Что такое литье под давлением с использованием газа?

Газовое литье под давлением — это процесс, в котором газ используется для помощи в проталкивании пластикового материала в пресс-форму. Это делает процесс быстрее, эффективнее и позволяет получить продукт более высокого качества.

Газовое литье под давлением (ГЛД) — это новый вид процесса литья под давлением, который в последние годы широко применяется за рубежом и все чаще используется в Китае.

Газовое литье под давлением — это процесс, в котором сжатый газ используется для более быстрого охлаждения и отверждения деталей, отлитых под давлением.

Газовое формование — это процесс литья пластмасс под низким давлением, при котором в пресс-форму впрыскивается сжатый азот, выталкивая расплавленный пластик в крайние части формы, одновременно создавая полости в более толстых сечениях детали.

В этом посте блога будет обсуждаться, что такое газовое литье под давлением и как оно работает!

Принцип литья под давлением с использованием газа

Принцип заключается в использовании относительно низкого давления инертного газа (обычно используется азот из-за его низкой стоимости и безопасности, а также роли охлаждающей жидкости, с давлением от 0,5 до 300 МПа) для замены части смолы в полости традиционного процесса формования для поддержания давления, для достижения лучших характеристик формования изделия.

Преимущества литья под давлением с использованием газового асиста

Газовое литье под давлением преодолевает ограничения традиционного литья пластмасс под давлением и пеноформования и имеет следующие преимущества:

Хорошая производительность деталей

(1) Устранение пор и впадин путем разумного открытия газовых каналов в арматурных стержнях и накладках, установленных на стыках деталей с разной толщиной стенок, и введения газа после инъектирования подкладочного материала.

Он компенсирует усадку расплава в процессе охлаждения и позволяет избежать образования пор и впадин.

При этом следует учитывать способность этого процесса к упаковке толстых геометрических форм, которые при традиционном формовании могут привести к образованию раковин.

(2) Снижение внутреннего напряжения и деформации деформации В процессе охлаждения детали образуется непрерывный газовый канал от газового сопла до конца потока материала без потери давления, и давление воздуха везде одинаково, что позволяет снизить остаточное напряжение и предотвратить деформацию деформации детали.

(3) Повышение прочности детали Конструкция полого усиления и выступов на детали делает отношение прочности к весу выше, чем у аналогичных цельных деталей примерно на 5, а момент инерции детали значительно увеличивается, что повышает прочность детали.

(4) Для повышения гибкости конструкции газовый впрыск может быть использован для формирования изделий с неравномерной толщиной стенки, так что оригинал должен быть разделен на несколько частей отдельных формовочных изделий для достижения единой формовки, чтобы облегчить сборку деталей.

Например, одна иностранная компания первоначально производила десятки металлических деталей в качестве основного корпуса, форму сложных дверных панелей автомобиля, благодаря технологии GAI M и использованию пластиковых сплавов для достижения единой формовки.

Низкая стоимость

(1) Экономия сырья за счет образования полости в более толстых частях изделия при газовом литье под давлением, что может снизить вес готового изделия до 10%–50%.

(2) Снижение стоимости оборудования: газовое литье требует меньшего давления впрыска и усилия смыкания, чем обычное литье под давлением (экономия 25%–50%), при этом экономия энергии достигает 30%.

(3) Относительно меньшее время цикла формования за счет удаления более толстых частей материала сердцевины, сокращение времени охлаждения до 50%.

Исходя из этих преимуществ, литье под давлением с использованием газа подходит для формования крупных плоских изделий, таких как столешницы, двери, доски и т.д.; крупных корпусов, таких как корпуса бытовой техники, телевизоров, офисной техники и т.д.; конструктивных элементов, таких как основания, панели автомобильных приборов, бамперы, крышки автомобильных фар и другие детали интерьера и экстерьера автомобилей.

Выбор материалов для литья под давлением с использованием газа

Теоретически все термопласты, которые можно использовать в традиционных методах литья под давлением, подходят для газового литья под давлением, включая некоторые наполненные смолы и армированные пластмассы.

Некоторые пластики с очень хорошей текучестью и трудным наполнением, такие как термопластичный полиуретан, могут быть сложны для формования; смолы с высокой вязкостью требуют высокого давления газа и являются технически сложными, а армирующие материалы из стекловолокна могут быть абразивными для оборудования.

