العيوب الشائعة في صب الحقن وكيفية إصلاحها

خطوط التدفق والحقن القصيرة: الأسباب وتحسين العمليات

فهم خطوط التدفق وأسبابها المتعلقة بالمواد والقالب والعملية

تظهر خطوط التدفق كخطوط أو أنماط مرئية على الأجزاء المصبوغة نتيجة تدفق غير متسق للمواد خلال عملية عملية تشكيل بالحقن . الأسباب الرئيسية تشمل:

• اختلافات لزوجة المادة ، خاصة في البوليمرات شبه البلورية التي تتجمد بشكل غير متساوٍ
• تصميم القالب غير الأمثل ، مثل المداخل الضيقة أو الزوايا الحادة التي تعطل التدفق
• تباينات العملية ، بما في ذلك تغيرات سرعة الحقن أو درجات حرارة الصهارة

وجدت دراسة أجرتها معهد تكنولوجيا البلاستيك لعام 2023 أن 62% من عيوب خطوط التدفق ناتجة عن حجم بوابة غير كافٍ مقترنًا بعدم اتساق درجات الحرارة في مرحلة الصهارة.

الأسباب الجذرية للحقن الناقص: الضغط، التهوية، ومقاومة التدفق

تحدث حالات الحقن الناقص عندما لا ينجح البلاستيك المنصهر في ملء تجويف القالب بالكامل. وتشمل العوامل الرئيسية:

1. ضغط حقن غير كافٍ للتغلب على المقاومة في الأقسام الرقيقة الجدران
2. تهوية سيئة ، مما يؤدي إلى احتجاز الهواء وتكوين ضغط خلفي
3. مواد ذات لزوجة عالية يواجهون صعوبة في التنقل عبر الأشكال الهندسية المعقدة

تشكل الفتحات الموضوعة بشكل غير صحيح 34% من حالات الحقن الناقص في القوالب عالية الدقة (تقارير هندسة البوليمر، 2022).

تحسين معايير الحقن لمنع العيوب المرتبطة بالتدفق

يمكن أن يؤدي تحسين المعايير الرئيسية إلى تقليل كبير في العيوب المرتبطة بالتدفق:

*تختلف النطاقات حسب المادة وهندسة الجزء
**درجة انتقال الزجاج

يزيد الضغط الحافظ بنسبة 20٪ مع تقليل شدة خطوط التدفق بنسبة 45٪ في أجزاء البولي بروبيلين عند استخدام فترة تبريد تبلغ ثانيتين، وفقًا لبيانات المحاكاة من أدوات تحليل تدفق القالب . يجب دائمًا التحقق من التغييرات من خلال اختبارات منهجية باستخدام تصميم التجارب (DOE).

العلامات الغائرة والانحناء: إدارة التبريد والإجهاد المتبقي

كيف تؤثر الأقسام السميكة وضغط التعبئة على تكوين العلامات الغائرة

تظهر تلك العيوب المزعجة على شكل انخفاضات صغيرة على الأسطح عندما تكون هناك مناطق سميكة في الأجزاء تبرد بمعدلات مختلفة. فعادةً ما يستغرق التبريد الداخلي وقتًا أطول للانصهار مقارنةً بالجزء الخارجي، وبالتالي يتم السحب نحو الداخل أثناء التبريد، مما يترك وراءه هذه البقع المجوفة. وعندما لا يكون هناك ضغط كافٍ داخل القالب أثناء الإنتاج، فإن هذه المشكلات تزداد سوءًا. ويجد معظم المصنّعين أن تقليل عمق هذه الانكماشات بنسبة تتراوح بين 25٪ إلى 40٪ يعني عادةً زيادة ضغط التعبئة بنسبة حوالي 10٪ إلى 15٪، بالإضافة إلى إضافة بضع ثوانٍ إضافية في مرحلة الاحتفاظ. وبالطبع، فإن الكمية الدقيقة تعتمد بشكل كبير على نوع المادة المستخدمة، نظرًا لأن بعض المواد تتدفق بشكل أفضل من غيرها.

