Este artigo do blogue explica o que é a moldagem por injeção assistida por gás e como funciona!
Princípio da moldagem por injeção assistida por gás
O princípio consiste em utilizar um gás inerte de pressão relativamente baixa (o nitrogénio é normalmente utilizado devido ao seu baixo custo e segurança, e também ao papel de refrigerante, com uma pressão de 0,5 a 300 MPa) para substituir parte da resina na cavidade do processo de moldagem tradicional para manter a pressão, a fim de obter um melhor desempenho de moldagem do produto.
Vantagens da moldagem por injeção com assistência de gás
A moldagem por injeção assistida por gás supera as limitações da moldagem por injeção de plástico tradicional e da moldagem de espuma e apresenta as seguintes vantagens:
Bom desempenho das peças
(1) Eliminar os poros e as depressões abrindo razoavelmente canais de gás nas barras de reforço e nos separadores instalados nas juntas de diferentes espessuras de parede das peças e introduzindo gás após a injeção do material da parte inferior.
Compensa a contração da massa fundida durante o processo de arrefecimento e evita a formação de poros e depressões.
Este processo a considerar é a sua capacidade de embalar geometrias espessas que resultariam em marcas de afundamento com um processo de moldagem tradicional.
(2) Reduzir o stress interno e a deformação por empenamento Durante o processo de arrefecimento da peça, é formado um canal de gás contínuo desde o bocal de gás até ao fim do fluxo de material sem perda de pressão, e a pressão do ar é consistente em todo o lado, reduzindo assim o stress residual e evitando a deformação por empenamento da peça.
(3) Aumentar a resistência da peça A conceção do reforço oco e das abas na peça faz com que a relação resistência/peso seja superior à de peças sólidas semelhantes em cerca de 5, e o momento de inércia da peça aumenta substancialmente, aumentando assim a resistência da peça.
(4) Para melhorar a flexibilidade do design, a injeção assistida por gás pode ser utilizada para formar produtos com espessura de parede irregular, de modo que o original deve ser dividido em várias partes de produtos de moldagem separados para obter uma única moldagem, para facilitar a montagem de peças.
Por exemplo, uma empresa estrangeira produziu originalmente dezenas de peças metálicas como o corpo principal, a forma de painéis complexos de portas de automóveis, através da tecnologia GAI M e da utilização de materiais de liga de plástico para conseguir uma única moldagem.
Baixo custo
(1) Economize matéria-prima com moldagem por injeção assistida por gás nas partes mais espessas do produto para formar uma cavidade, o que pode reduzir o peso do produto acabado em até 10% a 50%
(2) Reduzir custos: a injeção assistida por gás exige 25% a 50% menos pressão e força e poupa até 30% de energia.
(3) Tempo de ciclo de moldagem relativamente mais curto devido à remoção de partes mais espessas do material do núcleo, reduzindo o tempo de arrefecimento até 50%.
Com base nestas vantagens, a injeção assistida por gás é adequada para moldar produtos planos de grandes dimensões, como tampos de mesa, portas, placas, etc.; armários de grandes dimensões, como caixas de electrodomésticos, caixas de TV, caixas de máquinas de escritório, etc.; componentes estruturais, como bases, painéis de instrumentos para automóveis, para-choques, coberturas de faróis para automóveis e outras peças interiores e exteriores para automóveis.
Seleção de materiais para moldagem por injeção assistida por gás
Em teoria, todos os termoplásticos da injeção convencional são adequados à injeção assistida por gás, incluindo algumas resinas carregadas e reforçadas.
Alguns plásticos com uma fluidez muito boa e difíceis de encher, como o poliuretano termoplástico, podem ser difíceis de moldar; as resinas com elevada viscosidade requerem uma pressão de gás elevada e são tecnicamente difíceis de moldar, e os materiais de reforço de fibra de vidro podem ser abrasivos para o equipamento.
No processo de moldagem assistida por gás, uma vez que a espessura da parede de moldagem e os defeitos de superfície das peças são largamente determinados pelo desempenho das matérias-primas, a alteração dos parâmetros do processo não tem um grande impacto sobre eles, pelo que a escolha das matérias-primas de moldagem é extremamente importante.
Materiais utilizados na moldagem de assistência a gás Tal como acontece com a espuma estrutural, quase todos os materiais termoplásticos podem ser utilizados numa aplicação de assistência a gás, incluindo - policarbonato - óxido de polifenileno - PPO (Noryl) - tereftalato de polibutileno - PBT (Valox) - acrilonitrilo butadieno estireno - ABS.
