简述气体注射成型

简述气体注射成型简述气体注射成型 注射成型有 A 级表面光洁度和加强筋或凸台的制品一直被认为是注射成型加工厂商的一 个类似幻想式的目标 尽管他们为此在通常的注射成型和内部气体辅助注射成型技术方 面做出了最大的努力 而对于广泛多样的工业制品 却还在不断提高对于有加强筋或凸 台的制品表面进行毫无缩痕凹陷成型的要求 在薄壁应用方面 如手机 汽车车体侧边 成型件 轿车内装饰板和计算机监视器等制品 对这一要求是特别关键性的 除薄壁制 品外 供应商说 外部气体注射成型 EGM 在大型 平板状制品 如盖板 机壳 仪表 板和格栅等零部件成型方面有巨大的潜力 从 1990 年代早期开始就有两种可以选择的加工技术专门用于补救注射成型表面缺 料的缺陷 一种办法是在模具被充模到大约 98 99 后 通入气体到制品的一个外表面 此气体从型芯一侧进入模具 并向相对一侧的模具表面推压 使关键的要求外观的表 面紧贴模具壁 另一种办法是气体反压法 在反压法中 一种气体 通常是空气 在熔 体注射前预先对模具增压 以确保在型腔充模前持续加压 使熔体压向模具表面 两种 办法的作用都是在熔体冷却时保证材料贴合到模具表面 它们影响材料的方式类似于 压缩成型 巴顿菲尔 Battenfeld 公司加工工程和开发经理 Juergen Ehritt 说 三种外部气体注射成型技术正被五家美国公司应用推广 它们是美国巴顿菲尔公司的 Ai rmold Contour 工艺 由日本 Asahi Kasei 公司开发 Incoe 公司和 CGI 气辅注塑公司 获得许可证的外部气体成型技术 以及由 Textron 汽车公司通过它的 IntelliMold 系统 部门提供的气体反压工艺 也即 IntelliMold 工艺 虽然外部气体注射成型技术的采用一直很缓慢 但供应商宣称说 成型厂商的兴趣 正在增长 因为客户保密的原因 这种增长不可能加以证实 我们当前具有数以十 计的有效利用的例子和商业性应用 但是全部都是专利所有的 Incoe 公司业务开发 副总裁 John Blundy 说 Textron 汽车公司称 它在自己的密歇根州 Troy 的 Trim 部门有三个商业应用采用 气体反压技术 现在为 IntelliMold 工艺的运转配备了 24 台成型机 它们中的大多数 超过 1000t 并计划在今年年底最少有 100 个系统安装到公司的机器设备上 制造部门 执行副总裁 Jerry Mosingo 说 在 Textron 汽车公司去年买来该项技术前 此加工工艺 的十几个许可已经被授予其他公司 也还有它的原始开发商 密歇根州 Ann Arbor 的 M C 先进加工工艺公司 密封技术是关键性的 CGI 公司的主席及董事 Terry Pearson 说 外部气体辅助工艺在欧洲和亚洲有许多 商业应用 并且至少有一家北美的成型加工厂商正在为一项汽车应用而关注它 CGI 公 司是在八月间由两家英国公司 Cinpres 一家内部气体辅助技术供应商和 Gas Injec tion 公司 Asahi 公司的外部气体工艺较早期的推动者 合并建立的 Pearson 说 A sahi Kasei 公司从 1990 年代中期开始发出了 30 个许可证 几种应用正在用于汽车零 部件开发 那里用任何其他方法不可能消除缩痕凹陷 Pearson 说 巴顿菲尔公司的 Ehritt 说 它的外部气体加工工艺被商业应用于北美 但是详细 的细节是专属于客户的 零部件典型的内部支撑结构厚于外部的零件壁厚时 支撑结构部分冷却得较慢 在冷却 上的这一差异在制品内造成了内应力 可能在制品表面表现为缩痕 斑点 压陷 光斑 和翘曲 当结构部分 