن. نظرًا لتركيب سخان دائري على الجزء الخارجي من البرميل، يذوب البلاستيك أثناء تحركه للأمام تحت دوران المسمار، ويتم حقنه أخيرًا في القالب من خلال الفوهة.

(L₁-قسم التغذية؛ ل₂-قسم الضغط؛ ل₃-قسم القياس؛ ح₁/h₂-نسبة الضغط؛ د-قطر المسمار)

يخضع البلاستيك للتغييرات التالية أثناء عملية ملء القالب:

قبل أن يدور المسمار (L₂)، تكون درجة الحرارة والضغط للقضيب اللولبي منخفضًا نسبيًا بسبب انخفاض حجم الذوبان الناتج عن دخول المادة إلى تجويف القالب (L₁). بعد أن يدور المسمار (L₃)، وصلت درجة حرارة البلاستيك إلى درجة الانصهار وأصبح منصهرًا. لضمان جودة المنتج، يجب إذابة البلاستيك بالكامل قبل إعادة الصهر-. في هذا الوقت، إذا كان البلاستيك قد دخل بالفعل مرحلة الضغط عند درجة معينة من الانصهار، فسوف يتأثر تأثير تفريغ الغاز بشكل كبير.

حتى لو كانت الكمية (L₃) يظل كما هو، نظرًا لاختلاف أعماق أخدود المسمار h₀، سيتعرض البلاستيك لدرجات مختلفة من حركة القص أثناء عملية دوران المسمار، وبالتالي ستختلف درجة التلدين.

باختصار، في ظل نفس دورة التشكيل، ستتأثر درجة ونوعية ذوبان البلاستيك بمحتوى الغاز الموجود في المسمار وجودة الذوبان:

① الطول الفعال للمسمار يتناسب طرديًا (يزيد): L/D=22-25.

② نسبة ضغط المسمار: h₁/h₂=2.0-3.0 (بشكل عام 2.5).

③ جزء الضغط من المسمار متناسب نسبيًا: L₁/L₂=40%-60%.

نظرًا لأن القيمة كبيرة جدًا، فإن وقت بقاء المادة سيزيد أيضًا، وسيؤدي دوران المسمار باستمرار إلى إرسال البلاستيك المنصهر للأمام. في هذا الوقت، سيستمر البلاستيك في التدفق في تجويف القالب تحت الضغط، ثم في دورة صب واحدة (بدون تدخل خارجي قبل أن يبدأ المسمار في التحرك للأمام). بعد أن يدور المسمار، سوف يتحرك للأمام تحت تأثير القوة الميكانيكية، ويضغط البلاستيك تدريجيًا ويحقنه في تجويف القالب. في اللحظة السابقة، سوف يتعرض ذوبانه لضغط سريع (يسمى الضغط اللحظي)، والذي يمكن أن يسبب التبلور بسهولة ويؤدي إلى عيوب. يمكن أن يؤدي استخدام الحقن البطيء إلى تجنب التبلور (التبلور الكامل، مما يجعله غير متبلور تمامًا بسبب التبريد السريع).

تدفق:

عندما يتم حقن المادة المنصهرة في تجويف القالب تحت ضغط عالي وسرعة عالية، ستحدث ظاهرتان أثناء عملية الحقن. أحدهما هو أن البلاستيك الملامس لجدار القالب في الحالة المنصهرة سوف يتصلب ويشكل طبقة رقيقة بسبب التبريد السريع الناتج عن ملامسته لسطح تجويف القالب. تسمى هذه الطبقة الرقيقة بالطبقة المجمدة (أو تسمى الطبقة المجمدة اللحظية)، والتي ستؤدي إلى انخفاض درجة حرارة البلاستيك المنصهر نفسه (ويرجع ذلك بشكل رئيسي إلى تأثير فقدان الحرارة الكامنة للتبلور). على سبيل المثال، في البولي إيثيلين، يمكن أن تصل حرارة التبلور الكامنة التي يتم إطلاقها أثناء عملية تبريد المصهور من خلال جدار القالب إلى 50 درجة أو أعلى. لذلك، بعد أن يملأ المنصهر تجويف القالب بالكامل ويعود إلى الحالة العاجلة، ستنخفض درجة الحرارة. والثاني هو أن جزءًا أكبر من البلاستيك المنصهر سيستمر في الحفاظ على اتجاه التدفق ويخضع للتدفق العكسي.

