يمتلك مصممو المنتجات ذوو الخبرة فهمًا عميقًا لعملية قولبة الحقن ويأخذون في الاعتبار العديد من العوامل في تصميم الأجزاء البلاستيكية. تركز هذه المقالة على العناصر الأساسية في تصميم الأجزاء البلاستيكية المقولبة، مثل سُمك الجدار، وزاوية السحب، والأضلاع، والثقوب، والرؤوس، والملاءمة-، وملاءمة الضغط، والتفاوتات.
سمك الجدار في تصميم الأجزاء البلاستيكية
تحديد سمك الجدار المناسب أمر بالغ الأهمية. ترتبط الميزات الأخرى، مثل الأضلاع ونصف القطر، بسمك الجدار. يعتمد سمك جدار المنتج البلاستيكي على عوامل مختلفة، بما في ذلك القوى الخارجية التي يجب أن يتحملها، ودعم المكونات الأخرى، وخصائص المادة البلاستيكية، والوزن، والأداء الكهربائي، ودقة الأبعاد، والاستقرار، ومتطلبات التجميع.
عادة، يتراوح سمك الجدار للمواد البلاستيكية الحرارية من 1 إلى 6 ملم، مع كون 2 إلى 3 ملم هو الأكثر شيوعًا. بالنسبة للأجزاء الأكبر حجمًا-، يمكن أن يتجاوز سمك الجدار 6 مم. يسرد الجدول 1 قيم سمك الجدار الموصى بها لمختلف المواد البلاستيكية الحرارية.
توحيد سمك الجدار
يعد سمك الجدار الموحد مبدأ أساسيًا في تصميم الأجزاء البلاستيكية. يؤدي سمك الجدار غير الموحد- إلى تدفق غير متناسق للذوبان وانكماش التبريد، مما يؤدي إلى عيوب مثل علامات الحوض والفراغات والاعوجاج وحتى التشقق. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يسبب علامات انكماش، أو إجهاد داخلي، أو تشوه، أو اختلافات في اللون، أو اختلافات في الشفافية. قد تؤدي الجدران الرفيعة للغاية إلى تقليل قوة الجزء وصلابته أثناء الاستخدام والتجميع. من الناحية الاقتصادية، فإن الأجزاء السميكة بشكل مفرط تزيد من تكاليف المواد ووقت الإنتاج. تبرد المناطق البلاستيكية السميكة بشكل أبطأ وتكون عرضة لعلامات الغرق. يوضح الشكل 1 التصميم الموحد لسمك الجدار.
إذا كان الانتقال من قسم أكثر سمكًا إلى قسم أرق أمرًا لا مفر منه، فيجب أن يكون تدريجيًا، مع الحفاظ على الحد الأقصى لنسبة سمك الجدار بنسبة 3:1، كما هو موضح في الشكل 2.
في كثير من الحالات، يمكن للمصممين الاستفادة من الأضلاع لتغيير سمك الجدار. وهذا لا يوفر فقط المواد، ويقلل تكاليف الإنتاج، بل يقلل أيضًا من وقت التبريد. يتناسب وقت التبريد تقريبًا مع سمك الجدار.
علاوة على ذلك، يجب على المصممين أيضًا مراعاة طول مسار التدفق، وهو المسافة التي تنتقل بها المادة المنصهرة من البوابة إلى أجزاء مختلفة من التجويف. عادة، يتناسب طول مسار التدفق مع سمك الجدار. كلما زاد سمك الجدار، كلما كان مسار التدفق أطول. إذا كانت نسبة طول مسار التدفق إلى سمك الجدار مرتفعة للغاية، فقد تحدث مادة غير كافية أو تعبئة غير كاملة بعيدًا عن البوابة. ولذلك، في بعض الحالات، قد يكون من الضروري زيادة سمك الجدار.
زوايا حادة
غالبًا ما تؤدي الزوايا الحادة إلى عيوب جزئية وتركيز الإجهاد. تكون هذه المناطق عرضة لتراكم المواد أثناء-المعالجة اللاحقة مثل الطلاء الكهربائي أو الطلاء. يمكن أن يؤدي تركيز الإجهاد إلى كسر الجزء تحت الحمل أو التأثير. ولذلك، ينبغي تجنب الزوايا الحادة في التصميم. يوضح الشكل 3 مثالاً لتصميم زاوية حادة.