加强筋或者凸台 冷却时 由于正常的体积收缩 它拉动周围的 材料 吸引制品表面的材料 Incoe 公司的 Blundy 解释说 内部气体辅助注射成型一直用于解决凹陷的问题 办法是制成较厚的加强筋 然后 用气体部分地充入以挤空加强筋 这一方法的缺点包括可能的较高的材料用量 较高的 充模压力和较长的冷却时间 而这一切还不能保证不出现凹陷 这些考虑打开了外部气体注射成型之门 除了解决表面质量问题 从而可以免除后阶段 的涂饰工作以外 外部气体注射成型技术还能产生多种加工好处 其一是缩短或者无需 周期中的保压或者锁模阶段 保压阶段至少需要 50 的合模力吨数 巴顿菲尔公司 的 Ehritt 说 保压由气体压力实现了 所以对合模力吨数的要求可以降低 30 以上 较 低的合模力可能意味着延长模具寿命 Pearson 补充说 外部气体注射成型是一种低压成型方法 甚至在薄壁成型时最高也只要求 13 79 Mp a 2000 lbf in2 的压力来消除凹陷 一种内部气体注射成型技术可能需要两到三倍的 气体压力 大约为 6 89 到 25 51 Mpa 1000 到 3700 lbf in2 而通常的注射成型甚至 需要更高的压力 大约为 30 34 到 68 95 Mpa 4400 到 10000 lbf in2 而且还未必一 定能解决问题 Pearson 说 外部气体也能帮助将制品从型芯上推出 以减少或者消除顶杆痕迹 它能允许成型 的制品壁较薄 从而降低材料用量 较低的合模压力以及消除过度充模现象 有利于生 产无内应力制品 较薄的壁厚以及与模具接触的改善也能带来较快冷却和缩短整个周期 时间的好处 采用一个外部气体系统给与了成型加工厂商使用较低成本 较大收缩材料 例如 PP 的机会 CGI 公司的 Pearson 说 其他方法的局限性 外部气体成型技术的供应商熟知内部气体辅助成型方法 Incoe 公司曾为成功的气 体辅助注射工作出售过模具部件 并且巴顿菲尔公司和 CGI 公司都向市场供应内部和外 部气体两种工艺方法 所以 它们对内部气体辅助注射技术的局限性的看法可以认为是 不带偏见的 采用内部气体注射成型 气体流过阻力最小的通道 问题也恰恰出在那里 In coe 公司的 Blundy 说 如果在一个区段 模具较热或较冷 可能引起气体通道的扩展 或者分流到较小的通道中 形成一种指形效应 指形效应并非唯一的能破坏表面质量 的气体辅助现象 CGI 公司的 Pearson 补充说 气体流流过制品时 流动状态的任何犹 豫现象都可能在表面上形成可见的线条 这类似于在熔体充模时犹豫会形成斑纹一样 内部气体辅助成型也能在制品上的气体注射点上留下 影 迹 那里的气体压力最高 当气体压力从气体注入口进一步下降除去时 可能形成凹陷或者熔接缝 内部气体辅助 成型也需要进气和排气孔 会在制品上留下斑点 Hettinga 设备公司的一个内部气体 辅助成型系统在成型后将气体保留在制品中 Pearson 补充说 让内部气体流入一个加强筋是一项挑战 如果您有许 成型方法可消除缩痕凹陷 甚至在被故意欠注射的制品上亦可 就象图中的无线电 装置的凹槽的情况平行的加强筋 实际上不可能使气体均匀地流到每一根加强筋 有 不同型腔的成套模具也能表明内部气体辅助成型的气体渗透是否令人满意的问题 内部气体辅助注射成型还需要特殊的提供气体的喷嘴和排气装置 以及供气体替代 的熔体排出溢出阀 这些项目在外部气体技术中或者是取消了 或者是经工程重新组合 进入了模具中 外部气体注射成型的加工过程也优于通常的注射成型 通常的注射成型尝试用高 压保压和锁模来解决凹陷问题 为补偿收缩 一般的注射成型厂商在型腔中注射较多的 材料以进行保压 但是 