يعد انكماش قولبة الحقن هو المتغير الوحيد الأكثر أهمية في تحقيق دقة الأبعاد في الأجزاء البلاستيكية المقولبة. تنكمش كل مادة لدنة بالحرارة أثناء انتقالها من الحالة المنصهرة في التجويف إلى جزء صلب في درجة حرارة الغرفة. والسؤال ليس ما إذا كان الانكماش سيحدث، ولكن في أي اتجاه، وفي أي اتجاه، وكيف يمكن تعويضه في تصميم القالب. يعد فهم الانكماش والتحكم فيه أمرًا أساسيًا لنجاح الأدوات لأول مرة، وإنتاج الأجزاء ذات التسامح المحكم، والتخلص من تصحيحات القالب المكلفة بعد قطع الفولاذ.
يغطي هذا الدليل فيزياء الانكماش، وطرق الحساب، والمعدلات الخاصة بالمواد للراتنجات الشائعة، والتمييز الحاسم بين الانكماش الخطي والحجمي، ودور التبريد، واستراتيجيات تعويض تصميم القالب، والتأثير النهائي على دقة الأبعاد.
انكماش صب الحقن هو الانخفاض في الأبعاد الذي يخضع له الجزء البلاستيكي المقولب بين لحظة خروجه من القالب وحالته النهائية المستقرة في درجة حرارة الغرفة. يتم التعبير عنها كنسبة - عادةً بالمليمتر لكل ملليمتر (مم/مم)، أو ما يعادلها كنسبة مئوية - للفرق بين بُعد تجويف القالب وبُعد الجزء المقابل مقسومًا على بُعد تجويف القالب.
انكماش arises from three overlapping physical mechanisms:
التمييز بين انكماش العفن (التي تحدث داخل القالب المغلق، من ضغط التجويف إلى القذف) و انكماش ما بعد العفن (يحدث بعد القذف، مع مرور الوقت) أمر مهم من الناحية العملية: يمكن أن يستمر الانكماش بعد العفن 24-96 ساعة بعد الطرد بالنسبة للمواد شبه البلورية، ويجب أخذها في الاعتبار في توقيت فحص الأبعاد وتعريفات التسامح.
المعيار حساب الانكماش الصيغة المستخدمة في تصميم القالب هي:
س = (ل العفن - ل جزء ) / ل العفن
أين S هو عامل الانكماش (معبر عنه بـ مم/مم أو كعلامة عشرية)، L العفن هو البعد التجويف، و L جزء هو بُعد الجزء المُقاس في الظروف القياسية (عادةً 23 درجة مئوية، بعد 24 ساعة من الطرد وفقًا لمعيار ISO 294-4).
لحساب البعد المطلوب لتجويف القالب من بعد الجزء المستهدف:
L العفن = ل جزء / (1 - س)
مثال عملي: يتطلب جزء PP طولًا نهائيًا يبلغ 100.00 مم. تسرد ورقة بيانات المادة معدل انكماش قدره 1.5% (S = 0.015). يجب قطع أبعاد التجويف إلى:
L العفن = 100.00 / (1 − 0.015) = 100.00 / 0.985 = 101.52 ملم
في الممارسة العملية، الانكماش متباين الخواص - فهو يختلف في اتجاه التدفق مقابل الاتجاه العرضي ، وخاصة في الدرجات المقواة بالألياف الزجاجية وفي الأجزاء ذات التباين الكبير في سمك الجدار. وبالتالي، فإن تصميم القالب الصارم يطبق قيم انكماش متباينة اتجاهيًا، وعادة ما تكون مستمدة من برامج محاكاة تدفق القالب (Moldتدفق، أو Mouldex3D، أو ما يعادلها) بدلاً من متوسطات ورقة البيانات وحدها.
تتضمن المتغيرات الرئيسية التي تحول قيمة الانكماش الفعالة من رقم ورقة البيانات الاسمية ما يلي:
انكماش can be expressed in two fundamentally different ways, and the distinction matters for both measurement practice and mold compensation strategy.
