Как газоассистированное литьё создаёт лёгкие и прочные пластиковые детали
Определение газо-ассистированного литья под давлением
Газо-ассистированное литье под давлением — это производственный процесс, при котором используется инертный газ для создания внутреннего давления внутри расплавленной пластиковой детали в процессе литья пластика под давлением. Это приводит к получению полых, легких деталей с толстыми и равномерными стенками.
Газо-ассистированное литье под давлением включает четыре основных этапа:
Расплавленный пластик впрыскивается под высоким давлением в полость формы, заполняя большую часть, но не всю полость.
После частичного затвердевания пластика инертный газ, такой как азот, впрыскивается в еще расплавленное ядро детали. Газ вводится через впрыскивающую насадку в полую часть формы, называемую газовым каналом.
Газ оказывает давление изнутри детали, выталкивая пластик к стенкам полости формы. Это помогает уплотнить деталь и исключить появление усадочных впадин.
Деталь продолжает охлаждаться, при этом давление газа удерживает пластик у стенок формы. В результате получается прочная, легкая деталь с полыми внутренними ребрами или секциями.
Преимущества газо-ассистированного литья под давлением
Преимущества газо-ассистированного литья делают этот метод популярным выбором для автомобильной, потребительской, промышленной и медицинской отраслей, где требуются крупные и прочные пластиковые детали. Этот процесс снижает производственные затраты и улучшает качество деталей по сравнению с традиционным литьем под давлением.
Снижение веса: Полые внутренние секции делают деталь легче, снижая расход материала и затраты. Это важно для автомобильных компонентов, где критично снижение веса.
Более толстые стенки: Давление газа уплотняет пластик, позволяя делать более толстые и равномерные стенки, что повышает прочность.
Быстрые циклы: Газ быстро охлаждает горячий пластик изнутри, сокращая время охлаждения и позволяя ускорить производство.
Крупные детали: Газовое давление обеспечивает формовку больших и сложных деталей за счет полного уплотнения пластика.
Меньше внутренних напряжений: Быстрое охлаждение и давление газа уменьшают внутренние напряжения в детали.
Меньше коробления: Равномерное охлаждение и одинаковая толщина стенок минимизируют коробление и усадку.
Меньше усадочных впадин: Газовое давление предотвращает появление усадочных впадин, характерных для традиционного литья.
Традиционное литье под давлением
Традиционное литье под давлением заключается во впрыске расплавленного пластика в полость формы под высоким давлением. Пластик полностью заполняет полость и удерживается под давлением при охлаждении и затвердевании.
Пластиковые гранулы загружаются в машину для литья под давлением, где они расплавляются.
Расплавленный пластик впрыскивается через насадку в полость формы под высоким давлением, заполняя всю полость.
Давление удерживается, чтобы уплотнить пластик в полости по мере его охлаждения и затвердевания.
После достаточного затвердевания форма открывается, и деталь извлекается.
Форма закрывается, и цикл повторяется для следующей детали.
Остывший пластик немного усаживается, что может привести к появлению усадочных впадин на поверхности детали. Контроль усадки и достижение равномерной толщины стенок может быть сложным при традиционном литье, особенно для крупных деталей.
Процесс относительно быстрый и экономичный для мелких и средних пластиковых деталей при больших объемах производства. Однако коробление и усадочные впадины становятся проблемой для больших деталей с толстыми стенками, изготовленных традиционным методом.
Ограничения и проблемы
Традиционное литье под давлением лучше подходит для мелких и средних пластиковых деталей. Большие детали склонны к короблению, усадке, требуют более длительных циклов и дорогого оборудования. Вот основные ограничения и проблемы традиционного литья:
Тонкие стенки: Трудно заполнить толстые сечения, так как пластик может затвердеть до полного заполнения полости, что приводит к пустотам и слабым местам.
Усадочные впадины: Усадка при охлаждении вызывает вмятины и видимые дефекты поверхности.
