What is Injection Molding? Types, Materials & Process

ما هو قولبة الحقن؟

حقن صب is a process for manufacturing parts using a mold into which molten material is injected at a very high pressure. The melted plastic assumes the shapes or forms cut into the mold and retains the shape after cooling or curing. Injection molding works with many materials including thermoplastics, thermosets, and elastomers.

Injection molding machines work with closed molds. This means that the mold is already closed during the injection process. The result is that injection molding can produce more complex and precise parts. The process also wastes less material.

A single plastic injection mold can produce thousands or millions of parts using this manufacturing process. The high initial cost of injection molding comes from its complex tooling, unlike simpler manufacturing methods.

عملية القولبة بالحقن

هناك اختلافات مختلفة في عملية صب حقن. However, all these processes typically follow similar steps that are guided by the design of injection molding machines.

تحتوي آلات القولبة بالحقن على ثلاثة أقسام رئيسية. هؤلاء هم:

• وحدة الحقن
• العفن
• وحدة المشبك

As the name suggests, the injection unit is what forces the molten material into the mold. However, it also consists of parts that feed and melt the material which are usually plastic pellets. 

العفن consists of two or more parts onto which the form of the manufactured part has been machined. The material is injected into the mold where the part forms and solidifies before being ejected. 

The clamping unit opens and closes the mold على فترات منتظمة. The unit is closed to start the injection of the material and formation of the part and opens when the part is ready to be ejected. 

The molding process can be summarized in the steps below.

الخطوة 1: إنشاء القالب

The molds used for injection molding can be relatively simple or very complex depending on the final part. A plastic injection mold could be nothing more than a cavity and a core. It can also be quite complex requiring the use of inserts, side action cams, and other features. 

يجب تصميم القالب وتشكيله على مادة مناسبة قبل بدء التصنيع الفعلي.   

الخطوة 2: إغلاق القالب

Injection molding uses a closed mold. This means the mold must be closed before the material is introduced. The clamping unit closes the two halves of the mold forming a tight seal.

الخطوة 3: تغذية المواد

Assuming a suitable material has been selected, the material is placed in the injection unit’s hopper. It can be mixed with suitable additives including colorants, fibers, الملدنات, blowing agents, ومواد التشحيم.

Apart from the hopper, the injection unit also has a reciprocating screw inside a heated barrel. The materials are mixed and fed forward by the screw. They are melted by the heat and pressure inside the barrel.

The dimensions of the screw and barrel are designed to increase the pressure of the molten material to the required level before injection.

الخطوة 4: حقن المواد

من وحدة الحقن، يتم حقن البلاستيك المنصهر في القالب من خلال نظام يتكون من ذرب، العدائين، والبوابات. 

These are a series of channels and openings that take the material into the mold cavity.

الخطوة 5: التبريد أو المعالجة

Once the material has been injected into the mold, it is held in place for a certain amount of time. This allows the material enough time to cool or cure. The plastic solidifies as a result. Cooling lines can be used to زيادة السرعة at which the parts solidify.

الخطوة 6: فتح القالب

بمجرد أن تصبح الأجزاء صلبة، يتم فتح القالب بواسطة وحدة التثبيت.

الخطوة 7: إخراج الجزء

During this step, the finished part is removed from the mold. This can be an automatic or manual process. Ejection pins may be required to remove some parts. A good ejection speed is important for keeping cycle times low. This is facilitated by تصميم قالب جيد.

الخطوة 8: المعالجة اللاحقة (اختياري)

Some parts will require additional work before they are ready for use. This could be as basic as the removal of excess material or laser etching certain details on the part. Post-processing is a critical step in the production of many injection-molded parts.

أنواع القولبة بالحقن

Thermoplastic injection molding is what comes to most people’s minds when they hear about injection molding. However, it is just one of 7 types of this manufacturing process.

These seven variations of the injection molding process have made it possible to work with more materials and create new types of products. 

صب حقن البلاستيك الحراري

Thermoplastic Injection Molding is the most common form of this manufacturing process. This form of injection molding is used in the manufacture of a wide range of products from cutlery and bottlecaps to keyboard keys and sports equipment.

In this process, the material is a الاستومر بالحرارة which melts when heated and solidifies when cooled. The thermoplastic is melted in the injection unit, and forced into the mold where it cools, retaining the molded shape. 