اعتبارات زاوية الاقتراب واتجاه الطرد
اتجاه الطرد وخط الفراق
في بداية تصميم منتج الحقن، من المهم تحديد اتجاه القذف وخط الفراق. وهذا يقلل من الحاجة إلى آليات العمل-الجانبية ويقلل من تأثير خط الفاصل على المظهر. بمجرد تحديد اتجاه القذف، يجب محاذاة الهياكل مثل الأضلاع والتركيبات المفاجئة- والنتوءات معه لتجنب الإجراءات الجانبية- وتقليل الخطوط المتماسكة وإطالة عمر القالب. وبعد ذلك، يمكن اختيار خط فراق مناسب لتحسين مظهر المنتج وأدائه.
عند إزالة جزء من القالب، يجب أن يتغلب على قوة القذف وقوة الفتح. تشير قوة الفتح إلى عملية انفصال الجزء عن التجويف. عندما يبرد الجزء في القالب، فإنه ينكمش، مما يتسبب في إمساك جدران الثقب بالقلب بإحكام. الاحتكاك بين الجزء واللب، والتصاق الفراغ في قاع الثقوب، وعوامل أخرى تجعل قوة القذف أكبر بكثير من قوة الفتح. يمكن أن تتسبب قوة القذف المفرطة في تشوه الأجزاء وتبييضها وتجاعيدها وتآكل السطح.
زاوية المسودة
تعد زاوية السحب أمرًا بالغ الأهمية في تحديد حجم قوة القذف. نظرًا لأن الأجزاء المصبوبة بالحقن غالبًا ما تلتصق بالقلب (الجزء الذكري) بعد التبريد والانكماش، فإن استخدام نفس زاوية السحب على كل من التجويف والقلب يضمن سمك جدار موحد ويمنع الجزء من الالتصاق بالتجويف الأكثر سخونة بعد الطرد. في حالات خاصة، إذا كان من الضروري أن يلتصق الجزء بالتجويف بعد الطرد، فيمكن تقليل زاوية السحب على التجويف المجاور، أو يمكن إضافة قطع سفلي متعمد إلى التجويف.
لا توجد قيمة ثابتة لزاوية المسودة؛ وعادة ما يتم تحديده تجريبيا. يمكن استخدام زاوية تيار صغيرة تصل إلى 1/8 أو 1/4 درجة على الجدران الخارجية المصقولة للغاية. بالنسبة للأجزاء الأعمق أو الأجزاء ذات الأنسجة، يجب زيادة زاوية المسودة وفقًا لذلك. عادةً، لكل 0.025 مم من عمق النسيج، يجب زيادة زاوية المسودة بمقدار درجة واحدة.
علاوة على ذلك، على الرغم من أن زوايا السحب الأكبر تسهل بشكل عام عملية تشكيل الأجزاء، إلا أن الحفاظ على دقة الأبعاد أمر بالغ الأهمية. يجب أن تظل أخطاء الأبعاد الناجمة عن زاوية المسودة ضمن حدود الدقة المسموح بها. بالنسبة للأجزاء ذات الانكماش العالي أو الأشكال المعقدة، ينبغي النظر في زاوية مسودة أكبر.
الأضلاع في تصميم الأجزاء البلاستيكية
قوة الجزء البلاستيكي لا تعتمد فقط على زيادة سمك الجدار. في الواقع، زيادة سمك الجدار يؤدي إلى انكماش أكبر، مما يؤدي إلى ضغوط داخلية تقلل في الواقع من القوة. يكمن مفتاح تحسين قوة الجزء البلاستيكي في صلابته. يتم تحقيق ذلك غالبًا من خلال الجمع بين هيكل الجدار-الرفيع والأضلاع الموضوعة بشكل استراتيجي لزيادة معامل القسم.
اعتبارات لتصميم الضلع
ومع ذلك، فإن إضافة الأضلاع يزيد من سمك التقاطع مع الجدار الرئيسي. يتم تحديد هذا السمك عادة من خلال قطر أكبر دائرة منقوشة، والتي بدورها يتم تحديدها من خلال سمك الضلع ونصف قطر الجذر. بالنسبة لسمك جدار القاعدة 4 مم، يؤدي تغيير سمك الضلع ونصف قطر الجذر إلى تغيير قطر أكبر دائرة منقوشة. يوضح الشكل 4 كيف يمكن أن تؤدي زيادة سمك الجدار المحلي إلى ظهور علامات غرق على السطح المقابل، مما يؤثر على المظهر. يمكن للتصميم العقلاني أن يقلل من احتمالية انخفاض السطح، وبالتالي تحسين جودة الجزء.
