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最新气辅注塑成型技术介绍

更新时间:2019-12-04 05:28
 

  最新气辅注塑成型技术介绍_能源/化工_工程科技_专业资料。气辅注塑成型技术介绍 用气辅成型技术用气辅成型技术,模具和普通模具的制造方法一样(但要考虑气道和气针放置位置,可 以有多个进气后和排气口);只是塑件的产品结构和常规的大不相同,成型时需要注意进胶和进气

  气辅注塑成型技术介绍 用气辅成型技术用气辅成型技术,模具和普通模具的制造方法一样(但要考虑气道和气针放置位置,可 以有多个进气后和排气口);只是塑件的产品结构和常规的大不相同,成型时需要注意进胶和进气的时差。 进气口和气辅设备连接,出气口可用引槽将气体直接排出模外(也可以从进胶口进气,足球外围!不设排气口)。这种 技术成型出来的零件有以下特点: , D2 {1 H Q# o l! X (在注满 0。3~0。5 秒内吹气) 1、可以设计超厚的零件(按气辅成型工艺特点)且很少有收缩痕。 2、重量比同样外观的产品轻 50%;节约材料。 % p7 p$ 5 a) A7 Z$ a0 a4 l 3、零件成型周期短(氮气可以起冷却作用,且从零件内部冷却,冷却均匀,效果好)。 4 ?, G( G/ }8 } : i / a V3 B: {& k5 Q 4、成型形状后变形小,零件成型后内应力小;且气辅成型部分形成槽形结构,零件强度和结构强度都可以 大大提高。 5 Z8 N2 B$ F. f8 j* o 5、零件成型的收缩虑较小。 ! j3 Y; D, ^( _( f. c$ x 6、气辅用的一般是高压液氮转化的氮气,故直接排出不必担心中毒。空气中可是含有百分之七十多的氮气 哦! ! ?2 s U/ N; W+ D \9 i 7、气辅工艺好像对产品材料限制不大,但一般 HDPE、PP、ABS 等材料用气辅工艺多些。 / n1 w0 m ~, Z3 N0 Q& X 1、 9 [2 @# n% v R b, J+ } 最节省材料的典型气辅零件应该是手柄类了。如小家电类的手柄、汽车的门把手;可以设计得很粗旷,手 感很好,用气辅可以不用考虑厚度问题。 8 L6 n4 z6 \. d: m3 h$ K1 ] a 2、楼主的电视机的气辅工艺应该主要设计在外框周围和柱位根部上,让电视机外壳变成骨架结构,气辅工 艺的使用提高了框架结构强度和解决表面缩水问题;框架强度加强后,四周壁厚可以适当减薄,节省材料。 3、电饭煲的上盖用气辅设计(一般上盖结构由面盖和内盖组成),可以设计成造型丰富的曲面;外沿周边 用气辅成型,中间局部可以用气辅;在加强面盖强度的同时,由于气辅成型后零件变形较小,可以保证良 好的外形,使产品和工业设计的符合度提高。 + ~. t4 w$ o( l& B6 G* } 4、塑料音箱的厚壁结构在使用气辅后可以避免表面缩水现象。 2、 气体輔助技術現在國外已經發展成熟,其中德國發展此技術較早,大約在 80 年代. # [& [6 Z l0 `# ^- e* z 現應用比較廣泛的是英國 Cinpres 的气体輔助系統, 現在已經和香港气体輔助注塑有限公司(GIL)合并, 現 公司名稱為 CGI. 目前有 TCL, 東江, 格力(珠海), 新加坡富裕,神龍汽車(武漢)應用此技術. 