ما هو صنع العفن؟ العملية والتطوير وتصنيع القوالب

 

صنع العفن هو العملية الصناعية لتصميم وتصنيع قالب مصمم خصيصًا (أو "أدوات") الذي يشكل المواد الخام إلى جزء مطلوب. القالب عبارة عن تجويف دقيق يتم حقنه أو سكب المادة المنصهرة - مثل البلاستيك أو المعدن أو المطاط أو السيليكون - لإعادة إنتاج هندسة الجزء. وبعبارة أخرى ، فإن صنع القالب يخلق "سلبيًا" متينًا للجزء. عند حقنها أو إلقاؤها بشكل متكرر ، يعطي هذا القالب أجزاء مماثلة في أحجام عالية مع التحمل الصارم.

تم تصميم القالب المخصص خصيصًا لتلبية احتياجات الأجزاء الخاصة بعميل واحد ، وغالبًا ما يتضمن ميزات البوابات والتبريد والطرد المتخصصة. على سبيل المثال ، عادةً ما يتم تصنيع قالب الحقن البلاستيكي من الصلب أو الألومنيوم المتصلب ويتم تصنيعه بدقة بحيث تنتج كل طلقة حقن مكونًا بلاستيكيًا نهائيًا. تسمح القوالب المخصصة للمصنعين بتحقيق جودة وكفاءة متسقة ؛ إنها تقلل من وقت النفايات ووقت الدورة ، وتمكّن الابتكار (مثل الأشكال الهندسية المعقدة أو الأجزاء متعددة المواد) على نطاق واسع.

صنع العفن المخصصأمر حيوي في الصناعات مثل السيارات والفضاء والطبية والالكترونيات الاستهلاكية ، حيث تكون الدقة والتكرار أمرًا بالغ الأهمية. إنه يختلف عن "صنع القوالب" البسيط (صياغة قوالب المطاط أو السيليكون باليد) من حيث أنه يستخدم تقنيات التصميم والآلات المتقدمة لإنشاء قوالب معدنية من فئة الإنتاج.

على سبيل المثال ، بعد تصميم القالب في برنامج CAD/CAM وتم تحسينه عن طريق المحاكاة ، يستخدم المصنعون تصنيع CNC وآلات التصريف الكهربائي (EDM) لنحت كتلة القالب خارج الصلب. ثم يتم تزويد القالب المعدني النهائي بقنوات التبريد ودبابيس القاذف بحيث يمكن تركيبه في مكبس الحقن. وبهذه الطريقة ، فإن النموذج الأولي لصنع العفن المخصص والإنتاج الضخم-فهو يضمن أجزاء عالية الجودة ودقيقة للتصنيع على نطاق واسع.

جدول المحتويات

تبديل

تاريخ صنع العفن المخصص

صنع العفن له جذور قديمة ولكنه يتسارع حقًا خلال العصر الصناعي. تشير الأدلة الأثرية إلى أن مفهوم القوالب يعود إلى آلاف السنين: في وقت مبكر من 3200 قبل الميلاد ، استخدم بلاد ما بين النهرين قوالب الصلصال والحجر لإلقاء أدوات النحاس. في مصر واليونان القديمة ، استخدم الحرفيون قوالب قابلة لإعادة الاستخدام للأعمال المعدنية والفخار. شهدت عصر النهضة والفترة الحديثة المبكرة التقدم في تقنيات الصب البرونزية والمعادن ، لكن الثورة الحقيقية جاءت في القرنين التاسع عشر والعشرين مع البلاستيك والأتمتة.

في عام 1872 ، اخترع جون وإشعياء حياة أول آلة صب حقن البلاستيك. في البداية الخام ، أدى هذا الجهاز إلى منتجات مستهلكية جديدة (Combs ، أزرار) مصنوعة من البلاستيك المبكرة. بحلول أوائل القرن العشرين ، تم تطوير مواد بلاستيكية أكثر أمانًا مثل خلات السليلوز. جلبت ثلاثينيات القرن العشرين البوليمرات اختراق (polyolefins ، البوليسترين ، PVC). زادت الحرب العالمية الثانية بشكل كبير من الطلب على المواد البلاستيكية المقولبة (والمواد البديلة للمطاط/المعادن الشحيحة). بعد الحرب ، أصبحت المواد البلاستيكية الجماعية في كل مكان. مخترع جيمس هندري لعام 1946 نظام حقن المسمار تحسن بشكل كبير من جودة العفن.

تم تحويل صنع القالب في أواخر القرن العشرين عن طريق التقنيات الرقمية. مقدمةCNC (التحكم العددي للكمبيوتر) الآلاتفي الخمسينيات إلى 60 عامًا مكّنت تشكيلًا آليًا وعالي الدقة في كتل القالب الفولاذية. ظهرت آلات EDM الأسلاك في أواخر الستينيات لقطع الصلب المتصلب بدقة شديدة. بحلول سبعينيات القرن الماضي وما بعده ، سمحت مصانع CNC متعددة المحاور ، وأدوات تصميم CAD/CAM ، وبرامج المحاكاة قوالب معقدة للغاية وتكرار سريع.

على سبيل المثال ، بحلول التسعينيات ، أصبحت قوالب الألومنيوم شائعة كبديل أسرع وأقل تكلفة للصلب للنماذج الأولية. اليوم ، يستخدم صانعو القالب الرائدين CNC 5 محاور ، تحليل تدفق القالب والروبوتات-جميعهم يرتكزون على معرفة من عقود من البحث والتطوير. باختصار ، تطورت صنع العفن من قوالب الرمال واللصق البسيطة إلى أدوات معدنية مخصصة متطورة ، مما يعكس احتياجات التصنيع الحديث.

