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气辅成型工艺_气辅成型制品与模具设计

来源:广东快乐十分选二计划 时间:2019-04-20 点击: 推荐访问:成型模具设计

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Abstract:.Understand how the technology of gas―assisted injection come into being and its application,designing the partsign and mould reasonably is the key to ensure the realization of gas―assisted injection.
  Key words: gas―assisted injection, part design, mould design
  气体辅助注射成型(简称气辅成型),在许多工业发达国家的大批量生产中被广泛应用,是利用高压惰性气体使塑件内部产生中空截面,推动熔体填充,气体均匀保压,比传统注射成型多了一个气体注射阶段。此技术是90年代开始进入实用阶段的一项新技术,在欧、美、日等国,每10副注射模就有2副是气辅模具。我国自1995年后开始引进气辅技术成型,主要用于大屏幕彩电壳的生产,目前仍处于探索阶段。
  一、气辅成型工艺过程
  ⒈塑料填充阶段;
  ⒉切换延迟阶段;
  ⒊气体注射阶段,气体沿气道开始穿透,推动塑料熔体充满型腔;
  ⒋保压阶段,气体以一定的压力在气道内穿透,同时以相同的压力将塑料紧紧地压在型腔壁上,提高了制品精度和质量;
  ⒌气体释放阶段;
  ⒍顶出阶段,当制品冷却到具有一定的刚度、强度后开模顶出。
  如图1所示,气辅成型过程示意图,(a)――塑料熔体充填阶段,(b)――气体注射阶段,(c)――保压冷却阶段,(d)――脱模顶出阶段。
  二、气辅成型分类及适用范围
  根据气辅成型时注射进入型腔熔料体积的不同,可分三种方式:
  ⒈中空成型。熔体射入型腔体积的60%~70%时,停止注射熔体,开始注入气体,直到保压冷却定型。这种方法主要用于把手、手柄等大的厚壁制品。
  ⒉短射。熔体射入型腔体积的90%~98%时,停止注射熔体,开始注入气体,直到保压冷却定型。这种方法主要用于较大平面的厚壁或偏壁制品。
  ⒊满射。熔体完全充满型腔时,注入气体,由气体填充因熔体体积收缩而产生的空间,并将气体保压和熔体保压配合使用,使制品翘曲变形大大降低。这种方法主要用于较大平面的薄壁制品。
  三、气辅成型设备
  ⒈普通注射机;
  ⒉空气压缩机,将空气压缩为0.4~0.6Mpa的压缩空气;
  ⒊氮气发生器,将压缩空气分离提取氮气,纯度达98%以上;
  ⒋低压氮气罐,储存低压氮气;
  ⒌压缩机,将低压氮气储罐中氮气加压至35Mpa左右;
  ⒍高压氮气储罐(35Mpa),将注射后排出的废气回收;
  ⒎控制单元,与注射机控制系统相连,对气体注射的开始时间、注射时间及结束时间进行控制。
  四、与传统注射成型工艺相比的特点
  传统注射成型不能成型大型、复杂、薄厚不均等制品,气辅成型是为了克服传统注射成型的局限而发展起来的。
  ⒈可成型传统注射成型工艺难以加工的厚壁、偏壁制品;
  ⒉可消除厚壁处的缩痕、翘曲或表面凝斑;
  ⒊厚壁件气辅成型后,由于中空冷却时间大大缩短(缩短生产周期达30%),并可减轻制品重量(一般减轻20%~40%),锁模力大大减小(可达60%),成型过程压力小(在低压气体压力下成型),节省能源,对注射机的要求降低;
  ⒋可通过设置附有气道的加强筋,提高制件的强度和刚度,而不增加制件的重量;
  ⒌由于气体压力是均匀分布的,保压可避免制品密度不均,内应力小;
  ⒍材料的适应性好;
  ⒎气辅成型技术的缺点是设备费用较高,初期投资较大,限制了技术的推广;对注射机的注射量和注射压力的精度要求有所提高;制品质量对工艺参数更加敏感,增加了工艺控制的精度要求。
