عملية التشكيل بالحقن: دليل شامل

1. ما هو القالب المدرج؟

الحشوة هي عنصر مُدمج في البلاستيك، مثل المعدن أو الزجاج أو الخشب أو الألياف أو الورق أو المطاط أو مُكوّن بلاستيكي مُشكّل مُسبقًا. يُعد المعدن أكثر مواد الحشوات شيوعًا. التشكيل بالحشوات هو عملية يتم فيها تثبيت الحشوة أولًا في الموضع المناسب داخل قالب الحقن. ثم يُحقن البلاستيك في القالب. بعد فتح القالب، يُغلّف البلاستيك المُبرّد والمتصلّب الحشوة، مُنتجًا جزءًا يحتوي على خصائص مثل الخيوط أو الأقطاب الكهربائية.
في عملية التشكيل بالحقن، يمكن وضع الحشوات في القالب بطريقتين:

1) وضع يدوي

مما يزيد بشكل كبير من وقت دورة قولبة الحقن وهو مناسب لعمليات الإنتاج الصغيرة أو المنتجات ذات الهياكل المعقدة؛

2) التوظيف الآلي

وهو الأفضل للإنتاج الضخم، مما يساعد على تقليل الخطأ البشري، وتحسين الكفاءة، وتقصير وقت الدورة، وزيادة موثوقية المنتج.
2. مزايا وعيوب التشكيل بالحقن 2.1 مزايا التشكيل بالحقن
1) إن الجمع بين قابلية تشكيل ومرونة البلاستيك مع صلابة وقوة ومقاومة الحرارة للمعدن يجعل من الممكن تصنيع منتجات معدنية بلاستيكية متكاملة ومعقدة وقوية مع تقليل حجم المنتج ووزنه.

٢) يُمكّن الجمع بين العزل الكهربائي للبلاستيك والتوصيل الكهربائي للمعادن الأجزاء المصبوبة من تلبية المتطلبات الوظيفية الأساسية للمنتجات الكهربائية. كما يمكنها تلبية متطلبات خاصة مثل التوصيل المغناطيسي، ومقاومة التآكل، والتثبيت.

3) يمكن أن تؤدي إضافة حشوات معدنية إلى البلاستيك إلى زيادة قوة الجزء البلاستيكي.

4) يوفر التشكيل بالحقن مرونة أكبر في التصميم ويخلق إمكانيات جديدة لدمج البلاستيك والمعادن والمكونات الأخرى.

5) يمكن أن يؤدي ذلك إلى إلغاء العمليات الثانوية مثل التثبيت الحراري واللحام والتثبيت بالمسامير، مما يقلل من وقت وتكلفة التجميع.

6) لا تقتصر الحشوات على المعدن فقط؛ بل قد تشمل أيضًا القماش والورق والأسلاك والبلاستيك والزجاج والخشب والملفات والمكونات الكهربائية وأجزاء البلاستيك المصبوبة.

7) بالنسبة للأجزاء المصبوبة الصلبة والأجزاء المنحنية المرنة على صفائح مانعة للتسرب مطاطية، فإن صب الأجزاء معًا في منتج متكامل يمكن أن يلغي المهمة المعقدة المتمثلة في ترتيب حلقات منع التسرب ويجعل التجميع الآلي اللاحق أسهل.

8) نظرًا لأن البلاستيك المنصهر يرتبط بالحشوات المعدنية، يمكن تصميم الخلوص حول الحشوات المعدنية بشكل أصغر من طرق التثبيت بالضغط، مما يحسن موثوقية المنتج ويجعل المنتج أكثر عرضة لاجتياز اختبارات الاهتزاز.

9) باستخدام المواد البلاستيكية المناسبة وظروف التشكيل، يمكن حتى تغليف الأجزاء المعرضة للتشوه أو التلف، مثل الزجاج والملفات والمكونات الكهربائية، وتأمينها بالبلاستيك.

10) باستخدام تصميم قالب مناسب، يمكن تغليف الحشوة بالكامل بالبلاستيك.

