注塑气辅技术指南.docx
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注塑气辅技术指南.docx
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注塑气辅技术指南
InjectionMoldingGasAssistTechnologyGuide
气体辅助注塑成型技术指南
Contents
AboutGasAssistInjectionMolding
有关气体辅助注塑成型
ProcessMechanics
StagesofGasAssistMolding
PathofLeastResistanceforGasPenetration
PackingviaGasAssist
过程机制
气辅成型阶段
气体进入阻力最小的通道
气体保压
ProcessMethods
ProcessSequence
GasInjectionLocation
GasDeliverySystem
工艺方法
工艺顺序
气体注入位置
气体运送系统
PartPerformance
StructuralPerformance
PartStiffness
PartStrength
零件性能
结构性能
零件的坚固性
零件的强度
PartDesign
TypesofParts
DesignofOpenChannelParts
GasChannelLayout
BalancingofPolymerFill
GasChannelSizeandGeometry
ChannelSystemDesignProcedure
ProcessAnalysis
PartAnalysis
MaterialSelection
SecondaryOperations
零件设计
零件类型
开放式通道零件的设计
气体通道布局
聚合物填充的均衡
气体通道尺寸和几何图形
通道系统设计程序
过程分析
零件分析
材料选择
二次操作
MoldToolDesign
MoldMaterials
ToolDesign
模具工装设计
模具材料
工装设计
ProcessControl
WallThicknessFormation
ControlofWallThickness
EffectofViscosityonWallThickness
PartConsistency
InteractionofWallThicknesswithGasPenetration
Troubleshooting
过程控制
厚壁形成
厚壁的控制
速度对厚壁的影响
零件的连贯性
厚壁和气体渗入的相互作用
发现并修理故障
AboutGasAssistInjectionMolding
Gasassistinjectionmoldingisavariationofconventionalinjectionmoldingthatcanbeeasilyretrofittedtoanexistinginjectionpressbytheadditionofanauxiliarygasunit.Theusualinjectionofmoltenplasticisassistedbytheintroductionofpressurizedgas(usuallynitrogen)intothemold.Thegasproducesabubblewhichpushestheplasticintotheextremitiesofthemoldcreatinghollowsectionsasthebubblepropagates.
Gasassistmoldingoffersavarietyofprocessanddesignfeatureswhichcanhelptomeetapplicationrequirements.
Someofthepotentialfeaturesandbenefitsarelistedbelow:
气体辅助注塑成型
气体辅助注塑成型是从传统的注射成型发展而来的。
它的工作原理是将高压氮气通过注塑喷嘴或气针射至模腔内。
射入的气体会产生气泡,这个气泡将推动熔体塑料进入模具的末端从而产生中空截面。
气辅成型有很多工艺和设计特点,这些工艺和设计特点有助于满足应用要求。
一些潜在的特性和优点如下:
ExtendDesignGuidelines
扩大设计指南
●HollowThickPartsorThickSectionsWithinPartsCanEnable:
●
●中空厚零件或厚截面可:
●
-Largeribsorflowleaderswithoutprocesspenalties
-厚筋或流向引导
-Higherstiffness-to-weightratioinstructuredparts
-增加结构件的强度/坚固度对质量的比值,
-Moldinglargecross-sections(partsconsolidation)
-形成大型平板类零件
LowerProductionCosts
降低生产成本
●ShortShotProcessWithHollowSectionsCanResultin:
●
●短射和中空截面可:
●
-Lowerclamptonnage
-降低锁模力
-Lowerinjectionpressures
-降低注塑压力
-Reducedcycletimevs.solidsections
-减少周期时间VS.固体截面
●SmoothSurfaceAppearanceCanResultin:
●
●光滑表面外观可:
●
-Improvedaestheticsvs.structuralfoam
-改善美观VS.结构泡沫
-Reducedsecondaryoperations
-减少二次操作
DimensionalStability
尺寸稳定性
●UniformPackingfromWithintheCavityCanResultin:
●
●型腔内保压一致可:
●
-Reducedstresswithinpart
-降低产品的内应力
-Reducedpartwarpage
-减少产品的翘曲
-ReducedsinkmarksEnhance
-减少凹痕
EnhanceFlow/ToolDesign
提高流动/工装设计
●ToolDesignFreedomCanBeObtainedby:
●
●以下方法可提高工装设计自由度:
●
-Replacementofexternalhotandcoldrunnerswithinteriorgaschannels
-将外部的冷热流道替换为内部的气道
Severalvariationsofgasassistmoldingareusedbytheplasticsindustry.Theyaredifferentiatedbythemethodandlocationofthegasinjectionintothepolymermelt.Thegascanbeinjectedthroughthemachinenozzle,runnersystem,sprue,ordirectlyintothemoldcavityunderaconstantpressureoraconstantvolume.Somegasinjectionmethodsarecoveredbyoneormoreprocesspatents.Anappropriatelicensingagreementmustbeobtainedpriortoutilizingaspecifictypeofgasassistmoldingprocess.