那样会在制品内造成内应力 而且也不能完全解决凹陷问题 Pearson 说 在某些情况下 厂商为防止凹陷而设置保压和锁模时间 代价是加长了 周期时间为说明外部气体注射成型的优点 Incoe 公司成型了一个 645 16 cm2 100 in2 的 ABS PC 合金的扫描器盖子 使用通常的加工方法 采用或不采用保压 以及使用它的外 部气体注射成型 EGM 加工方法 在所有情况下 周期时间是相同的 Blundy 说 用无 保压法制成的制品重量为 246 5 g 需要 41 t 的合模力 并且仍有凹陷 有保压阶段方 法生产的制品重 261 5g 需要 125t 的合模力 仍然有凹陷 EGM 零件重 246 5g 仅需 41t 压力 并且没有凹陷 没有能包治百病的灵丹妙药 外部气体注射成型技术不是适合所有注射成型厂商的灵丹妙药 供应商告诫说 Pe arson 说 有许多注射成型工作对制品内残余有一定程度的应力是可以接受的 并且 对制品没有负面影响 源自 CGI 公司 Incoe 公司和巴顿菲尔公司的消息也警告说 外部气体成型仅仅限 于只需要在制品一侧表面具有高质量光洁度的制品 所以透明制品成型厂商不会希望 采用这一加工方法 巴顿菲尔公司的 Ehritt 告诫说 但是 Textron 公司的技术服务 经理 Anthony Spalding 说 它的公司正在使它的加工方法最佳化以减小这一效应 该 公司用透明 ABS 料制造了一块无斑点的样品板 某些供应商也说高纯度 至少 98 的氮气是它们的加工方法使用的最佳气体 在受 压气体中的氧含量较高时 可能造成某些塑料熔体的氧化 使用氮气增加了设备和 或 操作成本 但是 Textron 公司的发言人说 他们在使用压缩空气的 IntelliMold 反压 法技术上没有看到问题 还有 Incoe 公司最近用清洁 干燥的车间压缩空气试验了它 的外部气体注射成型工艺方法 并对它们的初始结果感到鼓舞 Blundy 报告说 供应商指出 节约原料和周期时间将部分地抵偿为采用这一加工方法所需的许可证 费用 模具的改变和附加设备所需的成本 还有 某些消息源承认 采用外部气体成型 技术时 周期时间的减少可能是微小的 为了有效利用 在型腔充模和气体引入之间通 常有一个时间延迟 你必须给材料一点时间 让材料准备好 以使气体有东西可以推 压 Blundy 说 供气体进入 保压和排出模具的时间与通常注射成型的保压和锁模时 间大致相同 成型模具的改进 外部气体注射成型通常需要在模具内或在提供气体的管道内装一个压力传感器 以 及气体发生器和控制技术 气体注射速度是重要的 压力也是重要的 改进模具要增加 5 到 20 的制模成本 成型模具改进的最关键的地方是模具要紧紧地密封 以在注射成 型期间保持均匀的气体压力 密封的关键区域是分型线 顶杆销 型芯和排气孔 在带 有可移动型芯或者其他部件的模具中 供应商建议在模具的外部部件上加一个密封块 硅橡胶是最通常使用的密封材料 制品设计也对有效的气体密封做出贡献 靠近分型线的制品几何参数必须稍作改 变以建立密封 Incoe 公司的 Blundy 说 常常有这样的情况 制品上的一条加强筋或 者凸台就自然地密封了气体 以致气体只在加强筋之间的局部区域起作用 排出气体也要在模具上作某些改变 Textron 公司在通常的模具内用机械方法加工 一个单独的通道连接现有的排气孔 通道起到空气歧管的作用 其他系统 如 Incoe 公 司的外部气体注射成型 它是依靠在模具内的一个金属多孔嵌件 让气体进出的 当 气体供应中断时 气体通过此嵌件 经阻力最小的通道反向流回 Blundy 说 另外 可能需要特殊的阀门技术来防止气体通过热流道喷嘴逃逸 