Che cos'è lo stampaggio a iniezione assistito da gas?

Gas Assisted injection molding is a process that uses gas to help push plastic material into the mold. This makes the process faster, more efficient, and results in a higher quality product.

Gas-Assisted Injection Molding (GRIM) is a new type of injection molding process, which has been widely used abroad in recent years and is increasingly used in China.

Gas-assisted injection molding is a process that uses pressurized gas to help injection molded parts cool faster and cure more quickly.

Gas assist molding is a low-pressure plastic injection molding process where pressurized nitrogen gas is injected into the mold, pushing the molten plastic into the mold extremities, while hollowing out thicker sections in the part.

This blog post will discuss what gas-assisted injection molding is and how it works!

Principio dello stampaggio a iniezione assistito da gas

Il principio è quello di utilizzare un gas inerte a pressione relativamente bassa (l'azoto è comunemente usato per il suo basso costo e la sua sicurezza, oltre che per il ruolo di refrigerante, con una pressione compresa tra 0,5 e 300 MPa) per sostituire parte della resina nella cavità del processo di stampaggio tradizionale per mantenere la pressione, per ottenere migliori prestazioni di stampaggio del prodotto.

Vantaggi dello stampaggio a iniezione con assistenza a gas

Gas-assisted injection molding overcomes the limitations of traditional plastic injection molding and foam molding and has the following advantages:

Buone prestazioni dei componenti

(1) Eliminare pori e depressioni aprendo ragionevolmente canali di gas nelle barre di rinforzo e nelle linguette poste in corrispondenza delle giunzioni dei diversi spessori di parete delle parti e introducendo il gas dopo l'iniezione del materiale sottostante.

Compensa il ritiro della massa fusa durante il processo di raffreddamento ed evita la formazione di pori e depressioni.

Questo processo va considerato per la sua capacità di impacchettare geometrie spesse che, con un processo di stampaggio tradizionale, provocherebbero segni di affossamento.

(2) Riduzione delle tensioni interne e delle deformazioni da curvatura Durante il processo di raffreddamento del pezzo, si forma un canale di gas continuo dall'ugello del gas fino alla fine del flusso di materiale senza perdite di pressione e la pressione dell'aria è costante ovunque, riducendo così le tensioni residue e prevenendo le deformazioni da curvatura del pezzo.

(3) Aumento della resistenza del pezzo Il design del rinforzo cavo e delle linguette sul pezzo rende il rapporto resistenza-peso superiore a quello di pezzi solidi simili di circa 5, e il momento di inerzia del pezzo aumenta sostanzialmente, aumentando così la resistenza del pezzo.

(4) Per migliorare la flessibilità della progettazione, l'iniezione assistita da gas può essere utilizzata per formare prodotti con pareti di spessore non uniforme, in modo che l'originale debba essere diviso in più parti di prodotti separati per ottenere un unico stampaggio, per facilitare l'assemblaggio dei pezzi.

Ad esempio, un'azienda straniera ha originariamente prodotto decine di parti metalliche come la carrozzeria principale, la forma dei complessi pannelli delle portiere dell'auto, attraverso la tecnologia GAI M e l'uso di materiali in lega plastica per ottenere un unico stampaggio.

Basso costo

(1) Save raw materials by gas-assisted injection molding in the thicker parts of the product to form a cavity, which can reduce the weight of the finished product by up to 10% to 50%

(2) Reduce equipment costs gas-assisted injection requires less injection pressure and clamping force than ordinary injection molding (25% to 50% savings) while saving energy by up to 30%.

(3) Tempo di ciclo di stampaggio relativamente più breve grazie alla rimozione delle parti più spesse del materiale d'anima, riducendo il tempo di raffreddamento fino a 50%.

Grazie a questi vantaggi, l'iniezione assistita da gas è adatta allo stampaggio di prodotti piani di grandi dimensioni, come piani di tavoli, porte, pannelli, ecc.; armadi di grandi dimensioni, come alloggiamenti per elettrodomestici, alloggiamenti per televisori, alloggiamenti per macchine da ufficio, ecc.; componenti strutturali, come basamenti, pannelli di strumenti per autoveicoli, paraurti, coprifari per autoveicoli e altre parti interne ed esterne di autoveicoli.

Selezione di materiali per lo stampaggio a iniezione assistito da gas

In theory, all thermoplastics that can be used in conventional injection molding methods are suitable for gas-assisted injection molding, including some filled resins and reinforced plastics.

Alcune materie plastiche con un'ottima fluidità e difficili da riempire, come il poliuretano termoplastico, possono essere difficili da stampare; le resine ad alta viscosità richiedono un'elevata pressione del gas e sono tecnicamente impegnative, mentre i materiali di rinforzo in fibra di vetro possono essere abrasivi per le apparecchiature.

