|
注塑机 |
|
| 按行业筛选 |
|
|
| 按产品筛选 |
|
|
| |
|
查看本类全部文章 |
| |
|
|
|
|
气体辅助注射成型装置 |
|
|
作者：吉林工业大学 梁继才 孙志斌 付沛福 李笑明 来源：PT现代塑料 |
|
摘要：介绍了气体辅助注射成型原理和应用范围，设计了可分段控制高压氮气冲入高聚物熔体的气体辅助注射成型实验装置，以推动气体辅助注射成型技术在我国塑料制品行业的广泛应用。
关键词：气体辅助注射成型；装置；研究
1引言
气体辅助注射成型是一种新型的塑料加工技术，此项技术最早可追溯到 1971 年，美国人尝试用加气注射成型方法制造厚的中空鞋跟，但以失败告终。1983 年，英国人采用结构发泡成型方法制造机房装修材料时衍生出称为“Cinpres" 的控制内部压力的成型过程，即气体辅助注射成型过程。该过程在 1986 年德国国际塑料机械展览会上展示后，很快被人们作为新工艺加以接受，并称之为塑料加工业的未来技术。该技术在 80 年代末的几年内得到不断完善和发展，并被商品化。90 年代作为一项成功的技术开始进入实用阶段，在美、日、欧等发达国家和地区得到日益广泛的应用。迄今为止，欧洲和美国等地有 10 余家公司拥有关于气辅装置和工艺的多项专利，主要供应商有英国的“Gas Injection"、“Cinpres" 公司，德国的“Battenfeld”、“Bayer”公司，奥地利的“Engel”公司，美国的“Nitrojection"、“Hettinga" 公司等。我国塑料加工业量大面广，气辅技术具有巨大的应用市场，几年内必将有迅猛发展。迅速开发适合我国塑料加工业应用的气辅装置，以便满足国内注塑件成型加工市场的急需，摆脱国外公司对国内市场与技术的垄断，对提高我国塑料制品的质量，降低其成本有着重要的影响。可以预计，气辅技术将成为 21 世纪塑料加工领域内广泛应用的新兴工业技术。
2气体辅助注射成型原理
气体辅助注射是将适量的塑料熔体注入模具型腔后，再利用压力气体将塑件最终成型，得到带有中空塑件的注射成型方法。气体辅助注射成型的原理如图 1 所示。成型时，首先向型腔注射经准确计量的熔体(见图1a);然后经过特殊的喷嘴往熔体中注入气体(一般为氮气)(见图1b)；充模结束后，熔体内气体的压力保持不变或者有所升高进行保压补料(见图1c)；冷却后排去熔体内的气体，制品脱模。
图1气体辅助注射成型原理
气辅技术之所以在塑料制品行业广泛应用，这主要取决于塑料熔体在模具型腔中的流动特点，即当塑料熔体在注射压力的作用下进入模具型腔后，在同一断面上，各点的流速不同，中间最快，离型腔越远越慢，贴在型腔壁上的一层速度为零。这是由于高温的塑料熔体进入低温的型腔后，先接触腔壁的熔体冷却，温度下降，粘度上升，从而速度下降，而中心部位热量损失少，这样，注射压力总是通过中心传递，中心部位的质点将以最快的速度前进。由于外层的速度较慢，料流头部中心两侧将产生一个小弱压区，使塑料质点产生垂直主流的速度，这样两个速度合成，就形成质点的非直线运动。在这样的条件下，如果让注射机注料到某一特定的位置时，停止注射，而用有一定压力的气体代替后继有一定压力的熔体，同样气体会向具有低阻力的中心流动。这样，气体会将中部的塑料熔体推向前方。当气体的压力、注射时间合适的时候，塑料熔体会被压力气体压在型腔壁上，形成一个中空的塑件，其原理如图 2 所示。
图2熔体流动示意图
3气体辅助注射成型应用前景和市场情况
气辅技术在家电、汽车、家具、日常用品、办公用品等几乎所有塑料制件领域得到应用，而且为塑料成型开辟了全新的应用领域。当前主要集中在下列两类制品：(1)厚壁、偏壁、管状制品，如手柄、挂钩、椅撑，制品中空结构采用该技术可在不影响制品功能和使用性能的前提下，节省 40% 的树脂材料，并能增强制品的强度；(2) 大型平板件，如汽车门板、保险杠、仪表板、格栅及商用机器的外罩。采用气辅技术可以减少成型的锁模力，缩短成型周期，减少翘曲变形。同时，由于成型所需注射压力的降低，从而可以在较小的注射机上成型较大的制品。从表面上看，气辅技术的优势源于利用高压气体把厚壁的内部掏空；从工程力学的原理上看，气辅技术的应用改变了材料在制品断面上的分布，使制件刚性和强度得以改善，承载力增加，这在汽车、飞机、船舶等交通工具的轻量化方面显示出了巨大且诱人的应用优势和前景。