يوضح التحليل أنه يجب تقليل سمك الضلع قدر الإمكان ضمن نطاق معين. إذا كان الضلع رفيعًا جدًا، فيجب زيادة ارتفاعه للحفاظ على الصلابة. ومع ذلك، يمكن أن تؤدي الأضلاع الرفيعة جدًا إلى التواء أثناء الحقن، وصعوبة ملء القالب، والالتصاق بالقالب. يجب ألا يكون نصف القطر عند قاعدة الضلع صغيرًا جدًا لتجنب تركيز الضغط.
عادة، يجب أن يكون نصف قطر جذر الضلع 40% على الأقل من سمك الضلع. يجب أن تتراوح سماكة الضلع من 50% إلى 75% من سماكة الجدار الأساسي، مع تطبيق النسب الأعلى فقط على المواد ذات الانكماش المنخفض. يجب أن يكون ارتفاع الضلع أقل من خمسة أضعاف سمك القاعدة. يجب أن تحتوي الأضلاع على زاوية مسودة، ويجب أن يكون اتجاهها محاذيًا لاتجاه القذف، أو يمكن استخدام مكونات القالب المتحركة. يجب أن تكون المسافة بين الأضلاع أكثر من ضعف سمك القاعدة.
لتحقيق صلابة موحدة في جميع الاتجاهات، فإن أبسط طريقة هي إضافة أضلاع طولية وعرضية، مع تقاطع الأضلاع بشكل عمودي. ومع ذلك، فإن هذا يزيد من سمك الجدار عند التقاطع، مما يؤدي إلى مزيد من الانكماش. الحل الشائع هو إضافة ثقب دائري عند التقاطع لتكوين سمك جدار موحد، كما هو موضح في الشكل 5.
اعتبارات التصميم للثقوب في الأجزاء البلاستيكية
1. موقع الثقب وقوته
من الممارسات الشائعة دمج الثقوب في الأجزاء البلاستيكية لسهولة التجميع أو للأغراض الوظيفية. ومن الناحية المثالية، يجب ألا يؤثر حجم هذه الثقوب وموقعها على قوة المنتج أو يزيد من تعقيد التصنيع. الاعتبارات الرئيسية:
يجب أن تكون المسافة بين الثقوب المتجاورة، أو المسافة من الحفرة إلى أقرب حافة، مساوية لقطر الحفرة على الأقل. هذا مهم بشكل خاص للثقوب القريبة من الحواف لمنع الكسر. بالنسبة للثقوب الملولبة، عادة ما تكون المسافة من الثقب إلى حافة المنتج أكبر من ثلاثة أضعاف قطر الثقب.
2. أنواع الثقوب
تأتي الثقوب في أنواع مختلفة، مثل الثقوب، والثقوب العمياء، والثقوب المتدرجة. من وجهة نظر التجميع، تعد الثقوب من خلال أكثر شيوعًا وأسهل في الماكينة من الثقوب العمياء. فيما يتعلق بتصميم القالب، فإن هيكل الفتحات أبسط. ويمكن تشكيلها عن طريق وضع النوى على الأجزاء المتحركة والثابتة من القالب، أو عن طريق استخدام نواة واحدة في جزء واحد فقط. يقوم الأول بإنشاء عوارض ناتئة تحت تأثير البلاستيك المنصهر، ولكن بسبب أطوال الشعاع القصيرة، يكون التشوه في حده الأدنى. عادةً ما يشكل هذا الأخير شعاعًا مدعومًا ببساطة، مع الحد الأدنى من التشوه أيضًا. عند استخدام قلبين، يجب أن تكون أقطارهما مختلفة قليلاً لمنع سوء المحاذاة وضمان سطح التزاوج الناعم. تكون الثقوب العمياء التي تتكون من المسامير الأساسية الكابولية أكثر عرضة للانحناء تحت تأثير البلاستيك المنصهر، مما يؤدي إلى أشكال ثقب غير منتظمة. عادة، يجب ألا يتجاوز عمق الحفرة المسدودة ضعف قطرها. بالنسبة للثقوب العمياء التي يبلغ قطرها 1.5 مم أو أقل، يجب ألا يتجاوز العمق القطر. يجب أن يكون سمك الجدار في الجزء السفلي من الثقب المسدود سدس قطر الثقب على الأقل- لتجنب الانكماش.
3. الثقوب الجانبية
عادة ما يتم تشكيل الثقوب الجانبية باستخدام النوى الجانبية، مما يزيد من تكلفة القالب والصيانة، خاصة عندما يكون اللب الجانبي طويلًا وعرضة للكسر. إذا كان ذلك ممكنًا، يمكن تحسين التصميم كما هو موضح في الشكل 6 للتخفيف من هذه المشكلات.