There are many thermoplastics that can be used for this process including ABS, Nylon, البولي, البولي بروبلين، الخ.

صب حقن بالحرارة

This injection molding process swaps thermoplastics for thermosetting plastic resins to make products. Thermosets are formed by irreversible chemical reactions and don’t melt when heated. Knobs and cooking pot handles in the kitchen are some of the products made using this process.

تشبه العملية الإجمالية عملية صب اللدائن الحرارية ولكن عادة ما تكون البراميل الموجودة في وحدات الحقن أقصر. 

Additionally, the materials used to mold the thermoset parts have to be specially formulated for injection molding. The materials need to be stable below specific temperatures to prevent the material from setting inside the barrel.

صب حقن مطاط السيليكون السائل (LSR)

قالب حقن مطاط السيليكون السائل is an injection molding process that also involves a thermosetting process. However, unlike the previous process, a base material and a catalyst, stored separately, are first mixed before being injected في القالب. تقسية المطاط بالكبريت يتبع ويشفى الجزء على شكل القالب.

This form of injection molding produces أنابيب طبية, syringe stoppers, protective sleeves for electronics, and nose pads for spectacles. Silicone rubber is also very safe and the process is even used to make pacifiers for babies.

عمليات صب الحقن الأخرى

بالإضافة إلى العمليات الثلاثة المذكورة أعلاه، فإن عمليات صب الحقن الأخرى التي قد تكون مهتمًا بها هي:

• صب الحقن الجزئي: تستخدم لقولبة الحقن لأجزاء صغيرة جدًا. يمكن أن يصل وزن الأجزاء المنتجة إلى 0.1 جرام، على سبيل المثال، تروس الساعة.
• صب حقن متعدد المكونات: تستخدم لصنع أجزاء متعددة المواد أو متعددة الألوان. يمكن أن تجمع بين مواد بلاستيكية ملونة مختلفة ويمكن استخدامها لإضافة سطح ناعم الملمس إلى جزء ما. 
• إدراج صب: The thermoplastic or thermosetting polymer is molded over a part that is inserted before the mold is closed. Metal inserts are commonly used when manufacturing plastic parts with metallic threads. 

• صب حقن طلقة: This form of injection molding is also used to produce plastic parts that combine colors and materials. This process uses special molds into which two shots of molten plastics are introduced in quick succession. 

You can read more about these molding processes in this article.

المواد الشائعة لقولبة الحقن

The types of plastics that can be injection molded are أكثر من 25,000. These materials have a wide range of properties to suit an ever-expanding list of applications. 

اللدائن

Elastomers are polymers that exhibit a significant degree of elasticity. These are materials that can be compressed or pulled to several times their size without being permanently deformed. 

Materials that are classified as elastomers are usually also thermosets. As stated earlier, this means that they cannot be melted down and reformed into different shapes by cooling.

The two commonly used elastomers in injection molding are مطاط السيليكون السائل و المطاط الطبيعي.

1. مطاط السيليكون السائل

This thermosetting elastomer is formed by combining two components in a reaction that is catalyzed by platinum. This material has many valuable properties and is used for medical-grade parts in addition to many consumer products. 

Chemically, the ‘backbones’ of this elastomer are chains of siloxane molecules. 

This material is injected through a special process called liquid silicone rubber injection molding. This process is specially designed for the two main components to be mixed along with pigments and any other required additives before being injected into the heated mold. 

وبدلاً من التبريد، فإن التفاعل الكيميائي المسمى بالتشابك هو الذي يتسبب في تصلب هذه المادة. 

LSR cures quite quickly and also exhibits excellent قوة الدموع, resistance to heat, oil, and water. It’s also quite durable. LSR comes in different grades depending on the desired properties of the final product.

2. المطاط الطبيعي

يمكن أيضًا تشكيل مركبات المطاط الطبيعي بالحقن. في هذه الحالات، يخضع المطاط بشكل أساسي لعملية الفلكنة داخل القالب الساخن. 

Like other thermosetting compounds, injection molding of natural rubber requires careful control of many process parameters including temperatures and pressures. Certain additives can also increase the cure times.