从市场情况来看，气辅技术作为 90 年代初刚刚进入实用阶段的一项革命性技术，在美、日、欧等发达国家和地区正日益得到广泛应用，短短几年，该技术用于注塑制品成型的模具配套率已达 10%。随着时间的推移，在市场竞争极为激烈的条件下，更加完善的气辅技术一定会为更多的塑料制件制造商所接受。国外气辅设备和工艺提供商正在雄心勃勃地加紧对中国巨大市场的争夺和垄断。气辅技术在国内的应用首先体现在壳类制品和轿车内饰件等家电、汽车、仪器、仪表、家具等行业，诸多产品可采用气辅注塑成型代替传统的成型方法，这些行业的塑料制品及零部件的大量需求，要求更多的塑料成型厂家采用气辅技术。气辅技术的最大应用领域是家电产品，就日本电视机行业来说，64cm 以上大屏幕彩电几乎 90%以上采用气辅成型技术。目前，我国年产电视机 2500 万台，其中彩电 1200 万台，在彩色电视机份额中，占 20%左右的 64cm 以上大屏幕彩电有 240 万台，而且大屏幕彩电的数量随市场的需求正逐年递增。在汽车注塑件方面，美国福特汽车公司用气辅技术成型了汽车车门、保险杠、汽车内饰件面板、仪表板等，还有美国克莱斯勒复合概念车整个车身以气辅注射成型，这些都为气辅技术在汽车注塑件上的应用开了先例。塑料家具的生产是气辅技术的另一个重要应用领域。仿硬木家具在外观上需要模拟木质材料较粗的圆柱或立方结构，而普通塑料加工中必须采用的扁平板片结构具有冷却速度慢、材料收缩不易控制、制品翘曲变形严重等难以克服的障碍及料量大、成本高等缺点，传统的注塑工艺很难解决这些问题，采用气辅注塑则迎刃而解。
4气体辅助注射成型实验装置的组成
气辅技术是通过在普通的注塑机上安装一套附加的气体注射装置来完成的。气体注射装置由气体压力制备系统、喷气系统和气压控制系统三部分组成，其原理如图3所示。
图3气体辅助注射成型实验装置原理图
1.三位四通换向阀2.单向节流阀3.截止阀4.高压气液缸
5.节流阀6.脉宽调制数字阀7.喷气气嘴8.数字显示气压表
9.单向阀10.压力表11.低压气液缸12.氮气瓶13.液控单向阀
14.压力表15.减压阀16.溢流阀17.电动机18.齿轮泵
19.滤油器20.油箱
该装置的工作过程是：(1)开启氮气瓶12→氮气充满气液缸 4、11上腔→开动定量泵 18→阀 1 居右位→使两缸氮气均压缩→由减压阀 15 控制缸 11 中氮气压力，由溢流阀 16 控制缸 4 中氮气压力，这样便形成了低、高压氮气储备；(2)注射机向塑料模具注入适量的高聚物熔体→安装在模具合适位置的气嘴 7 迅速切换→脉宽调制数字阀 6—Ⅰ和6—Ⅱ分别打开并保压，完成注气动作→阀 1 居左位，油排出→剩余氮气推动活塞排油，完成一次工作循环。
5气体辅助注射成型技术的特点
传统注射成型不能将厚壁部分和薄壁部分合在一起成型，且制件残余应力大，易翘曲变形，表面时有缩痕。而结构发泡成型的缺点是制件表面的气穴往往因化学发泡助剂过分充气造成气泡，且装饰应用时需喷涂。气辅成型技术把发泡成型和传统注射成型的优点结合在一起，可在保证产品质量的前提下大幅度降低生产成本，具有良好的经济效益。
气辅成型技术的优点是：
(1) 生产周期大大缩短。气辅注射成型周期与普通注射成型周期相比，缩短了射胶时间，去除了补缩保压时间，冷却时间也有所减少，因此，大大缩短了成型周期，这对降低制品成本十分有益。
(2) 模腔压力和锁模力大大减小。普通注射机在注射和保压时需要很大的模腔压力，尤其是在解决缩孔和凹痕的时候，要求有很大的锁模力来保证，而气辅注射成型技术只需较小的气体压力就能将熔体向前推进，使其紧贴模壁上，降低了模腔内压力，从而使锁模力大大降低，最多可降低 70%。由于锁模力降低，机械操作耗电量减少，模具损耗也降低，模具不易出现毛刺，节省了翻修费用。此外，在压力不高的情形下，由于锁模力不高，模具可采用铝合金材料制造。
(3) 产品重量轻。由于气辅技术在制件内充了一定气体，壁厚控制较好，因而原料消耗比传统注射方法可减少 10%～50%。
(4) 制品缺陷大幅度减少。由于注射压力小且塑料熔体内的气体各处等压，因此型腔内压力分布比传统注射成型均匀，保压冷却过程中产生的残余应力较小，制品出模后翘曲倾向减小；另外，在气辅成型保压过程中，熔体的收缩可由气体的二次穿透予以补偿，且气体的压力可使制品外表面紧贴模具型腔，所以制品表面不会出现凹陷。此外，采用气辅成型可将制品的较厚部分掏空以减小甚至消除缩痕，提高表面质量，降低了废品率。
(5) 材料适用性好。适用于热塑性塑料，一般工程塑料及其合金和其他用于注射成型的材料。
气辅注射成型技术的缺点如下：
(1) 需要增加气辅装置，增加了设备投资。
(2) 对注射机的注射量和注射压力的精度要求有所提高。
(3) 制品质量对工艺参数更加敏感，增加了工艺控制的精度要求。
参考文献
1，Rusch K C．Gas-Assisted Injection Molding-a New Technology is Commercialized． Plastics Engineering,1989,35
2，刘辉，昊靖，周达飞．气体辅助注射成型及其拓展技术．现代塑料加工应用，1995 (1)
3，张华，李德群，陈兴．气体辅助注射成型的流动模拟．模具技术，1998 (3)
4，王浩鹏.气体辅助注射技术及其应用．模具工业，1998 (8)(end)
|
|
| 文章内容仅供参考
(投稿)
(9/17/2007) |
对 注塑机 有何见解？请到 注塑机论坛 畅所欲言吧！
|
