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气体辅助注塑的应用技术
- 2019-10-17-

气体辅助注塑的应用技术

气体辅助注塑技术可应用于各种塑料制品,如电视机或扬声器外壳、汽车塑料制品、家具、浴室、厨房用具、家用电器和日常用品、各种类型的塑料盒和玩具等。具体来说,气体辅助注塑它现在分为以下几类:

气体辅助注塑

管状和杆状零件,如门把手、转椅支架、挂钩、扶手、导轨、衣架等。这是因为管状结构的设计使现有的厚截面适合于产生气体管道,并利用气体的渗透形成空洞,从而消除表面成形缺陷,节约材料,缩短成形周期。

大型扁平零件,如门板、复印机外壳、仪表板等。通过使用加强筋作为穿过B体的空气通道,消除了由于加强筋和零件的内部残余应力引起的翘曲变形和熔体堆积塌陷等表面缺陷,提高了强度/刚度与质量之比,同时,由于夹紧力大大减小,可以减小注射机的吨位。

形状复杂、厚度不均匀的复杂零件,以及传统注射技术造成的收缩痕迹和污点等缺陷,如保险杠、家电外壳、汽车车身等。在这些产品的生产过程中,采用了气体辅助注射技术和巧妙的气道布置,适当增加了加强筋的数量,同时利用气体的均匀压力来克服可能的缺陷,使零件一次成型,不仅简化了工艺,而且降低了生产成本。

气体辅助注塑(GRIM)是一种新型的注射成型工艺。近年来,它在国外得到了广泛的应用,在中国也越来越多。原理是用压力相对较低的惰性气体(氮气因其价格低廉、安全和冷却剂的作用而常用,压力为0.5-300MPa)代替传统成型工艺中介质腔中的部分树脂来维持压力,从而达到更好的产品成型性能的目的。

1气体辅助注塑的优势

气体辅助注塑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产品性能良好。

(1)消除气孔和凹陷,合理打开工件不同壁厚连接处的加强筋和凸台中的气道,在注射底料后通入气体,从而补偿冷却过程中熔体的收缩,避免气孔和凹陷的产生。

(2)减小内应力和翘曲变形(Warping变形)在工件冷却过程中,从气体喷嘴到物料流的末端形成连续的气体通道,无压力损失,各处气压一致,从而减小残余应力,防止工件翘曲变形。

(3)增加产品的强度。产品上中空加强筋和凸台的设计将使强度和重量比类似的实心产品高约5%。产品的惯性矩将大大增加,从而提高产品的使用强度。

(4)为了提高设计的灵活性,可以使用气体辅助注射来形成壁厚不均匀的产品,从而实现产品的一步成型,该产品原本需要单独成型为几个部分,便于产品的组装。例如,一家外国公司最初生产的汽车门板以几十个金属零件为主体,形状复杂。采用GAI金属技术和塑料合金材料实现一次成型。

1.2低成本

(1)通过气体辅助注塑节省原材料并在产品较厚的部位形成型腔,可使成品重量减轻10-50%

(2)为了降低设备成本,气体辅助注射比普通注射成型需要更少的注射压力和夹紧力(节省25%-50%),同时节省30%的能量

(3)相对缩短的成型周期由于去除了较厚部分的芯材,冷却时间可缩短高达50%。基于这些优点,气体辅助注射适用于模制大型扁平产品,例如桌面、门、板等。大型橱柜,如家用电器、电视、办公机器等。结构部件,如底座、仪表板、保险杠、大前灯罩和其他汽车内外饰件。

2成型材料的选择

理论上,所有可用于常规注射成型方法的热塑性塑料都适用于气体辅助注塑,包括一些填充树脂和增强塑料。一些流动性非常好但难以填充的塑料,如热塑性聚氨酯,在成型时会有一定的困难。高粘度树脂需要高气压,技术上很困难。玻璃纤维增强材料对设备有一定的磨损。

在气体辅助成形过程中,由于零件的成形壁厚和表面缺陷很大程度上取决于原材料的性能,工艺参数的变化对其影响很小,因此成形材料的选择极其重要。表1显示了气体辅助注塑中常用的塑料。

聚酰胺(PA)和聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)具有独特的结晶稳定性,特别适合气体辅助注塑。PA6、PA66和聚丙烯也经常用于气体辅助成型。一些部分结晶的树脂没有明显的无定形边界层,这是因为在模制过程中靠近空气通道的内侧的冷却速度相对较慢,但是由于模具壁的快速冷却,在外侧会产生无定形边界层,从而影响产品质量。对于玻璃纤维增强塑料,在模壁处会产生轻微的分子取向,对于在模壁下方一定距离(距产品外表面约1毫米)处材料流动方向达到最大值的高强度产品,可以选择具有较高弹性模量的树脂。在实际生产过程中,应根据产品的使用要求和具体成型条件选择合适的树脂材料。

三件式零件的气道设计

气道设计是气体辅助成型技术中最关键的设计因素之一。它不仅影响产品的刚性,还影响其加工行为。因为它预先规定了气体的流动状态,所以它也影响初始注射阶段的熔体流动。合理的气道选择对塑造高质量产品至关重要。

(1)公共气道的几何形状

对于带加强筋的大板件,气辅注射成型时基板厚度一般为3-6mm,气流距离短或尺寸小的零件基板厚度可减小到1.5-2.5mm;加强筋的壁厚可以达到与加强筋连接部分壁厚的100%-125%,无凹陷;气体通道的几何形状应相对于闸门对称或单向。气体通道必须是连续的,体积应小于整个零件体积的10%。

(2)零件强度分析

凹陷、翘曲等。通常出现在形成具有加强肋的传统部件中,而图1所示的具有各种横截面几何形状的加强肋的板部件通过气体辅助注塑形成,这不仅确保了产品的强度,而且克服了传统注射成型的缺点。通常,在相同基底厚度的条件下,具有类似于图1(e)的中空宽t形加强肋的产品的强度高于具有中空窄t形加强肋的产品的强度,并且后者的强度高于具有类似于图1(a)的中空半圆形加强肋的板的强度。

产品的强度随着应力及其形式的不同而有很大差异。虽然使用加强筋可以提高产品的刚性,但如果对其施加局部集中应力,产品的强度会大大减弱。

(3)气道尺寸

气体通道的尺寸设计与填充气体的流动方向密切相关,气体总是沿着流动通道中阻力最小的方向流动。稳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是流体的粘度,v是平均流速,l是流体段的长度,D是管径。因为气体的总粘度非常小,低于树脂的0.1%,并且沿长度方向的压降可以忽略,所以只需要考虑由树脂压降产生的阻力。

圆管内流动的假塑性流体的压降公式类似于牛顿流体的压降公式。因此,通过使用上述公式,气体辅助注塑在不考虑实际流体和气体条件的情况下,基于浇注点附近的气体比较不同方向的压降δP(即,比较每段中的L和D的大小),可以定性地解决气体注充方向的问题。δP小的方向是气体的优选流动方向。

改变流道的尺寸直接导致不同方向的压降变化,从而改变气体的流向,影响零件的成形质量。


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