اختلال معدل التبريد والانكماش غير المنتظم يؤدي إلى التشوه

غالبًا ما تشوه الأجزاء عندما يكون هناك تبريد غير متساوٍ يترك وراءه إجهادات داخلية. حتى الفروق الطفيفة في درجات الحرارة عبر مناطق مختلفة من القالب، ربما حوالي 15 إلى 20 درجة مئوية، يمكن أن تؤدي إلى تباين في الانكماش يتراوح بين 0.5 و1.2 بالمئة، مما يتسبب في التواء أو انحناء الجزء. بعض البلاستيكات مثل البولي بروبيلين والنايلون 6/6 تكون مشكلة بشكل خاص لأنها تُكوّن بلورات أثناء التبريد. لمكافحة هذه المشكلة، يجب على المصنّعين الحفاظ على درجات حرارة متسقة ضمن هامش حوالي ±3 درجات مئوية طوال القالب. ويمكن تحقيق ذلك من خلال تصميم قنوات التبريد بعناية أو استخدام تقنيات تبريد متطابقة خاصة للمكونات المعقدة. عادةً ما تقلل هذه الطرق من مشاكل التشوه بنسبة تتراوح بين 30 و50 بالمئة، مما يجعلها تستحق الجهد الإضافي لأغراض ضبط الجودة.

تعديلات التصميم والعملية لتحقيق الثبات الأبعادي

• تعديلات التصميم : استبدال الأقسام السميكة بأضلاع أو دعامات لتقليل الفروق في الكتلة
• ضبط العملية : قم بتعيين درجة حرارة القالب أعلى بـ 10–15°م من نقطة انتقال الزجاج للمادة لتقليل سرعة التبريد عند الحاجة
• اختيار المواد : استخدم مضافات منخفضة الانكماش (مثل الدرجات المعبأة بالمعادن) لتقليل الانكماش التفاضلي

إن موازنة حجم ومكان البوابة باستخدام محاكاة تدفق القالب تمنع التعبئة غير المتماثلة التي تضخم الإجهاد. وتتيح أجهزة استشعار الضغط في الوقت الفعلي الآن إجراء تعديلات ديناميكية أثناء عملية التعبئة، مما يقلل الانحرافات البعدية بنسبة 18–22% في المكونات السيارات.

خطوط اللحام والقذف: تحديات جبهة التدفق في الأجزاء المصبوغة

تكوين وضعف خطوط اللحام عند جبهات التدفق المتقاربة

تتشكل خطوط اللحام عندما تنقسم كتلة البوليمر المنصهر حول عوائق مثل الإدخالات ثم تندمج مرة أخرى دون اندماج كامل. وهذا يؤدي إلى تقليل القوة الميكانيكية بنسبة تصل إلى 70% مقارنةً بالمادة المحيطة (IMS Tex). وعلى عكس خطوط التدفق الجمالية، فإن خطوط اللحام تضعف السلامة الهيكلية في التطبيقات الحرجة مثل الأجهزة الطبية وأقواس السيارات.

استراتيجيات موقع البوابة ودرجة حرارة المصهور للحصول على خطوط لحام أقوى

يقلل التموضع الاستراتيجي للمدخل من انقسام مسار التدفق، ويضع المداخل في المكان المثالي بحيث تلتقي التيارات قبل حدوث تبريد كبير. ويرفع رفع درجة حرارة المصهور بمقدار 15–25°ف (8–14°م) من زمن الانصهار عند نقاط الالتقاء. وتُستخدم أدوات مثل تلك المستخدمة في دراسة دمج المواد لعام 2024 لمحاكاة جبهات التدفق بهدف تحسين تخطيط المداخل والملامح الحرارية.