1 x* s) K1 ?6 Z J. _ 2 U2 c) e 气体輔助的基本過程為, 气体通過模具內埋設的气針,通過開設好的气道(簡單的也可以直接從流道), 進入 模穴. 气体進入模穴到熔膠充填完成為气体的一次穿透(primary penetration), 在后續的保養過程中由于熔 膠的收縮,气体前鋒往前移動,這個時期气体的運動稱為二次穿透(secondary penetration). S8 I9 L8 j F- x8 L 再來气体輔助對于結构設計和成型的十大优點: 1, 對于大而薄的成品,可使用較為均勻的壓力即可完成射出,因此可以減少殘留應力及翹曲變形,並可增加 机械強度. 3、 2,成品肉厚減少,可以節約成本(老板笑了) % A+ W A# ]2 Y5 L8 ^/ G/ : u5 } 3,可以減少肋骨可輪轂的收縮凹陷,改進成品表面的品質(品管笑了) 9 Q7 w o7 {8 l, C2 H 4,可以降低樹脂的收縮率,提高成品的精密度. 5,大量減少鎖模力,可用小頓位取代大吨位(老板又笑了). - N& }. Q N8 F- I5 B( S8 r: G# [; s& Y 6,利用气体管道的設計來加強成品的結构強度(需要努力學習和交流哦) 7,減少流道數目,節省塑料的使用. 8,縮短成型周期. ( L# p+ w- l/ u 9,改變我們傳統的設計觀念及限制可以使用的成品厚薄比(觀念重要哦). 10,改變傳統設計觀念使各附加零件盡可能設計一体化. ! M6 s. P* `1 T, ~. o 9 Q }1 @) u 從前几個月看到實際的東西,發現這個東西不好做,塑膠机徬邊有一大堆不良品,主要是气体把壁吹破了,這 是我個人收集的一些資料和觀點 & H3 M% [. q2 c7 J! H6 P* q 要討論气体輔助分析的可以到 moldflow 版哦. ? 气辅注塑成型技术介绍 ? 一、前言 气辅注塑工艺是国外八十年代研究成功,九十年代才得到实际使用的一项实用型注塑新工艺,其原理是利 用高压隋性气体注射到熔融的塑料中形成真空截面并推动熔料前进,实现注射、保压、冷却等过程。由于 气体具有高效的压力传递性,可使气道内部各处的压力保持一致,因而可消除内部应力,防止制品变形, 同时可大幅度降低模腔内的压力,因此在成型过程中不需要很高的锁模力,除此之外,气辅注塑还具有减 轻制品重量、消除缩痕、提高生产效率、提高制品设计自由度等优点。近年来,在家电、汽车、家具等行 业,气辅注塑得到越来越广泛的使用,前景看好。科龙集团于 98 年引进一套气辅设备用于生产电冰箱、 空调器的注塑件。 二、气辅设备 气辅设备包括气辅控制单元和氮气发生装置。它是独立于注塑机外的另一套系统,其和注塑机的唯一接口 是注射信号连接线。注塑机将一个注射信号注射开始或螺杆位置传递给气辅控制单元之后,便开始一个注 气过程,等下一个注射过程开始时给出另一个注射信号,开始另一个循环,如此反复{TodayHot}进行。 气辅注塑所使用的气体必须是隋性气体(通常为氮气),气体最高压力为 35MPa,特殊者可达 70MPa,氮 气纯度≥98%。 气辅控制单元是控制注气时间和注气压力的装置,它具有多组气路设计,可同时控制多台注塑机的气辅生 产,气辅控制单元设有气体回收功能,尽可能降低气体耗用量。 今后气辅设备的发展趋势是将气辅控制单元内置于注塑机内,作为注塑机的一项新功能。 三、气辅工艺控制 1.注气参数 气辅控制单元是控制各阶段气体压力大小的装置,气辅参数只有两个值:注气时间(秒)和注气压力(MPa)。 2.