В процессе формования с использованием газа, поскольку толщина стенок и дефекты поверхности деталей в значительной степени определяются характеристиками сырья, изменение параметров процесса не оказывает на них большого влияния, поэтому выбор сырья для формования чрезвычайно важен.

Материалы, используемые при формовке газовых амортизаторов Как и в случае со структурной пеной, практически любой термопластичный материал может быть использован в газовых амортизаторах, включая - поликарбонат - полифениленоксид - PPO (Noryl) - полибутилентерефталат - PBT (Valox) - акрилонитрил-бутадиенстирол - ABS.

ПА (полиамид) и ПБТ (полибутилентерефталат) обладают уникальной кристаллической стабильностью и особенно подходят для газового литья под давлением;

PA6, PA66 и PP также часто используются для формования с использованием газа; для некоторых частично кристаллических смол внутренняя сторона формы вблизи воздушного канала не имеет очевидного аморфного пограничного слоя из-за относительно медленной скорости охлаждения, но на внешней стороне образуется аморфный пограничный слой из-за быстрого охлаждения стенки формы, что влияет на качество продукта.

Для пластмасс, армированных стекловолокном, на стенке пресс-формы образуется небольшая молекулярная ориентация, и для формования максимально высокопрочных деталей можно выбрать смолы с высоким модулем упругости на определенном расстоянии под стенкой пресс-формы (около 1 мм от внешней поверхности изделия) вдоль направления потока материала, а подходящие смолы следует выбирать в соответствии с требованиями к деталям и конкретными условиями формования в реальном производственном процессе.

Дизайн газовых каналов в деталях, изготовленных методом литья под давлением с использованием газа

Конструкция газового канала - один из наиболее важных факторов в технологии литья с газовым усилителем, который влияет не только на жесткость изделия, но и на его технологические характеристики. Поскольку он определяет состояние потока газа, он также влияет на течение расплава на начальном этапе впрыска, и разумный выбор газового канала необходим для формования изделий более высокого качества.

Геометрия общих газовых каналов

Для крупных деталей типа пластин с ребрами жесткости толщина основы обычно составляет 3–6 мм для газового литья под давлением и может быть уменьшена до 1,5–2,5 мм для деталей с более коротким расстоянием потока газа или меньших размеров.

Толщина стенки арматуры может достигать 100%-125% от толщины стенки детали, с которой она соединена, без образования впадин.

Геометрия газового канала должна быть симметричной или однонаправленной относительно затвора, газовый канал должен быть непрерывным, а его объем должен составлять менее 10% от объема всей детали.

Анализ прочности детали

Традиционные детали с армированием часто имеют вмятины, деформации и т.д. Использование газовой обработки литьё под давлением для армированных деталей с различной геометрией поперечного сечения не только обеспечивает прочность изделий, но и преодолевает недостатки традиционного литья под давлением.

Обычно при одинаковой толщине подложки прочность детали с полым широким Т-образным армированием выше, чем у детали с полым узким Т-образным армированием, которое выше, чем у детали с полым полукруглым армированием того же сечения.

Прочность изделия сильно зависит от величины усилия и его формы, хотя использование арматуры может увеличить жесткость изделия, если к нему приложить локальную концентрацию напряжения, это сильно ослабит прочность изделия.

Размер газового канала

Размер газового канала тесно связан с направлением потока наполняющего газа, который всегда течет в направлении наименьшего сопротивления в канале.

Стабильная ньютоновская жидкость проходит через круглую трубу диаметром D, формула перепада давления ΔP = 32μVL/D, где μ - вязкость жидкости, V - средняя скорость потока, L - длина участка жидкости, D - диаметр трубы, поскольку полная вязкость газа очень мала, менее 0,1% смолы и перепадом давления в направлении длины можно пренебречь, поэтому необходимо учитывать только сопротивление, вызванное перепадом давления смолы.