11) من خلال الجمع بين آلات التشكيل بالحقن العمودية والروبوتات وأجهزة ترتيب الإدخال، يمكن أتمتة معظم عمليات التشكيل بالإدخال.

2.2 عيوب قولبة الإدخال

1) غالبًا ما يؤدي وضع الحشوات إلى جعل هيكل القالب أكثر تعقيدًا، وإطالة دورة التشكيل، وزيادة تكاليف التصنيع، وجعل الأتمتة أكثر صعوبة.

٢) نظرًا لاختلاف معاملات التمدد الحراري بين الحشوة والبلاستيك، قد يتولد إجهاد متبقٍ في المنتج النهائي مما يؤدي إلى تشققه. وتبرز هذه المشكلة بشكل خاص عند تشكيل حشوات الصواميل.

3) يمكن أن يؤدي اختلاف التمدد الحراري بين الحشوة والبلاستيك أيضًا إلى انحناء المنتج أو تشوهه.

 

4) غالباً ما تحتاج الحشوات، وخاصة حشوات الصواميل، إلى التسخين المسبق أو التجفيف لتقليل الإجهاد المتبقي.

5) يجب تثبيت الحشوات بإحكام في القالب؛ وإلا فإن تأثير المادة المنصهرة قد يتسبب في تحركها أو تشوهها.

6) إذا حدثت عيوب أثناء عملية التشكيل بالإدخال - على سبيل المثال، التشكيل غير المكتمل، أو الإدخالات المفقودة، أو وضع الإدخالات بشكل غير صحيح - فقد يلزم التخلص من المنتج بأكمله، مما يؤدي إلى خسائر كبيرة.

7) إن عملية التشكيل بالحقن تجعل إعادة تدوير المنتج والتخلص منه أكثر صعوبة.
3. تطبيقات قولبة الإدخال
تُستخدم تقنية التشكيل بالحقن على نطاق واسع في صناعات مثل السيارات والطب والإلكترونيات والموصلات.
4. إرشادات تصميم قولبة الإدخال
عند تصميم القوالب الداخلية، يجب مراعاة خصائص العملية بشكل كامل، ويجب أن يتبع التصميم مبادئ التصميم من أجل التصنيع (DFM).

تتضمن المبادئ التوجيهية ما يلي:

1) اختيار مادة الحشو. يمكن استخدام النحاس والألومنيوم والفولاذ والأجزاء البلاستيكية الصلبة غير المتشابهة والسيراميك والزجاج والبلاستيك كمواد حشو. يُستخدم النحاس الأصفر بشكل شائع لأنه مقاوم للتآكل وسهل التشكيل وسعره معقول.

٢) أدخل الشكل. استخدم الأشكال الدائرية أو المتناظرة محوريًا كلما أمكن ذلك. تجنب الزوايا الحادة والزوايا الضيقة لتعزيز الانكماش المنتظم ومنع الإجهاد الموضعي أو تركيز الإجهاد.

3) تطبيق مبادئ التصميم للتصنيع على القطعة الداخلية نفسها. تُصنع القطع المعدنية الداخلية عن طريق التشغيل الآلي أو التشكيل بالضغط، لذا يجب أن يكون شكلها الهندسي مناسبًا لعملية التصنيع.

▲ تصميم DFM للحشوة نفسها

4) لتسهيل وضع وتحديد موضعها في القالب، يجب أن يكون الجزء البارز من القطعة الداخلية (الجزء الموجود في القالب) أسطوانيًا، لأن الثقوب المستديرة أسهل في تشكيلها في القالب.

 

▲ تصميم الجزء البارز من الحشوة

 

5) يجب أن تتضمن الحشوات أكتافًا مانعة للتسرب أو ميزات مماثلة لمنع البلاستيك من التبخر أثناء عملية التشكيل بالحقن.

 

▲ تصميم الكتف الداخلي

 

6) لمنع البلاستيك الموجود أسفل الحشوة من أن يصبح رقيقًا جدًا ويتطور عليه علامات انكماش متموجة تؤثر على المظهر والقوة، يجب أن تكون المسافة الدنيا T من أسفل الحشوة إلى الجدار البلاستيكي T > D/6.