A PA (poliamida) e o PBT (tereftalato de polibutileno) possuem uma estabilidade cristalina única e são particularmente adequados à moldagem por injeção assistida por gás;
PA6, PA66 e PP também são frequentemente utilizados para moldagem assistida por gás; para algumas resinas parcialmente cristalinas, o lado interior da moldagem perto do canal de ar não tem uma camada limite amorfa óbvia devido à taxa de arrefecimento relativamente lenta, mas o lado exterior produzirá uma camada limite amorfa devido ao arrefecimento rápido da parede do molde, o que afecta a qualidade do produto.
Para plásticos reforçados com fibra de vidro, será produzida uma ligeira orientação molecular na parede do molde, e as peças de moldagem máxima de alta resistência podem ser selecionadas a partir de resinas com um módulo de elasticidade elevado a uma certa distância sob a parede do molde (cerca de 1 mm da superfície exterior do produto) ao longo da direção do fluxo de material, e os materiais de resina adequados devem ser selecionados de acordo com os requisitos das peças e as condições específicas de moldagem no processo de produção real.
Conceção do canal de gás em peças moldadas por injeção assistida por gás
A conceção do canal de gás é um dos factores de conceção mais críticos na tecnologia de moldagem assistida por gás, que afecta não só a rigidez do produto, mas também o seu comportamento de processamento. Uma vez que pré-define o estado de fluxo do gás, também afecta o fluxo da massa fundida durante a fase inicial de injeção, e uma seleção razoável do canal de gás é essencial para moldar produtos de maior qualidade.
Geometria dos canais de gás comuns
Para peças de placa grandes com reforço, a espessura do substrato é geralmente definida em 3-6 mm para moldagem por injeção assistida por gás, podendo ser reduzida para 1.5-2.5 mm em peças com menor distância de fluxo do gás ou dimensões mais pequenas.
A espessura da parede do reforço pode atingir 100%-125% da espessura da parede da peça à qual está ligado sem criar uma depressão.
A geometria do canal de gás deve ser simétrica ou unidirecional em relação à porta, o canal de gás deve ser contínuo e o volume deve ser inferior a 10% do volume total da peça.
Análise da resistência da peça
Peças reforçadas tradicionais costumam apresentar marcas de afundamento, empenamento e deformações. O uso da moldagem por injeção assistida por gás em peças reforçadas com várias geometrias de seção transversal não apenas garante a resistência dos produtos, mas também supera as limitações da moldagem por injeção tradicional.
Normalmente, com a mesma espessura de substrato, a resistência da peça com reforço oco largo em forma de T é superior à da peça com reforço oco estreito em forma de T, que é superior à da peça com reforço oco semicircular da mesma secção transversal.
A resistência do produto varia muito com o tamanho da força e a sua forma, embora a utilização de reforço possa aumentar a rigidez do produto, se a concentração local de tensão lhe for aplicada, enfraquecerá muito a resistência do produto.
Tamanho do canal de gás
A conceção do tamanho do canal de gás está intimamente relacionada com a direção do fluxo do gás de enchimento, que flui sempre na direção de menor resistência no canal de fluxo.
Fluido newtoniano estável através de um tubo circular de diâmetro D, a fórmula da queda de pressão é ΔP = 32μVL/D, em que μ é a viscosidade do fluido, V é o caudal médio, L é o comprimento da secção do fluido, D é o diâmetro do tubo, porque a viscosidade total do gás é muito pequena, inferior a 0,1% da resina e a queda de pressão na direção do comprimento pode ser ignorada, pelo que só é necessário considerar a resistência gerada pela queda de pressão da resina.
O fluxo de fluido pseudoplástico numa fórmula de queda de pressão de um tubo circular e a forma de fluido newtoniano são semelhantes, pelo que a utilização da fórmula acima sem considerar as condições reais do fluido e do gás, comparada com base no gás perto do ponto de vazamento de diferentes direcções da queda de pressão ΔP (ou seja, comparar o tamanho de cada secção de L e D), pode resolver qualitativamente o problema da direção de enchimento de Zhu de gás ΔP pequena direção que é a direção preferida do fluxo de gás.
A alteração do tamanho do canal de fluxo leva diretamente à alteração da queda de pressão em diferentes direcções, o que altera a direção do fluxo do gás e afecta a qualidade da peça moldada.