 

كيف يعمل العفن المخصص؟

عادة ما تتبع عملية صنع القالب المخصصة هذه المراحل الرئيسية:

• التصميم والهندسة:أولاً ، يستخدم المهندسون برنامج CAD لإنشاء نموذج ثلاثي الأبعاد مفصل للقالب بناءً على هندسة الجزء. أدوات المحاكاة (على سبيل المثال تدفق القالب أو FEA) تحلل التعبئة والتبريد والضغوط لتحسين التصميم. تم التخطيط لميزات مهمة مثل البوابات والعدائين والفتحات ومواقع دبوس القاذف في هذه المرحلة.بالنسبة للأجزاء المعقدة أو القديمة ، يمكن استخدام الهندسة العكسية (المسح ثلاثي الأبعاد جزءًا موجودًا وإنشاء نموذج CAD). يتم دمج الاعتبارات الرئيسية: مسودة زوايا (للمساعدة في طرد) ، وسمك الجدار الموحد ، وبدلات تقليص مناسبة. يتم استخدام بيانات CAD هذه لتحليل DFM (تصميم للتصنيع) ، وغالبًا ما يوفر صانعي القالب ردود فعل DFM مجانية لتجنب المراجعات المكلفة.

• النماذج الأولية:قبل الالتزام بأداة فولاذية صلبة ، تستخدم بعض المشاريع نموذجًا أوليًا أو قالبًا ناعمًا. على سبيل المثال ، يمكن إنتاج قالب من الألمنيوم أو النموذج الأولي للإبوكسي (أو حتى إدراج مطبوع ثلاثي الأبعاد) للتحقق من صحة تصميم الجزء. يقدم صب النموذج الأولي المتقدم (APM) وغيرهم مثل هذه القوالب على المدى القصير لاختبار الملاءمة والوظيفة والجمال. وبهذه الطريقة ، يمكن القبض على أي قضايا مبكرًا.

• تصنيع العفن:بعد ذلك ، تبدأ الآلات بالجملة. يتم طحن ألواح القالب الخام (الصلب أو الألومنيوم) وتحويلها على أجهزة CNC إلى تجويف خشن وأشكال أساسية. ينحدر طحن CNC متعدد المحاور معظم المواد (انظر الصورة أدناه). بالنسبة للأقسام الصعبة للغاية أو تقويضات معقدة ، يتم استخدام تصنيع التفريغ الكهربائي (EDM) لتآكل الفولاذ بدقة. غالبًا ما يتدفق تصنيع العفن الحديث مثل هذا:

  • طحن CNC:آلة الطحن الكبيرة 3 أو 4 أو 5 محاور ، تجويف الكتل والكتل الأساسية إلى الشكل القريب.

  • تحول CNC:إذا كانت هناك حاجة إلى ميزات أسطوانية (مثل القالب لحاوية مستديرة) ، فإن مخارط CNC تحول الفولاذ لتشكيل الشكل الأساسي.

  • سلك EDM:يقطع سلك رفيع (نحاس عادة) ملفات تعريف دقيقة ومعقدة أو قوالب منفصلة من كتلة واحدة.

  • رام (مغسلة) EDM:يتم غطس الجرافيت أو الأقطاب النحاسية على شكل تجويف في الصلب المتصلب مع تصريفات كهربائية لتشكيل تفاصيل معقدة وزوايا حادة.

  • طحن CNC:تحدد المطاحن عالية الدقة الأسطح المسطحة أو الأجزاء الأسطوانية إلى التحمل الضيق والتشطيبات السلسة.

بعد الآلات ، قد تكون مكونات العفن معالجة بالحرارة (خاصة إذا كانت صلابة الصلب تتزايد) ، ثممنصبه يدويًا. يقوم الفنيون الماهرون بتلميع أسطح التجويف لتلبية متطلبات الانتهاء من السطح (تلميع المرآة للأجزاء البصرية ، محكم للتشطيبات غير اللامعة). ثم يتم تزويد ألواح القالب بأجهزة: إدراج دبابيس القاذف ، وخطوط التبريد (قنوات الماء أو الزيت) ، وأعمدة توجيه وبطانات ، والينابيع ، وأي مزلقة أو رافعات مطلوبة للتخفيضات. يتم محاذاة النصف (الأساسية والتجويف) وتأمينها في قاعدة القالب.

• التجربة والتكيف:مع تجميع القالب ، يتم تثبيته في مكبس صب لتشغيل تجريبي. أول لقطات اختبار (غالبا ما تسمىعينات T1) مصبوب. يتم فحص الأجزاء للعيوب ودقة الأبعاد وتناسب. إذا تم العثور على المشكلات (مثل اللقطات القصيرة ، فلاش أو تزييف جزء) ، يتم ضبط القالب أو العملية: قد يتم تعديل حجم/موقع البوابة أو إضافة فتحات التهوية أو تغيير التبريد أو تعديل الآلات. يتضمن معظم صانعي العفن ذات السمعة الطيبة تكرارات تجريبية لضمان مواصفات القالب.

• إنتاج:بمجرد التحقق من التحقق من صحة ، يكون القالب جاهزًا لاستخدام الإنتاج على نطاق واسع في صب الحقن أو الصب المموت أو غيرها من معدات التكوين. في العملية ، سوف يدور القالب: التثبيت والحقن والتبريد وطرد الأجزاء. طوال الوقت ، تضمن قرارات تصميم صانع القوالب (تخطيط التبريد ، مخطط الطرد ، إلخ) إنتاجًا مستقرًا وعالي العائد. المشغلين ذوي الخبرة يتم ضبط معلمات آلة الحقن لزيادة جودة الجزء وتقليل وقت الدورة.

يمكن أن يختلف سير عمل كل مشروع ، لكن صنع القالب المخصص الحديث يدمج دائمًا التصميم الرقمي ، والآلات الدقيقة ، وفحوصات جودة صارمة لتقديم قالب ينتج أجزاء بشكل موثوق ومتسق.

