Czym jest formowanie wtryskowe wspomagane gazem?

W tym wpisie omówimy, czym jest formowanie wtryskowe wspomagane gazem i jak działa!

Zasada formowania wtryskowego wspomaganego gazem

Zasadą jest użycie gazu obojętnego o stosunkowo niskim ciśnieniu (azot jest powszechnie stosowany ze względu na jego niski koszt i bezpieczeństwo, a także rolę chłodziwa, o ciśnieniu od 0,5 do 300 MPa) w celu zastąpienia części żywicy we wnęce tradycyjnego procesu formowania w celu utrzymania ciśnienia, aby osiągnąć lepszą wydajność formowania produktu.

Zalety formowania wtryskowego ze wspomaganiem gazowym

Formowanie wtryskowe wspomagane gazem eliminuje ograniczenia tradycyjnego formowania wtryskowego tworzyw sztucznych i formowania piankowego oraz ma następujące zalety:

Dobra wydajność części

(1) Eliminacja porów i wgłębień poprzez rozsądne otwieranie kanałów gazowych w prętach zbrojeniowych i zakładkach ustawionych na połączeniach różnych grubości ścian części i wprowadzanie gazu po wtrysku materiału spodniego.

Kompensuje kurczenie się stopionego materiału podczas procesu chłodzenia i zapobiega powstawaniu porów i wgłębień.

Ten proces należy rozważyć pod kątem jego zdolności do upakowania grubej geometrii, która spowodowałaby ślady zapadnięcia w tradycyjnym procesie formowania.

(2) Zmniejszenie naprężeń wewnętrznych i deformacji wypaczenia Podczas procesu chłodzenia części, ciągły kanał gazowy jest tworzony od dyszy gazowej do końca przepływu materiału bez utraty ciśnienia, a ciśnienie powietrza jest wszędzie stałe, zmniejszając w ten sposób naprężenia szczątkowe i zapobiegając deformacji wypaczenia części.

(3) Zwiększenie wytrzymałości części Konstrukcja wydrążonego wzmocnienia i wypustek na części sprawia, że stosunek wytrzymałości do masy jest wyższy niż w przypadku podobnych części pełnych o około 5, a moment bezwładności części znacznie wzrasta, zwiększając w ten sposób wytrzymałość części.

(4) Aby poprawić elastyczność konstrukcji, wtrysk wspomagany gazem może być stosowany do formowania produktów o nierównej grubości ścianki, tak aby oryginał musiał być podzielony na kilka części oddzielnych produktów do formowania w celu uzyskania pojedynczego formowania, aby ułatwić montaż części.

Na przykład zagraniczna firma pierwotnie produkowała dziesiątki metalowych części jako główny korpus, kształt złożonych paneli drzwi samochodu, dzięki technologii GAI M i zastosowaniu materiałów ze stopów tworzyw sztucznych w celu uzyskania pojedynczej formy.

Niski koszt

(1) Oszczędność surowca dzięki formowaniu wtryskowemu wspomaganemu gazem, które tworzy pustą przestrzeń w grubszych częściach produktu i może zmniejszyć masę gotowego wyrobu nawet o 10–50%

(2) Obniżenie kosztów sprzętu: wtrysk wspomagany gazem wymaga mniejszego ciśnienia wtrysku i siły zwarcia niż zwykłe formowanie wtryskowe (oszczędność 25–50%), a jednocześnie zmniejsza zużycie energii nawet o 30%.

(3) Stosunkowo krótszy czas cyklu formowania ze względu na usunięcie grubszych części materiału rdzenia, skracając czas chłodzenia nawet o 50%.

W oparciu o te zalety, wtrysk wspomagany gazem jest odpowiedni do formowania dużych płaskich produktów, takich jak blaty, drzwi, deski itp.; duże szafki, takie jak obudowy urządzeń gospodarstwa domowego, obudowy telewizorów, obudowy maszyn biurowych itp.; elementy konstrukcyjne, takie jak podstawy, tablice przyrządów samochodowych, zderzaki, osłony reflektorów samochodowych i inne części wewnętrzne i zewnętrzne samochodów.

