气体辅助注塑技术的优点主要有:解决制件表面缩痕问题,能够大大提高制件的表面质量。
(4)简化制品和模具设计降低模具加工隹度。
气体辅助注塑成型技术与普通注塑成型工艺相比,有着无可比拟的优势,被誉为注塑成型工艺的一次革命,在家电、汽车、家具、日常用品等几乎所有塑料制件领域得到广泛应用。在家电领域电视机壳特别是大屏幕彩电前壳是最早也是最广泛采用气辅注塑成型技术的制品之一。
随着电视机屏幕越来越大,显像管越来越重,电视机前壳强度要求越来越高,要改善电机前壳的强度问题,增加加强肋板的厚度是最直接的办法,但是在增加肋板厚度的同时带来了制件表面缩凹和成型周期长等问题,严重地影响着制件的表面质量和加工成本。为了解决这些问题,世界各国纷纷采用气体辅助注塑成型技术,不仅解决了制件表面缩凹问题而且可以节省原材料,缩短成型周期,收到了可观的经济效益。我国是电视机生产大国,许多生产厂家都先后引进了气辅成型的设备,开发出了气辅注塑模具,取得了一定的经济效益,但总体上来说与国外相比尚有不小的差距。现将本公司在开发电视机前壳气辅注塑成型模具中的一些经验加以介绍,与业内同行进行交流。
与传统设计不同,气辅模具的设计必须和产品设计相结合,在进行产品结构设计时就要考虑气道的设计和分布;有些结构一定要按照气辅设计的要求作出修改,如允许壁厚不均匀,增加必要的加强筋等等,这是气辅产品和模具开发取得成功的重要保证。
对于电视机类的气辅模具,可将转角、肋板等需要增加强度的地方加厚为气道,其余大面壁厚全面减薄,一方面节省塑料原材料,缩短冷却周期,另一方面规范气体流动,防止薄壁进气。
例如在彩电前壳的设计和模具开发中,可将前沿四周作为基本的主气道,上下底面和两侧面上的加强筋等处可根据熔体流动情况加设不同的分气道,对需加强的显像管固定座部分加强肋板,可由以前的1.2 ~1.8mm增加到3 ~4mm,以起到加强作用;而机壳大面积的壁厚则由平均3.5mm减薄至2.5~3mm.从工程力学的角度看,气道产生的中空截面改变了材料在制件断面上的分布,大大提高了制件断面的二次矩,使制件的刚度和强度大大改善,承载力显著增加,不仅使机壳拐角处强度增加,也大大提高了整个机壳的强度,满足了大屏幕电视机的需要。如所示。
2电视机类气辅模具设计要点大面壁厚全面减薄,转角、肋板等需要加强的地方局部加厚为气道。
气道依循主要的料流方向均衡地配置到整个模腔上,同时要避免闭路式气道。动顺畅;气道的截面大小要合适,气道太小可能引起气体渗透,气道太大则会引起熔接痕或者气穴。
(4)气道应延伸到最后充填区域(一般在非外观面上),但不需延伸到型腔边缘。
(0)采用浇口进气时,流动的平衡性对均匀的气体穿透非常重要。
采用气针进气时,气针应置于厚壁处,进料口应置于薄壁处,二者需保持30mm以上的距离。
气针进气时,小浇口可防止气体倒流入浇道。
气针出气口方向应尽量和料流方向一致。
(4)采用缺料注射时,进气前未充填的型腔体积以不超过气道总体积的一半为准。
(15)采用满料注射时,应参照塑料的压力、比容和温度关系图,使气道总体积的一半约等于型腔内塑料的体积收缩量。
3进气方式的确定气辅注塑成型的进气方式可分为喷嘴进气和模具进气两种,采用喷嘴进气需改造注塑机的喷嘴,使其既有熔体通路也有气体通路,在熔体注射结束后切换到气体通路实现气体注射;采用模具进气不需改造注塑机的喷嘴,但需在模具中开设气体通路并加设专门的进气元件(气针),在气体压力控制下工作,引导气体进入模具型腔。