Nel processo di stampaggio assistito da gas, poiché lo spessore della parete di stampaggio e i difetti superficiali dei pezzi sono in gran parte determinati dalle prestazioni delle materie prime, la modifica dei parametri di processo non ha un grande impatto su di essi, quindi la scelta delle materie prime di stampaggio è estremamente importante.

Materiali utilizzati nello stampaggio assistito da gas Come per la schiuma strutturale, quasi tutti i materiali termoplastici possono essere utilizzati in un'applicazione assistita da gas, tra cui - policarbonato - ossido di polifenilene - PPO (Noryl) - polibutilene tereftalato - PBT (Valox) - acrilonitrile butadiene stirene - ABS.

PA (polyamide) and PBT (polybutylene terephthalate) have unique crystalline stability and are particularly suitable for gas-assisted injection molding;

Anche PA6, PA66 e PP sono spesso utilizzati per lo stampaggio assistito da gas; per alcune resine parzialmente cristalline, il lato interno dello stampo vicino al canale dell'aria non presenta un evidente strato limite amorfo a causa della velocità di raffreddamento relativamente lenta, ma il lato esterno produrrà uno strato limite amorfo a causa del rapido raffreddamento della parete dello stampo, che influisce sulla qualità del prodotto.

Per le plastiche rinforzate con fibre di vetro, si produrrà un leggero orientamento molecolare sulla parete dello stampo e le parti ad alta resistenza per lo stampaggio massimo possono essere selezionate da resine con un elevato modulo elastico a una certa distanza dalla parete dello stampo (circa 1 mm dalla superficie esterna del prodotto) lungo la direzione del flusso del materiale; i materiali resinosi adatti devono essere selezionati in base ai requisiti dei pezzi e alle condizioni di stampaggio specifiche nel processo di produzione effettivo.

Progettazione del canale del gas in parti stampate ad iniezione assistite da gas

La progettazione del canale del gas è uno dei fattori di progettazione più critici nella tecnologia di stampaggio assistito da gas, che non solo influisce sulla rigidità del prodotto, ma anche sul suo comportamento di lavorazione. Poiché pre-definisce lo stato di flusso del gas, influisce anche sul flusso del materiale fuso durante la fase iniziale di iniezione, e una selezione ragionevole del canale del gas è essenziale per lo stampaggio di prodotti di qualità superiore.

Geometria dei canali di gas comuni

For large plate parts with reinforcement, the thickness of the substrate is generally taken as 3-6 mm for gas-assisted injection molding, which can be reduced to 1.5-2.5 mm for parts with a shorter gas flow distance or smaller sizes.

Lo spessore della parete del rinforzo può raggiungere il 100%-125% dello spessore della parete della parte con cui è collegato senza creare una depressione.

La geometria del canale del gas deve essere simmetrica o unidirezionale rispetto alla porta, il canale del gas deve essere continuo e il volume deve essere inferiore a 10% del volume dell'intero pezzo.

Analisi della resistenza del pezzo

I pezzi tradizionali con rinforzo sono spesso ammaccati, deformati, deformabili, ecc. L'uso del gas assistito stampaggio a iniezione for reinforced parts with various cross-sectional geometries not only ensures the strength of the products but also overcomes the shortcomings of traditional injection molding.

Di solito, a parità di spessore del substrato, la resistenza del pezzo con armatura a T larga cava è superiore a quella del pezzo con armatura a T stretta cava, che è superiore a quella del pezzo con armatura semicircolare cava della stessa sezione.

La resistenza del prodotto varia notevolmente in base alle dimensioni della forza e alla sua forma; sebbene l'uso di rinforzi possa aumentare la rigidità del prodotto, se vi si applica una concentrazione locale di sollecitazioni, la resistenza del prodotto si indebolisce notevolmente.

Dimensione del canale del gas

Il dimensionamento del canale del gas è strettamente legato alla direzione del flusso del gas di riempimento, che scorre sempre nella direzione di minor resistenza nel canale di flusso.

Un fluido newtoniano stabile che attraversa un tubo circolare di diametro D, la formula della perdita di carico è ΔP = 32μVL/D, dove μ è la viscosità del fluido, V è la portata media, L è la lunghezza della sezione del fluido, D è il diametro del tubo, poiché la viscosità completa del gas è molto piccola, inferiore a 0,1% della resina e la perdita di carico nella direzione della lunghezza può essere ignorata, e quindi è necessario considerare solo la resistenza generata dalla perdita di carico della resina.

