气体辅助注射成型工艺参数优化研究

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1、气体辅助注射成型工艺参数优化研究   气体辅助注射成型（GAIM）技术是在传统注射成壑基础上发展起来的一种新技术。它克服了传统注射成型和发泡成型的局限性，能够一次成型结构复杂、尺寸精确的制品，且成本低、效率高，具有传统注射成型工艺无法比拟的优点。但是在GAIM技术中常常遇到各种缺陷，如表面缩痕、熔体注不满模具型腔或“气指”现象。“气指”现象是指气泡穿过制品气道之外的薄壁区域，形成“指状”分支。严重的缺陷会降低塑料制品的强度，造成成型的失败，或者不能发挥GAIM技术的优势。因此通过数值模拟技术，优化成型过程的工艺参数，对提高GAIM技术应用的可行性和可靠性是非常重要的。   笔者运

2、用数值模拟技术，研究了GAIM工艺参数对GRIM过程中塑料制品缺陷的影响。并利用Moldflow软件对制品进行GAIM模拟，确定了最优工艺参数，这对于改进工艺参数，减少GAIM过程中的缺陷具有明显的实际意义。1 GAIM过程的数学模型   GAIM充填过程包括塑料熔体注射和气体注射两个阶段。塑料熔体注射阶段与传统注射成型完全相同。气体注射阶段则较为复杂，气体在熔体中穿透形成中空部分，如图1所示（该图为截面图）。   在模拟GAIM熔体流动时引入如下方程，在气体和熔体的界面上须满足如下条件：由上面的数学模型分析得知，GAIM过程中影响制品质量的是制品壁厚、充气压力、延迟时问、熔体温

3、度等关键参数。运用数值模拟方法对设计方案进行有效的模拟，优化GAIM过程中的工艺参数，从而获得理想的成型工艺条件。 2GAIM的数值模拟     在数值模拟过程中，选用的制品外形尺寸为608mmx413mmx81mm，平均厚度为2.8mm，肋厚1.5mm;制品材料为ABS。其几何模型如图2所示。将制品四周的4条棱边作为气道，在远离浇注系统的一端注入气体。并利用Moldflow软件对制品进行GAIM过程的数值模拟。   3 GAIM的工艺参数模拟优化 3.1GAIM模拟的工艺条件   GAIM技术中新引人了许多成型工艺参数，它们对于成型结果有不同的影响程度。基于前文中的分析，选取最

4、主要的4个工艺参数：预注射量、延迟时间、充气压力和熔体温度，并假设4个工艺参数之间没有关联，用模流分析的方法来定量地分析这些参数对于制品缺陷的影响程度，并由此确定最佳的模拟工艺参数。   选取预注射量、延迟时间、充气压力及熔体温度4个因素，其余因素均保持不变，对于上述4个因素考察4个水平，如表1所示。   考察的指标为成型后的气体百分比，气体百分比是指在GAIM过程中气体体积在制品中所占的体积。通过气体百分比，可以了解在GAIM过程中气体体积在制品中所占的体积随时间的变化，从而可判断出气体对制品的穿透程度。气体在模具型腔中所占的体积较小时，气体的穿透半径和穿透深度都会较小，有可能

5、造成制品的表面缩痕及熔体注不满模具型腔等问题，严重时就会造成GAIM的失败，因此在薄壁区域不被吹穿的情况下，气体百分比越大越不易形成质量缺陷。 3．2模拟结果及分析     （1)预注射量     当延迟时间为1s,充气压力为25MPa熔体温度为230`0时，不同预注射量下的模拟结果如表2所示。        从表2可以看出，预注射量对气体百分比的影响程度较大。对于同一种制品来说，随着预注射量的增加，气体的注入量必然会减少。所以气体的穿入长度及气体的穿透率亦下降，还有可能导致末端气道无法被填充而在该表面形成凹陷、缩痕或变形等现象。因此，预注射量的确定应该视制品实际情况而定。模拟结

6、果表明，熔体预注射量为94%时效果较好。低于此值时，熔体充填较晚的部分，气体对薄壁渗透严重，易产生“气指”现象，如图3所示；高于此值时，则气体注入量太少，而且由于过多的熔体占据气道使气体不能进入预先选定的气道，则容易在气体不能进入的部分造成缩痕。预注射量对气体百分比的影响程度极为巨大，可能会掩盖其它3个因素对气体百分比的影响程度。因此在研究了熔体预注射量与气体百分比的关系之后，不失一般性地选取熔体预注射量为99%时的条件进行研究。在此条件较差的环境下仿真其它3个因素与气体百分比之间变化和影响的关系，更能反映其它3个因素对气体百分比变化趋势的影响。      （2）延迟时间   延

7、迟时间是指预注射完毕与气体开始注入间隔的时间，延时的主要目的是使浇口、薄壁等处先行冷凝固化，防止气体反灌或乱窜。这段时间虽短，但是对气体穿透程度和成型结果的影响很大。当预注射量为99%充气压力为25MPa熔体温度为230时，不同延迟时间卜的模拟结果如表3所示      从表3可以看出，短的延迟时间使气体百分比较大，有利于气体在气道中的穿透，但是也容易造成高温低粘度的情况下熔体被吹穿，气体穿人薄壁区，则产生“气指”现象，降低制品强度。理论上增加延迟时间，靠近型腔内壁表面的塑料熔体就