Коробление: Неравномерное охлаждение и заполнение могут вызвать деформацию деталей после извлечения из формы.
Вес: Цельные пластиковые детали тяжелее, чем полые.
Внутренние напряжения: Охлаждение и усадка вызывают внутренние напряжения в деталях.
Крупные детали: Размер ограничен, так как время охлаждения увеличивается с толщиной детали. Большие формы требуют более высокого давления зажима.
Сложная геометрия: Сложные формы с ребрами и выступами трудно заполнять.
Внешний вид: Усадочные впадины и коробление ухудшают качество и внешний вид поверхности.
Насадки: Насадка должна совпадать с линией раздела формы, что ограничивает варианты впрыска.
Размер оборудования: Машины для больших деталей крупнее и дороже.
Как работает газо-ассистированное литье под давлением
Газ позволяет изготавливать более крупные детали с толстыми стенками, сокращая время охлаждения и обеспечивая полноценное уплотнение. Это улучшает отделку поверхности, точность размеров и физические свойства по сравнению с традиционным литьем.
Тщательный контроль параметров процесса, таких как давление газа, время и поток, необходим для создания оптимальной внутренней структуры и качественных деталей. Газо-ассистированное литье позволяет быстро и экономично производить легкие, качественные пластиковые детали. Вот как это работает:
Расплавленный пластик впрыскивается в полость формы под высоким давлением, заполняя 60–90 % объема детали.
После частичного затвердевания поверхности (образования корки) в еще расплавленное ядро впрыскивается инертный газ (обычно азот) через впрыскивающую насадку.
Газ проходит по специально спроектированным каналам внутри формы, проникая на всю длину детали.
Газ оказывает давление изнутри, выталкивая пластик к стенкам формы.
Газ заполняет углы, уплотняет стенки и устраняет пустоты и усадочные впадины, пока пластик продолжает охлаждаться.
В результате получается легкая, полая деталь с высокой жесткостью и толстыми, равномерными стенками.
Форма открывается после полного затвердевания пластика, и деталь извлекается. Остаточный газ выходит через вентиляционные отверстия.
Преимущества
Газо-ассистированное литье под давлением обеспечивает более легкое, быстрое и качественное производство больших и сложных деталей по сравнению со стандартным литьем под давлением.
Снижение веса: Полые внутренние секции уменьшают вес детали, снижая расход материала.
Толстые стенки: Давление газа позволяет формовать более толстые стенки, повышая прочность и жесткость.
Быстрые циклы: Газ быстро охлаждает деталь изнутри, сокращая время цикла.
Точность размеров: Газ обеспечивает равномерное давление, уменьшая коробление и повышая точность.
Крупные детали: Газ позволяет полностью заполнить и охладить большие, толстостенные детали.
Сложные формы: Комплексные геометрические элементы и глубокие ребра полностью уплотняются.
Отсутствие усадочных впадин: Газ предотвращает появление усадочных впадин на видимых поверхностях.
Меньше облоя: Более низкое давление зажима предотвращает облой вокруг полостей формы.
Низкая стоимость инструментов: Простая конструкция инструментов без множества вентиляционных отверстий или боковых сердечников.
Возможные дефекты
Неполное заполнение: Недостаточное давление впрыска или преждевременное впрыскивание газа.
Пустоты/пористость: Газ, захваченный внутри пластика из-за неправильной вентиляции.
Впадины и трещины: Неравномерное заполнение и проникновение газа вызывают впадины и трещины.
Коробление: Недостаточное уплотнение, неравномерная толщина стенок или охлаждение вызывают коробление.
Облой: Утечка газа вызывает попадание избыточного пластика в линии раздела формы.
Отклонения размеров: Неправильные настройки процесса вызывают проблемы с толщиной и допусками.
Контроль качества
Мониторинг параметров процесса: Точный контроль давления впрыска, времени, температуры и давления газа.