气辅注塑过程是在模具内注入塑胶熔体的同时注入高压气体,熔体和气体之间存在着复杂的两相作用, 因此工艺参数控制显得相当重要,下面就讨论一下各参数的控制方法: a.注射量 气辅注塑是采用所谓的“短射”方法(short size),即先在模腔内注入一定量的料(通常为满射时的 70-95%), 然后再注入气体,实现全充满过程。熔胶注射量和模具气道大小及模腔结构关系最大。气道截面越大,气 体越易穿透,掏空率越高,适宜于采用较大的“短射率”。这时如果使用过多料量,则很容易发生熔料堆积, 料多的地方会出现缩痕。如果料太少,则会导致吹穿。 如果气道和流料方向完全一致,那么最有利于气体的{HotTag}穿透,气道的掏空率最大。因此在模具设计 时尽可能将气道和流料方向保持一致。 b.注射速度及保压 在保证制品表现不出现缺陷的情况下,尽可能使用较高的注射速度,使熔料尽快充填模腔,这时熔料温度 仍保持较高,有利于气体的穿透及充模。气体在推动熔料充满模腔后仍保持一定的压力,相当于传统注塑 中的保压阶段,因此一般讲气辅注塑工艺可省却用注塑机来保压的过程。但有些制品由于结构原因仍需使 用一定的注塑保压来保证产品表现的质量。但不可使用高的保压,因为保压过高会使气针封死,腔内气体 不能回收,开模时极易产生吹爆。保压高亦会使气体穿透受阻,加大注塑保压有可能使制品表现出现更大 缩痕。 c.气体压力及注气速度 气体压力和材料的流动性关系最大。流动性好的材料(如 PP)采用较低的注气压力。几种材料推荐压力如 下: 塑料种类 熔纸(g/10min) 使用气压(MPa) PP 20~30 8~10 HIPS 2~10 15~20 ABS 1~520~25 气体压力大,易于穿透,但容易吹穿;气体压力小,可能出现充模不足,填不满或制品表面有缩痕;注气 速度高,可在熔料温度较高的情况下充满模腔。对流程长或气道小的模具,提高注气速度有利于熔胶的充 模,可改善产品表面的质量,但注气速度太快则有可能出现吹穿,对气道粗大的制品则可能会产生表面流 痕、气纹。 d.延迟时间 延迟时间是注塑机射胶开始到气辅控制单元开始注气时的时间段,可以理解为反映射胶和注气“同步性”的 参数。延迟时间短,即在熔胶还处于较高温度的情况下开始注气,显然有利于气体穿透及充模,但延迟时 间太短,气体容易发散,掏空形状不佳,掏空率亦不够。 四、气辅模具 气辅模具和传统注塑模具无多大差别,只增加了进气元件(称为气针),并增加气道的设计。所谓“气道” 可简单理解为气体的通道,即气体进入后所流经的部分,气道有些是制品的一部分,有些是为引导气流而 专门设计的胶位。 气针是气辅模具很关键的部件,它直接影响工艺的稳定和产品质量。气针的核心部分是由众多细小缝隙组 成的圆柱体,缝隙大小直接影响出气量。缝隙大,则出气量也大,对注塑充模有利,但缝隙太大会被熔胶 堵塞,出气量反而下降。 五、气辅使用实例 气辅注塑最适宜于具有粗大柱孔或厚筋的制品以及胶位粗大内部有孔穴的制品(如手柄类、衣架类),国 内几间大型电视机厂家都采用气辅注塑工艺生产电视机前框,可节省原材料 10%~20%并大幅度降低锁模 力。 冰箱顶盖板是大型平板注塑件,质量要求高,其模具采用直浇口入胶,在传统注塑时极易产生变形,影响 冰箱的装配。采用气辅后,变形量得到有效控制,拱曲变形量由原来的 1.7~2 mm 减少到 0.5mm 以下。 