气体辅助注塑成型

3.10 气体辅助注 塑 成 型,四川大学高分子学院,内 容,概 述气辅成型中的制品设计原则气辅成型的模具设计,3.10.1 概 述,什么是气体辅助注塑成型？,工艺过程,成型方法包括短射(short shot)和满射(full shot),工艺过程-短射,塑料熔体并未注满型腔,只注满型腔的50%90%就开始进气;对薄壁的制品最好还是用满射成型的方法.,FLASH,工艺过程-满射,满射成型是在塑料熔体完全充满型腔后才开始注入气体，树脂由于冷却收缩而让出一条流动通道，气体沿通道进行二次穿透，不但能弥补塑料的收缩，而且靠气体压力进行保压效果更好，所形成的气体通道的尺寸必然与制品体积和塑料收缩率成一定比例。,气辅成型优点,气体保压压力梯度很小，保压效果更好；制品的内应力小，减小壁厚差异大的制品的翘曲变形；能消除表面的凹陷，表面光滑；减少了进料点，故熔结痕减少；可以成型流动长度更大的薄壁制品；塑件尺寸精度和形位精度高；节约原料，最高可达4050；可使厚壁制品的生产周期缩短50%甚至更多；采用短射技术使注塑压力降低，气辅注塑压力约725MPa，而普通注塑为 4080MPa或更高；锁模力大幅度降低。,气体辅助注塑成型的优点是什么？,气辅成型缺点,额外费用：气体、控制单元、针阀等；制品横截面的壁厚不一致；从进料到进气转换时会在制品表面产生痕迹；不易改变原料和壁厚；通常进气点是向外开放式的；用于多腔模时，会有不小的困难；中空截面形状通常难以预测；熔合线位置也难以预测；,气体辅助注塑成型的缺点是什么？,制品和模具设计,制品设计的特点是：设计者的自由度大,制品壁厚可相差悬殊，这样就可把普通注塑时由多个零件组装而成的制品重新设计成一体。采用粗大的加强筋作为气体通道，制品刚性好，浇口数目减少。制品和模具设计的重要问题是根据所成型制品形状决定塑料熔体进浇位置、气体入口位置和气道的位置。较早期的气辅注塑成型，气体注入口与塑料熔体浇口同在一处，现在气体入口可根据需要设置，在任意时间进入塑件的任何部位。气辅注塑成型可以成型许多用普通注塑成型方法不能或难以成型的制品。,适用的制品,适宜成型的制品,适宜成型的制品,适宜成型的制品,例子:一条形带翼的制品,浇口在一端的中心,两边有加强盘筋,两侧有两个进气口,在加强筋中心分别形成了矩形和三角形的气体通道.,适宜成型的制品,例子:美国生产的31英寸彩电，原料为HIPS,由于有对称的两个互不相通的半环形气道传递压力,使浇口数量减少,仅为一个,由于壁厚减薄使总重量减轻了43，循环时间缩短51，合模力减少了30。,适宜成型的制品,大型的、厚薄不均的复杂塑件 采用普通注塑成型，这类塑料制品是不可能一次成型的，只能分解成大小不同厚薄相近的零件分别成型，然后再组合在一起，工艺过程极为麻烦。由于气辅注塑能成型投影面积大，而且厚薄相差悬殊的塑料制品，据此可以重新进行制品设计，将多个零件合成一体一次成型。电视机前框可作为一个例子。,适宜成型的制品,例子:电视机前框改为气辅注塑成型，制件经重新设计后，重量减轻了26，零件数减少了54。,适宜成型的制品,例子:马自达汽车保险杠。用气辅成型克服了表面凹陷，用填充PP制造的保险杠增加了加强筋后其刚性增加60，减震器也不再需要了。壁厚仅2.8mm，比多个零件组合构成的前后保险杠分别减轻了37及24的重量。,洗衣机,制品旋转冀的根部的厚度是壁厚的3.5倍，决定了注塑成型的周期,因此希望用气辅成型.,洗衣机例子,模拟软件预测到了与实际一样的气体穿透-手指效应.,洗衣机例子,塑料温度的 降低使成型周期从70S到43S减少了38%。,洗衣机例子,体积收缩的减少提高了制品的圆度50%至75%；制品重量减少了12%.,托盘,管,铲子,把手,把手,Philips医用器材零件,方向盘,卡车前部零件,外装饰条,剪草机的扶手,车内抓紧用的手柄,键,调节椅子用的操纵杆,调节车用变速器的操纵杆,进气阀结构,Cinpres 公司进气阀例子,内 容,概 述气辅成型中的制品设计原则气辅成型的模具设计,(气辅)制品设计原则,塑料的气道部分和实心部分的壁厚应相差悬殊，以确保气体在预定的通道内流动，而不会进入邻近的实心部分，如果气体穿透到实心部位将其淘空，则产生所谓的手指效应，这将影响制品的总体强度和刚性。,(气辅)制品设计原则,塑件的壁厚除了棒状手把类制品外，对于非气体通道的平板区而言壁厚不宜大于3.5mm。壁厚过大也会使气体穿透到平板区，产生手指效应。,内 容,概 述气辅成型中的制品设计原则气辅成型的模具设计,进气方式,通过机器的喷咀进气,通过模具型腔进气,通过模具中的流道进气,进气方式,通过机器的喷咀,进气方式,通过模具内进气,进气位置,通过模具型腔进气,进气位置,通过模具型腔进气,制品形状-加强筋,普通塑件加强筋的厚度应比塑件主体壁厚薄(约为其一半)，即使这样也免不了在加强筋所在壁的对面产生凹陷，因此应尽量少采用。