La formula della perdita di carico del fluido pseudoplastico in un tubo circolare e la forma del fluido newtoniano sono simili, quindi l'uso della formula di cui sopra senza considerare le condizioni effettive del fluido e del gas, confrontate in base al gas vicino al punto di versamento delle diverse direzioni della perdita di carico ΔP (cioè, confrontare le dimensioni di ciascuna sezione di L e D), può risolvere qualitativamente il problema della direzione di riempimento del gas Zhu ΔP piccola direzione che è la direzione preferita del flusso di gas.

La modifica delle dimensioni del canale di flusso porta direttamente alla variazione della caduta di pressione in diverse direzioni, che modifica la direzione del flusso del gas e influisce sulla qualità del pezzo stampato.

Progettazione di stampi per lo stampaggio a iniezione con assistenza a gas

Since internal gas-assist injection molding uses relatively low injection pressure and clamping force, the mold can be made of zinc-based alloy, forged aluminum, and other light alloy materials, in addition to the general mold steel.

The mold design of the gas-assisted injection molding process is similar to that of normal plastic injection molding. The defects caused by the design of the mold and part structure cannot be compensated by adjusting the parameters of the molding process, but the design of the mold and part structure should be modified in time.

design principles required in general plastic injection molding are still applicable in the gas-assisted stampaggio a iniezione e di seguito sono riportate le considerazioni principali per le diverse parti della progettazione:

(1) Evitare il fenomeno dell'iniezione Sebbene la tendenza dell'iniezione di gas sia quella di orientarsi verso prodotti a parete sottile e verso la produzione di curve di forma speciale, l'iniezione di gas tradizionale è ancora utilizzata per produrre pezzi con un grande volume di cavità; il flusso di materiale attraverso la porta è soggetto a un'elevata sollecitazione di taglio, incline a fenomeni di rottura della fusione come l'iniezione e il creep.

Il progetto può aumentare opportunamente le dimensioni della paratoia di ingresso e impostare la paratoia in corrispondenza dei prodotti sottili per migliorare la situazione.

(2) La progettazione della cavità a causa dell'iniezione di gas nella quantità di riempimento insufficiente, della pressione di iniezione del gas, del tempo e di altri parametri difficili da controllare in modo coerente, quindi l'iniezione di gas richiede generalmente una cavità dello stampo, soprattutto quando i requisiti di qualità del prodotto devono essere elevati.

Nella produzione reale, ci sono esempi di quattro cavità in uno stampo e, quando si utilizza un design a più cavità, è necessario utilizzare la disposizione del sistema di colata bilanciata.

(3) Il design della porta utilizza generalmente una sola porta e la sua posizione deve essere impostata in modo da garantire che la colata della parte sottoiniettata sia riempita in modo uniforme nella cavità dello stampo ed evitare il getto.

Se l'ago del gas è installato nell'ugello dell'iniettore e nel sistema di colata, la dimensione della porta deve essere sufficientemente grande da impedire la condensazione della massa fusa prima dell'iniezione del gas.

Uno dei problemi più comuni nell'iniezione assistita da gas è che il gas penetra attraverso il canale del gas previsto nello strato microscopico del pezzo, formando ditate o foglie di gas sulla superficie; anche poche "ditate" di questo tipo possono essere fatali per il prodotto e devono essere evitate a tutti i costi.

Le ricerche dimostrano che la ragione principale della formazione di tali difetti è dovuta alle dimensioni inadeguate della porta e alle impostazioni del tempo di ritardo del gas; questi due fattori spesso interagiscono, ad esempio, quando si utilizza una bocca poco profonda più piccola e un tempo di ritardo più breve, è molto facile che si producano tali conseguenze negative, che non solo influiscono sull'aspetto della qualità del prodotto e riducono notevolmente la resistenza del pezzo.

In generale, per evitare questa situazione sfavorevole, si può ricorrere al metodo della riduzione della lunghezza del canale del gas, dell'aumento delle dimensioni della porta di ingresso e del controllo ragionevole della pressione del gas.

(4) La geometria del canale deve essere simmetrica o unidirezionale rispetto alla porta e la direzione del flusso di gas e quella del flusso di resina fusa devono essere uguali.

(5) Lo spazio di troppopieno per regolare l'equilibrio del flusso deve essere progettato nello stampo per ottenere il canale cavo ideale.

Prospettive di sviluppo dello stampaggio a iniezione assistito da gas

Negli ultimi anni, la tecnologia di assistenza a gas è stata ampiamente utilizzata negli elettrodomestici, nelle automobili, nelle forniture per ufficio con assistenza a gas e in altri settori, e si sta sviluppando nella direzione di migliorare la stabilità dimensionale dei prodotti, produzione di prodotti a parete sottile con eccellenti proprietà superficiali, la produzione di tubi di forma speciale, la sostituzione di parti metalliche nell'industria automobilistica, ecc. Si ritiene che la tecnologia dell'iniezione di gas svolgerà ancora un ruolo importante nella produzione industriale futura.