三种外部气体成型方法 巴顿菲尔公司的 Airmold Contour 加工方法是公司内部气体辅助成型技术 Airmold 的一种延伸 该方法使用一种可移动的供气设备 带有图像接触屏控制装置 我们不 控制进入制品的气体体积 我们控制压力 Ehritt 说 闭环气体的压力控制系统依靠 一个时间或者熔体压力触发信号引进并维持型腔中的气体压力 气体通过一个设计安装 成与型腔内表面齐平相连接的喷嘴或气针进气 此成型机安装在 Solvay 工程聚合物公司的实验室里 成型机规格为 500 t 和 4000 t 这些成型机可为巴顿菲尔公司向客户演示用 许可证费用取决于具体的应用 CGI 公司有 Asahi 公司拥有的两项外部气体注射成型技术的许可证 第一项类似于 由 Incoe 公司在北美地区提供的技术 第二项包括外部气体注射和附加的保压功能 甚至对于外部气体注射成型技术 也有可能产生某些体积收缩 保压有助于收缩进一步 减少 Pearson 说 他拒绝说明在什么情况下 CGI 公司会推荐某一种方法而不推荐另 一种方法 或者是详细说明两种加工方法的区别 按照 Pearson 的说法 由任何一种加 工方法制成的制品难以彼此加以区别 CGI 公司一种氮气注射系统 可在 10 14 Mpa 1470 lbf in2 的压力下提供气体 由安装在模具和机器上的传感器进行控制 CGI 公司声称它的加工方法的使用者可以减小制品壁厚多达 50 缩短周期时间达 4 0 模具压力至少也可降低 25 此加工方法能按模具或者按成型机发放许可证 费用从 5000 到 20000 美元不等 取决于所需模具或机器设备的尺寸大小 专利使用费用是一次性的 对模具终生有效 CGI 公司也提供为进行外部气体注射成型而进行模具改造的服务 Incoe 公司的 EGM 加工方法施加高达 10 34 Mpa 1500 lbf in2 的氮气通过模具 的型芯侧到达型腔内的熔融塑料 气体通过一块多孔的金属嵌件 气针或有孔的小珠进 入 气体控制器需要一个来自成型机的信号 以在充模过程结束或接近结束时释放气体 信号可根据时间或者螺杆位置产生 如要使用 EGM 技术 Incoe 公司基于制品总体规划的领域 对每套模具收取一次 性费用 5000 到 15000 美元 Incoe 公司为其气体控制用控制设备收取附加的 7500 到 90 00 美元 然后 成型厂商也可以使用其他来源的气体控制器 Incoe 公司可在它的实验 室在 125 t 和 425 t 成型机上演示它的 EGM 技术 气体反压 Textron 公司的 IntelliMold 外部气体成型工艺与其他方法不同 首先 在熔体进 入前 它用空气预先充满模具型腔 第二 当型腔充模时 它连续测量并控制内部熔体 压力 目的是使制品密度均匀 在这一技术背后的概念是 在通常的注射成型中熔体刚 一进入模具时遇到低压 然后在充模结束时又是很高的压力 Textron 公司称 当试图 采用高的保压来对付缩痕凹陷时 这一现象特别明显 在第一批和最后一批固化的材料 密度之间的差异本身就是造成缩痕凹陷 应力和翘曲之源 我们给模具施加 1 38Mpa 200 lbf in2 的车间空气 它有助于控制材料的流锋并 使制品从充模开始到结束都密度均匀 Textron 公司的 Spalding 解释道 反压力在 我们充模时包住制品 所以我们不需要对模具作过度充模处理或压缩材料 压缩空气 作为恒定的力将材料均匀地推向型腔壁 这达到较好的尺寸稳定性 并减少了翘曲 凹陷 汇合线和收缩 Spalding 说 另外 气体的压力保持制品的外观侧与型腔表面 接触时间较长 防止制品外观侧因为收缩而脱离型腔表面