المعدات والآلات المطلوبة لصنع العفن المخصص

يعتمد صانعو القوالب المخصصون على معدات متخصصة لتحويل التصميمات إلى حقيقة واقعة. تشمل الآلات والأدوات الرئيسية:

• مراكز تصنيع CNC:طواحين CNC متعددة المحاور (3 أو 4 أو 5 محاور) هي أعمال عمل العفن. يزيلون المواد من كتل الفولاذ أو الألومنيوم وفقًا لممثلات الأدوات التي تم إنشاؤها بواسطة CAM. يمكن أن تنتج مصانع CNC عالية السرعة وعالية الدقة تجاويف وعفن معقدة. تستخدم مخارط CNC أيضًا لمكونات العفن الأسطوانية (مثل الإدراج المستديرة).

• آلات التصريف الكهربائية (EDM):كما لاحظ خبراء الصناعة ، EDM هو"مكون حاسم في عملية صنع القوالب"لإنشاء تجاويف مفصلة في الصلب الصلب. نوعان شائعان:رام (مغسلة) EDM، والذي يستخدم قطبًا مخصصًا تم غطسه في قطعة العمل لحرق شكل التجويف ؛ وسلك EDM، والذي يستخدم سلكًا يتغذى بشكل مستمر لقطع ملامح أو أجزاء دقيقة من الكتلة. يتفوق EDM في الفولاذ الصلب والميزات المعقدة التي يصعب على أدوات القطع.

• آلات طحن CNC:المطاحن السطحية والأسطوانية تنهي الوجوه الحرجة للتسامح الضيق. على سبيل المثال ، تضمن المطاحن السطحية لوحات قاعدة العفن وأسطح التجويف مسطحة تمامًا. غالبًا ما يتم استخدام الطحن بالقرب من نهاية تصنيع القالب لتحقيق التشطيبات السطحية عالية الجودة والأبعاد الدقيقة.

• معدات التلميع:بعد تصنيع أدوات التلميع أو اليدين أو الميكانيكية (أحزمة الماس ، الأطراف ، عجلات التلقي) ، تقوم بتحسين سطح التجويف إلى مستوى النهاية المطلوب ، مما يلغي علامات الأدوات. هذه الخطوة ضرورية للتوضيح أو الآثار غير اللامعة على الأجزاء النهائية.

• تنسيق آلة القياس (CMM):تتحقق آلات القياس الدقيقة من أن مكونات القالب الآلي تتطابق مع تصميم CAD والتسامح. يمكن لمسبار CMM أن يقيس الميزات الحرجة للتجويف/النواة لضمان الدقة قبل التجميع.

• أدوات تجميع العفن:ويشمل ذلك مكابس ، وحفارات هيدروليكية ، وتركيبات لتجميع نصفي العفن ، وإدخال المسامير والبطانات ، وتجهيزات خط التبريد المتصاعد. هناك حاجة إلى صنابير الخيوط والفراغ لتثبيت دبابيس القاذف والمسامير وتجهيزات الماء.

• أفران المعالجة الحرارية:تتطلب العديد من الفولاذ معالجة الحرارة (مثل التبريد والتهد) للوصول إلى صلابة مثالية. غالبًا ما تكون أفران المكربن ​​أو النترنج أو الإجهاد جزءًا من معدات متجر العفن.

• الأدوات المساعدة:يمكن استخدام آلات الحفر EDM (لصنع ثقوب دبوس القاذف) ، ونغاز الليزر (لأرقام الأجزاء أو الشعارات) ، وحتى الطابعات ثلاثية الأبعاد (للنماذج الأولية للراتنجات أو النوى الرملية).

• آلة صب الحقن:على الرغم من أنه ليس جزءًا مباشرة من تصنيع العفن ، إلا أن الوصول إلى مطبعة صب للحقن التجريبية (أخذ عينات T1). يتم استخدام مكبس اختبار (أو تأجير الصحافة العميل) للتحقق من صحة القوالب ، حيث تلاحظ المصادر الصناعية أهمية التجارب في صنع العفن.

تعمل هذه الآلات في حفل موسيقي: يتم تغذية بيانات التصميم (من CAD/CAM) في معدات CNC و EDM ، وتشكيل كتلة القالب بدقة ميكرون. وفقا لأدلة الصناعة ،"تعتبر تصنيع CNC مكونًا مهمًا ... تحويل المواد الخام إلى قوالب على شكل بدقة". الآلات التكميلية مثل EDM و Grinders تتعامل مع التفاصيل الدقيقة. باختصار ، سيحتوي متجر القالب المجهز جيدًا على مصانع CNC على أحدث طراز ، و EDMs ، و Mllinders ، وأدوات دعم للتعامل مع كل مرحلة من مراحل بناء العفن.

 

المواد المدعومة لصنع العفن المخصص

مواد أداة العفن:يتم صنع القوالب المخصصة نفسها دائمًا من المعادن المتينة أو السبائك عالية الأداء. المواد الأكثر شيوعا هما الصلب والألومنيوم.

• الصلب الأداة:يفضل الفولاذ من فئة العفن (مثل P20 ، NAK80 ، H13 ، S136) في قوالب عالية الحجم. يمكنهم تحمل ملايين دورات الحقن ، وضغط الحقن العالي ، والمواد الكاشطة. فولاذ الأدوات مقاوم للارتداء ويمكن مصقول لإنهاء المرآة. كما يلاحظ أحد المصادر ، ستستمر قوالب الصلب "لفترة أطول ، وتضمن متانة أكبر" من المواد البديلة. يمكن تصميم الصلابة والصلابة عن طريق المعالجة الحرارية. ومع ذلك ، فإن الصلب باهظ الثمن وأبطأ في الماكينة (وخاصة الدرجات المتصلب).

• الألومنيوم:بالنسبة لأدوات الحجم السفلي أو النموذج الأولي ، غالبًا ما تستخدم سبائك الألومنيوم (مثل 7075-T6) لأنها الآلة أسرع بكثير. تكلفة قوالب الألومنيوم أقل ويمكن بناؤها بسرعة ، لكنها تلبس عاجلاً. كما يوضح خبراء النماذج الأولية المتقدمة ، فإن الألومنيوم هو "بديل أرخص" لا يزال يوفر أجزاء عالية الجودة في كثير من الحالات. إنه مناسب للتشغيل في المئات أو الآلاف من الأجزاء.