Формула падения давления псевдопластического потока жидкости в круглой трубе и ньютоновская форма жидкости аналогичны, поэтому использование вышеприведенной формулы без учета реальных условий жидкости и газа, сравнивая на основе газа вблизи точки заливки различные направления падения давления ΔP (т.е. сравнивая размеры каждого участка L и D), может качественно решить проблему направления заливки газа Zhu ΔP малого направления, что является предпочтительным направлением потока газа.

Изменение размера проточного канала напрямую приводит к изменению перепада давления в разных направлениях, что изменяет направление потока газа и влияет на качество формованной детали.

Конструкция пресс-формы для литья под давлением с газовым амортизатором

Поскольку внутреннее газовое литье под давлением использует относительно низкое давление впрыска и усилие смыкания, пресс-форма может быть изготовлена из цинковых сплавов, кованого алюминия и других легких сплавов, помимо обычной стали для пресс-форм.

Конструкция пресс-формы для процесса газового литья под давлением аналогична конструкции для обычного литья пластмасс под давлением. Дефекты, вызванные конструкцией пресс-формы и детали, не могут быть компенсированы регулировкой параметров процесса формования, а конструкцию пресс-формы и детали следует своевременно модифицировать.

Принципы проектирования, требуемые для общего литья пластмасс под давлением, все еще применимы при газовом литьё под давлением Ниже приведены основные соображения, касающиеся различных частей дизайна:

(1) Избегайте явления инжекции Несмотря на то, что существует тенденция использования газовой инжекции для изготовления тонкостенных изделий и производства изгибов специальной формы, традиционная газовая инжекция по-прежнему используется для изготовления деталей с большим объемом полости, поток материала через затвор подвергается высокому напряжению сдвига, склонному к явлениям разрыва расплава, таким как инжекция и ползучесть.

Для улучшения ситуации можно соответствующим образом увеличить размер входного затвора и установить затвор на тонких изделиях.

(2) Конструкция полости из-за впрыска газа в количестве недолива, давления впрыска газа, времени и других параметров трудно контролировать последовательно, поэтому впрыск газа обычно требует полости пресс-формы, особенно когда требования к качеству продукции должны быть высокими.

В реальном производстве встречаются примеры с четырьмя полостями в одной пресс-форме, и при использовании конструкции с несколькими полостями необходимо использовать сбалансированную систему заливки.

(3) В конструкции затвора обычно используется только один затвор, и его положение должно быть установлено таким образом, чтобы расплав впрыскиваемой детали равномерно заполнял полость формы и исключал образование струи.

Если газовая игла установлена в сопле инжектора и в системе заливки, размер затвора должен быть достаточно большим, чтобы расплав не конденсировался здесь до впрыска газа.

Одна из наиболее распространенных проблем при инжекции с помощью газа заключается в том, что газ проникает через предусмотренный газовый канал в микротонкий слой детали, образуя на поверхности пальцеобразные или листообразные газовые отпечатки. Даже несколько таких "отпечатков" могут оказаться фатальными для изделия, и их следует избегать любой ценой.

Исследования показывают, что основная причина образования таких дефектов связана с неподходящими настройками размера затвора и времени задержки газа, причем эти два фактора часто взаимодействуют, например, при использовании меньшего мелкого устья и более короткого времени задержки очень легко получить такие негативные последствия, которые не только повлияют на качество внешнего вида изделия, но и значительно снизят прочность детали.

Как правило, чтобы избежать этой неблагоприятной ситуации, можно использовать метод сокращения длины газового канала, увеличения размера входного затвора и разумного регулирования давления газа.

(4) Геометрия бегуна должна быть симметричной или однонаправленной относительно затвора, а направление потока газа и направление потока расплавленной смолы должны быть одинаковыми.

(5) Переливное пространство для регулирования баланса потока должно быть спроектировано в пресс-форме, чтобы получить идеальный полый канал.

Перспективы развития литья под давлением с использованием газа

В последние годы технология газового ассистирования широко используется в бытовой технике, автомобилях, канцелярских товарах с газовым ассистированием и других отраслях промышленности и развивается в направлении повышения стабильности размеров изделий, производство тонкостенных изделий с превосходными поверхностными свойствами, производство труб особой формы, замена металлических деталей в автомобильной промышленности и т.д. Предполагается, что технология впрыска газа по-прежнему будет играть важную роль в будущем промышленном производстве.