在气辅注塑中加强筋可设计得比塑件主体壁厚大得多，作为气体通路，不但可避免产生凹陷，而且可大大地增加塑件的刚度，粗大的加强筋通常不会增加制品总重，因为平板部分可减薄，在筋中的大量气体也可减轻重量。,气道形状与筋的关系,参考下面的数据或许可以避免手指效应和缩痕。,气道形状与筋,气体辅助注塑成型制品上筋的设计参考，s为塑件主体的壁厚。,气道形状与筋,气道形状与筋,下面是复印机门的例子,3mm的壁厚也没产生手指效应,当然这还与材料与气道的尺寸有关.,气道形状与筋,气道的末端应该渐变,不要突然结束,否则气体可能进入薄壁处或者出现缩痕.,制品形状-横截面,棒状制品,制品形状-横截面,棒状制品,制品形状-长度,制品形状-圆角,气道布局-平板制品,气道布局不好可能导致手指效应或者气体冲破制品表面。,气道布局-平板制品,一般一个进气点只充填一个气道,如果多个气道相交可能导致熔结痕和缩痕.,气道布局,气道长度-预填充熔体量,气道长度,控制气体穿透长度的办法还有过溢出法或特殊的抽模芯法。过溢出法可较准确地控制气体通道长度.,FLASH,FLASH,气道长度,下图为抽模芯法形成和控制气体通道的模具.,FLASH,气道长度,满射成型时气体通道是由于塑料熔体冷却收缩形成的，所形成气道长度主要取决于原材料体积收缩率，体积大小和气道断面尺寸，对于ABS、聚苯乙烯类塑料虽然其模塑收缩率只有0.60.8，但注塑时熔体体积收缩率仍有10。对于PE、PP类塑料其体积收缩率可达20，即气体约占20体积。,气道长度,如图所示的制品总体积为100单位体积单位，用PP成型时体积收缩率为20%,如果气体通道横截面积为1个单位面积,则气道的长度为20个单位,能满足要求.但对体积收缩率为10%的ABS则达不到要求.可以把气道的外围尺寸设计成1X1单位面积,则气道的尺寸变成0.5个单位面积.这样便能使气道的长度变成20个单位。,翘曲和变形,气辅成型能消除制品的翘曲和变形吗？,翘曲和变形,剩余壁厚-注入树脂量,太少,太多,剩余壁厚-注入树脂量,剩余壁厚-模温,以PC（Makrolon 2458）为例子，模温变化大于 30C而制品的壁厚基本上不变，平均壁厚的改变量仅 0.02mm.,剩余壁厚-熔体温度和粘度,以 Durethan PA6 为例，熔休温度增加50C对制品的壁厚也只稍微有点影响，尽管相应的粘度变化量达到了 65%；再用改变材料的方法，使粘度增加一倍后，制品的剩余壁厚也基本上没什么变化。所以结论是：这两个参数似乎对制品的剩余壁厚影响不是很明显。,剩余壁厚-熔体温度,对PC（ Makrolon 2458）有相似的结果，尽管制品的剩余壁厚要随熔体温度的增加而减小，但也只有不到0.5mm.,剩余壁厚-气压,对PC（ Makrolon 2458）的实验结果显示：即使气压增加了一倍，而制品的剩余壁厚也基本上没什么变化。,剩余壁厚-气体延迟时间,延迟时间较短时，对制品的壁厚影响不大，而延迟时间较长时也基本上只是增加了进气前的塑料冻结层的厚度。,剩余壁厚-气体延迟时间,对PC（ Makrolon 2458）的实验结构显示：延迟时间的增加肯定会稍微增加制品的剩余壁厚，但下图中只增加不到0.40mm.,剩余壁厚-材料,下图表明，材料对制品的剩余壁厚有比较明显的影响。,剩余壁厚-填料,下图表明了矿物和纤维等填料对PA气辅成型制品的剩余壁厚的影响程度。,剩余壁厚-制品形状,型腔的横截面积对制品的剩余壁厚有比较大的影响，一般是截面积越大则剩余壁厚也越大.,Weld line,传统的预测熔结痕的方法对气辅成型不适用.,可能的问题-气道太短,可能的问题-气道太短,解决方案：,减少熔体注入量,减少延迟时间,增加气体压力,注意模具排气,增加浇口尺寸,可能的问题-短射,可能的问题-短射,解决方案：,增加熔体注入量,提高喷咀温度,提 高 背 压,增加气体压力,保持气针未堵,检查气体是否用完,注意模具排气,增加浇口和流道尺寸,增加气体进入口尺寸,可能的问题-气体冲破,可能的问题-气体冲破,解决方案：,增加熔体注入量,增加延迟时间,降低气体压力,增加注射速度,增加熔体温度,可能的问题-内部起泡,原因是气体进入了熔体里.,可能的问题-内部起泡,解决方案：,增加气体保压时间,缓慢地释放气体,增加延迟时间,降低气体压力,保持材料干燥,降低熔体温度,改变塑料材料,可能的问题-手指效应,可能的问题-手指效应,解决方案：,增加熔体注入量,增加气体注入时间,增加气体延迟时间,降低气体压力,增加气道高度尺寸,减小主要壁厚尺寸,可能的问题-制品破裂,浇口封闭，气体尚未排除的结果。,可能的问题-制品破裂,解决方案：,改善气体的排除方法,影响气辅成型的五因素,Material Data Rheological Behavior Thermal Behavior,Part Geometry Categories Injection Point Location Part Design,Process Parameters Dela