• سبائك النحاس:في حالات محددة ، يتم إدخال سبائك النحاس مثل البريليوم-كوببر في قوالب فولاذية في البقع الحرجة. البريليوم-كوببر لديه توصيل حراري استثنائي ، وسرعة التبريد. يمكن أن يقلل بشكل كبير من وقت الدورة ، على الرغم من أنه أكثر تكلفة. على الرغم من عدم ذكره أعلاه ، فإن ممارسة الصناعة تستخدم إدراج النحاس خاصة حول البوابات أو النوى التي تعمل بالحرارة.

• مواد الأدوات الناعمة:للأدوات السريعة أو أحجام منخفضة للغاية ، يمكن أن تشكل المواد الأكثر ليونة قوالب. يمكن استخدام المسبوكات الايبوكسي أو البولي يوريثان (غالبًا ما تكون مصنوعة من قوالب السيليكون الرئيسية) لإنشاء قوالب للتشغيلات القصيرة المحدودة أو النماذج الأولية. هذه القوالب "الناعمة" غير مكلفة وسريعة لإنتاجها ، ولكنها ليست طويلة الأمد. تبرز شركة النموذج الأولي المتقدم APM قوالب نماذج ناعمة عندما "المتانة ليست مصدر قلق".

مواد الجزء المقولبة:على الجانب الآخر ،ما هي المواد التي يمكن أن تتشكل من خلال هذه القوالب؟تقريبًا يمكن استخدام أي مادة قابلة للتطبيق ، اعتمادًا على العملية:

• البلاستيك (البلاستيك الحراري والحرارة):الأكثر شيوعًا هي البلاستيك الحراري (مثل ABS ، polypropylene ، nylon ، polycarbonate ، POM ، إلخ) ، والتي يتم ذوبانها وحقنها. كما يتم تشكيل المواد البلاستيكية الحرارية (مثل الفينول والإيبوكسي) والسيليكونات السائلة (LSR) في قوالب مخصصة. قائمة مصادر الصناعة"اللدائن الحرارية ، البوليمرات الحرارية ، والمرفق"كمواد قالب الحقن النموذجية. تتطلب المركبات المطاطية ومراتك السيليكون (على سبيل المثال ، أختام السيارات) قوالب مصممة للمواد المرنة.

• المعادن (يموت الصب):تستخدم القوالب (يموت) أيضًا لتشكيل السبائك المعدنية عن طريق صب الضغط العالي.يموت الصبهي أدوات الفولاذ المخصصة التي تمثل المعادن المنصهرة (مثل الألومنيوم ، الزنك ، المغنيسيوم ، النحاس). على سبيل المثال ، قد يتم تصنيع أجزاء المحرك التلقائي في القوالب المصنوعة من الألومنيوم. تنطبق عملية صنع القوالب المخصصة على صب القالب باستخدام مبادئ التصميم والآلات المماثلة ، ولكن مع اعتبارات خاصة لتحمل المعادن والضغوط العالية.

• مواد أخرى:يمكن أن تشكل القوالب مركبات (مثل الكربون أو البلاستيك الحراري المليء بالزجاج) والسيراميك (مثل صب حقن السيراميك). حتى المنتجات الغذائية (الشوكولاتة ، قوالب الحلوى) أو صب الجص في الهندسة المعمارية تعتمد على القوالب ، على الرغم من استخدام مواد العفن الأكثر ليونة.

باختصار ، يقوم صانعو العفن المخصصون ببناء أدواتهم من الصلب أو الألومنيوم أو السبائك المتخصصة ، ويختارون بناءً على حجم الجزء والمواد. ثم تدعم هذه الأدوات مجموعة واسعة من المواد القابلة للتطبيق-من البلاستيك اليومي والمطاط إلى المعادن المموتة-مما يتيح الآلاف أو الملايين من الأجزاء المتطابقة.

عمليات التصنيع باستخدام صنع العفن المخصص

القوالب المخصصة هي أساسية للعديد من عمليات التصنيع. تشمل الأمثلة الرئيسية:

• صب حقن البلاستيك:إلى حد بعيد الاستخدام الأكثر شيوعًا للقوالب المخصصة ، يقوم صب الحقن بتغذية البلاستيك المنصهر في تجويف القالب تحت الضغط. بمجرد تبريده ، يتم طرد الجزء البلاستيكي الدقيق ويتكرر الدورة. يمكن أن تحتوي قوالب الحقن على تجاويف متعددة لإنتاج عدة أجزاء لكل دورة. هذه العملية مثالية لإنتاج الحجم العالي للمكونات البلاستيكية المعقدة.

• صب الضغط:تستخدم أساسا للبلاستيك الحراري والمطاط. يتم وضع سبيكة من المواد المقيدة مسبقًا في قالب مفتوح ، ثم يغلق القالب ويضطر إلى تسخين/ضغط المادة لملء التجويف. غالبًا ما يتم استخدامه للأجزاء الكبيرة أو السميكة أو الهيكلية (مثل أجزاء أقل من السيارات ، وألواح الأجهزة). تم تصميم قوالب الضغط المخصصة مع بناء قوي للتعامل مع الضغوط الثقيلة.

• تهب القولبة:هذه العملية تخلق أجزاء بلاستيكية مجوفة (مثل الزجاجات أو الخزانات). يتم وضع تشكيل بلاستيكي ساخن في قالب من جزأين ثم يتم توسيعه بضغط الهواء لأخذ شكل القالب. يتم تصنيع قوالب الضرب المخصصة (عادةً قوالب مقسمة من جزأين) لكل تصميم منتج ويجب أن تحمل دورات الهوائية المتكررة.