Wybór materiałów do formowania wtryskowego wspomaganego gazem

Teoretycznie wszystkie tworzywa termoplastyczne nadające się do konwencjonalnych metod formowania wtryskowego można stosować we wtrysku wspomaganym gazem, w tym niektóre żywice z wypełnieniem i tworzywa wzmacniane.

Niektóre tworzywa sztuczne o bardzo dobrej płynności i trudne do wypełnienia, takie jak termoplastyczny poliuretan, mogą być trudne do formowania; żywice o wysokiej lepkości wymagają wysokiego ciśnienia gazu i są trudne technicznie, a materiały wzmacniające z włókna szklanego mogą być ścierne dla sprzętu.

W procesie formowania wspomaganego gazem, ponieważ grubość ścianki formującej i wady powierzchni części są w dużej mierze zdeterminowane przez wydajność surowców, zmiana parametrów procesu nie ma na nie dużego wpływu, więc wybór surowców do formowania jest niezwykle ważny.

Materiały stosowane w formowaniu ze wspomaganiem gazowym Podobnie jak w przypadku pianki strukturalnej, prawie każdy materiał termoplastyczny może być stosowany w aplikacjach ze wspomaganiem gazowym, w tym: - poliwęglan - tlenek polifenylenu - PPO (Noryl) - politereftalan butylenu - PBT (Valox) - akrylonitryl-butadien-styren - ABS.

PA (poliamid) i PBT (politereftalan butylenu) mają wyjątkową stabilność krystaliczną i szczególnie dobrze nadają się do formowania wtryskowego wspomaganego gazem;

PA6, PA66 i PP są również często używane do formowania wspomaganego gazem; w przypadku niektórych częściowo krystalicznych żywic wewnętrzna strona formy w pobliżu kanału powietrznego nie ma oczywistej amorficznej warstwy granicznej ze względu na stosunkowo wolne tempo chłodzenia, ale zewnętrzna strona wytworzy amorficzną warstwę graniczną z powodu szybkiego chłodzenia ściany formy, co wpływa na jakość produktu.

W przypadku tworzyw sztucznych wzmocnionych włóknem szklanym, na ściance formy zostanie wytworzona niewielka orientacja molekularna, a maksymalne formowanie części o wysokiej wytrzymałości można wybrać z żywic o wysokim module sprężystości w pewnej odległości pod ścianą formy (około 1 mm od zewnętrznej powierzchni produktu) wzdłuż kierunku przepływu materiału, a odpowiednie materiały żywiczne powinny być wybrane zgodnie z wymaganiami części i określonymi warunkami formowania w rzeczywistym procesie produkcyjnym.

Konstrukcja kanałów gazowych w elementach formowanych wtryskowo ze wspomaganiem gazowym

Konstrukcja kanału gazowego jest jednym z najbardziej krytycznych czynników projektowych w technologii formowania wspomaganego gazem, który nie tylko wpływa na sztywność produktu, ale także na jego zachowanie podczas przetwarzania. Ponieważ wstępnie definiuje stan przepływu gazu, wpływa również na przepływ stopu podczas początkowego etapu wtrysku, a rozsądny wybór kanału gazowego jest niezbędny do formowania produktów o wyższej jakości.

Geometria wspólnych kanałów gazowych

W przypadku dużych, wzmacnianych części płytowych grubość podłoża przy formowaniu wtryskowym wspomaganym gazem wynosi zwykle 3–6 mm; dla części o krótszej drodze przepływu gazu lub mniejszych wymiarach można ją zmniejszyć do 1,5–2,5 mm.

Grubość ścianki wzmocnienia może osiągnąć 100%-125% grubości ścianki części, z którą jest połączone, bez tworzenia wgłębienia.