空调器的横向风板是一长条型结构,截面形状“不规则”,由于表面不允许有熔接痕,模具采取单点水口入 胶,料流程长,用传统注塑极易产生变形、缩痕,装在空调器上会影响风向电机的转动,严重者甚至会烧 毁电机,因此改善变形量显得尤为重要。采用气辅工艺后此问题迎刃而解,变形量由原来的 3~4mm 降为 1 mm 以内。 手柄则是另一类型的制品,在气辅出现前它是由两件制品装配而成,需要做两付模具而且装配后强度不够, 整体也不够美观。采取气辅后可“合二为一”,省略一付模具及装配工序。 六、总结 气辅注塑是近年兴起的一项新工艺,在国外已得到广泛使用,在国内尚处于初始阶段,目前大型家电厂已 陆续开始使用这项新工艺,相信随着各厂商对气辅工艺认识的加深,这项新工艺会使用得越来越普遍。 3. 气辅制品和模具设计基本原则 (1) 设计时先考虑哪些壁厚处需要掏空,哪些表面的缩痕需要消除,再考虑如何连接这 些部位成为气道。 (2) 大的结构件:全面打薄,局部加厚为气道。 (3) 气道应依循主要的料流方向均衡地配置到整个模腔上,同时应避免闭路式气道。 (4) 气道的截面形状应接近圆形以使气体流动顺畅;气道的截面大小要合适,气道太小 可能引起气体渗透,气道太大则会引起熔接痕或者气穴。 (5) 气道应延伸到最后充填区域(一般在非外观面上),但不需延伸到型腔边缘。 (6) 主气道应尽量简单,分支气道长度尽量相等,支气道末端可逐步缩小,以阻止气体 加速。 (7) 气道能直则不弯(弯越少越好),气道转角处应采用较大的圆角半径。 (8) 对于多腔模具,每个型腔都需由独立的气嘴供气。 (9) 若有可能,不让气体的推进有第二种选择。 (10) 气体应局限于气道内,并穿透到气道的末端。 (11) 精确的型腔尺寸非常重要。 (12) 制品各部分匀称的冷却非常重要。 (13) 采用浇口进气时,流动的平衡性对均匀的气体穿透非常重要。 (14) 准确的熔胶注射量非常重要,每次注射量误差不应超过 0.5%。 (15) 在最后充填处设置溢料井,可促进气体穿透,增加气道掏空率,消除迟滞痕,稳定 制品品质。而在型腔和溢料井之间加设阀浇口,可确保最后充填发生在溢料井内。 (16) 气嘴进气时,小浇口可防止气体倒流入浇道。 (17) 进浇口可置于薄壁处,并且和进气口保持 30mm 以上的距离,以避免气体渗透和倒 流。 (18) 气嘴应置于厚壁处,并位于离最后充填处最远的地方。 (19) 气嘴出气口方向应尽量和料流方向一致。 (20) 保持熔胶流动前沿以均衡速度推进,同时避免形成 V 字型熔胶流动前沿。 (21) 采用缺料注射时,进气前未充填的型腔体积以不超过气道总体积的一半为准。 (22) 采用满料注射时,应参照塑料的压力、比容和温度关系图,使气道总体积的一半约 等于型腔内塑料的体积收缩量。 气辅注射成型 GRIM( Gas-Assisted Injection Mold-ing)为一种新型的注射成型工艺,近几年已在国 外得到广泛的使用,国内的使用也越来越多。其原理是利用压力相对低的惰性气体(氮气因为价 廉安全又兼具冷却剂的作用而被常用,压力为 0.5 一 300 MPa)代替传统模塑过程中型腔内的部分 树脂来保压,以达到制品成型性能更加优良的目的。 1 气辅注射成型的优点 气辅注射成型克服了传统注射成型和发泡成型的局限性,具有以下优点: 1.1 制件性能良好 (1)消除气孔和凹陷在制件不同壁厚连接处所设的加强筋和凸台中合理开设气道,欠料注射后 气体导入,补偿了因熔体在冷却过程中的收缩,避免气孔和凹陷的产生。 (2)减少内应力和翘曲变形在制件冷却过程中,从气体喷嘴到料流末端形成连续气体通道,无 压力损失,各处气压一致,因而降低了残余应力,防止制件翘曲变形。 (3)增加制件的强度制件上中空的加强筋和凸台的设计,使强度重量比比同类实心制件高出大 约 5,制件的惯性矩工大幅度提高,从而提高制件使用强度。 (4)提高设计的灵活性气辅注射可用来成型壁厚不均的制品,使原来必须分为几个部分单独成 型的制品实现一次成型,便于制件的装配。例如国外一家公司原来生产的以几十个金属零件为主 体、形状复杂的汽车门板,通过 GAI M 技术并采用塑料合金材料实现了一次成型。 1.2 成本低 (1)节约原材料气辅注射成型在制品较厚部位形成空腔,可减少成品重量达 10%一 50% (2)降低设备费用气辅注射较普通注射成型需要较小的注射压力和锁模力(可节省 25%一 50%),同时节约能量达 30% (3)相对缩短成型周期由于去除了较厚部位芯料,缩短冷却时间可达 50%正是基于这些优点, 气辅注射适用于成型大型平板状制品如桌面、门、板等;大型柜体如家用电器壳体、电视机壳、 办公机械壳体等;结构部件如底座、汽车仪表板、保险杠、汽车大前灯罩等汽车内外饰件。 2 成型材料的选择 理论上讲,所有能用于常规注射成型方法的热塑性塑料均适用于气辅注射成型,包括一些填 充树脂和增强塑料。一些流动性非常好,难以填充的塑料如热塑性聚氨酷成型时会有一定困难; 粘度高的树脂所需气体压力高,技术上也有难度;玻璃纤维增强材料对设备有一定的磨损。 在气辅成型过程中,由于制件的成型壁厚和表面缺陷在很大程度上由原料性能决定,改变过 程参数对其影响并不很大,因此成型原料的选择极为重要。表 1 是用于气辅注射成型的常用塑料。 PA(聚酰胺)和 PBT(聚对苯二甲酸丁二酸酯)具有独特的结晶稳定性,尤其适合用于气辅注射 成型 A6,PA66 和 PP 也经常被用于气辅成型;一些部分结晶型树脂,成型时内部靠近气道一侧 由于冷却速率相对较慢,无明显无定型边界层产生,但外侧因为模壁的陕速冷却会产生无定型边 界层,从而影响制品质量;对于玻璃纤维增强塑料,在模壁处会产生轻微的分子定向,且在模壁 下一定距离处(约距制品外表面 1mm 处)沿料流方向达到最大成型高强度制件可选用具有较高弹 性模量的树脂,实际生产过程中应根据制件使用要求和具体成型条件选择合适的树脂材料。 3 制件中气道的设计 气道设计是气辅成型技术中最关键的设计因素之一,它不仅影响制品的刚性同时也影响其加 工行为,由于它预先规定了气体的流动状态,所以也会影响到初始注射阶段熔体的流动,合理的 气道选择对成型较高质量的制品至关重要。 (1)常见气道的几何形状 4 对于带加强筋的大型板件,气辅注射成型时,其基板厚度一般取 3 一 6mm,在气体流动距离 较短或尺寸较小的制件中,基板厚度可减至 1.5 一 2.5 mm;加强筋的壁厚可达到和其相接部分 壁厚的 100%一 125%而不会产生凹陷;气道的几何形状相对于浇口应是对称或是单方向的,气 体通道必须连续,体积应小于整个制件体积的 10%。 (2)制件的强度分析 成型传统带加强筋的制件经常出现凹陷、翘曲变形等,而图 1 所示各种断面几何形状加强筋 的板件采用气辅注射成型,既保证了制品强度,又克服了传统注射成型的缺点。通常,相同基板 厚度条件下,类似图 1(e)带有空心宽 T 型加强筋的比带空心窄 T 型加强筋的制件强度要高,后 者又比相同截面带有类似图 1(a)的空心半圆型加强筋板件的强度要高。 