★تنفيذ عملية صب الحقن متعددة-المراحل
نظرية القولبة بالحقن المتعددة-المراحل
أثناء الحقنمن البلاستيك المنصهر في تجويف القالب، يتعرض الذوبان لقوى ديناميكية حرارية وديناميكية سائلة معقدة. كما هو موضح في الشكل، يصف خصائص تدفق الذوبان عند أربع سرعات حقن مختلفة. يوضح الشكل (أ) أنماط التدفق السربنتيني أو ظاهرة "النفث" التي تحدث أثناء عملية صب الحقن عالية السرعة؛ يوضح الشكل (ب) حالة التدفق عند سرعة حقن متوسطة-عالية، حيث يتم تقليل ظاهرة "النفث" عند البوابة، وتقترب بشكل أساسي من حالة "التدفق المنتشر". يوضح الشكل (ج) حالة التدفق عند سرعة حقن متوسطة-منخفضة، حيث لا ينتج المصهور عمومًا ظاهرة "النفث"، ويمكن أن يملأ المصهور القالب بسرعة -منخفضة، و"تدفق انتشار" ثابت؛ يوضح الشكل (د) -سرعة صب الحقن المنخفضة، مما قد يؤدي إلى صعوبات أو حتى فشل في ملء القالب بسبب سرعة التعبئة البطيئة للغاية.
عادةً، يستمر التدفق الممتد للبوليمر المصهور في إطار نموذج التدفق الممتد أيضًا على ثلاث مراحل: المرحلة الأولية حيث تظهر واجهة الذوبان تدفقًا شعاعيًا أثناء مرورها عبر البوابة؛ المرحلة المتوسطة حيث تكون واجهة الذوبان على شكل قوس-تحت تأثير ضغط الحقن؛ والمرحلة الأخيرة من التدفق الموحد حيث يعمل الذوبان اللزج المرن كحافة أمامية.
تتمثل خصائص تدفق المصهور في المرحلة الأولية في أن المصهور المتدفق خارج البوابة يمتلك طاقة حركية معينة تحت تأثير ضغط الحقن وسرعة الحقن. يؤثر حجم هذه الطاقة الحركية (في هذه المرحلة، دخلت للتو تجويف القالب ولا تتأثر بأي مقاومة للتدفق) على خصائص التدفق الشعاعي وحجم انتشار جبهة الذوبان. عندما تكون هذه القوة قوية بشكل خاص، قد تحدث ظاهرة "النفث". عندما تكون الطاقة الحركية لهذه القوة مناسبة، يتدفق الذوبان بالتساوي في جميع الاتجاهات من المصدر، مما يؤدي إلى حالة انتشار أفضل.
مع تقدم المرحلة الأولية، سوف ينتشر المصهور بسرعة، وسوف تحدث ظاهرتان عندما يتلامس مع جدار تجويف القالب: أ) يتم تغيير اتجاه التدفق بسبب القوى التي يمارسها جدار تجويف القالب؛ ب) يتم إنشاء مقاومة التدفق نتيجة لتأثيرات التبريد والاحتكاك لجدار تجويف القالب، مما يؤدي إلى اختلافات في سرعة تدفق الذوبان عند نقاط مختلفة. تتجلى خاصية التدفق هذه كسرعات تدفق غير متساوية عند نقاط مختلفة من الذوبان، مع أعلى سرعة تدفق في قلب الذوبان، وتدفق مادة الحافة الأمامية يظهر شكل قوس؛ في الوقت نفسه، يخلق التدفق عند كل نقطة مقاومة وقيدًا غير متساويين، وتميل مقاومة التدفق إلى الزيادة مع زيادة مسافة التدفق.
في المرحلة الثالثة، تتدفق المادة المنصهرة بسرعة إلى تجويف القالب، حيث يعمل المصهور اللزج المرن كواجهة التدفق. في المرحلتين الثانية والثالثة من صب الحقن، تعد الطاقة الحركية الناتجة عن ضغط الحقن وسرعة الحقن العامل الرئيسي الذي يؤثر على خصائص تعبئة القالب. يوضح الشكل عملية التدفق التوسعي وتوزيع السرعة. الأجزاء المقولبة بالحقن تأتي في مجموعة متنوعة من الأشكال، ويظهر نموذج واحد فقط في الشكل. ترتبط خصائص التدفق وفقدان الطاقة أثناء عملية ملء القالب وشكل المنتج ارتباطًا وثيقًا، كما أن المواد البلاستيكية المختلفة لها خصائص تدفق مختلفة.