انكماش خطي (يُسمى أيضًا انكماش القالب وفقًا لمعيار ASTM D955 أو ISO 294-4) يقيس تغير الأبعاد على طول محور واحد - عادةً اتجاه التدفق أو الاتجاه العرضي لشريط اختبار موحد. هذا هو الرقم المنشور على أوراق بيانات المواد ويستخدم مباشرة في حسابات أبعاد التجويف. تتراوح قيم الانكماش الخطي لللدائن الحرارية الشائعة من 0.1% (بمما، بيسي) لأكثر من 3.0% (البولي إثيلين عالي الكثافة غير مملوء، POM) .
الانكماش الحجمي يصف التخفيض الإجمالي في حجم الجزء من الحالة المنصهرة إلى الحالة الصلبة، مع دمج الانكماش في جميع الأبعاد الثلاثة في وقت واحد. إنها تقريبًا - ولكن ليس بالضبط - ثلاثة أضعاف قيمة الانكماش الخطي للمواد المتناحية. بالنسبة للمواد متباينة الخواص (الأجزاء المملوءة بالزجاج أو الموجهة أو ذات البوابات الثقيلة)، تكون العلاقة أكثر تعقيدًا لأن الانكماش في اتجاه التدفق يمكن أن يختلف عن الانكماش العرضي بعامل 2-4× .
الانكماش الحجمي هو الكمية التي تنبأ بها برنامج محاكاة القولبة بالحقن ويستخدم لتقييم مخاطر علامات بالوعة والفراغات - وكلاهما يحدث عندما يتصلب السطح قبل أن يتم تعبئة ما يكفي من المواد في القلب للتعويض عن الانخفاض الحجمي أثناء التبريد. فرق الانكماش الحجمي أكبر من 6-8% بين الجلد السطحي واللب في قسم سميك هو مؤشر موثوق للحوض المرئي أو الفراغات الداخلية.
ABS (أكريلونيتريل بوتادين ستايرين) عبارة عن لدن حراري غير متبلور، مما يعني أنه يفتقر إلى آلية التبلور التي تؤدي إلى الانكماش العالي في الراتنجات شبه البلورية. ال معدل انكماش ABS منخفضة في المقابل ويمكن التنبؤ بها، عادةً في نطاق 0.4-0.8% (0.004-0.008 مم/مم) للدرجات الشاغرة.
الخصائص الرئيسية لسلوك انكماش ABS:
إن الانكماش المنخفض والمتسق لـ ABS يجعلها المادة المفضلة للأجزاء الجمالية شديدة التحمل - أغلفة الإلكترونيات الاستهلاكية، والديكور الداخلي للسيارات، ومرفقات الأجهزة الطبية - حيث يكون تكرار الأبعاد عبر الإنتاج بكميات كبيرة أمرًا ضروريًا.
مادة البولي بروبيلين (PP) عبارة عن بوليمر شبه بلوري، ويعكس سلوكه الانكماشي التأثير القوي للتبلور على تغير الأبعاد. ال معدل انكماش PP لدرجات البوليمر المتجانس الشاغرة تتراوح من 1.5-2.5% - ما يقرب من ثلاث إلى خمس مرات أعلى من ABS - مما يجعلها واحدة من الراتنجات السلعية الأعلى انكماشًا في الاستخدام الشائع.
العوامل الحاسمة في إدارة انكماش PP:
يقدم النايلون (البولي أميد) شكل انكماش معقد فريد من نوعه لأن سلوكه البعدي يتأثر ليس فقط بالتبلور أثناء القولبة، ولكن أيضًا امتصاص الرطوبة بعد القذف - وهي ظاهرة تعوض الانكماش جزئيًا ويجب أن تؤخذ في الاعتبار ضمن مواصفات التسامح لمكونات النايلون العاملة في البيئات الرطبة أو المغمورة.
ال معدل انكماش النايلون قيم الدرجات الأكثر شيوعًا هي:
ال moisture absorption effect is significant: dry-as-molded (DAM) PA6 absorbs up to 2.5-3.5% رطوبة بالوزن في حالة التوازن في الظروف الرطبة، مما يسبب توسع الأبعاد 0.5-0.9% الذي يستعيد جزئيًا انكماش العفن. يجب على المهندسين الذين يصممون الأجزاء المصنوعة من النايلون لتحقيق الملاءمة الدقيقة تحديد ما إذا كان التسامح ينطبق على حالة DAM، أو عند توازن الرطوبة النسبية بنسبة 50% (الجو القياسي ISO)، أو عند التشبع الكامل - ويجب عليهم قطع فولاذ القالب وفقًا لذلك.