عيوب الرش: مشكلات التدفق عالي السرعة وتصميم الفوهة

تظهر ظاهرة الطلق (Jetting) على هيئة خطوط متموجة على الأسطح عندما يندفع البلاستيك المنصهر إلى تجويف القالب بشكل غير خاضع للسيطرة، بدلاً من تشكيل جبهة سائلة ناعمة. وغالبًا ما تحدث هذه المشكلة مع الفتحات الأصغر من 0.04 بوصة أو 1 مليمتر، خاصة عند تجاوز سرعة الحقن حوالي 4 بوصات مكعبة في الثانية. ولحل هذه المشكلة، يلجأ المصنعون عادةً إلى استخدام فوهات مخروطية أو أنظمة راشر ساخنة. تساعد هذه الحلول في إنشاء نمط تدفق ناعم وطبقات متدرجة يُعرف بالتدفق الطبقي (Laminar Flow)، وهو أمر بالغ الأهمية لتصنيع أجزاء لامعة وشفافة يطلبها المستهلكون في منتجات مثل أغلفة الهواتف وغيرها من المنتجات اللامعة.

البروزات، والفراغات، وعيوب السطح: سلامة القالب ومعالجة المواد

تكوّن البروزات نتيجة سوء محاذاة خط التقسيم وقوة القفل

تحدث الوميض عندما يخرج البلاستيك الساخن من خلال الفراغات الصغيرة في القالب، وعادةً ما يكون ذلك بسبب عدم اصطفاف خطوط الفصل بشكل صحيح أو بسبب عدم كفاية قوة التثبيت التي تمسك كل الأجزاء معًا. ووفقًا لبعض الأبحاث التي أُجريت العام الماضي، فإن نحو ثلثي مشكلات الوميض هذه تعود إلى أدوات قديمة وبالية. وإذا انخفضت قوة التثبيت إلى أقل من 3 إلى 5 أطنان لكل سنتيمتر مربع، فإن البلاستيك يميل إلى التسرب أيضًا. وقد وجد المصنعون أن إعادة محاذاة قوالبهم كل خمسين ألف دورة إنتاج تقريبًا تحدث فرقًا كبيرًا. كما ساعدت إضافة مستشعرات ضغط للتحقق من مدى تشديد الأجزاء حقًا المصانع في خفض مشكلات الوميض بنسبة تقارب 90 بالمئة عمليًا.

الفراغات الداخلية، والفقاعات، وعلامات الاحتراق الناتجة عن الرطوبة أو الحرارة الزائدة

الأسباب الرئيسية وراء حدوث الفراغات والفقاعات في موادنا هي عادةً وجود رطوبة زائدة تتحول إلى بخار عندما تتجاوز نسبة الماء حوالي 0.02٪، أو عندما تصبح الأجزاء ساخنة جدًا أثناء المعالجة وتتجاوز نقطة الانهيار الخاصة بها. وجدنا أن التحول إلى تصاميم برغي عالية القص تقلل من تلك الفقاعات المزعجة بنسبة تتراوح بين 70-75٪ لأنها تخلط المادة المنصهرة بشكل أفضل بكثير. أما بالنسبة للعلامات المحروقة المزعجة التي تظهر كثيرًا؟ فهي عادةً ما تنتج عن بقاء المادة لفترة طويلة جدًا في نظام الحقن الساخن. لمكافحة هذه المشكلة، يجب على الشركات المصنعة مراقبة الوقت الذي تبقى فيه المادة بدقة والتأكد من ألا تتجاوز معدلات التبريد 25 درجة مئوية في الثانية بالنسبة للبلاستيكات الحساسة. إتقان هذه المعايير يُحدث فرقًا كبيرًا في إنتاج أجزاء ذات جودة عالية وخالية من العيوب.

عيوب السطح: البقع، التغير في اللون، والتحكم في التلوث

ينتج التمدد (الخطوط الفضية) عن راتنج ملوث أو ارتفاع حرارة ناتج عن القص عند سرعات الحقن التي تزيد عن 120 مم/ث. إن خفض درجة حرارة الفوهة بمقدار 8–12°م وتركيب مرشحات قادوس بحجم 10 ميكرومتر يقلل من التمدد بنسبة 68%. وللتغلب على التغير اللوني، فإن استخدام مركبات تنظيف قاعدتها البولي كربونات بين تغييرات المواد يحافظ على ثبات اللون ضمن مستويات تحمل ĨE<1.5.