رؤساء في تصميم الأجزاء البلاستيكية
تبرز الرؤوس عادة من سمك الجدار الرئيسي وتستخدم لتجميع المنتج، وتباعد الأشياء، ودعم المكونات الأخرى. يمكن للرؤساء المجوفين استيعاب الإدخالات أو البراغي. تتطلب هذه التطبيقات أن يتمتع الرؤساء بالقوة الكافية لتحمل الضغط دون حدوث تشققات. عادة ما تكون الرؤوس أسطوانية، لأن هذا الشكل أسهل في التشكيل ويوفر خصائص ميكانيكية أفضل.
التكامل مع الهيكل
من الناحية المثالية، لا ينبغي تصميم الرئيس على شكل أسطوانة معزولة، ولكن يجب توصيله بالجدار الخارجي أو استخدامه مع الأضلاع. يعزز هذا الأسلوب قوة الرئيس ويساعد على التدفق السلس للمواد البلاستيكية. يجب أن يكون الاتصال بالجدار الخارجي عبارة عن اتصال جداري رفيع-لتجنب علامات الحوض.
يجب أن يكون نصف قطر الشرائح عند القاعدة حيث يتصل الرئيس بالركيزة من 0.4 إلى 0.6 مرة سمك الركيزة. يجب أن يكون سمك الجدار الرئيسي من 0.5 إلى 0.75 مرة سمك الركيزة. يجب أن يكون الجزء العلوي من الرئيس مشطوبًا لتسهيل تركيب المسمار. يجب أن يكون لدى الرؤساء أيضًا زاوية مسودة. تشبه متطلبات التصميم هذه تلك الخاصة بالأضلاع، لذلك يمكن اعتبار الرئيس نوعًا مختلفًا من الضلع. الرجوع إلى الشكلين 7 و 8 لهذه العلاقات.
الرؤساء المترابطون للمسامير-الذاتية
يتم استخدام العديد من الرؤوس لربط البراغي-الذاتية. يتم تشكيل الخيوط الداخلية لهذه الرؤوس من خلال عملية التشكيل بالتدفق البارد-، والتي تشكل البلاستيك من خلال التشوه بدلاً من القطع. يجب أن تكون أبعاد الرؤوس الملولبة كافية لتحمل قوى إدخال اللولب والأحمال التي تحملها. يجب أن يضمن قطر التجويف الموجود على الرئيس بقاء المسمار آمنًا في ظل ظروف عزم الدوران والاهتزاز المحددة.
يجب أن يتحمل القطر الخارجي للرأس القوى المحيطية المتولدة أثناء شد المسمار دون أن ينكسر. لتسهيل إدخال المسمار، عادة ما يتم توفير غاطسة في الجزء العلوي من الرئيس، بقطر أكبر قليلاً من قطر المسمار الاسمي. يمكن أن يكون حساب أبعاد الرئيس أمرًا معقدًا.
يوصى باستخدام طريقة تقدير مبسطة، مقترحة على المواقع الأجنبية وعلى أساس قطر المسمار الاسمي. أولاً، حدد مادة المسمار، ثم بناءً على المعامل المقابل في الجدول، استبدل المعامل بقطر المسمار الاسمي لتحديد الحجم المناسب.
Snap-وصلات ملائمة في تصميم الأجزاء البلاستيكية
تعتبر مجموعة Snap-fit طريقة اتصال مريحة واقتصادية وصديقة للبيئة. يتم تشكيل المكونات الملائمة - بشكل متزامن مع المنتج، مما يلغي الحاجة إلى أدوات تثبيت إضافية مثل البراغي. يتضمن التجميع ببساطة ربط الأجزاء المقابلة معًا.
يتضمن مبدأ التوصيل المناسب- دفع جزء بارز من أحد المكونات فوق عائق آخر. تتضمن هذه العملية تشوهًا مرنًا؛ بمجرد إزالة العائق، يعود الجزء إلى شكله الأصلي ويثبت في مكانه، كما هو موضح في الشكل 9. يمكن أن تكون وصلات Snap Fit - دائمة أو قابلة للفصل.
من الناحية الهيكلية، يمكن تصنيف -التناسبات المفاجئة إلى أنواع ناتئة وحلقية وكروية، كما هو موضح في الشكل 10.
الزوايا الرئيسية والحسابات
الزوايا الحرجة
الزاويتان الرئيسيتان في تصميم الملاءمة- هما زاوية الإرجاع (أو زاوية الاحتفاظ) وزاوية المقدمة-. بشكل عام، زاوية العودة الأكبر تفضل ملاءمة أكثر أمانًا. عندما تقترب زاوية الإرجاع من 90 درجة، يصبح اتصال الملاءمة المفاجئة-دائمًا، كما هو موضح في الشكل 11.