مطاط سيليكون is preferred over natural rubber for many applications. However, natural rubber is still widely used in applications such as manufacturing of الأختام والحشيات.

البلاستيك

المجموعة الثانية من المواد التي يتم تشكيلها بالحقن هي البلاستيك. هذه على وجه التحديد اللدائن الحرارية والمواد الحرارية. Plastics are materials that can be easily molded into different shapes and retain their new shapes easily. Unlike elastomers, it is easy to permanently deform a plastic material.

1 البلاستيك بالحرارة

Thermosets are materials that cannot be softened once they have hardened. The hardening of these polymers is the result of curing rather than cooling. Curing is a chemical process during which polymer chains irreversibly crosslink. When heated to a high temperature, thermosets burn.

Injection molding of thermosetting polymers was a greater engineering challenge compared to that of thermoplastics. Without the right process control, the materials can cure and set inside the barrel rather than in the mold.

This challenge was overcome by changing the designs of the screw and the barrel, as well as improving the stability of the materials at higher temperatures.

Thermosets have several advantages over thermoplastics including:

• مقاومة أفضل للحرارة
• متانة أكبر
• السماح للتشطيبات عالية التوهج
• استقرار أفضل للأبعاد، وما إلى ذلك.

On the other hand, thermosets are also brittle and can’t be recycled.

Examples of thermosets that can be used in injection molding include الايبوكسي, phenolic, and polyurethane.

تُستخدم المواد المتصلدة بالحرارة في تصنيع المحامل عالية السرعة، وأغطية الأجهزة الإلكترونية، والمكونات البلاستيكية في معدات المطبخ، وقطع غيار السيارات ومكوناتها.

2. اللدائن الحرارية

كان قولبة حقن اللدائن الحرارية راسخة قبل فترة طويلة من استخدام التكنولوجيا في قولبة اللدائن الحرارية. نتيجة ل، البلاستيكية الحرارية لا تزال المواد الأكثر شيوعًا المستخدمة في قولبة الحقن.

Thermoplastics are polymers that melt when heated and solidify when cooled. The solidification of thermoplastics is reversible. There is no risk the material will permanently set inside the barrel as with thermosetting polymers. This makes them easier to use for this molding process.

تتمتع اللدائن الحرارية بالعديد من الخصائص الجيدة بما في ذلك:

• مقاومة أفضل للتآكل والمواد الكيميائية من المواد الحرارية
• ليونة كبيرة
• مقاومة تأثير ممتازة

However, perhaps, the main advantage of thermoplastics is that they are highly recyclable. This means there is potential to significantly reduce the amount of waste generated by these materials. On the other hand, they have poor heat and UV resistance.

تشمل اللدائن الحرارية شائعة الاستخدام ما يلي:

• عضلات المعده
• البولي بروبيلين (ب)
• تفلون
• أكريليك
• البوليسترين
• نايلون

تُستخدم اللدائن الحرارية في تصنيع الحاويات البلاستيكية والأثاث وأدوات المطبخ وقطع غيار السيارات وما إلى ذلك باستخدام تقنية القولبة بالحقن.

النماذج الأولية والتصميم في حقن صب

تعد النماذج الأولية خطوة مهمة في المراحل الأولية لقولبة الحقن. بدون النماذج الأولية، يمكنك إنفاق عشرات أو مئات الآلاف من الدولارات على منتج معيب. 

التصميم المناسب مهم أيضًا في قولبة الحقن. يجب تحسين أي تصميم منتج مستخدم لعملية التشكيل بالحقن.

1. أهمية إنتاج النموذج الأولي في قولبة الحقن

Prototypes are early samples of the final product. نماذج are used to test how the product will look, function, and perform once it’s finally produced.

تُستخدم النماذج الأولية في العديد من عمليات التصنيع. وهي مهمة في صب الحقن للأسباب التالية:

• تؤكد النماذج الأولية أن المنتج سيعمل كما هو متوقع.
• Prototyping allows designers and customers to identify problem areas in the design and make improvements.
• تساعد النماذج الأولية على تحديد الميزات التي قد لا تكون مجدية لقولبة الحقن.
• Potential users can provide feedback on early prototypes to prevent the manufacturing of unpopular products.
• تضمن النماذج الأولية موافقة العميل أو العميل على المنتج النهائي قبل بدء الإنتاج.
• تعمل النماذج الأولية على التخلص من التكاليف التي قد يتم تكبدها إذا تم وضع تصميم خاطئ في الإنتاج.