1. قالب ذو درجة حرارة منخفضة -؛ 2. طبقة بلاستيكية صلبة باردة -؛ 3. اتجاه تدفق الذوبان. 4. توزيع السرعة عند قالب درجة الحرارة المنخفضة-.
حالة التدفق المثالية للمادة المنصهرة في تجويف القالب
كما هو مذكور أعلاه، فإن خصائص التدفق المتوسع الموحد والمراحل الأولية لتدفق ذوبان البلاستيك من البوابة يجب ألا تظهر ظواهر مشابهة لخصائص "النفث" أو النفث. وهذا يتطلب ألا يمتلك المصهور طاقة حركية عالية بشكل مفرط في المراحل الأولية من التدفق إلى البوابة (يمكن أن تؤدي الطاقة الحركية المفرطة إلى أنماط النفث والسربنتين)؛ في منتصف-مرحلة ملء القالب، يجب أن يتمتع التدفق المتوسع بطاقة حركية كافية للتغلب على مقاومة التدفق وتحقيق حالة تمدد موحدة؛ في المرحلة النهائية من ملء القالب، يلزم ذوبان اللزوجة المرنة لملء القالب بسرعة، والتغلب على مقاومة التدفق المتزايدة مع زيادة مسافة التدفق، وتحقيق معدل تدفق موحد وثابت محدد مسبقًا. استنادًا إلى المبادئ الريولوجية، يمكن أن تؤدي حالة التدفق المثالية هذه إلى منتجات مصبوبة بالحقن- ذات خصائص فيزيائية وميكانيكية فائقة، والتخلص من الضغط الداخلي والاتجاه في المنتج، وإزالة علامات الحوض وخطوط التدفق السطحية، وزيادة تجانس لمعان سطح المنتج.
تنفيذ عملية حقن متعددة-المراحل
تتضمن عملية الحقن المتعددة-المراحل بشكل أساسي التحكم في سرعات الحقن المختلفة في اللحظة التي يملأ فيها مصهور البلاستيك تجويف القالب، مما يسمح لمادة البلاستيك المنصهر بالوصول إلى حالة قريبة من -الحالة المثالية أثناء عملية التعبئة. لا تؤدي عملية التعبئة المثالية هذه إلى حدوث عيوب في الجودة للمنتج البلاستيكي، كما أنها لا تولد ضغوطًا أو قوى توجيه. بشكل عام، تكتمل عملية القولبة بالحقن في غضون ثوانٍ قليلة إلى عشرات الثواني، وتتطلب عملية القولبة بالحقن المتعددة-المراحل تحويل عملية التعبئة إلى تسلسل مستمر من حالات التعبئة المختلفة التي يتم التحكم فيها من خلال سرعات حقن مختلفة خلال هذا الإطار الزمني القصير.
وفقًا لمتطلبات المراحل الخمس -لعملية الحقن الفعلية متعددة المراحل-، يتم تنفيذ أحجام حقن مختلفة، ويجب توفير الطاقة الحركية للمصهور بواسطة آلة التشكيل بالحقن. يمكن لآلات قولبة الحقن الحالية أن تحقق التحكم في الحقن بشكل مجزأ، أو حتى متعدد-، كما هو موضح في الشكل.
كما هو موضح في الشكل أعلاه، يمكن تحقيق التحكم في حقن خمسة مقاطع، بحيث يكون لكل مقطع حجم حقن مختلف. حجم الحقن الذي تسيطر عليه السكتة الدماغية هو:
- حيث ΩLnهو حجم الحقن.
- Lnهي ضربة الحقن.
- D هو قطر المسمار آلة حقن صب؛
- p هي كثافة البلاستيك.
ولذلك يمكن استخدام سرعات حقن وضغوط مختلفة في كل قطعة لتحقيق الطاقة الحركية المطلوبة للمادة المنصهرة خلال هذه المرحلة. يتوافق كل جزء مع منطقة معينة (n-zone) في تجويف القالب. على الرغم من أن الطاقة الحركية للتدفق تتغير بسبب تأثير نظام البوابات، إلا أن التباين في معدل التدفق الحجمي يجب أن يكون في حده الأدنى.