 

▲ المسافة بين الجزء الداخلي والسطح السفلي

 

إذا كانت المسافة صغيرة جدًا، فيمكن استخدام التصميم الموضح أدناه.

 

▲ الحفاظ على سماكة جدار موحدة

 

7) يجب ألا تكون المسافة بين الحشوة والجدار الجانبي للمنتج صغيرة جدًا، حتى يحتفظ القالب بقوة كافية.

 

▲ الخلوص بين الحشوة والجدار الجانبي

 

٨) عند وضع قطعة داخلية في نتوء، يجب أن تمتد إلى أسفل النتوء (مع الحفاظ على الحد الأدنى لسمك القاعدة) لضمان ربط محكم وقوة كافية للجسم البلاستيكي. قم بتقريب رأس القطعة الداخلية.

 

▲ أدخل في رئيس

 

9) يمكن تثبيت الحشوات الأسطوانية الصغيرة في الجسم البلاستيكي باستخدام فتحة مركزية أو تخريش ماسي على السطح. يجب أن يكون عمق أخاديد التخريش من 1 إلى 2 مم.

 

▲ تثبيت الحشوات الأسطوانية الصغيرة

 

10) يمكن تثبيت الحشوات على شكل صفائح أو ألواح باستخدام ثقوب أو فتحات. أما بالنسبة للحشوات الرقيقة (أقل من 0.5 مم)، فيُنصح باستخدام الشقوق أو الثني.

 

▲ تثبيت الحشوات على شكل صفائح أو ألواح

 

11) يمكن تثبيت الحشوات ذات الشكل القضيب عن طريق التسطيح أو الشق أو الثني أو تقسيم الطرف، أو عن طريق تسطيح الجزء الأوسط من قضيب دائري.

 

▲ تثبيت الحشوات ذات الشكل القضيب (الطرف المشوه)

 

▲ تثبيت الحشوات الأنبوبية (القسم الأوسط المشوه)

 

12) بالنسبة للحشوات الأنبوبية المختومة، يمكن تشكيل انتفاخ مرتفع أثناء عملية الختم لتحسين الاحتفاظ.

 

▲ تثبيت الحشوات الأنبوبية المختومة (القسم الأوسط المشوه)

13) في الموصلات، يُعدّ ضمان تثبيت أطراف التوصيل بإحكام في البلاستيك أمرًا بالغ الأهمية لمهندسي تصميم المنتجات. ومن الطرق الشائعة لتحسين تثبيت أطراف التوصيل بشكل كبير ما يلي:

• ثقب ثقوب في الطرفية المدمجة في البلاستيك
• مما يمنح المحطة شكلاً غير منتظم
• ثني الطرف
• إضافة خشونة سطحية أو ميزات بارزة/مقعرة إلى الطرفية
• زيادة سمك الجدار البلاستيكي

 

▲ أطراف توصيل ذات ثقوب، وأشكال غير منتظمة، وانحناءات

5. إرشادات تصميم حشوات الصواميل

تُعدّ حشوات الصواميل من أكثر أنواع الحشوات شيوعاً. يجب تصميم حشوة الصامولة والنتوء البلاستيكي المقابل لها بشكل صحيح؛ وإلا فقد تحدث مشاكل في الجودة مثل عدم كفاية قوة السحب أو تشقق النتوء.
5.1 ثلاث طرق لتركيب الصواميل

توجد ثلاث طرق لتثبيت الصواميل في الأجزاء البلاستيكية:

1) صواميل مثبتة بالحرارة

يُعد التثبيت الحراري الطريقة الأكثر شيوعًا للتركيب، ويتم تنفيذه بشكل عام باستخدام آلة التثبيت الحراري أو مكواة لحام يدوية التشغيل.

2) صواميل مصبوبة بالحقن

تتطلب هذه الطريقة تحكمًا دقيقًا للغاية في قطر الثقب الموجود في الجزء البلاستيكي البارز، عادةً في حدود 0.05 مم. تُثبّت الصامولة في مكانها بواسطة دبوس التشكيل وتُوضع في قالب الحقن، لذا يجب التحكم في قطر الثقب وفقًا لحجم الدبوس الموجود على آلة حقن القوالب.