Правильная вентиляция: Обеспечение расположения и размеров вентиляционных отверстий для выхода всех захваченных газов.
Обслуживание формы: Поддержание чистоты и оптимальной температуры поверхности формы.
Равномерное охлаждение: Равномерное охлаждение поверхности формы для предотвращения коробления.
Измерение размеров: Проверка критически важных размеров для выявления отклонений процесса.
Визуальный осмотр: Проверка поверхности на дефекты и несоответствия после извлечения из формы.
Разрушающие испытания: Случайное вскрытие деталей для проверки формирования внутренних ребер.
Контроль процесса и проведение инспекций и испытаний помогает минимизировать возможные дефекты и улучшить общее качество деталей, изготовленных с помощью газо-ассистированного литья.
Рекомендации и требования к конструкции
Правильное проектирование деталей и оптимизация процесса жизненно важны для максимизации преимуществ газо-ассистированного литья под давлением. Следование рекомендациям по проектированию обеспечивает получение высококачественных деталей с точными размерами. Вот ключевые рекомендации:
Толщина стенок: Типичная толщина составляет от 3 до 6 мм. Равномерная толщина обеспечивает равномерное заполнение.
Ребра и опоры: Внутренние ребра и опоры должны быть включены в конструкцию для обеспечения жесткости и прочности. Типичная толщина ребер 3-4 мм.
Газовые каналы: В форму должны быть встроены каналы для направления потока газа и обеспечения проникновения по всей длине детали.
Вентиляционные отверстия: Необходимо предусмотреть отверстия для выхода захваченных газов после заполнения.
Углы съема: На внутренних поверхностях должны быть предусмотрены достаточные углы (>1°) для облегчения извлечения детали из формы.
Геометрия: Следует избегать слишком сложных форм, способных захватывать газ внутри. Простые формы облегчают заполнение газом.
Расположение впускного отверстия: Впускное отверстие должно располагаться так, чтобы газовые каналы имели легкий доступ к объему детали.
Сила зажима: Для больших и толстостенных деталей может потребоваться большая сила зажима для противодействия давлению газа.
Выбор материала: Полукристаллические материалы, такие как нейлон, работают лучше, чем аморфные, например, ABS.
Давление и время подачи газа: Оптимальное давление и время подачи газа определяются экспериментально при испытаниях формы.
Сравнение с традиционным литьем под давлением
Газо-ассистированное литье позволяет получать более легкие, прочные и крупные детали, но требует больших первоначальных затрат. Традиционное литье проще и дешевле, но производит более тяжелые и менее прочные детали. Вот сравнение:
Вес детали: Газо-ассистированные детали легче из-за полой внутренней структуры, в отличие от полнотелых пластиковых деталей традиционного литья.
Толщина стенок: Газо-ассистированное литье позволяет создавать более толстые и равномерные стенки, повышая прочность. Традиционное литье может иметь тонкие участки.
Размер детали: Газо-ассистированное литье позволяет изготавливать детали до 200 % больше по объему. Традиционное литье ограничено в размерах.
Время охлаждения: Газо-ассистированное охлаждение происходит быстрее благодаря расширению и охлаждению газа внутри детали. Традиционное литье медленнее.
Время цикла: Быстрое охлаждение при газо-ассистированном литье сокращает время цикла. Традиционное литье имеет более длительные циклы.
Сила зажима: Газо-ассистированное литье требует меньшей силы зажима из-за пониженного давления впрыска. Традиционное требует большей силы.
Усадочные впадины: Газо-ассистированное литье практически исключает усадочные впадины. Традиционные детали часто имеют видимые дефекты.
Коробление: Газо-ассистированное литье снижает коробление благодаря равномерному охлаждению и уплотнению. Традиционное литье вызывает больше коробления.
Стоимость детали: Газо-ассистированные детали обходятся дешевле за счет экономии материала. Традиционные дороже.