• صب الدوران (روتو):يتم تدوير القالب ببطء (عادةً ما يكون ثنائي المحاور) مع مسحوق بلاستيكي أو راتنج في الداخل. الحرارة تجعل البلاستيك يذوب وغطاء الداخلية ، وتشكيل جزء جوفاء. عادة ما تكون القوالب الدورانية أبسط بكثير (غالبًا ما تكون واحدة أو قطعتين فقط) لأنه لا يوجد ضغط عالي. يتم استخدامها في أجزاء مجوفة كبيرة (قوارب الكاياك ، الدبابات ، معدات الملعب).

• الراتنج السائل (RTV) واليوريتان الصب:بالنسبة للنماذج الأولية أو المسارات القصيرة ، يتم استخدام قوالب السيليكون (RTV) أو قوالب يوريتان. يتم استخدام نمط رئيسي لإنشاء قالب السيليكون ، والذي يستخدم بعد ذلك لإلقاء أجزاء في يوريتان أو الايبوكسي. قوالب RTV المخصصة تكرار الهندسة بتكلفة منخفضة. على الرغم من أنها ليست معدنية ، فإنها تتبع مبادئ صنع القوالب لتشكيل التجاويف بدقة.

• صب الفراغ:غالبًا ما تستخدم في النماذج الأولية ، يتم وضع قوالب السيليكون في غرفة فراغ حيث يتم تقديم راتنجات سائلة. تم ذكر هذا كأسلوب تكميلي. وهي تنتج دفعات صغيرة من الأجزاء البلاستيكية من القوالب.

• يموت الصب (صب معدني):يتم حقن المعادن المنصهرة (عادةً ما يتم حقن الألومنيوم أو الزنك أو المغنيسيوم) تحت ضغط عالٍ في قالب فولاذي مخصص (يموت). يتم إخراج الجزء المعدني المبرد. يجب أن تكون قوالب الصب الوعرة وعرة للغاية لتحمل درجة الحرارة والضغط العالي. هذه العملية شائعة في العلب المعدنية وأجزاء المحرك والأجهزة الكهربائية.

• صب المطاط والسيليكون:توجد قوالب الحقن المتخصصة للمطاط (مثل المطاط السيليكون السائل أو المرنة بالحرارة). غالبًا ما يتم تسخين هذه القوالب لعلاج المطاط وقد تشمل الفقاعات أو تنفيس لإطلاق الهواء.

في الممارسة العملية ، تعتمد أي عملية صب تشكل المواد عبر تجويف جامد على قالب مخصص. تلخيص مصادر متعددة: صب الحقن (البلاستيك) ، صب الضغط (الحرارية) ، صب الضرب (البلاستيك المجوفة) ، الصب الفراغ (راتنجات النموذج الأولي) ، الاستثمار/صب المعادن (للمعادن) تستخدم جميع أدوات مخصصة. كل عملية لها قواعد تصميم العفن الخاصة بها ، ولكن المفهوم الأساسي-القالب المخصص للهندسة كأداة الإنتاج-ثابت.

 

كم تكلفة صنع العفن المخصصة؟

القوالب المخصصة تنطوي على استثمار كبير مقدما. تتراوح التكاليف النموذجية على نطاق واسع اعتمادًا على التعقيد والحجم والمواد وكمية التجاويف. تعطي المصادر الصناعية أرقام الملعب: قد تبدأ قوالب التجويف أحاديًا بسيطة ما بين 3000 إلى 6000 دولار ، في حين أن القوالب الكبيرة أو المعقدة الكبيرة يمكن أن تتجاوز 100000 دولار. في الواقع ، تشير Formlabs إلى أن قوالب الحقن البلاستيكي يمكن أن تختلف من أقل من 100 دولار (لأداة النموذج الأولي ثلاثي الأبعاد الخام) تصل إلى 100000 دولار+ لقالب فولاذي عالي الحجم معقد. ملاحظة خبراء أخرى هي أن القوالب ذات الدرجة الصناعية (خاصة في قطاع السيارات) يمكن أن تتراوح في أي مكان من 15000 دولار للتصميمات البسيطة إلى أكثر من 500000 دولار لمجموعات الأدوات الكبيرة والمعقدة.

العوامل الرئيسية التي تدفع تكلفة العفن هي:

• تعقيد الجزء:تتطلب الأشكال المعقدة ، والتفاصيل الدقيقة ، والتحمل الضيق آلات إضافية (المزيد من عمليات EDM ، وتلميع دقيق ، وما إلى ذلك) ، التكلفة رفع. تقف العميق أو التقاطعات تضيف التعقيد.

• عدد التجاويف:يكلف قالب 4-cavity أكثر من أربعة أضعاف قالب التجويف 1 ، لأن كل تجويف يحتاج إلى عمليات الأدوات الخاصة به.

• حجم القالب:تتكلف القوالب الأكبر (للأجزاء الكبيرة أو التجويف المتعدد) أكثر بسبب كتل أكبر من الصلب وأوقات التصنيع الأطول.

• مادة:تكلف قوالب الصلب أكثر من النماذج الأولية الألومنيوم ، سواء في المواد الخام ووقت الآلات. تضيف الفولاذ المتخصص (مثل الدرجات المقاومة للتآكل أو غيرها) إلى النفقات.

• وقت الآلات:المزيد من إزالة المواد والتشطيب الدقيق يعني ساعات أعلى الآلات. قد تحتاج القوالب المعقدة إلى العديد من أقطاب EDM (كل مشغل بشكل منفصل) والخطوات الأكثر طحن/البولندية. لاحظت أدلة الصناعة ذلك"حجم العفن ، التعقيد ، اكتب [و] عدد تجاويف الحقن"هي عوامل التكلفة الرئيسية.

• متطلبات الحجم:بالنسبة إلى عمليات الإنتاج الكبيرة جدًا ، فإن الاستثمار في قالب فولاذي مصادفة تمامًا مع عمر خدمة أطول له ما يبرره (وإن كان بتكلفة أعلى). للتشغيل القصيرة ، قد تكون الأدوات الناعمة أرخص.

• سمات:أنظمة المرشح الساخن (للتخلص من المتسابقين) ، وقنوات التبريد المطابقة (للدورات الأسرع) ، والطلاءات الخاصة ، والقوام السطحية عالية الدقة ، كلها تزيد من التكلفة.

