氣體輔助注射成型穿透機(jī)理及工藝優(yōu)化方法研究

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1、上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文第1章緒論第1章緒論1.1氣體輔助注射成型簡(jiǎn)介氣體輔助注射成型（Gas-AssistedInjectionMolding，簡(jiǎn)稱(chēng)GAIM）是二十世紀(jì)九十年代末開(kāi)始興起的一種新型的塑料注射成型技術(shù)。其利用高壓惰性氣體（主要為N2）推動(dòng)塑料熔體充滿(mǎn)型腔，在塑件內(nèi)部產(chǎn)生中空截面，利用氣體保壓代替普通注塑保壓過(guò)程，完成注射成型。GAIM具有節(jié)省材料、降低注射壓力、減小鎖模力、消除[1,2]制品縮痕、減小翹曲變形、使厚薄不均形狀復(fù)雜制品一次成型等優(yōu)點(diǎn)。氣體輔助注射成型(GAIM)技術(shù)與普通注射成型（Tradi

2、tionalInjectionMolding，IM）工藝相比，有著無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，被譽(yù)為注射成型工藝的一次革命，在汽車(chē)、家電、家具、日常[1-3]用品等幾乎所有塑料制件領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。最近幾年來(lái)，在生產(chǎn)、研究領(lǐng)域中，人們對(duì)氣體輔助注射成型（GAIM）的興趣與日劇增。1.1.1氣體輔助注射成型的基本原理及技術(shù)組成圖1-1氣輔注射成型的基本原理Fig.1-1BasicprinciplesofGAIM第1頁(yè)上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文第1章緒論[1,3-8]氣體輔助注射成型的原理如圖1-1所示。成型時(shí)，首先向型腔內(nèi)注射經(jīng)準(zhǔn)確計(jì)量

3、的熔體；然后通過(guò)注氣元件向熔體中注入高壓氣體（一般為N2）；充模結(jié)束后，熔體內(nèi)氣體的壓力保持不變進(jìn)行保壓補(bǔ)料，并產(chǎn)生氣體的二次穿透；冷卻后排出氣體，[1,5,8-10]制品脫模。氣輔注射成型周期，如圖1-2所示。圖1-2氣輔注射成型周期Fig.1-2MoldingCycleofGAIM從完整的意義上說(shuō)，氣輔成型技術(shù)的整體系統(tǒng)包括氣輔成型設(shè)備、氣輔流動(dòng)分析[8]軟件及氣輔工藝開(kāi)發(fā)和應(yīng)用技術(shù)三大部分，如圖1-3所示。其中，氣輔成型設(shè)備通常包括氣體發(fā)生裝置、增壓裝置、控制單元和進(jìn)氣元件，由各設(shè)備廠家提供。氣輔流動(dòng)分析軟件，目前

4、，主要是Moldflow和Moldex3D軟件。氣輔工藝開(kāi)發(fā)和應(yīng)用技術(shù)，是氣輔成型技術(shù)組成中關(guān)鍵的核心內(nèi)容，由用戶(hù)自行開(kāi)發(fā)，也可由氣輔成型設(shè)備供應(yīng)商協(xié)助開(kāi)發(fā)，甚至直接引進(jìn)氣輔模具和成型工藝。[8]圖1-3氣體輔助注射成型構(gòu)成技術(shù)Fig.1-3CompositiontechniquesofGAIM第2頁(yè)上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文第1章緒論1.1.2氣體輔助注射成型的主要設(shè)備GAIM工藝過(guò)程中的主要設(shè)備包括注射機(jī)、氣體壓力控制單元、高壓氣源和模具[1,8,11-13]等設(shè)備。1)注射機(jī)GAIM對(duì)注射機(jī)的精度要求很高，一般需要選

5、用精密注射機(jī)。注射機(jī)精度的高低直接影響注射量的控制和延遲時(shí)間的反饋精度，進(jìn)而影響制品的中空率和氣道的形狀。一般情況下，注射機(jī)的注射量精度誤差應(yīng)控制在±5%（以體積計(jì)）以?xún)?nèi)，且注射壓力波動(dòng)相對(duì)穩(wěn)定，控制系統(tǒng)的電信號(hào)能夠很好地反映實(shí)際注射過(guò)程。2)氣體產(chǎn)生設(shè)備氣體產(chǎn)生設(shè)備的作用是為氣輔成型工藝提供充足的、具有一定壓力和純度的氣體介質(zhì)。當(dāng)所需的氣體壓力較小時(shí)，可以采用壓縮空氣作為氣源。壓縮空氣的來(lái)源是空氣壓縮機(jī)，其在使用前需采取必要的過(guò)濾和干燥措施，以免空氣中的雜質(zhì)和腐蝕成份對(duì)注氣設(shè)備和產(chǎn)品帶來(lái)負(fù)面影響。高壓氮?dú)庠粗饕瞧垦b高

6、壓氮?dú)?，或從氮?dú)獍l(fā)生器制備高壓氮?dú)狻怏w壓力控制器一般有啟動(dòng)壓力Pstart，即只有當(dāng)高壓氮?dú)庠吹膲毫Ω哂赑start時(shí)，氣體壓力控制器才能正常工作。瓶裝高壓氮?dú)饣虻獨(dú)獍l(fā)生器的使用，一般需要根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況來(lái)確定。3)氣體壓力控制單元?dú)怏w控制設(shè)備的功能是將氣體產(chǎn)生設(shè)備所產(chǎn)生的氣體介質(zhì)提高到工藝所需的壓力，并精確地控制氣體的注入過(guò)程。其主要包括信號(hào)控制系統(tǒng)（即觸發(fā)器，包括位移觸發(fā)器和電子觸發(fā)器兩種）和壓力控制系統(tǒng)（氣體壓力控制器）。信號(hào)控制系統(tǒng)的主要功能是接收注射機(jī)射膠結(jié)束的信號(hào)以控制延遲時(shí)間，然后將此信號(hào)反饋給氣體壓力控

7、制器。氣體壓力控制器接收到信號(hào)控制系統(tǒng)的信號(hào)后，根據(jù)設(shè)定值精確控制各個(gè)氣體壓力段的壓力和時(shí)間。4)氣體注入裝置氣體注入裝置的作用是將氣體介質(zhì)注入模具，并防止塑料熔體進(jìn)入到氣路中。根據(jù)氣體進(jìn)入模具位置的不同，可分為兩類(lèi):A、主流道噴嘴具有注入熔體和注入氣體的功能。當(dāng)塑料熔體注射結(jié)束后，噴嘴中的切換機(jī)構(gòu)在氣體壓力的作用下關(guān)閉熔體通道、打開(kāi)氣體通道，使高壓氣體進(jìn)入模腔。B、氣針安裝在與氣道相應(yīng)的模具位置上，在氣體控制設(shè)備的作用下向制件的氣道中注入氣體。5)氣體回收裝置氣體回收由排氣針、管路和低壓儲(chǔ)氣罐組成，將制件中具有一定壓力

8、的氮?dú)饣厥赵倮?。通常，壓力不低?MPa的氮?dú)饪梢杂膳艢忉槒哪＞咧谢厥赵俅卫谩?)模具GAIM制品模具有與壓力控制器相連的氣體通道，型腔內(nèi)有氣體穿透第3頁(yè)上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文第1章緒論的氣道，以便熔體能夠順利充滿(mǎn)型腔。氣體進(jìn)入制品位置的選擇是GAIM模具設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，需根據(jù)制品的尺寸形態(tài)及注射機(jī)的情況