كما يتبين من الشكل 1-5، عندما يتلامس المصهور مع جدار تجويف القالب، فإنه سينتج طبقة مجمدة، وسيتم توليد معدل تدفق أسرع في الجزء المركزي بعيدًا عن التجويف. سوف يتدفق البلاستيك بطريقة الطبقات في المنطقة الواقعة بين الطبقة المجمدة وجدار التجويف. بعد أن يمر البلاستيك في مثل هذه الحالة ويتم تبريده وتشكيله في منتج، ستظل الطبقات موجودة في المنتج المصبوب في اتجاه موازٍ واتجاه عمودي، مما يؤدي إلى اختلافات في قوة ومتانة المنتج، والتي ستكون موجودة أثناء مراحل التحرير والتشكيل للمنتج المصبوب.

1 - آلة التشكيل بالحقن؛ 2 - قالب حقن الراتنج (يتكون في الواقع من العداء الرئيسي والبوابة)؛

3 - قالب (داخل التجويف)؛ 4 - الجزء ذو معدل تدفق أسرع في المركز؛

5 - الجزء ذو معدل التدفق البطيء جدًا على طول جدار التجويف؛ 6 - جزيئات الراتنج الموجهة والممتدة؛

7 - جزيئات الراتنج المتشابكة معًا.

التشكيل والمعالجة:

عندما يتم حقن البلاستيك المصهور، فإنه يدخل القالب من خلال فوهة، ويأخذ شكله، ثم يبرد ويصلب ليصبح المنتج النهائي. ومع ذلك، فإن الوقت الفعلي الذي يستغرقه البلاستيك المنصهر لملء القالب هو عدة ثوانٍ، مما يجعل من الصعب جدًا مراقبة عملية التعبئة.

استخدم المهندس الأمريكي ستيفنسون محاكاة الكمبيوتر لتصوير عملية ملء باب السيارة المصنوع من مادة البولي بروبيلين باستخدام قالب عداء ساخن ببوابتين، وحساب وقت الحقن (أي وقت التعبئة)، وخط اللحام، وقوة التثبيت المطلوبة. ويوضح الشكل 1-6 النموذج الذي تم الحصول عليه من المحاكاة. لا تختلف حالة تدفق وتعبئة المادة المصهورة في الشكل 1-6 بشكل كبير عما تم تخيله، وقد تعكس بدقة عملية التعبئة الفعلية لباب السيارة.

توجد العديد من الطرق لمحاكاة تدفق عمليات القولبة بالحقن (مثل طريقة FAN ونظام محاكاة CAIM ونظام محاكاة Mouldflow). تُستخدم طرق المحاكاة هذه حاليًا للتنبؤ بعملية ملء البلاستيك المنصهر في القالب، بهدف تصميم قالب أكثر عقلانية واختيار موقع البوابة أو نوعها.

بعد تشكيل البلاستيك المنصهر، يدخل في عملية التصلب. الظاهرة الرئيسية التي تحدث أثناء التصلب هي الانكماش الذي يحدث في وقت واحد بسبب التبريد والتبلور. ويبين الشكل 1-7 انكماش ثلاثة أنواع من البولي إيثيلين ذات بلورات مختلفة مع انخفاض درجة الحرارة.

(أ-PE بكثافة نسبية 0.9645؛ ب-PE بكثافة نسبية 0.95؛ ج-PE بكثافة نسبية 0.918؛ د-منحنيات معدل التبريد: C₁, C₂, C₃-الثلاثة لديهم نفس معدل التبريد.)