التبريد هو مرحلة دورة القولبة بالحقن التي لها التأثير الأكبر على حجم الانكماش والتوزيع - وبالتالي على جودة الأبعاد وسلوك الالتواء للجزء النهائي. ال effect of cooling on shrinkage تعمل من خلال عدة آليات يجب على مهندس العملية إدارتها في وقت واحد.
في البوليمرات شبه البلورية، يتحكم معدل التبريد بشكل مباشر في درجة التبلور المحققة: تبريد أبطأ ← تبلور أكثر اكتمالاً ← انكماش أعلى . إن جزء PP المبرد في قالب محفوظ عند درجة حرارة 80 درجة مئوية سوف ينكمش بشكل قابل للقياس أكثر من نفس الجزء المبرد عند درجة حرارة 20 درجة مئوية، وكل الأمور الأخرى متساوية. يتم استغلال هذه العلاقة في تصميم دوائر تبريد القالب - للتطبيقات التي تتطلب الحد الأدنى من الانكماش، يتم الحفاظ على درجة حرارة القالب منخفضة عمدًا؛ بالنسبة للتطبيقات التي يكون فيها استقرار ما بعد القالب والبلورة الموحدة عبر الجدران السميكة من الأولويات (على سبيل المثال، التروس الدقيقة)، يفضل درجة حرارة أعلى يمكن التحكم فيها حتى على حساب الانكماش الاسمي الأعلى.
يؤدي التبريد غير الموحد عبر الجزء — الناتج عن تخطيط دائرة التبريد غير المتساوي، أو الاختلاف الكبير في سمك الجدار، أو كتلة الفولاذ غير المتماثلة — إلى إنتاج انكماش التفاضلية : تتقلص مناطق مختلفة من الجزء بكميات مختلفة، مما يولد إجهادًا داخليًا وتشوهًا عندما يسعى الجزء إلى شكل متوازن. الانكماش التفاضلي لا يقل عن 0.1-0.2% بين الجوانب الأساسية والتجويفية للجزء المسطح كافية لإنتاج انحناء مرئي في لوحة مقاس 200 مم.
تعد قنوات التبريد المطابقة - التي يتم إنتاجها عن طريق إدخالات القالب المُصنعة المضافة والتي تتبع محيط الجزء على مسافة موحدة - الحل الهندسي الأكثر فعالية لتوحيد التبريد، مما يقلل من وقت الدورة بمقدار 20-40% والتحريف بهوامش مماثلة مقابل القنوات المحفورة التقليدية.
وقت التبريد غير الكافي - إخراج الجزء قبل انخفاض درجة الحرارة الأساسية إلى ما دون درجة حرارة انحراف الحرارة (HDT) للمادة - يسمح بتشوه ما بعد الطرد حيث يستمر القلب الذي لا يزال طريًا في الانكماش مقابل الجلد المتصلب بالفعل. والنتيجة هي warpage أو بالوعة أو كليهما. القاعدة العامة هي أنه يجب تبريد الجزء حتى وصلت النقطة الأكثر سخونة في الجدار إلى 20 درجة مئوية على الأقل تحت HDT قبل تطبيق قوى القذف.
يتطلب تقليل الانكماش - أو بشكل أكثر دقة، تقليل تقلبات الانكماش - اتباع نهج منسق عبر اختيار المواد، وتصميم القالب، وإعدادات العملية. يتم سرد الاستراتيجيات التالية حسب الرافعة المالية:
فعالة العفن design for shrinkage compensation يبدأ بالاعتراف بأن التجويف يجب أن يكون أكبر حجمًا عمدًا بالنسبة لأبعاد الجزء المستهدف بمقدار الانكماش المتوقع - وأن هذا الحجم الكبير يجب أن يتم تطبيقه بشكل اتجاهي، وليس بشكل موحد، لمراعاة التباين.