3) الإدخال بالموجات فوق الصوتية

تُحدث الاهتزازات فوق الصوتية احتكاكًا بين الصامولة وقطعة العمل، مما يرفع درجة الحرارة عند نقطة التماس. وعندما تصل درجة الحرارة إلى درجة تليين قطعة العمل، تُغرس الصامولة في الجزء البلاستيكي. وبمجرد توقف الاهتزاز، تبرد قطعة العمل وتتصلب تحت الضغط. لكل طريقة مزاياها وعيوبها؛ وتركز هذه المقالة على الصواميل المصبوبة بالحقن.
5.2 الشكل الهندسي الخارجي لصواميل الإدخال

صُممت الهندسة الخارجية لصواميل الإدخال خصيصًا لتوفير تعشيق ميكانيكي قوي مع المواد البلاستيكية. تشمل الميزات الرئيسية عادةً التخريش الماسي أو المستقيم لزيادة مقاومة عزم الدوران والانفلات. غالبًا ما تُضاف أخاديد طولية أو تجاويف لمنع الدوران. يسمح دليل مشطوف في الأسفل بوضعها بسهولة ودقة في القالب أو الفتحة المُشكّلة مسبقًا. بالإضافة إلى ذلك، تحدّ حافة أو طوق علوي من عمق الإدخال وتوفر دعمًا محوريًا. تتميز بعض التصاميم بحلقة مانعة للتسرب لمنع البلاستيك المنصهر من التدفق إلى داخل الخيوط. تضمن هذه الميزات الهندسية مجتمعةً وصلة موثوقة ومتينة للغاية.

5.3 أمثلة على مواصفات صواميل الإدخال

5.4 تصميم الجزء البلاستيكي واختيار الصامولة
1) الأبعاد الأساسية للصامولة والقطعة البلاستيكية

• يمثل البعد d قاعدة الصامولة، ويُسمى أيضًا قسم التوجيه/التحديد. قبل إدخالها، تتلاءم هذه القاعدة مع القسم C من النتوء البلاستيكي. لذا، يجب أن يكون البعد d في أسفل الصامولة أصغر من قطر الثقب الداخلي C للنتوء البلاستيكي لتسهيل عملية التثبيت.
• يمثل البعد D القطر الخارجي للصامولة، وهو ما يقابله قطر الثقب الداخلي C للجزء البلاستيكي البارز. في صواميل الهواتف المحمولة، يكون قطر الثقب البلاستيكي أصغر عادةً بحوالي 0.25-0.3 مم من القطر الخارجي للصامولة.
• يمثل البعد L طول الصامولة، ويتوافق مع عمق الثقب Y في الجزء البلاستيكي البارز. يُصمم الثقب البلاستيكي عادةً بعمق يزيد عن طول الصامولة بمقدار 0.5 إلى 1.0 مم لتوفير مساحة للبلاستيك الزائد.
• يمثل W سُمك الجدار البلاستيكي حول الفتحة. عادةً ما يكون سُمك جدار الجزء البلاستيكي البارز 0.8-1.0 مم على الأقل. تتطلب الصواميل الأكبر حجمًا جدرانًا أكثر سُمكًا. انظر جدول المعايير أدناه.