目前,在塑料业使用着几种不同的气辅成型。
它们的不同之处是由不同的气体注入方法和位置产生的。
气体可通过机器喷嘴、流道系统、浇口、或通过恒定压力和体积直接注入模具型腔中。
一些气体注射法有一种或更多的专利保护。
在使用一种明确的气辅成型工艺前应获得一份合适的许可证。
气体辅助技术使采用CYCOLOY树脂制成的C&A塑料注塑成型成汽车上刹车块的操作变得更简易,同时还增加了零件的坚固度。
ProcessMechanics
过程机制
StagesofGasAssistMolding
Gasassistmoldingcanbedividedintothreestages:
resininjection,primarygaspenetration,andsecondarygaspenetration(SeeFigure1).
气辅成型的步骤
气辅成型可分为3个阶段:
树脂注入,初始气体穿透和二次气体穿透(见图1)。
Stage1:
ResinInjection
–Thepolymerisinjectedintothemoldasashortshotorpartiallypackedcavity.
–
步骤1:
树脂注入
-聚合物作为“短射”被注入到模腔中。
Stage2:
PrimaryGasPenetration
–Gasisintroducedintothemoltencoreformingabubble.Thegasbubbledisplacessomeofthemoltencore,pushingitintotheunfilledcavityandcompletingthemoldfilling
–
步骤2:
初步气体穿透
—气体被注入到熔芯中形成气泡。
气泡占据了熔芯的一部分,并将树脂推入到未填充的型腔中从而完成型腔的填充。
Stage3:
SecondaryGasPenetration
–Secondarygaspenetrationbeginsattheendofthefillingstagewhenthepolymerhasreachedtheendofthemold.
Thegasbubbleextendsasthepartcoolsandthematerialshrinks.Theextracavityvolumecreatedasthematerialshrinksistakenupbythegasbubble.Thepressureinthebubblealsoprovidespackingofthepartduringsecondarygaspenetration.
步骤二:
—在聚合物到达模具末端完成填充时,二次气体穿透过程随之开始。
当零件冷却和材料收缩时,气泡将扩张。
当材料收缩被气泡占据时,额外的型腔空间就会随之产生。
在二次气体穿透期间,气泡中的压力提供了产品的保压。
Stage:
阶段,melt:
熔体,shortshot:
短射,meltfront:
熔体前端,solidlayer:
固化层,primarygaspenetration:
初始气体穿透,deformingmelt:
未成型熔体,moltenlayer:
熔体层,gasfront:
气体前端,hollowcore:
气核,secondarygaspenetration:
二次气体穿透
图1:
气辅成型的步骤
气体进入阻力最小的路径
Thegasbubblepropagateswithinthemoltencorealongthepathofleastresistancethroughthecavity.Thispathisdeterminedbylowerpressuresandhighertemperatures.Lowerpressureareasaredeterminedbymeltfrontlocation,cross-sectionalarea,andpositionofthepolymerinjectiongate.Highertemperatureareasoccurincentersofthicksections,high-shearregions,andasaresultofmoldtemperaturevariations.Highertemperaturesalsoresultinlowermeltviscosities.Duringprimarygaspenetration,thegasbubblecanonlypenetrateintoareasofthepart,wheredisplacedpolymercanfloweasilytounfilledsectionsofthemold.Themeltpressurevariationwithinthecavityusuallydominatesthebubblepropagationduringprimarygaspenetration.
气泡在熔核内沿着阻力最小的路径通过型腔不断扩张。
这个阻力最小的路径取决于低气压高温度。
低气压区域取决于熔体前沿位置,截面区域和聚合物注入浇口的位置。
高温区域发生在厚截面h和高剪切速率区以及模温变化的结果。
高温也可导致熔体低粘度。
在初始气体穿透过程中,气泡仅能穿透零件的一些部位,在这些部位聚合物可容易地流到模具的未填充部位。
PackingViaGasAssist
通过气辅保压
Duringthepacking/holdphaseofprocessingtherewillbesomeadditionalgaspenetrationresultingfromshrinkageaswellascompressionofthemoltenpolymer.