• معايير الجودة:تضيف الشهادات (ISO ، Medical ، إلخ) ، والتفتيش المكثف ، والجودة البولندية (المرآة A مقابل Matte) أيضًا إلى مصروفات الأدوات.

تحطيم تكاليف التكلفة النموذجية: قد يكون الصلب الخام وحده آلاف الدولارات ؛ العمل (CNC/EDM Time) غالبًا ما يكون الجزء الأكبر. بعض المصادر تقطع التكلفة إلى رسوم مواد + تصنيع + رسوم التصميم. على سبيل المثال ، يمكن أن تكلف قوالب النموذج الأولي البسيط من الشركة حوالي 100 دولار أمريكي ، في حين يمكن أن يصل قالب الفولاذ متعدد التجويف المعقد إلى 100000 دولار. تشرح البلاستيك المتقدم بالمثل أن القوالب الأساسية تعمل في كثير من الأحيان بالآلاف المنخفضة في حين أن القوالب الأكبر ذات تجاويف متعددة"ابدأ بمبلغ 25000 دولار ويمكن أن تعمل في طريقهم".

اعتبارات التصميم لصنع العفن المخصص

يتطلب تصميم قالب اهتمامًا دقيقًا للعديد من التفاصيل. تشمل الاعتبارات الرئيسية:

• تصميم الجزء ومسودة:تأكد من أن الجزء لديه زوايا مسودة كافية (تفتق على الجدران الرأسية) للسماح بالطرد. توصي المبادئ التوجيهية الشائعة بمسودة 1-3 درجة على معظم الميزات. إضافة مسودةالجدران المدببةأمر بالغ الأهمية - يمنع الأجزاء من الربط في القالب. ستحتاج الأقسام ذات الجدران الرأسية المسطحة إلى شرائح أو نوى قابلة للطي إذا لم يكن من الممكن توفير المسودة. تستخدم الشرائح (الزوايا المستديرة) أيضًا لتقليل تركيزات الإجهاد.

• سمك الجدار والتوحيد:سمك الجدار المتسق يتجنب علامات الحوض والفضول. إذا كان يجب أن يختلف السماكة ، فقم بدمج نصف القطر السخي (لا توجد خطوات سمك حادة). أقسام أرق أسرع. تصميم استراتيجيات البوابات أو التعبئة وفقًا لذلك.

• نظام البوابات والعداء:تحديد أين سيدخل البلاستيك القالب. يؤثر موقع البوابة على تدفق المواد وخطوط اللحام وجودة مستحضرات التجميل. يجب وضع البوابات لملء التجويف بكفاءة وتجنب المناطق ذات الضغط العالي من هذا الجزء. يجب أن يوازن نظام العداء (المتسابقين البارد أو الساخن) إلى جميع التجاويف. أنظمة المرشح الساخن تقضي على نفايات العداء ولكن إضافة التعقيد والتكلفة.

• تنفيس:يجب أن تسمح قوالب الهواء بالهروب بينما يملأ المواد. هناك حاجة إلى فتحات (فجوات صغيرة أو فتحات تنفيس مخصصة) في نهاية مسارات التعبئة (مقابل البوابة) لمنع علامات الحرق أو التعبئة غير المكتملة. غالبًا ما يكون التنفيس المناسب أسفل دبوس القاذف أو إدراج مسامي ، كما هو مقترح بواسطة أدلة التصميم.

• نظام التبريد:قنوات التبريد الفعالة تؤثر بشكل كبير على وقت الدورة وجودة الجزء. تصميم دوائر التبريد القريبة من المناطق الساخنة من التجويف ومتماثل. تشمل الطرق الحديثة التبريد المطابق (القنوات التي تتبع هندسة الجزء). يحافظ القالب المبرد جيدًا على درجة الحرارة موحدة ، مما يقلل من وقت الدورة والزاحف الشارن. يستخدم صانعو القوالب بشكل روتيني محاكاة تدفق القالب لتحسين تصميم التبريد.

• نظام طرد:دبابيس القاذف ، أو الأكمام ، أو ألواح متجرد لدفع الأجزاء بأمان. دبابيس القاذف تترك علامات مستديرة صغيرة ، لذلك عادة ما يتم وضعها على الأسطح غير الحرجة. تأكد من وجود دبابيس كافية لإطلاق الجزء دون تشويه. النظر في طرد بديل (المتعريات ، طرد الهواء) للأجزاء الحساسة أو المسطحة للغاية.

• خط الفراق:تقرر أين ينقسم القالب. عادة ما يكون خط الفراق على طول أكبر شقة أو ميزة في الجزء. يقلل خط الفراق الذي تم اختياره جيدًا من اللحامات المرئية في الجزء النهائي ويجعل القالب أسهل في الجهاز.

• تقويضات وشرائح:إذا كان الجزء يقلل (ميزات من شأنها أن تصفه في القالب) ، أو تصميم الشرائح أو المصاعد في القالب. يمكن أن تشكل إدراج العفن المتحرك هذه تقويسيات ولكن إضافة إلى تعقيد الأدوات والتكلفة. يجب تصميم موقع وآلية مثل هذه الشرائح بعناية.

• التحمل والانتهاء:حدد التحمل الحرجة والتشطيبات السطحية على رسم القالب. تتطلب التشطيبات العالية أو المحكم على الجزء البلاستيكي تلميع أو نسيج المقابل. تتطلب التحمل الضيق الأبعاد (± 0.01 مم ، على سبيل المثال) أكثر دقة للآلات والتفتيش.

المعايير ذات الصلة ：

• ISO 2768 (معيار التسامح العام)
• DIN 7168 (التحمل الأبعاد الآلي)
• GB/T 1804 (معيار التسامح الأبعاد الصينية)

• اختيار المواد:يجب أن يعكس اختيار مادة العفن (درجة الصلب) عمر العفن المتوقع والمواد المراد تشكيلها. فولاذ أصعب للبلاستيك المملوء بالزجاج ؛ الفولاذ المقاوم للتآكل إذا كان صب راتنجات التآكل.