خيط	القطر الخارجي د	طول ل	فتحة تثبيت بلاستيكية		سمك الجدار البلاستيكي W
			القطر ج	العمق Y
M1.2 * 0.25	2.3	2.0	2.0	3.0	0.8
		2.5		3.5
		3.0		4.0
		3.5		4.5
M1.2 * 0.25	2.5	2.0	2.2	3.0	0.8
		2.5		3.5
		3.0		4.0
		3.5		4.5
M1.4 * 0.3	2.3	1.8	2.0	2.8	0.8
		2.0		3.0
		2.5		3.5
		3.0		4.0
M1.4 * 0.3	2.35	2.0	2.1	3.0	0.8
		2.5		3.5
		3.0		4.0
		4.0		5.0
M1.4 * 0.3	2.5	2.0	2.2	3.0	0.8
		2.5		3.5
		3.0		4.0
		3.5		4.5
M1.4 * 0.3	2.7	2.0	2.3	3.0	0.8
		2.5		3.5
		3.0		4.0
		3.5		4.5
M1.6 * 0.35	2.5	1.8	2.2	2.8	1.0
		2.0		3.0
		2.5		3.5
		3.0		4.0
		3.5		4.5
		4.0		5.0
M1.6 * 0.35	2.7	2.0	2.3	3.0	1.0
		2.5		3.5
		3.0		4.0
		3.5		4.5
		4.0		5.0
M1.6 * 0.35	3.0	2.0	2.6	3.0	1.0
		2.5		3.5
		3.0		4.0
		3.5		4.5
		4.0		5.0
M1.7 * 0.35	3.0	2.0	2.6	3.0	1.2
		2.5		3.5
		3.0		4.0
		3.5		4.5
		4.0		5.0
M1.8 * 0.35	3.0	2.0	2.6	3.0	1.2
		2.5		3.5
		3.0		4.0
		3.5		4.5
		4.0		5.0

5.5 المشاكل الشائعة والحلول
1) يُعدّ اختيار الحجم المناسب للثقب في الجزء البلاستيكي أمرًا بالغ الأهمية. فإذا كان الثقب كبيرًا جدًا، فلن يثبت البلاستيك الصامولة بإحكام بعد التثبيت، مما يؤدي إلى عزم دوران غير كافٍ ومقاومة سحب ضعيفة. أما إذا كان الثقب صغيرًا جدًا، فقد يحدث تشقق أو زوائد بلاستيكية.

2) إذا كانت أبعاد الصامولة وأبعاد البلاستيك صحيحة ولكن المشاكل لا تزال قائمة، ففكر في تحسين التصميم.

 

نظرًا لضحالة تجويف البلاستيك، فإن استخدام صامولة ذات تخريش مزدوج مائل قد ينتج عنه جزء تخريش قصير بعد تحديد أبعاد الصامولة. وبمجرد تثبيتها، لا يتداخل البلاستيك بشكل كافٍ مع التخريش، مما يؤدي إلى عزم دوران غير كافٍ ومقاومة سحب غير كافية. لذلك، يُنصح عمومًا بأن يكون عمق فتحة تجويف البلاستيك 2.5 مم على الأقل، وطول الصامولة 2.0 مم على الأقل.
التحسين: إذا كان تعديل القالب صعباً، ففكّر في تغيير نمط التخريش في الصامولة إلى نمط BS1 أحادي الميل، كما هو موضح على اليمين. هذا يزيد من ارتفاع درجة التخريش وكمية البلاستيك المتداخلة مع التخريش، مما يحسن عزم الدوران ومقاومة السحب.

3) ظهور نتوءات أو تشققات حول الفتحة الموجودة في الجزء البلاستيكي البارز

 

عند استخدام نمط الصامولة الموضح على اليسار، تتمدد المنطقتان A1 وA2 بعد تثبيت الصامولة في البلاستيك، بينما تنكمش المنطقة B بشكل حاد. هذا يُصعّب انسياب البلاستيك، وقد تتشكل زوائد بلاستيكية عند طرفي الصامولة، مما يؤثر سلبًا على مظهر المنتج.

التحسين: استخدم القسم C كدليل ومحدد موضع لضمان تثبيت الصامولة بإحكام في الفتحة البلاستيكية، مما يُحسّن الكفاءة والإنتاجية. يسمح قسم التوجيه عند C بإزاحة جزء من البلاستيك من المنطقة A2 مع ترك كمية كافية للمنطقة A1. إضافةً إلى ذلك، يحتوي القسمان A1 وA2 على نتوءات مائلة بزاوية 90 درجة وميول 45 درجة. يشكّل تقاطعهما عقدة قوية تقاوم عزم الدوران المحيطي، مما يزيد بشكل كبير من عزم الدوران ومقاومة السحب.