هناك طرق مختلفة لتصميم المنتجات الأولية لقولبة الحقن. أحد الخيارات هو استخدام الطباعة 3D. This can be a very affordable option for prototyping but it has its limitations.

Injection molding can also be used for prototyping. Prototyping molds can cost a fraction of what production molds cost. You can find out more about these two prototyping options في هذه المقالة.

2. إتقان زوايا المسودة في تصميم قوالب الحقن

A draft angle is a slight taper of the vertical walls of the molded part that ensures they are not parallel to the walls of the mold. وهذا يقلل من الاحتكاك بين الجزء النهائي وجدران القالب أثناء الطرد.

تسهل زوايا المسودة إزالة الأجزاء النهائية من القالب. ونتيجة لذلك، لديهم فوائد إضافية مثل:

• تحسن صقل الأسطح على أجزاء مصبوبة
• زيادة عمر العفن
• يساعد على الحفاظ على القوام على الأجزاء النهائية
• يحسن سلامة الجزء
• يقلل من أوقات الدورة due to faster ejection speeds, etc.

يجب أن تحتوي جميع الوجوه الرأسية على 0.5 درجة على الأقل من المسودة. ومع ذلك، غالبا ما يكون من الضروري تطبيق أكثر من هذا.

For instance, if there is a light texture on the finished part, the draft angle should be حوالي 3 درجة. For heavy texturing, the draft angle should be at least 5 degrees.

Other features that need specific draft angle considerations include threads, holes, and ribs.

زوايا السحب are some of the most important design features to consider and discuss with your manufacturer before production.

الأنظمة والأدوات في حقن صب

The systems and tooling used in injection molding are anything but simple. Even the simplest, no-frills parts can require the use of fairly complicated systems to ensure the parts are produced at optimal speeds and low costs دون التضحية بالجودة.

1. دور أنظمة التبريد في قولبة الحقن

Cooling is an understated part of the injection molding manufacturing process. Despite this, it is one of the most crucial systems in ensuring successful and cost-effective production of parts. 

Cooling is necessary in injection molding because this is what ensures the material solidifies and retains the shape of the mold before ejection. To keep production times as short as possible, cooling must be done as quickly as possible. 

Injection molded parts can be cooled using air or using water. يعد تبريد الهواء مناسبًا للأجزاء ذات الحد الأدنى من متطلبات التبريد، ولكنه لا يزال يؤدي إلى أوقات دورات أطول وينقل الحرارة إلى المنطقة المحيطة. 

Water cooling is more effective since water is a better thermal conductor. "الماء" في هذه الحالة هو في الواقع خليط من الماء والجليكول والمبيد الحيوي ومواد أخرى تؤدي إلى تبريد أفضل أو تمنع مشاكل مثل نمو البكتيريا والتآكل. 

عندما يتم تطبيق أنظمة التبريد بشكل صحيح في قوالب الحقن، فإن لها فوائد تشمل:

• تقليل أوقات الدورة. وهذا يؤدي إلى إنتاج أسرع وبالتالي تكلفة إنتاج أقل.
• عدد أقل من عيوب الأجزاء الناتجة عن التبريد غير المتساوي للجزء المصبوب، على سبيل المثال، علامات الالتواء والغرق

يمكن أن تكون أنظمة التبريد المستخدمة في قولبة الحقن معقدة للغاية. يمكنك معرفة المزيد عنهم في هذه المقالة.

2. تحسين التفاوتات في قولبة الحقن

Tolerances in manufacturing ensure that specific design dimensions will fall within a certain range on the finished product. This ensures that a manufactured part will have the size needed to perform its function. This is also important if the product is part of an assembly.

بدون الخبرة المناسبة، يمكن أن يكون تصنيع الأجزاء التي تتمتع بالتفاوتات الصحيحة أمرًا صعبًا للغاية للأسباب التالية:

• سوف تنكمش الأجزاء المصبوبة بالحقن إلى حد ما عند التبريد.
• يمكن أن يؤدي الالتواء والغرق والتشوهات الأخرى التي قد تحدث على الأجزاء المصبوبة بالحقن إلى تغيير أبعاد الجزء.