Geometria kanału gazowego powinna być symetryczna lub jednokierunkowa względem bramki, kanał gazowy musi być ciągły, a jego objętość powinna być mniejsza niż 10% całej objętości części.

Analiza wytrzymałości części

Tradycyjne części ze wzmocnieniami często mają wgniecenia, wypaczają się i odkształcają. Zastosowanie wspomaganego gazem formowania wtryskowego do elementów wzmacnianych o różnych geometriach przekroju nie tylko zapewnia wytrzymałość produktów, lecz także eliminuje wady tradycyjnego procesu.

Zwykle, przy tej samej grubości podłoża, wytrzymałość części z wydrążonym szerokim wzmocnieniem w kształcie litery T jest wyższa niż wytrzymałość części z wydrążonym wąskim wzmocnieniem w kształcie litery T, która jest wyższa niż wytrzymałość części z wydrążonym półokrągłym wzmocnieniem o tym samym przekroju.

Wytrzymałość produktu różni się znacznie w zależności od wielkości siły i jej formy, chociaż zastosowanie wzmocnienia może zwiększyć sztywność produktu, jeśli zostanie do niego przyłożona lokalna koncentracja naprężeń, znacznie osłabi to wytrzymałość produktu.

Rozmiar kanału gazowego

Rozmiar kanału gazowego jest ściśle związany z kierunkiem przepływu gazu wypełniającego, który zawsze przepływa w kierunku najmniejszego oporu w kanale przepływowym.

Stabilny płyn newtonowski przez okrągłą rurkę o średnicy D, wzór na spadek ciśnienia wynosi ΔP = 32μVL/D, gdzie μ jest lepkością płynu, V jest średnim natężeniem przepływu, L jest długością sekcji płynu, D jest średnicą rurki, ponieważ pełna lepkość gazu jest bardzo mała, mniejsza niż 0,1% żywicy, a spadek ciśnienia w kierunku długości można zignorować, a zatem należy wziąć pod uwagę tylko opór generowany przez spadek ciśnienia żywicy.

Pseudoplastyczny przepływ płynu we wzorze na spadek ciśnienia w okrągłej rurze i postać płynu newtonowskiego jest podobny, więc zastosowanie powyższego wzoru bez uwzględnienia rzeczywistych warunków płynu i gazu, porównane w oparciu o gaz w pobliżu punktu nalewania różnych kierunków spadku ciśnienia ΔP (tj. porównać rozmiar każdej sekcji L i D), może jakościowo rozwiązać problem kierunku napełniania Zhu gazem ΔP mały kierunek, który jest preferowanym kierunkiem przepływu gazu.

Zmiana rozmiaru kanału przepływu bezpośrednio prowadzi do zmiany spadku ciśnienia w różnych kierunkach, co zmienia kierunek przepływu gazu i wpływa na jakość formowanej części.

Projektowanie form wtryskowych ze wspomaganiem gazowym

Ponieważ wewnętrzne formowanie wtryskowe wspomagane gazem wykorzystuje stosunkowo niskie ciśnienie wtrysku i siłę zamykania, poza typową stalą formierską formę można wykonać ze stopu na bazie cynku, kutego aluminium i innych lekkich stopów.

Konstrukcja formy do procesu formowania wtryskowego ze wspomaganiem gazowym jest podobna do konstrukcji zwykłej formy do tworzyw. Wad wynikających z konstrukcji formy i części nie można skompensować regulacją parametrów procesu formowania; konstrukcję formy i części należy odpowiednio szybko zmodyfikować.

Zasady projektowania wymagane przy ogólnym formowaniu tworzyw sztucznych nadal mają zastosowanie w procesie wspomaganego gazem formowania wtryskowego; poniżej przedstawiono główne kwestie dotyczące poszczególnych elementów projektu:

(1) Unikaj zjawiska wtrysku Chociaż istnieje tendencja wtrysku gazu w kierunku produktów cienkościennych i produkcji łuków o specjalnym kształcie, tradycyjny wtrysk gazu jest nadal stosowany do produkcji części o dużej objętości wnęki, przepływ materiału przez bramę podlega wysokim naprężeniom ścinającym, podatnym na zjawiska pękania stopu, takie jak wtrysk i pełzanie.