进气方式的选用要视制品的具体情况而定,采用喷嘴进气方式,塑料与气体通过同一流道,具有相同的流动方向和压力梯度;而采用模具气针进气方式,会有气体的流动方向与塑料流动方向相反的情况。由于在电视机前壳模具中一般采用冷流道和潜伏式浇口,因此使用喷嘴进气方式更遍-气道的截面形状应接近以使气体U合抓具气气方式一般用于热流道腿。net或制件需要加强部位离浇口比较远的情况,如电要有拐角处、筋根部和气道连接段三种,如表1所视机后壳模具及一些流长较大的长条形制品。示。
4气道截面形状及尺寸参数5气体辅助注塑成型工艺与CAE分析电视机类气辅模具中常用的气道截面形式主气体辅助注塑成型工艺过程涉及到高分子熔气道截面形式尺寸参数说明表1气道截面形式及参数说明用于制件拐角处,根据制件结构具体选取截面形式,根据制件大小确定尺寸参数,制件大者取上限制件小者取下限。
道尺的气和接中式连件形所Sf用接数相连参道的寸气用于制件加强筋根部,根据制件结构具体选取截面形式,根据制件大小确定尺寸参数,制件大者取上限制件小者取下限。
体和高压气体的气液两相流动及相互作用问题,因此使得气体辅助注塑成型工艺实现过程的设计参数和控制参数大大增加。其主要的难点有:(1)确定塑料熔体和气体的最佳注射量、注射压力和填充时间。(2)确定注入熔体和氮气的切换时间。(3)确定注入氮气的压力控制分布曲线。(4)预测熔体在型腔内的流动及气体的穿透情况。防止困气、吹穿、气体进入薄壁。(6)计算所需的锁模力和保压时间。这些都需要通过成熟的CAE气辅分析并在实际的注塑过程中经实验确定。
上理解是计算机辅助工程,准确地讲就是工程设计中的分析计算和模拟仿真。注塑CAE技术是CAE技术中一个重要的组成部分,它是根据塑料加工流变学和传热学的基本理论,建立塑料熔体在模具型腔中流动、传热的物理、数学模型,利用数值计算理论构造其求解方法,利用计算机图形学技术在计算机屏幕上形象、直观地模拟出实际成型中熔体的动态填充、冷却等过程,定量地给出成型过程中的状态参数(如压力、温度、速度等)。
利用注塑CAE技术可以在模具制造之前,在计算机上对模具设计方案进行分析和模拟,预测设计中潜在的缺陷,为设计人员修改设计提供科学的依据。应用注塑CAE技术带来的直接好处是省时省力,减少试模、修模次数,缩短模具设计制造周期,降低成本,提高产品质量。
我公司为了应用注塑CAE技术,提高模具设计水平,引进了美国MOLDFLOW公司的料流分析软件MPI3.0,除可进行流动、保压、冷却、翘曲分析外,还可以进行气辅分析,在计算机上完成气辅注塑的仿真过程,预测熔体及气体在型腔内的流动及穿透情况,优化产品和模具设计,改进气道的布局、尺寸,优化成型工艺参数,大大提高了气辅技术应用的可行性和可靠性。
电视机前壳模具的注射量一般在90% ~100%之间,气体压力一般控制在20~30MPa保压时间与制件大小、壁厚及冷却效果有关,一般在之间。
6结束语海信集团早在1994年就引进了美国Gain公模具结构1.定模板2.定模镶块3.动模板4动模型芯I5.顶块6动模型芯(件4)的结构如所示,这一结构方向性好(在装配时无须止转)但工艺性不好(加工困难)。若将其改进为所示结构,其工艺性便得到很大改善,但在装配时应注意止转。
滑配,内孔与型芯(件4、6)小间隙滑配。
与顶杆和顶圈相比,顶块的推顶面积大,顶出过程平稳,对提高制件质量有利。
所示顶块(件5)的制造并不困难,但其推顶效果比采用四个顶圈的方案好,而且有利于简化模具结构。显然,这里用顶块比用顶杆或顶3结束语顶块是一个具有顶件功能的型腔镶块,它既是构成型腔的成形零件又是顶出机构的推顶元件。其应用虽然没有顶杆和顶圈广泛,但是在某些情况下使用顶块的效果却比使用顶杆和顶圈要好。
本文所述内容均已通过生产实践检验,切实可行。
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