استراتيجيات وقائية وأدوات محاكاة للحصول على صب خالٍ من العيوب

الاستفادة من تحليل تدفق القالب للتنبؤ بالعيوب وتجنبها

يتيح برنامج محاكاة تدفق القالب مثل Autodesk Mold Flow وSolidWorks Plastics للمهندسين رؤية ما يحدث داخليًا أثناء عملية التشكيل قبل إنتاج أي أجزاء فعلية بفترة طويلة. ووفقًا لاستطلاع حديث أجرته مجلة Modern Machine Tools في عام 2023، شهد حوالي 8 من أصل 10 من الشركات المصنعة التي بدأت باستخدام هذه الأدوات التنبؤية انخفاضًا في معدلات الفاقد بنسبة تقارب الثلث مقارنةً بالأساليب التقليدية التجريبية الخاطئة. كما أن هذه البرامج جيدة جدًا في اكتشاف المشكلات – فهي تكتشف أشياء مثل تشكل خطوط اللحام، وأبواب الحقن التي لا تفتح بشكل صحيح، والجيوب الهوائية المزعجة التي تسبب العيوب. وتقوم بذلك من خلال كشفها لتغيرات في درجات الحرارة تصل إلى 5 درجات مئوية فقط (ما يعادل حوالي 180 فهرنهايت). على سبيل المثال، مكونات الإسكان الإلكتروني ذات الجدران الرقيقة. من خلال المحاكاة الدقيقة، يمكن للمصنّعين تحديد المكان الدقيق لوضع فتحات التهوية لضمان عدم احتجاز الغازات أثناء الإنتاج، مما يوفر المال ويقلل من الهدر.

أفضل ممارسات التصميم: جدران موحدة، وأبواب مناسبة، وتهوية صحيحة

يساعد الحفاظ على سماكة جدار متسقة (من 1 إلى 3 مم مثالية لـ ABS وPP) في منع التشوه الناتج عن التقلص غير المتكافئ. وتُقلل البوابات الشعاعية إجهاد القص بنسبة 40٪ مقارنةً بالبوابات الحافة في النايلون المملوء بالزجاج، وفقًا لدراسات تدفق البوليمر لعام 2022. وتنصح مبادئ التصميم من أجل قابلية التصنيع بما يلي:

• زوايا الانسحاب ≥1°م لكل جانب لتفريغ سلس
• أعماق فتحات التهوية من 0.015 إلى 0.03 مم للسماح بخروج الهواء دون حدوث طَيّ
• نسب سمك الضلوع إلى الجدار أقل من 60٪ لتجنب الحفر

مراقبة العملية والصيانة من أجل ضمان جودة متسقة

يُساعد دمج أجهزة استشعار الضغط في الوقت الفعلي مع وحدات التحكم الذكية الخاصة بالإنترنت للأشياء (IoT) في الحفاظ على سرعة الحقن قريبة جدًا من القيم المستهدفة، عادةً ضمن هامش ±2٪. ويكتسب هذا أهمية كبيرة عند محاولة تجنب مشكلة الحقن الناقص في القوالب متعددة التجاويف. أما بالنسبة للصيانة الدورية، فإن إجراء فحوصات شهرية باستخدام أجهزة قياس السطوح يمكن أن يكشف عن بدء تآكل أسطح القالب بمجرد تجاوز علامة 5 مايكرومتر، وهي المرحلة التي تبدأ عندها عادةً ظهور مشكلة البارز (Flash). وتشير البيانات المستمدة من دراسة حديثة أجرتها MMT عام 2023 إلى أمر مثير للاهتمام أيضًا. فقد وجدت الدراسة أن نحو 8 من كل 10 توقفات إنتاج غير متوقعة حدثت بسبب تآكل حلقات الصمامات الخاصة بالمسمار اللولبي. وهذا يبرز حقًا أهمية استبدال هذه الأجزاء الضعيفة كل ثلاثة أشهر كإجراء منطقي للحفاظ على سير العمليات بسلاسة.

تتفرع لتُكوِّن نمط تدفق سلسًا ومطبقًا يُعرف بالتدفق الطبقي.