在保压过程中,会出现额外的气体穿透,这是由收缩和熔融的聚合物压缩导致的。
Themethodofpackingbygasassistmoldingofferssomeintrinsicadvantagesoverthatofinjectionmolding:
●Moreuniformpackingfromwithinthecavityviathegasbubble
●
●Longerdurationofpacking(notlimitedbygatefreeze-off)
●
通过气辅成型保压的方法比传统的注塑成型保压方法有着本质上的优点:
●保压一致性更高
●
●保压时间更长
●
Thepressureduringthepackingstageingasassistmoldingisprovidedbythegasbubbleandnotbythemachinescrewasintraditionalinjectionmolding.Thepressureisuniformthrough-outthegasbubble,andthebubbleisdistributedthroughoutthecavity.Thismeansthatthecavityismaintainedatanearlyuniformpressureduringsolidification.Intraditionalinjectionmolding,non-uniformstressesresultbecausethepressurecannotbedistributeduniformlythroughoutthehighviscosityresin.ThispointisillustratedinFigure2.
气辅成型中保压阶段的气压是由气泡提供的,而是向传统注塑成型那样由注塑机提供的。
通过气泡,这个气压是均匀的而且这个气泡是充填整个型腔的。
这就意味着在熔体凝固过程中,型腔维持着一个几乎一致的气压。
在传统的注塑成型中,由于通过高粘性的树脂,气压不能均匀的被分布从而导致不一致的应力。
有关这点的说明,见图2
Injectionmolding:
注塑成型,pressure:
压力,flowlength:
流道长度,gasassistedmolding:
气辅成型,nozzle:
喷嘴
图2.
Packinginternallywithgasassistalsoincreasestheallowableeffectiveholdtimeduringsolidification.Packingviaconventionaltechniquesissusceptibletogate"freeze-off"whilegaspressuresmaybemaintainedthroughoutthecoolingtime.
气辅保压也增加了凝固过程中的有效保压时间。
ProcessMethods
工艺方法
ProcessSequence
工艺顺序
Thegasassistmoldingsequenceissimilartostandardinjectionmoldingwiththeadditionofthegasinjectionstages:
1.Moldclosesandreachesclamptonnage.
2.Resinisinjectedintothemoldcavityasashortshotorwithreducedpacking(nocushion).
3.Gasisintroducedintothehotmelt.
4.Gaspressureismaintainedduringthecoolingcycle.
5.Gaspressureisreleased.
6.Moldopensandpartejects.
气辅成型顺序与标准注塑成型相似,只是外加了一个气体注入阶段:
1.合模并达到锁模力
2.
3.通过短射将树脂注入到模腔中。
4.
5.将气体注入到熔体中
6.
7.在冷却周期中气体保压
8.
9.释放气压
10.
11.开模,零件被顶出
12.
Thissequencewillnottypicallyaddcycletimetotheprocesssincetheaddedstepsoccursimultaneouslyduringthecoolingcycle.Stepfourreplaces,oriscoupledwith,thepackingphaseofstandardinjectionmolding.
这个顺序不会增加工艺的周期时间,因为增加的步骤在冷却中同时发生。
GasInjectionLocation
气体注入位置
Gasassistmethodsvaryinthelocationalongthemeltstreaminwhichthegasisintroduced.Gasmaybeintroducedtothemeltatthemachinenozzle,therunner,and/ordirectlyintothemoldcavity.
气辅方法的不同处在于气体注入的位置。
气体可能通过机器喷嘴、流道和/或直接注入模腔中。
MachineNozzle
机器喷嘴
Gasintroducedviaaspecialshut-offnozzleattachedtothebarrelofthepressisknownas“through-nozzle”gasassistmolding(SeeFigure3).
通过一个安装在料筒上的截流式喷嘴将气体注入。
(见图3)
Part:
零件,N2IN:
氮气进气,N2outviarecovery:
氮气排出,通过恢复,N2outatspruebreak:
氮气排出,通过浇口
Figure3.GasInjectionThroughtheMachineNozzle.
图3:
经过机器喷嘴注入气体
Inthismethod,allgaschannelsmustbeconnectedtothesprueorgatesincethegasoriginatesfromonepoint.Hotmanifoldsystemsarenotsuggestedforthisprocessbecausepolymerinthemanifoldwillbedisplacedbythegas,possiblyresultingininconsistentshotsizesandsplay.Insomecases,hotmanifoldsmaybeeliminatedfromthetooldesignbydesigningflowrunnersinthepartandthenhollowingthemouttocreategaschannels.Ashut-offportionofthenozzleissuggestedtohelppreventgasfrompenetratingintothebarrel.
在这种方法中,所有的气道必须与浇口或注入口相连接,因为气体是从一个点注入的。
对于这种方法不建议使用热流道系统,因为在流道中的聚合物将被气体代替,可能导致不一致的射入尺寸和扩张。
在一些情况中,通过在零件中设计流道,排除工装设计中的热流道,然后将他们掏空产生气道。
截流式喷嘴有助于防止气体进入料筒。
ResinDeliverySystem
树脂运送系统
Gasintroducedintotherunn
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