制件强度随受力大小和其形式不同变化很大,虽然采用加强筋可增大制品刚度,但若对其施 加局部集中应力,就会大大削弱制品强度。 (3)气道尺寸 气道的尺寸设计和填充气体的流动方向密切相关,气体在流道内总是沿着阻力最小的方向流 动。稳 0 定的牛顿流体通过直径为 D 的圆管,其压降公式为 ΔP=32μVL/D ,其中 μ 为流体粘 度,V 为平均流速,L 为流体段长度,D 为管径,因为气全粘度极小,低于树脂的 0.1%,而且 压降在长度方向上可被忽略,因而只需考虑树脂压降产生的阻力。 假塑性流体在圆管中流动的压降公式和牛顿流体形式相似,因此利用上述公式而不必 和虑实际流体及气体的状况,比较基于气体近浇点不同方向的压降 ΔP(即比较各段的 L 和 D 的 大小),就可定性地解决气体朱充动方向问题 ΔP 小的方向即为气体的优先流动方向。 改变流道尺寸直接导致不同方向压降的变化,从而改变气体的流动方向,并影响制件的成型 质量。 4 模具设计 由于气辅注射成型采用相对较低的注射压力和锁模力,所以除可采用一般模具钢制做模具外, 还可采用锌基合金、锻铝等轻合金材料制造。 气辅注射成型过程的模具设计和普通注射成型相似,模具及制件结构设计造成的缺陷并不能 通过调整成型过程中的参数来弥补,而是应及时修改模具和制件结构的设计,普通注射成型中所 要求的设计原则在气辅注射成型过程中依然适用,以下主要介绍其不同部分设计时应注意事项: (1)要绝对避免喷射现象虽然现在气辅注射有朝着薄壁制品、生产特殊形状弯管方向发展的趋 势,但传统的气辅注射仍多用来生产型腔体积比较大的制件,料流通过浇口时受到很高的剪应力, 容易产生喷射和蠕动等熔体破裂现象。设计时可适当加大进浇口尺寸、在制品较薄处设置浇口等 方法来改善这种情况。 (2)型腔设计由于气辅注射中欠料注射量、气体注射压力、时间等参数很难控制一致,因此气 辅注射时一般要求一模一腔,尤其制品质量要求高时更应如此。实际生产中有过一模四腔的例子, 采用多型腔设计时,要求采用平衡式的浇注系统布置形式。 (3)浇口设计一般情况只使用一个浇口,其位置的设置要保证欠料注射部分的熔体均匀充满型 腔并避免产生喷射。若气针安装在注射机喷嘴和浇注系统中,浇口尺寸必须足够大,防止气体注 入前熔体在此处凝结。 气辅注射中最为常见的一个问题是气体穿透预定的气道进入制件薄壁部分,在表面形成类似 指状或叶状的气体流纹(Gas fingering),甚至少数几个这样的“指纹效应对制品的影响也是致命 的,应该极力避免。 研究表明〔s],形成这类缺陷的主要原因是由于进浇口尺寸和气体延迟时间设置不当造成的, 而且这两种因素常常相互作用,比如当采用较小的浅口和较短的延迟时间时,就极易产生这种不 良后果,既影响了制品外观质量又极大地降低了制件强度。一般可采用缩短气道长度,加大进浇 口尺寸,合理控制气体压力的方法避免这种不利情况的发生。 (4)流道的几何形状相对于浇口应是对称或单方向的,气体流动方向和熔融树脂流动方向必须 相同。 (5)模具中应设计调节流动平衡的溢流空间,以得到理想的空心通道。 气辅注射成型技术近些年在家用电器、汽车、家具、办公用品等行业广泛使用,并且朝着提 高制品尺寸稳定性、制造表面性能优良的薄壁制品、生产特殊形状管材、取代汽车工业中金属制 件等方向发展,相信在以后的工业生产中气辅注射技术仍将发挥其重要作用。

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