• المحاكاة والتحليل:يستخدم تصميم العفن الحديث دائمًا تقريبًا تدفق العفن أو FEA للتنبؤ بأنماط التعبئة ، وكفاءة التبريد ، والصفحة الحربية. إن ضبط التصميم بناءً على نتائج المحاكاة يمكن أن يمنع الأخطاء المكلفة.

هذه الاعتبارات تضمن وظائف القالب بشكل صحيح. غالبًا ما يتكرر المصممون بين مهندس الجزء وصانع القوالب في المراحل المبكرة. في الواقع ، تقدم العديد من الشركات ملفDFM مجاني(تصميم للتصنيع) التحليل لالتقاء مشكلات مثل مسودة أو ضلوع سميكة غير كافية قبل بدء الأدوات. إن دمج أفضل الممارسات في مرحلة التصميم يقلل من التجربة والخطأ لاحقًا.

على سبيل المثال ، تؤكد الإرشادات الأكاديمية على الحفاظ على الجدران الجانبية موازية لتخفيف المسودة وتجنب الأضلاع الضيقة العميقة التي تعقد التنفيس. باختصار ، يوازن تصميم العفن الجيد من متطلبات الجزء ، وقيود التصنيع ، وعملية التشكيل المختارة لتحقيق أداة موثوقة وفعالة من حيث التكلفة.

المشكلات الشائعة في صنع العفن المخصص

على الرغم من التصميم الدقيق ، يمكن أن تنشأ العديد من المشكلات أثناء صنع العفن أو إنتاج العفن. يجب أن تكون فرق المشتريات على دراية بهذه المشكلات الشائعة:

• عيوب الجزء:حتى مع وجود قالب جيد الصنع ، يمكن أن تحدث العيوب في أجزاء مقولبة. تشمل العيوب الشائعة parpage (تشويه جزئي بسبب التبريد أو الانكماش غير المتكافئ) ، وعلامات بالوعة (المناطق الغارقة حيث تبرد الأقسام السميكة أبطأ) ، وفلاش (المواد الزائدة على طول خطوط الفراق من التثبيت غير المكتمل). عادة ما تشير هذه العيوب إلى تصميم العفن أو إعدادات المعالجة (مثل توازن التبريد غير الكافي ، وقوة المشبك غير الكافية ، وسوء التهوية). كما يلاحظ مهندسو الصناعة ، يمكن أن يؤدي تصميم العفن أو الأجزاء المعيبة ، أو تقلبات درجة الحرارة ، أو اختيار المواد غير السليم إلى مثل هذه العيوب.

• لقطات قصيرة (ملء غير مكتمل):تحدث لقطة قصيرة عندما لا يتم ملء تجويف القالب بالكامل (غالبًا بسبب سرعة الحقن العالية دون ضغط كاف أو انسداد). وهذا يؤدي إلى أجزاء غير مكتملة. يمكن أن ينبع من البوابات غير المقيدة ، والتبريد السريع للغاية ، أو الهواء المحاصر (تنفيس سيء).

• خطوط التدفق وخطوط اللحام: خطوط التدفق(خطوط مرئية على السطح) تحدث عندما تختلف سرعات الذوبان الأمامية.خطوط اللحامتحدث حيث تلتقي جبهتان التدفق ولا تدمج بشكل مثالي ، مما يضعف الجزء. هذه عادة ما تكون قابلة للحل عن طريق ضبط موقع البوابة أو درجة حرارة القالب.

• القضايا المادية:يمكن أن تسبب الرطوبة في المواد البلاستيكية الرطبةتباعد(خطوط فضية) أو حروق. يمكن أن تسبب الملوثات في الكريات الفراغات أو البقع السوداء في الأجزاء. يعد استخدام المواد المجففة والعالية الجودة بشكل صحيح أمرًا بالغ الأهمية.

• تحمل الآلات:أثناء التصنيع ، يمكن أن تسبب الأخطاء في التصنيع اختلالًا في نصفي العفن ، مما يؤدي إلى أجزاء فلاش أو غير متطابقة. هناك حاجة إلى CNC و EDM دقيقة للغاية ؛ يمكن أن يترك التشطيب غير الكافي علامات الأدوات أو أخطاء الأبعاد.

• ارتداء العفن والأضرار:بمرور الوقت ، يمكن أن ترتدي القوالب (حواف مستديرة ، بوابة متآكلة) أو تتضرر (تشققات من الإجهاد العالي ، التآكل إذا رطوبة). يمكن أن تقصر الصيانة غير الكافية (على سبيل المثال ، عدم تنظيف الفتحات ، أو تشغيل مواد كاشطة بدون طلاء) عمر العفن. غالبًا ما يطبق صناع القالب الماهرون الطلاء السطحي (مثل الطلاء NIP) على المناطق الحرجة لتمديد الحياة.

• ارتفاع التكاليف والتأخير:القوالب المخصصة المعقدة باهظة الثمن وتستغرق وقتا طويلا. يمكن أن يؤدي التقليل من تعقيد التعقيد أثناء الاقتباس أو التصميم إلى تجاوز التكلفة والانزلاق الجدول الزمني. أوامر التغيير بعد بدء بناء العفن (مثل تغييرات تصميم الجزء) مكلفة بشكل خاص.

• فجوات الاتصال:نظرًا لأن صنع القوالب فني ، فإن سوء الفهم بين المشتري والشركة المصنعة حول المواصفات يمكن أن يسبب مشاكل. على سبيل المثال ، لا يمكن أن يؤدي توضيح التحمل أو جودة السطح إلى عدم تطابق بين التوقعات والأدوات التي يتم تسليمها.