As a rule, the tighter the tolerances needed, the more expensive the manufacturing process will be. Attaining tighter tolerances requires a greater degree of care when selecting materials and machining the mold.

هذا أيضا requires closer monitoring of process parameters.

بعض التدابير التي يمكن اتخاذها لتحقيق تفاوتات أكثر صرامة تشمل ما يلي:

• اختيار المواد ذات معدلات الانكماش المتوقعة للغاية.
• اختيار مادة القالب التي تتصرف بشكل ثابت عبر دورات الإنتاج.
• تحسين التبريد للجزء المصبوب بالحقن.
• استخدم أجهزة الاستشعار لقياس معلمات العملية عن كثب مثل ضغط الحقن ودرجات الحرارة طوال الدورة.
• تجنب ميزات التصميم التي من المحتمل أن تؤدي إلى عيوب مثل الجدران السميكة. 
• أتمتة عناصر التحكم في العملية بحيث يمكن تعديل المعلمات تلقائيًا لإبقائها ضمن حدود معينة.

The client must know the tolerances that will be used to manufacture their part. Parts required to perform specific functions must meet specific tolerances to perform their function correctly. If a part is to be included in an assembly, it will have to meet specific tolerances to fit in the assembly.

بالنسبة للشركة المصنعة، أهمية الأمثل للتسامح الصحيح هو أنه سيؤدي إلى انخفاض معدل رفض الجزء. أي جزء مرفوض يعتبر إهدارًا وسيؤدي معدل الرفض المرتفع إلى عملية أكثر تكلفة. 

تقنيات وعمليات في حقن صب

Having the right tooling is important for achieving good results in injection molding. However, there are other factors that contribute to good results and a successful production cycle.

Keeping cycle times low and implementing an effective quality control system are two such factors.

استراتيجيات لتقليل وقت الدورة في قولبة الحقن

Achieving a short cycle time is one of the most important goals in injection molding. A percentage reduction in your cycle times could translate to savings in the range of thousands to tens of thousands of dollars annually per machine.

بعض الأساليب المستخدمة ل تقليل أوقات الدورة في صب الحقن وتناقش أدناه.

1. قم بضبط جهازك

Performance issues can result in longer injection time. This is a particular concern in older machines that may not consistently achieve the correct injection speeds and pressures. As a result, the machine may take longer to fill the mold on some occasions.

The slow filling of molds increases the cycle times, but it can also lead to part defects and, therefore, a higher part rejection rate. This means it will take even longer to fill the order. 

The best way to avoid this is to keep your machines in excellent operating condition through regular and proper maintenance.

2. تحسين تصميم القالب للتبريد

يستغرق التبريد أكبر قدر من الوقت في دورة صب الحقن. معدل نظام التبريد بشكل ملحوظ affected by the design of your mold. 

Your mold should be designed to encourage good distribution of the cooling agent. The cooling channels should also be situated to achieve optimal cooling rates. They should also be cleaned regularly and kept in good working condition.

التبريد الجيد يقلل أيضًا عيوب الجزء. وهذا يعني أنه سيتم رفض عدد أقل من الأجزاء، مما يؤدي إلى تسليم المنتج بشكل أسرع. 

3. استخدم جدرانًا أرق

Thinner walls result in faster injection and faster cooling. This significantly impacts the cycle time. Choose the thinnest wall that still gives you a viable part.

4. إعادة النظر في اختيار المواد

تتدفق بعض المواد بسهولة أكبر أو يمكن ملؤها عند ضغوط أعلى. وهذا يعني أن وقت التعبئة، والذي يستغرق أيضًا نسبة كبيرة من إجمالي وقت الدورة، يمكن تقليله. ربما كانت لديك مادة معينة في ذهنك، ولكن قد تكون فكرة جيدة أن ترى ما هو موجود هناك أيضًا.

5. العمل مع الأشخاص المناسبين

The right people will have the right ideas on how you can optimize your mold design, اختر المادة المناسبة, and pick the right approach to injection molding.

ستحتاج أيضا people with the right expertise to make small adjustments that can impact cycle times during the process. Making these adjustments without increasing cycle times or compromising part quality is a skill that takes time to learn. 

