Газоинжекторное литье

Газоинжекторное литье

Литье с газом, газоинжекционное литье (Gas-Melt Technology, GMT)

Газоинжекционное литье – один из сравнительно недавно разработанных способов изготовления толстостенных и крупногабаритных изделий из пластмасс. Литье пластмасс с использованием газа получило широкое распространение с начала 90-х годов 20 века и в настоящее время является довольно популярной литьевой технологией.

При традиционном инжекционном литье под давлением уплотнение полимера в оформляющей полости пресс-формы происходит за счет давления, создаваемого в гидроцилиндре узла впрыска ТПА на этапе техпроцесса, называемом выдержкой под давлением.

В дальние области отливки это давление передается через остывающий полимер, при этом на утолщениях, например, из-за наличия ребер или бобышек, появляются утяжки или внутренние усадочные полости. Области с недостаточным или неравномерным уплотнением благодаря неравномерности усадочных процессов, после извлечения из пресс-формы подвержены короблению, высоким остаточным напряжениям, дефектам текстуры, образованию ослабленных линий спая.

враПри литье с газом уплотнение полимера происходит за счет давления газа из середины потока расплава непосредственно на удаленные от места впрыска области изделия, поэтому области с недостаточно уплотненным материалом отсутствуют, в утолщениях за счет образования внутренних полостей разнотолщинность изделия существенно уменьшается. Поэтому при литье с газом изделия получаются с хорошим качеством поверхности, без утяжек и коробления, без следов течения расплава, с минимальным уровнем остаточных напряжений, т.е. с высокой стабильностью размеров.

Основные объекты для применения данной технологии – крупногабаритные изделия, корпусные детали, а также детали, которые можно сделать полыми внутри (ручки, вешалки и т.п.). При литье крупногабаритных изделий, таких как бамперы и панели приборов автомобилей, корпуса телевизоров, мониторов, литье пластмасс с газом позволяет получать высококачественные детали, применяя меньшие усилия смыкания ТПА.

Процесс литья с газом относится к технологии литья при низком давлении. Заполнение полости полимером при литье с газом не требует высокого давления из-за большой толщины так называемых газовых каналов - утолщений, внутри которых движется газ. Использование малого давления значительно снижает требования к пресс-форме, а также позволяет использовать ТПА с небольшим усилием смыкания, что приводит к отличным экономическим результатам при литье крупногабаритных или толстостенных изделий. Кроме того, замещение большой части материала газом без потери характеристик по прочности дает снижение веса изделия до 45%. Общее снижение времени цикла может достигнуть 50%.

Для литья с газом подходит большая часть термопластичных материалов: ПЭНД высокой плотности, полипропилен, ПС общего назначения, ПС ударопрочный, ПС синдиотактический, ПК, ПА, ПВХ, ПЭТ, ПБТ, пластик АБС, смеси АБС+ПК, АБС+ПА, полиацетали, полифениленоксид, термопластичные полиуретаны, полиэфирсульфоны, полиэфиримиды, ароматические полиэфиркетоны и другие ПМ.

Технологическая установка для подачи газа состоит из узла газоподготовки, мундштука и специального устройства управления. В установке газоподготовки газ, поступающий из газового баллона, предварительно сжимается в поршневом накопителе, а затем во втором накопителе через клапан с пропорциональным управлением уплотняется до нужного динамического давления.

Процесс литья с газом осуществляется следующим образом. В пресс-форму впрыскивается расплав полимера. После заполнения оформляющей полости наполовину, а для крупногабаритных деталей почти полностью поступление полимера прекращается, и в форму подается газ под давлением около 80 МПа. Поток газа управляется газовым контроллером, который регулирует подачу газа в пресс-форму, а также работу клапанов. В крупногабаритных изделиях или изделиях с локальными утолщениями газ подается в утолщения, предусмотренные в конструкции изделия. В любом случае газ оттесняет расплав полимера изнутри к оформляющим поверхностям пресс-формы, образуя внутренние полости и обеспечивая таким образом оформление изделия полностью. По завершении процесса отверждения газ откачивается из полости детали, и впрыскивается остаток расплава, «запечатывающий» пресс-форму.