التخطيط الدقيق ، واختيار صانع القوالب ذي الخبرة ، ومراقبة الجودة المستمرة يمكن أن يخفف من هذه المشكلات. يؤكد العديد من صانعي القوالب (مثل Huazhi) على تحليل DFM مقدمًا وجولات أخذ العينات المتعددة للقبض على المشكلات وحلها في وقت مبكر. من خلال فهم هذه التحديات الشائعة ، يمكن لفرق المشتريات طرح الأسئلة الصحيحة والعمل مع الشركة المصنعة لضمان مشروع سلس.

خاتمة:

في الختام ، يعد صنع العفن المخصص مزيجًا متطورًا من الهندسة وعلوم المواد والتصنيع. إنه يتيح الإنتاج الضخم المتسق من الأجزاء المعقدة من خلال إنشاء أدوات دقيقة مصممة لكل تصميم. غطت هذه المقالة النطاق الكامل: من تعريف وتاريخ صنع العفن ، من خلال الخطوات الفنية والمعدات المعنية ، إلى التكاليف ، والجداول الزمنية ، ونصائح التصميم والمخاطر الشائعة. مع وجود كل قطاع تصنيع حديث تقريبًا يعتمد على القوالب المخصصة ، يمكن لفريق المشتريات المستنيرة اتخاذ قرارات استراتيجية بشأن التصميم والموردين.

لماذا تختار Huazhi لصنع العفن المخصص

العفن huazhiيظهر كخيار قوي لصنع العفن المخصص. مع 20 عامًا من الخبرة في الصناعة ، يدعي Huazhi الخبرة العميقة في القوالب في السيارات والصناعية. أنها توفر تحليل DFM مجاني لتحسين التصميم الخاص بك للتصنيع والتكلفة. تتضمن عمليتهم مراقبة صارمة من 16 نقطة من التصميم إلى التسليم وتركز على الكفاءة: مواقع البوابة وقنوات التبريد تم تصميمها لتقليل التشوه ووقت الدورة. يؤكد Huazhi أيضًا على الأسعار التنافسية ، مما يؤدي إلى تحسين كل خطوة لتوفير ما يصل إلى 20 ٪ في التكلفة الإجمالية والوقت للعملاء.

عندما تختار Huazhi ، فأنت تشارك مع فريق يوفر دعمًا للتصميم الاستشاري وإدارة المشاريع الشاملة. يوضح سجلهم الحافل في الحلول المخصصة (من مشعبات تناول السيارات إلى قوالب الإسكان التفصيلية) قدرتها. باختصار ، يجمع Huazhi بين التكنولوجيا المتقدمة والجودة الصارمة والخدمة التي تركز على العملاء لضمان متطلبات العفن المخصص الخاص بك.

إذا كان مشروعك التالي يتضمن قالبًا متخصصًا - سواء بالنسبة للحقن ، أو تموت الصب ، أو عملية صب أخرى - يمكن أن تكون خبرة Huazhi لا تقدر بثمن. فريقهم مستعد لإرشادك من المفهوم إلى الإنتاج ، وضمان توصيل فعال لقالب عالي الأداء.اتصل Huazhiاليوم للحصول على عرض أسعار أو استشارة وتحويل مشروع صنع القوالب المخصص إلى حقيقة واقعة.

التعليمات

س: ما هي العوامل التي تحدد تكلفة صنع العفن المخصصة؟
ج: التكلفة تعتمد على العديد من المتغيرات. تشمل العوامل الرئيسية تعقيد القالب (الهندسة ، وعدد التجاويف ، والتخفيضات) ، ومواد القالب (تكاليف الصلب أكثر من الألومنيوم) ، وعدد الأجزاء/الحجم (تشغيل الحجم العالي يبرر قوالب عالية الجودة).

وقت الماكينة هو برنامج تشغيل كبير: تتطلب القوالب الكبيرة أو التفاصيل الدقيقة المزيد من ساعات CNC/EDM. تضيف ميزات إضافية مثل المتسابقين الساخنة أو الطلاءات الخاصة أو التحمل الضيق جدًا تكلفة. باختصار ، قد يكون قالب النموذج الأولي البسيط بضعة آلاف من الدولارات ، في حين يمكن أن يتجاوز القالب الصلب الكامل للحجم ستة أرقام بسهولة.

س: كم من الوقت سيستغرق بناء القالب الخاص بي؟
ج: يختلف الوقت. يمكن تسليم قالب النموذج الأولي أحادي التجويف في حوالي 3-4 أسابيع. غالبًا ما يستغرق قالب إنتاج التجويف 2-4 من 6 إلى 12 أسبوعًا. يمكن أن تستغرق القوالب متعددة المنتشرات متعددة المنتشرات أو متعددة التجويفات المعقدة للغاية من 3 إلى 6 أشهر.

تشمل هذه الجداول الزمنية التصميم والآلات والمحاولة. يمكن أن يؤدي اختيار الألومنيوم لقالب الدوران السريع أو توفير بيانات تصميم كاملة وواضحة إلى تقصير الجدول الزمني. خطط وفقًا لذلك ، لأن كل تجويف إضافي أو إجراء انزلاق يضيف الوقت.

س: ما هي المواد التي يمكن تشكيلها مع قوالب مخصصة؟
ج: يمكن أن تعالج القوالب المخصصة مجموعة واسعة من المواد. في المواد البلاستيكية ، يمكن أن تكون أي لاعب بالحرارة النموذجي (ABS ، PP ، Nylon ، PC ، إلخ) والحرارة (الايبوكسي ، الفينول) مقولبة الحقن. المرنة والسيليكون السائل (LSR) شائعة أيضا. بالنسبة للأجزاء المعدنية ، تسمح القوالب المميتة بالسبائك مثل الألومنيوم والزنك والمغنيسيوم.

بعض القوالب المخصصة مصنوعة للمطاط أو السيراميك أو حتى المركبات. في الأساس ، إذا كان يمكن إلقاء المادة أو حقنها وتبريدها في تجويف ، فيمكن التعامل معها بواسطة قالب مخصص. سيعكس تصميم القالب المختار المادة - على سبيل المثال ، قوالب تحتاج المطاط إلى تنفيس مختلف عن القوالب البلاستيكية.