Design de moldes de injeção com assistência de gás
Como a moldagem por injeção interna assistida por gás utiliza pressão de injeção e força de fecho relativamente baixas, o molde pode ser fabricado em liga à base de zinco, alumínio forjado e outros materiais de liga leve, além do aço comum para moldes.
O projeto do molde para o processo de moldagem por injeção assistida por gás é semelhante ao da moldagem por injeção de plástico convencional. Os defeitos causados pelo projeto do molde e da estrutura da peça não podem ser compensados com ajustes nos parâmetros do processo de moldagem; o projeto do molde e da estrutura da peça deve ser modificado em tempo hábil.
Os princípios de projeto exigidos na moldagem por injeção de plástico convencional continuam válidos no processo de moldagem por injeção assistida por gás. A seguir estão as principais considerações para as diferentes partes do projeto:
(1) Evitar o fenómeno da injeção Embora exista uma tendência da injeção de gás para produtos de paredes finas e para a produção de curvas com formas especiais, a injeção de gás tradicional continua a ser utilizada para produzir peças com grande volume de cavidade, o fluxo de material através do portão está sujeito a elevadas tensões de cisalhamento, propenso a fenómenos de rutura por fusão, como a injeção e a fluência.
O projeto pode aumentar adequadamente o tamanho do portão de entrada e colocar o portão nos produtos finos para melhorar a situação.
(2) Conceção da cavidade devido à injeção de gás na quantidade de enchimento insuficiente, pressão de injeção de gás, tempo e outros parâmetros difíceis de controlar de forma consistente, pelo que a injeção de gás requer geralmente uma cavidade de molde, especialmente quando os requisitos de qualidade do produto devem ser elevados.
Na produção atual, há exemplos de quatro cavidades num molde e, quando se utiliza uma conceção de múltiplas cavidades, é necessário utilizar a disposição do sistema de vazamento equilibrado.
(3) O design do portão utiliza geralmente apenas um portão e a sua posição deve ser definida para assegurar que a fusão da peça sub-injectada é uniformemente preenchida com a cavidade do molde e para evitar o jato.
Se a agulha de gás estiver instalada no bico injetor e no sistema de vazamento, o tamanho do portão deve ser suficientemente grande para evitar que a fusão se condense aqui antes da injeção de gás.
Um dos problemas mais comuns na injeção assistida por gás é o facto de o gás penetrar através do canal de gás pretendido na camada micro fina da peça, formando dedadas de gás semelhantes a dedos ou folhas na superfície, mesmo que algumas dessas “impressões digitais” possam ser fatais para o produto e devam ser evitadas a todo o custo.
A investigação mostra que a principal razão para a formação de tais defeitos se deve ao tamanho inadequado do portão e às definições do tempo de atraso do gás, e estes dois factores interagem frequentemente, por exemplo, quando se utiliza uma boca rasa mais pequena e um tempo de atraso mais curto, é muito fácil produzir tais consequências adversas, não só afectam a aparência da qualidade do produto e reduzem grandemente a resistência da peça.
Geralmente, podemos utilizar o método de encurtar o comprimento do canal de gás, aumentar o tamanho da porta de entrada e controlar razoavelmente a pressão do gás para evitar esta situação desfavorável.
(4) A geometria do canal deve ser simétrica ou unidirecional em relação à porta, e a direção do fluxo de gás e a direção do fluxo de resina fundida devem ser as mesmas.
(5) O espaço de transbordo para regular o equilíbrio do fluxo deve ser projetado no molde para obter o canal oco ideal.
Perspectivas de desenvolvimento da moldagem por injeção assistida por gás
Nos últimos anos, a tecnologia de assistência por gás tem sido amplamente utilizada em eletrodomésticos, automóveis, materiais de escritório e outros setores. Ela avança no sentido de melhorar a estabilidade dimensional dos produtos, fabricar produtos de paredes finas com excelentes propriedades superficiais, produzir tubos de formatos especiais e substituir peças metálicas na indústria automotiva. A tecnologia de injeção de gás deverá continuar desempenhando um papel importante na produção industrial futura.
Precisa de uma cotação para seu projeto de moldagem por injeção?Obtenha preços competitivos, feedback de DFM e o cronograma de produção da equipe de engenharia da ZetarMold.
Solicite um orçamento gratuito → Consulte nosso Guia completo de moldagem por injeção para obter uma visão abrangente.
