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富康轿车后车门杂物箱盖之气体辅助注射成型
作者:四川联合大学 余卫东 王鹏驹    来源:PT现代塑料
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气体辅助注射成型技术通过把高压气体注入到制件的厚壁处,在其内部形成气道,开辟了注射成型工艺应用的新领域。本文利用美国ACT 公司推出的C-MOLD软件,对富康轿车后车门杂物箱盖进行气辅成型CAE 分析。
关键词:气体辅助注射;成型;模拟;分析

前言

气体辅助注射成型( Gas2Assisted Injection Molding) 技术是为了克服传统注射成型的局限性而发展起来的一种新型工艺,自90年代以来受到注塑工程界的普遍关注,采用气辅技术,可提高产品精度、表面质量、解决大尺寸和壁厚差别较大产品的变形问题,提高产品强度、降低产品内应力,大大节省塑料材料,简化模具设计,广泛应用于汽车、家电、办公用品以及日用产品等许多领域。因此被称为塑料注塑工艺的第二次革命。C -MOLD 软件是美国ACT 公司推出的高科技产品,它可对气辅注射成型过程进行仿真模拟,帮助我们了解成型过程中熔体充填、气体辅助充填、气体保压等成型过程,避免注射熔体量不足、气体压力过大、气穴、吹穿、表面凹陷等的发生,确定熔体浇口、气体入口位置、流道尺寸和气道尺寸的优化以及气道的合理布置,材料的选择,工艺条件设置等的影响,并根据反复计算的分析结果,确定出一套最佳的工艺方案,保证一次试模成功。近年来我们成功地利用该软件对家电和汽车的气辅注射成型零件进行CAE 分析,取得了良好的效果。本文特介绍富康轿车后车门杂物箱盖的气辅成型CAE 分析。

1 气体辅助注射成型工艺过程

气辅成型一般包括熔融树脂注射、气体注射、气体保压、气体回收、制件顶出等几个主要步骤。首先由浇口向模具型腔内注入熔融树脂后,再注入一定压力的惰性气体(通常为氮气) ,借助气体压力的作用推动树脂充实到模具型腔的各个部分,使塑件最后形成中空断面而保持完整外形。并从树脂内部进行保压,此时气体压力就变为保压压力。气体的排放发生在冷却结束、开模之前。与传统注射成型过程相比,多了一个气体辅助充填阶段,且保压阶段是靠气压进行保压的。保压压力低,可降低制品内应力,防止制品翘曲变形。由于气体能有效的传递所施加的压力,可保证制件内表面上压力分布均匀一致,即可补偿熔体冷却时的体积收缩,也避免了制件顶出后的变形。采用气体辅助注射成型,是通过控制注入型腔内的塑料量来控制制品的中空率及气道的形状。气辅注射成型有压力控制法与体积控制法两种方法。

2 气辅注射成型技术的特点

2.1 能够成型壁厚差异较大制品及复杂的三维中空制品

采用气辅技术可将制品壁厚处挖空设计成气道,从而保证壁厚差异较大制品的成型质量,采用气辅技术,还可简化制品的结构。以前制件由于壁厚差异较大而不得不分成几个零件,成型后再组合在一起,采用气辅技术后,可实现一体成型。

2.2 注射压力低

气体从浇口至流动末端形成连续的气流通道,无压力损失,能实现低压注射成型,因此,制件残余应力较小,制品翘曲变形小,尺寸稳定。

2.3 可消除缩痕,提高制品表面质量

在气体保压过程中,塑料的收缩可由气体的二次穿透予以补偿,使制件不会凹陷,另外,采用气辅成型,可将制品较厚部分挖空以减小甚至消除缩痕。

另外可提高制品的强度与刚度,还可节省材料,缩短成型周期。

3 产品分析

制件为富康轿车后车门杂物箱盖,材料选用APPRYL/ 3120 MFR5 ,平均厚度3mm ,筋厚1mm ,一模两腔成型,采用气辅成型后,平均壁厚降为215mm。厂家第一次试模后没有成功,发现以下问题:筋注不满,气体不能完全穿透分布于所设计的气道内,厂家要求我们用C - MOLD 软件对该气辅成型零件进行模拟分析,最终确定出产品和模具设计方案。

4 CAE 分析结果

4.1 原始方案分析

首先我们按原始方案进行分析,原始方案设计如下:采用侧浇口,浇口位置、气体入口位置的设计如图1 的A 点和B 点所示,气道沿边缘BEF 分布,采用一模两腔成型。

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图1 制件几何模型及有限元网格

成型条件:

最大注射压力为176MPa
锁模力为330 t
熔体温度为230 ℃
充模时间为4131s
气体注射时间为15s
气体压力为10MPa

在树脂充满型腔的88 % ( 218/ 4131 =88 %) 时开始加入气体。我们用C - MOLD软件对该方案进行模拟分析,从流动前沿分布图(图2 所示) 可看出,熔体最后充填位置在筋处,且筋未充满,从中空率分布预测图(图3 所示) 可看出,气体不能完全穿透分布于所设计的气道内。这与实际注射成型出的制品情况完全吻合, 从而也验证了C -MOLD 软件的可靠性。

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4.2 修改方案1 分析

针对以上出现的问题,我们对原始方案进行了修改,将浇口位置改在C 处(见图1),这样浇口离熔体最后充满处距离变短了,因此缩短了流程,气体入口位置不变,在树脂充满型腔的93 %(4/ 4131 = 93 %) 时开始加入气体,其它工艺条件不变。通过对此方案进行气辅分析,从计算分析结果来看,流动前沿分布图(见图4) 表明熔体已完全充满型腔。但是中空率分布预测图(见图5) 表明气体还是不能完全穿透分布于所设计的气道内。制件成型后,有可能在气道附近产生凹陷。故
应寻求更佳设计。

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4.3 修改方案2

对修改方案1 进行修改,由于筋的厚度较薄(1mm) ,熔体最后充填位置在筋处,故将筋厚从1mm 改为115mm ,以改善塑料的流动性,成型条件同修改方案1 。在对此方案进行气辅分析,根据分析结果,从中空率分布预测图(见图6) 、流动前沿分布图(见图7)可看出,气体已完全穿透分布于所设计的气道内,流动前沿分布也较理想,故此方案为最佳方案。

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参考文献
1 许鹤峰等. 气体辅助注射成型技术与装置. 中国塑料,1997 ,
2 许丕明等. CAE 在气体辅助注射成型产品及模具设计的应用- 20 寸电视机前壳. 1997 C -MOLD 使用者联谊暨成果发表会报,1997 (2)(end)
文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者,请点击此处) (1/19/2007)
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