Стоимость процесса: Оборудование для газо-ассистированного литья дороже. Традиционное оборудование проще и дешевле.
Прочность: Газо-ассистированное литье обычно обеспечивает большую прочность на растяжение и изгиб. Свойства традиционных деталей зависят от толщины стенок.
Применение: Газо-ассистированное литье подходит для крупных, конструкционных и нагруженных деталей. Традиционное — для мелких и средних деталей.
Сравнение с литьем структурной пены
Газо-ассистированное литье обеспечивает лучшее визуальное качество, точность размеров и возможность изготовления больших деталей, тогда как литье структурной пены предлагает максимальную легкость и низкую стоимость для скрытых деталей. Вот сравнение:
Уменьшение веса: Оба процесса производят полые и легкие детали. Газо-ассистированное литье обычно легче за счет более тонких стенок.
Прочность: Структурная пена может быть более жесткой за счет расширения пены, заполняющей форму. Прочность газо-ассистированного литья зависит от толщины стенок.
Толщина стенок: Газо-ассистированное литье позволяет создавать более толстые стенки (обычно 3–6 мм), чем структурная пена (< 3 мм).
Размерная стабильность: Газо-ассистированное литье обеспечивает лучшую стабильность размеров и контроль допусков. Процесс с пеной более вариативен.
Время цикла: Газо-ассистированное литье обычно имеет более быстрые циклы из-за быстрого охлаждения. Охлаждение пены происходит медленнее.
Размер детали: Газо-ассистированное литье позволяет изготавливать более крупные детали, чем пена. Пена ограничена малыми и средними деталями.
Усадочные впадины: Газо-ассистированное литье практически не имеет усадочных впадин. Детали из пены могут иметь усадочные дефекты.
Стоимость процесса: Газо-ассистированное литье требует более дорогого оборудования. Литье пены дешевле.
Варианты материалов: Газо-ассистированное литье использует стандартные смолы. Пена требует специальных химических пенящих агентов.
Внешний вид: Газо-ассистированное литье позволяет получить поверхности класса А. Пена не подходит для эстетически требовательных изделий.
Применение: Газо-ассистированное литье используется для крупных, конструкционных и декоративных деталей. Пена лучше подходит для простых геометрий с требованиями к снижению веса.
Как выбрать метод литья под давлением
Ключевые факторы выбора: требуемый размер детали, внешний вид, требования к прочности, объемы производства, целевые затраты, размер и сложность формы. Газо-ассистированное литье лучше всего подходит для крупных деталей высокого качества с повышенными требованиями к прочности. Традиционное литье — для небольших объемов или простых форм. Литье с пеной минимизирует вес и затраты для скрытых деталей.
Для выбора лучшего процесса следует проводить прототипирование и производственные испытания с учетом требований и ограничений конструкции.
Рекомендации по выбору между газо-ассистированным литьем, традиционным и литьем с пеной:
Газо-ассистированное литье подходит для:
Крупных, сложных деталей с толстыми стенками
Деталей, где важна прочность и жесткость
Сокращения времени цикла
Минимизации усадочных впадин и деформаций
Деталей с высокими требованиями к внешнему виду
Традиционное литье подходит для:
Мелких и средних пластиковых деталей
Тонкостенных участков
Простых геометрических форм
Коротких производственных серий
Низких первоначальных затрат
Литье с пеной оптимально для:
Максимального снижения веса
Простых рёберчатых форм
Скрытых внутренних и конструкционных деталей
Минимального расхода материала
Низкой стоимости за единицу
Крупных производственных объемов
Почему выбирают Neway для литья под давлением
«Мы доверяем Neway все наши детали, изготовленные литьем под давлением, более десяти лет. Их знания и отзывчивость постоянно впечатляют нас. Компоненты всегда поставляются вовремя и по конкурентоспособной цене. Я рекомендую Neway всем, кто ищет партнера по литью под давлением.» – Джон Смит, Volkswagen Manufacturing.