يتم تحجيم جميع أبعاد التجويف في اتجاه التدفق، والاتجاه العرضي، واتجاه السماكة إلى الأعلى بواسطة عامل الانكماش الاتجاهي المناسب قبل إطلاق تصميم القالب للتشغيل الآلي. بالنسبة للجزء الذي يتميز بقطر 50 مم في اتجاه تدفق البوليمر المتجانس PP (S flow = 2.0%)، يتم قطع بُعد التجويف عند 50 / (1 − 0.020) = 51.02 ملم . البعد العرضي لنفس الميزة حيث S عرضية = 1.5%، مقطوعة عند 50 / (1 − 0.015) = 50.76 ملم .
يتحكم تصميم البوابة بشكل مباشر في كفاءة التعبئة وبالتالي الانكماش. المبادئ الأساسية:
نظرًا لحساسية الانكماش الفعال لظروف المعالجة وعدم اليقين في التنبؤ بالقيم الدقيقة لهندسة معينة، يطبق صانعو الأدوات ذوو الخبرة استراتيجية آمنة للصلب : يتم قطع التجاويف عمدًا عند الطرف الأدنى من نطاق الانكماش المتوقع (مما يؤدي إلى إنتاج جزء كبير الحجم يحتاج إلى التسامح عن طريق إزالة الفولاذ - أي فتح التجويف). وهذا أقل تكلفة بكثير من السيناريو العكسي حيث يتم قطع التجويف بشكل كبير جدًا ويجب إضافة الفولاذ عن طريق اللحام.
تلعب محاكاة تدفق القالب دورًا حاسمًا في التنبؤ بالانكماش قبل قطع الفولاذ. يمكن لأدوات المحاكاة الحديثة التنبؤ بالانكماش الداخلي 0.1-0.2% من القيم الفعلية للمواد ذات الخصائص الجيدة، مما يقلل الاعتماد على البدلات المحافظة الآمنة للفولاذ ويتيح أهدافًا أكثر دقة للقطع الأول.
انكماش affects dimensional accuracy through three distinct failure modes, each requiring a different corrective approach:
إذا كان الانكماش المطبق أثناء تصميم التجويف يختلف عن الانكماش الفعلي الذي تم تحقيقه في الإنتاج، فسيتم نقل جميع أبعاد الأجزاء بشكل منهجي في اتجاه واحد. هذا هو وضع الفشل الأكثر وضوحًا: تكون الأجزاء أكبر أو أقل حجمًا بشكل مستمر عبر عملية الإنتاج بأكملها. يتم تصحيحه عن طريق ضبط أبعاد التجويف (إزالة الفولاذ أو إضافته) بعد أن تحدد تجارب الإنتاج الانكماش الفعال الفعلي في نافذة العملية المعتمدة.
يؤدي الانكماش التفاضلي - الناشئ عن اختلاف سمك الجدار، أو التبريد غير المتماثل، أو المواد المملوءة بالزجاج ذات التوجه العالي - إلى إنتاج انفتال: يتشوه الجزء خارج المستوى مع تقلص المناطق المختلفة بكميات مختلفة. لا يمكن تصحيح الاعوجاج عن طريق تحجيم التجويف؛ فهو يتطلب تغييرًا في تصميم دائرة التبريد، أو موقع البوابة، أو هندسة الأجزاء (إضافة أضلاع لمقاومة الانحناء)، أو اختيار المواد. في الحالات الشديدة، يتم تشويه التجويف مسبقًا عمدًا في الاتجاه المعاكس للتشوه المتوقع - وهي تقنية تسمى أحيانًا "تعويض ما قبل التشوه" - بحيث يعود الجزء الملتوي إلى الشكل الهندسي المسطح المستهدف.