Projekt może odpowiednio zwiększyć rozmiar bramy wlotowej i ustawić bramę na cienkich produktach, aby poprawić sytuację.

(2) Konstrukcja wnęki ze względu na wtrysk gazu w ilości niedopełnienia, ciśnienie wtrysku gazu, czas i inne parametry trudne do kontrolowania, więc wtrysk gazu zazwyczaj wymaga wnęki formy, zwłaszcza gdy wymagania dotyczące jakości produktu powinny być wysokie.

W rzeczywistej produkcji istnieją przykłady czterech wnęk w jednej formie, a w przypadku korzystania z konstrukcji z wieloma wnękami wymagane jest zastosowanie zrównoważonego układu zalewania.

(3) Konstrukcja bramy zazwyczaj wykorzystuje tylko jedną bramę, a jej pozycja powinna być ustawiona tak, aby zapewnić równomierne wypełnienie wnęki formy stopionym materiałem z niedowtryskiwanej części i uniknąć rozpryskiwania.

Jeśli iglica gazowa jest zainstalowana w dyszy wtryskiwacza i systemie zalewania, rozmiar zasuwy musi być wystarczająco duży, aby zapobiec kondensacji stopionego materiału przed wtryskiem gazu.

Jednym z najczęstszych problemów we wtrysku wspomaganym gazem jest to, że gaz przenika przez zamierzony kanał gazowy do mikro cienkiej warstwy części, tworząc palcopodobne lub liściaste palcowanie gazu na powierzchni, nawet kilka takich “odcisków palców” może być śmiertelne dla produktu i należy ich unikać za wszelką cenę.

Badania pokazują, że głównym powodem powstawania takich wad jest nieodpowiedni rozmiar bramki i ustawienia czasu opóźnienia gazu, a te dwa czynniki często współdziałają, na przykład przy użyciu mniejszego płytkiego ujścia i krótszego czasu opóźnienia, bardzo łatwo jest wywołać takie niekorzystne konsekwencje, nie tylko wpływają na wygląd jakości produktu i znacznie zmniejszają wytrzymałość części.

Ogólnie rzecz biorąc, możemy zastosować metodę skrócenia długości kanału gazowego, zwiększenia rozmiaru zasuwy wlotowej i rozsądnego kontrolowania ciśnienia gazu, aby uniknąć tej niekorzystnej sytuacji.

(4) Geometria kanału powinna być symetryczna lub jednokierunkowa w odniesieniu do bramy, a kierunek przepływu gazu i kierunek przepływu stopionej żywicy muszą być takie same.

(5) Przestrzeń przelewowa do regulacji równowagi przepływu powinna być zaprojektowana w formie, aby uzyskać idealny wydrążony kanał.

Perspektywy rozwoju formowania wtryskowego wspomaganego gazem

W ostatnich latach technologia wspomagania gazem znalazła szerokie zastosowanie w sprzęcie gospodarstwa domowego, motoryzacji, artykułach biurowych i innych branżach. Rozwija się w kierunku poprawy stabilności wymiarowej wyrobów, wytwarzania cienkościennych produktów o doskonałych właściwościach powierzchniowych, produkcji rur o specjalnych kształtach oraz zastępowania części metalowych w motoryzacji. Oczekuje się, że technologia wtrysku gazu nadal będzie odgrywać ważną rolę w przyszłej produkcji przemysłowej.

Uzyskaj konkurencyjną wycenę, informacje zwrotne DFM i harmonogram produkcji od zespołu inżynierskiego ZetarMold.

Poproś o bezpłatną wycenę → Zobacz nasz Kompletny przewodnik po formowaniu wtryskowym, aby uzyskać pełny przegląd.