Ввод газа в мундштук производится через клапан с пропорциональным управлением в зависимости от положения шнека. Профиль давления газа может быть задан на устройстве управления ТПА. К этому моменту в пресс-форме уже находится определенный объем расплава. В точке переключения на подпитку заполнение пресс-формы расплавом прекращается, затем образуется газовый пузырь, после чего следует подпитка газом. По завершении этого процесса начинается возврат (рециркуляция) газа. При этом газ возвращается в оба накопителя и может быть использован вновь. После откачивания газа из изделия литниковый канал герметизируется путем открывания материального затвора мундштука и впрыска определенного количества расплава, после чего затвор снова закрывается. Задача разделения газа и расплава на этапах заполнения решается с помощью мундштука особой конструкции с механически управляемым игольчатым затвором, который может использоваться не только при литье с газом, но и в обычном литье под давлением.

нкеп

В некоторых случаях излишний материал вытесняется газом из пресс-формы в специально отведённые для этой цели полости. Полость, куда вытесняется пластик, отделена от основного гнезда клапаном, управляющимся с контроллера. После заполнения расплавом полости пресс-формы этот клапан между основным гнездом и вспомогательной полостью открывается, в пресс-форму начинает поступать газ, а излишек пластика вытесняется во вспомогательную полость. После выталкивания отливки он отделяется от основного изделия и может быть снова отправлен на переработку. Такой способ литья с газом не требует точной дозировки впрыска и позволяет получать более стабильные результаты в производстве. Кроме того, он может работать с многоместными пресс-формами, в которых заполнение происходит неравномерно.

В процессе газоинжекционного литья обычно применяется азот или углекислый газ. В качестве источника газа при небольших объемах производства можно использовать баллоны с азотом, при больших объемах производства требуются специальные генераторы азота. В принципе вместо азота можно использовать и сжатый воздух. Однако содержащийся в сжатом воздухе кислород может взаимодействовать с расплавом ряда полимеров. Перед окончанием цикла литья газ откачивают из изделия и используют в следующих циклах, так что потери газа при таком способе литья невелики.

К недостаткам этого способа можно отнести след на изделии, который остаётся после впрыска «запечатывающего» материала. Кроме того, данный метод не всегда подходит для многоместных пресс-форм и требует точной дозировки впрыска.

При литье с газом, как правило, используют стандартные ТПА, скомбинированные со специальным устройством для подачи газа под высоким давлением в узел инжекции. Газ в пресс-форму можно подавать как через сопло ТПА, так и в литниковую систему (в центральный или разводящий литники ХКС) или прямо в оформляющую полость пресс-формы. В этом случае сопло должно быть оборудовано запорным клапаном, для исключения попадания газа в материальный цилиндр.
В случае подачи газа через литниковую систему уплотнение изделия выполняется только за счет давления газа. В крупногабаритных или сложных по конструкции изделиях это может приводить к недостаточному уплотнению части изделия. Поэтому необходимо основной процесс уплотнения в таких случаях производить за счет обычной подпитки полимером из цилиндра пластикации ТПА, а давление газа должно обеспечивать дополнительное уплотнение в проблемных областях.

панеВ некоторых случаях применяется подача газа в изделие со стороны, противоположной впуску. В этом случае газ вытесняет расплав полимера из внутренних областей полости в материальный цилиндр ТПА. В технологии литья с внешним давлением газа процесс проводится как в обычном литье под давлением с той лишь разницей, что после впрыска полимера в полость формы между обратной (нелицевой) стороной изделия и стенкой формы подается газ. Процесс позволяет получить высокое качество лицевой поверхности изделия, при этом поверхность обратной стороны изделия, на которую непосредственно действует давление газа, оказывается неровной. Литье с внешним давлением газа применяется главным образом для плоских изделий небольшой толщины, имеющих ребра с обратной стороны, или изделий с плоскими поверхностями. Полость пресс-формы при этом должна иметь надежное уплотнение как по линии разъема, так и по отверстиям для выталкивателей с целью предотвращения утечки газа.

Во всех случаях литья с газом применяется сопло с запорным клапаном. Система управления подачей газа, интегрированная в систему управления ТПА, позволяет получить оптимальное управление и контроль технологического процесса литья с газом.

Использование компьютерного анализа, а именно программы MoldFlow с разработанным компанией Gas Injection WorldWide модулем для литья под давлением с газом позволяет произвести доработку ранее изготовленных пресс-форм для применения их в процессе литья с газом.

Позвоните +7 (831) 4-111-269 или отправьте заявку на info@msgconsult.com, чтобы получить персональную консультацию по интересующим Вас вопросам у менеджера «МС-ГРУП Консалт». А также заполните форму обратной связи и мы ответим в течение 10 минут!

-->