في الإنتاج الفعلي، يتم التحكم في سرعة الحقن لآلات القولبة بالحقن التي تحقق الحقن المتعدد-المراحل في مراحل متعددة. عادةً، يمكن تقسيم عملية الحقن إلى ثلاث أو أربع مناطق، كما هو موضح في الرسم التخطيطي، ويمكن ضبط كل منطقة بسرعة حقن مناسبة خاصة بها لتحقيق قولبة حقن متعددة -مراحل. في الوقت الحالي، تحتوي بعض ماكينات القولبة بالحقن أيضًا على وظائف ضغط تثبيت متعددة-مرحلة ما قبل التلدين ومتعددة-مراحل.
منحنى عملية التشكيل بالحقن متعدد-المراحل
على الرغم من أن قولبة الحقن متعددة -تصف حالة المادة المنصهرة أثناء ملء القالب، إلا أنه يتم التحكم فيها بواسطة آلة قولبة الحقن. من منظور مبدأ التحكم في آلة التشكيل بالحقن، يمكن الاستفادة من العلاقة بين سرعة الحقن (ضغط الحقن) وشوط التغذية اللولبي. يوضح الشكل منحنى نموذجيًا لعملية التشكيل بالحقن متعددة-المراحل، حيث يتم تطبيق ضغوط وسرعات حقن مختلفة على كميات مختلفة من المواد أثناء عملية الحقن.
1–5 - 5 سرعات حقن مختلفة
مزايا-القولبة بالحقن المتعددة المراحل
في عملية قولبة الحقن، يتمتع كل من الحقن عالي السرعة-والحقن منخفض السرعة-بمزايا وعيوب. أظهرت التجربة أن الحقن عالي السرعة-يتمتع عمومًا بالمزايا التالية: وقت حقن أقصر؛ زيادة مسافة التدفق تحسين الانتهاء من سطح المنتج. زيادة قوة خطوط اللحام. ومنع تشوه التبريد. ومن ناحية أخرى، يتمتع الحقن ذو السرعة المنخفضة-بالمميزات التالية بشكل عام: الوقاية الفعالة من الوميض؛ منع علامات التدفق. منع مشاكل تنفيس العفن. منع انحباس الهواء. والوقاية من تشوه التوجه الجزيئي.
يجمع -القولبة بالحقن متعدد المراحل بين مزايا-السرعة العالية والحقن المنخفض-للوفاء بمتطلبات الأشكال الهندسية المتزايدة التعقيد للمنتجات البلاستيكية والتغييرات الجذرية في المقاطع العرضية-من قوالب القالب والتجاويف. يمكنها أيضًا إزالة العيوب مثل علامات الحقن والانكماش والفقاعات وخطوط اللحام وعلامات الحرق أثناء عملية التشكيل.
تتخطى عملية القولبة بالحقن المتعددة-المراحل أسلوب الحقن والضغط التقليدي، وتجمع بشكل عضوي بين مزايا معالجة الحقن العالية-والسرعة المنخفضة-. ومن خلال تنفيذ التحكم متعدد المراحل- أثناء عملية الحقن، يمكن التغلب على العديد من العيوب في الأجزاء المقولبة بالحقن. على سبيل المثال، يوضح الشكل طريقة تستخدم الحقن بسرعة منخفضة- في بداية عملية الحقن، والحقن بسرعة عالية- أثناء ملء تجويف القالب، ثم الحقن بسرعة منخفضة- مرة أخرى بالقرب من نهاية التعبئة. من خلال التحكم في سرعة الحقن وتعديلها، يمكن منع وتحسين العديد من الظواهر غير المرغوب فيها مثل النتوءات أو علامات النفث أو الخطوط الفضية أو علامات الحروق.
a-d: أربع سرعات حقن مختلفة
تُظهر التجربة العملية أن التحكم في ضغط الزيت، وسرعة الحقن، وموضع اللولب، وسرعة اللولب لآلة قولبة الحقن من خلال التحكم في البرنامج متعدد المستويات- يمكن أن يؤدي إلى تحسين العيوب في مظهر المنتجات المصبوبة بالحقن-، مثل الانكماش والالتواء والوميض إلى حد كبير.