حتى مع وجود تجويف تم تعويضه بشكل صحيح، فإن تباين الأبعاد الناتج عن الانكماش بين اللقطات يقلل من قدرة العملية (Cpk). تتضمن مصادر التباين من طلقة إلى طلقة التقلبات في الضغط، ودرجة حرارة الذوبان، ودرجة حرارة ماء التبريد، والضغط الخلفي. يتطلب الإنتاج عالي الدقة - خاصة بالنسبة للأجهزة الطبية، والمكونات البصرية، والتجمعات الميكانيكية ذات التسامح الوثيق - تحكمًا صارمًا في العملية عبر جميع هذه المتغيرات، مع الاحتفاظ بتكرار الضغط ±0.5% أو من الأفضل أن تكون مواصفات مشتركة لاختيار الضغط الدقيق.
| مادة | اكتب | انكماش Rate (unfilled) | انكماش Rate (GF30) | خطر تباين الخواص |
|---|---|---|---|---|
| ABS | غير متبلور | 0.4-0.8% | 0.1-0.3% | منخفض |
| PC | غير متبلور | 0.5-0.7% | 0.1-0.3% | منخفض |
| PP (المبلمر المتجانس) | شبه بلورية | 1.5-2.5% | 0.4-0.8% | معتدل - مرتفع |
| PA6 (نايلون 6) | شبه بلورية | 0.8-1.5% | 0.3-0.5% | عالية (درجات GF) |
| PA6.6 (نايلون 6.6) | شبه بلورية | 1.0–2.0% | 0.3-0.6% | عالية (درجات GF) |
| بوم (أسيتال) | شبه بلورية | 2.0-3.5% | 0.5-1.0% | عالية (درجات GF) |
| HDPE | شبه بلورية | 2.0-4.0% | غير متوفر (نادرًا ما يكون GF) | معتدل |
انكماش rates range from approximately 0.1% for rigid amorphous materials such as PMMA, up to 4.0% or more for unfilled semi-crystalline polymers such as HDPE and POM. Most common engineering resins fall in the range of 0.4–2.5%. Material datasheets always publish a nominal shrinkage range; the actual value achieved in production depends on wall thickness, mold temperature, holding pressure, and gate design.
تخضع البوليمرات شبه البلورية لتخفيض حجمي إضافي أثناء عملية التصلب، حيث تنتظم السلاسل الجزيئية في مناطق بلورية مرتبة - وهي مرحلة انتقالية تتضمن زيادة كبيرة في الكثافة. تفتقر البوليمرات غير المتبلورة إلى آلية التبلور هذه وتتقلص فقط بسبب الانكماش الحراري، مما ينتج عنه قيم انكماش أقل بكثير وأكثر قابلية للتنبؤ بها.
أثناء مرحلة التثبيت، يتم دفع الذوبان الإضافي إلى التجويف تحت الضغط للتعويض عن الانخفاض الحجمي عندما يتصلب الجزء. يعمل ضغط الإمساك العالي على تعبئة المزيد من المواد في نفس حجم التجويف، مما يقلل بشكل مباشر فجوة الأبعاد بين حجم التجويف وحجم الجزء النهائي. يعد ضغط الضغط هو معلمة العملية الفردية الأكثر فعالية للتحكم في حجم الانكماش.
انكماش is the uniform reduction in size of a part as it cools. Warpage is distortion — out-of-plane bending or twisting — caused by differential shrinkage at different locations within the same part. Shrinkage is corrected by scaling the mold cavity; warpage requires changes to cooling circuit design, gate location, wall thickness uniformity, or material selection, and cannot be corrected by cavity scaling alone.
تتمثل الممارسة القياسية الصناعية وفقًا لمعيار ISO 294-4 في قياس الانكماش بعد 16-24 ساعة من القذف عند درجة حرارة 23 درجة مئوية ورطوبة نسبية 50%. بالنسبة للمواد شبه البلورية ذات التبلور الكبير بعد القالب (PP، PA، POM)، فإن 48-72 ساعة تمثل أكثر البعد المستقر النهائي. يجب قياس أجزاء النايلون التي تمتص الرطوبة أثناء الخدمة في حالة الجفاف المصبوب (DAM) وبعد تكييف الرطوبة لفهم نطاق الأبعاد الكامل عبر بيئة الخدمة.
حقوق الطبع والنشر © شركة Suzhou Huanxin Precision Laboring ، Ltd. جميع الحقوق محفوظة.