في بعض الحالات، قد يحتاج جهاز معين إلى تعديلات لا تعمل إلا معه. هذا يعني أنك ستحتاج إلى العمل مع الأفراد الذين عملوا مع هذا الجهاز المحدد عدة مرات من قبل. 

مراقبة الجودة في عملية صب الحقن

Quality control is necessary in injection molding because things will not go 100% according to plan. At the very least, a few things will go awry and when they do, it’s important to have systems in place that will catch the errors early so corrective action can be taken.

هناك طرق مختلفة لذلك ضبط الجودة can be implemented in injection molding including:

• التواصل والتعاون بين المصنعين والعملاء والمستخدمين النهائيين.
• إعادة تصميم المنتجات لتتناسب مع عملية القولبة بالحقن

• تركيب معدات التفتيش والتحكم أثناء العملية
• معالجة مشاكل التصنيع عند ظهورها أثناء عملية الإنتاج

Manufacturers also need to invest in continuous improvement to ensure they are working with the best injection molding tools and methods available. They should also be implementing measures that prevent the recurrence of past mistakes.

اختيار الشركة المصنعة لقوالب حقن السيليكون

الحصول على منتجات سيليكون عالية الجودة يبدأ بـ اختيار الشركة المصنعة المناسبة لحقن السيليكون. تتضمن بعض العوامل الأساسية التي يجب عليك مراعاتها عند اختيار الشركة المصنعة لقوالب حقن السيليكون ما يلي:

• تجربة: الكثير من الخبرة اللازمة في مجال قولبة الحقن تستغرق وقتًا للتعلم. سيكون لدى الشركة المصنعة التي تتمتع بسنوات أكبر من الخبرة الكثير من المعرفة المكتسبة من النجاحات والإخفاقات السابقة.

• الفريق: In addition to experience, having the right team is also crucial. Injection molding requires working with experts in mold design, process control, quality control, customer care, etc.

• القدرة على النماذج الأولية: يمكن للنماذج الأولية السريعة، خاصة باستخدام تقنيات مثل التصنيع باستخدام الحاسب الآلي، أن تضمن تقدم منتجك بسرعة خلال مراحل التصميم المبكرة. يمكن للمصنع الجيد أن يكون لديه نموذج أولي جاهز خلال أيام وليس أسابيع.

• القدرة المتغيرة: بعض الشركات المصنعة ليست سوى خيار عند إنتاج كميات كبيرة من المنتج. ومع ذلك، في بعض الأحيان تحتاج إلى أحجام أصغر لسوق متخصصة. يمكن للمصنعين الذين يمكنهم تلبية هذه الحاجة أن يكونوا حاسمين لنجاح المنتج. 

• الفترة الزمنية: المنتج الذي لا يمكنك الحصول عليه في الوقت المناسب لا فائدة منه. يجب عليك دائمًا اختيار الشركة المصنعة التي يمكنها الالتزام بجدول تسليم سريع.

هونغجو سيليكون لديها خبرة أكثر من 20 سنة providing silicone injection molding services. Their delivery speed is unmatched, as is their record of producing high-quality silicone rubber parts.

They are an example of a manufacturer that meets the criteria above.

الخاتمة

القولبة بالحقن هي one of the best manufacturing methods for plastics today. It is the reason we can get many products we use daily at affordable prices. Injection molding is an ideal manufacturing option when it comes to high-volume production.

Getting the best out of the injection molding process requires making the right decisions at different stages. This includes designing a good mold, choosing an excellent manufacturer, and having quality control measures in place.

اسأل Hongju Silicone عن قولبة الحقن

يمكن أن يشكل لف رأسك حول قالب الحقن تحديًا. إن معرفة أي شكل من أشكال قولبة الحقن مناسب لك أو أي من المواد المتاحة التي يزيد عددها عن 25,000 والتي يجب عليك استخدامها يبدو أمرًا شاقًا للغاية. هذا هو المكان الذي يمكنك الاعتماد فيه على خبرة وخبرة الفريق في هونغجو سيليكون لإرشادك. تواصل معنا لمعرفة ذلك ما تحتاج لمعرفته حول القولبة بالحقن وكيف يمكن أن يكون الحل الذي تحتاجه اليوم.