  由于气辅成型比传统注射成型有许多优点,所以主要用于管道状制品,大型扁平结构制品和由不同厚度截面组成的制品,广泛用于家电、汽车、日常用品等方面,具有较大的发展前景。
  五、气辅成型制品设计原则
  根据气辅成型结构形状的不同,可分三种:
  ⒈棒状件。类似把手之类的大壁厚制品,如汽车门把手、汽车雨擦、吊环、窗框、仿木家具等。这类件主要是利用气体穿透作用,气体穿透整个制件的壁厚部位形成气道,而制件的外形决定了气体穿透后形成气道的截面形状,截面形状决定了制件质量的好坏。塑件最好呈圆形或椭圆形,可避免因熔体不均分布造成壁厚差异。同时要避免尖角,采用大的圆角过渡,防止熔体堆积。图2所示棒类制品截面设计方案。
  ⒉板类件
  传统注射时,由于成型表面积较大,需要较大锁模力,残余应力使制品翘曲变形,熔体堆积处产生塌陷。气辅成型可以避免这些缺陷,气体沿阻力最小的方向前进,容易在较厚的部位穿透,因此,板类制品设计时常将加强筋作为气道,一般设在制品的边缘或壁的转角处。
  设计加强筋时应避免又细又密,尺寸太小不利于气体的穿透,容易产生“手指”效应(在大平面制品中易产生,是在保压阶段,平板部位的体积收缩而产生缺料,需气道和平板间熔体来补偿,引起制品壁厚的不均。),可设计为较厚、较少的加强筋。但尺寸也不能太大,会造成熔体局部堆积,冷却收缩后表面凹陷,也会引起熔接痕和困气现象。
  平板制品壁垒厚s一般不超过4mm,气道几何尺寸b―气道宽度,h―气道高度,c―加强筋宽度,d―加强筋高度。经验推荐值b=(2~4)s,h=(0.7~1.0)b,c=(0.5~1.0),d=(5~10)s。图3所示板类制品截面设计方案。   ⒊特殊件
  由于结构及使用上的要求,需要一些特殊件,而特殊件是棒类件和板类件的组合,制品薄厚不均,面积及体积较大,使传统注射成型困难,甚至不能一次成型,需要多个部件装配而成,如塑料玩具铲子,铲子部位扁平,而手柄与铲子部分壁厚相差较大,通常是分别做,然后装配而成。如果采用气辅成型,布置气道来掏空壁厚处,从而使壁厚均匀,消除缺陷,节省材料,缩短冷却时间。
  六、气辅模具设计原则
  与普通成型模具相比,气辅模具必须有气体注入系统、气道的开设、气针等。
  ⒈气道方向应与熔体流动方向一致,由高压区向低压区,容易在较厚的部位进行穿透,在制品和模具型腔设计时常把加强筋或肋板等较厚部位用做气道;
  ⒉气道应是连续的,以保证气体穿透的畅通性,但应避免回路而使气体的穿透形成分支,在支路的前端熔体汇合处形成熔接痕;
  ⒊浇注系统应采用点浇口;
  ⒋对于大件制品,如74cm彩电壳,由于气道可起流道作用,采用3个点浇口即可,而传统成型至少6~8个浇口;
  ⒌注气点位置尽可能靠近浇口,约保持30cm以上的距离;
  ⒍多型腔成型,每个型腔应采用单独的注气点;
  ⒎在一般情况下,气体往往不能到达气道尾部,可采用加设“溢流井”使气道穿通;
  ⒏气辅模具由于塑件筋数减少,因此模具制造容易,但模具加工必须保证塑件和气道的壁厚,这是由于气体对壁厚十分敏感,当壁厚超差时,气体乱串;
  总之,气辅成型技术要求制品和模具设计要合理,才能保证成型。利用气辅成型可成型传统注射成型所不能成型的制品,可利用中空部件的成型设计出强度和刚度性能较好的制品,可避免多个部件的组合,可消除传统成型出现的缺陷。利用气辅成型过程的CAE技术,气辅成型必将应用于更广阔的领域。
  参考文献:
  [1]王涛等.气体辅助注射成型制品及模具设计的基本原则.模具工业,1999,(12)
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  [3]王浩鹏.气体辅助注射技术及其应用.模具工业,1998,(8)
  [4]胡广洪等.气体辅助注射成型工艺的探讨.模具工业,2001,(11)
  [5]张华等.气体辅助注射成型气道设计.模具工业,1998,(2)
  [6]陈志刚等.塑料模具设计.机械工业出版社,2002

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