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戰略合作單位:

 

微發泡成型技術在發動機裝飾罩中的應用

時間:2020-11-10   來源:《模具工業》   作者:鄧晶晶   瀏覽次數:296

鄧晶晶

(成都航天模塑股份有限公司)

摘要:介紹了微發泡成型技術的優勢及產業化的應用,分析了PA6/GF類耐高溫制品有外觀需求時澆口位置及結構優化方案,闡述了模具排氣的特殊結構設計及批量生產中關鍵工藝參數的控制。實際生產中采用MUCELL微發泡成型技術不僅可以減輕制品質量、保證尺寸穩定性、提高制品表面外觀質量,還可以改善成型制品欠料、外觀凹坑及流痕等缺陷。

關鍵詞:微發泡成型;發動機裝飾罩;澆口;排氣結構;碳化

 

0 引言

圖1 微發泡成型過程

微發泡(microcellular foaming)成型是以熱塑性材料為基體,成型分為三個階段,如圖1所示,首先通過特殊的計量與注射系統,將超臨界流體(supercritical fluid,SCF)氮氣或二氧化碳溶解在單相熔體中,再通過開關式熱流道或普通流道澆口注入較低壓力和溫度的型腔中,形成大量的氣泡核,最后由氣泡核成長為微孔,得到制品密布尺寸為十到幾十微米的封閉微孔。微發泡成型與化學發泡成型相比,主要有以下優點。

(1)所需模具溫度低,在低溫模具中可以維持相同水平的結晶度,減少殘余應力,保證成型制品尺寸精度的穩定性[1-3]

(2)減少熔融黏度下降引起的損失,拓寬了材料的選擇范圍[1-3]

(3)工藝穩定,不受環境溫度影響。

(4)利用SCF物理成核發泡,解決了化學發泡劑殘留的缺陷。微發泡成型過程中,需要合理確定溫度、壓力、SCF填充量及速度,才能得到滿意的微孔大小和分布,由于單相熔體會散發較多氣體,同時型腔中有空氣,需要在充填過程中排出,如排氣不良將會導致成型的制品產生缺陷,需要對模具增加特殊排氣結構。

現介紹汽車發動機裝飾罩微發泡成型技術的應用,由于成型的制品安裝在發動機艙內,對制品的耐高溫、外觀及輕量化都有較高要求,常規注射、化學發泡成型都不能滿足要求,必須采用微發泡成型工藝。

1 澆口設計

圖2 流動系數

圖3 澆口位置

為保證型腔與螺桿形成壓力降,觸發微孔成長,澆口必須為普通流道或針閥式熱流道,同時澆口位置的選擇應考慮流動系數(流動長度與壁厚的比值,L/t),流動系數越低,減輕成型制品的質量效果越好,如圖2所示。為減輕成型制品質量5%以上,同時保證制品成型外觀及改善翹曲的目的,設計了6點針閥式熱流道澆口,如圖3所示。

 

圖4 澆口碳化現象

圖5 澆口設計

發動機裝飾罩材料采用PA6+GF,其熔融溫度在250℃以上,澆口處溫度較高易產生碳化現象,導致成型制品表面出現色差,影響性能,容易產生流延現象,如圖4所示。為實現發動機裝飾罩國產化,必須解決上述缺陷,保證制品能正常生產且外觀無缺陷,設計的澆口如圖5所示。盡量避免熔體直接沖擊待成型制品表面,主澆口采用斜推形式,非主澆口增加一段閥針料柄(制品上的料柄高度<2mm),熱噴嘴正對A面位置(制品正面位置),型芯側增加冷料穴,冷料穴距離待成型制品表面15mm,熱噴嘴TIP位置(咀芯位置)設計鑲件并增加冷卻系統。

2 模具結構

圖6 模具結構

成型該制品的模具采用兩板模,其結構如圖6所示。模具工作時,單相熔體通過澆注系統注入較低壓力和溫度的型腔中,由于壓力差形成大量的氣泡核,通過冷卻和短暫保壓形成上下表皮密實、中間層為密閉微孔的制品。開模后,由推桿10將成型制品從模具中推出,再由氮氣彈簧12推動推桿固定板8將推出機構復位,模具合模。

試模過程中,成型制品易出現欠料、凹坑、流痕等缺陷,其原因是:①單相熔體會散發較多氣體;②型腔中有空氣;③單相熔體熔融黏度下降;④為有利于發泡需要降低注射壓力,無法實現單相熔體快速充滿型腔的目的。

圖7 排氣結構

為了實現熔體充填過程中氣體快速從型腔中排出,獲得無欠料、無飛邊的成型制品,需要設計特殊的排氣結構,如圖7所示。設計環繞待成型制品一周的排氣結構,寬度15mm,深度1mm,在成型制品與排氣結構之間設計排氣槽,寬度20mm,深度0.5mm[4,5],最后在細微結構(字體)B面(制品字體反面)制作鑲件,這樣設計能使型腔中的氣體快速排出,單相熔體能快速充滿型腔,而熔體又不會進入排氣槽形成飛邊。

3 生產工藝控制

由于微發泡對工藝參數更加敏感,對工藝壓力(MPP)、SCF用量(SCF%)、SCF傳輸壓力、SCF充氣及關閉位置、SCF打開時間要求都較高,為了保證成型制品的質量及實現批量生產一致性,對關鍵參數通過交叉法確定方案,如表1所示。

4 結束語

汽車發動機裝飾罩采取微發泡成型技術,減輕了成型制品的質量,達到了輕量化的目的,通過澆口設計,保證了PA6+GF類材料成型制品耐高溫的外觀要求,排氣設計解決了單相熔體快速充滿型腔的難題,改善了成型制品欠料、外觀凹坑及流痕的缺陷。

參考文獻:

[1]趙惠英.微發泡注射成型[J].國外塑料,2004,22(5):49-50,55.

[2]HWANG S S,CHEN S C,CHUNG M H.Study on the me? chanical properties of microcellular injection molded parts[J].Spe Antec Tech Papers,2005(5):776-780.

[3]KUMAR V.Microcellular plastics: does microcellular structure always lead to an improvement in impact properties[J].Spe Antec Tech Papers,2002(2):1892.

[4]鄧晶晶,曹建,蔡淑瓊.生產發動機裝飾罩的方法及該方法的應用:中國ZL201210509592.0[P].2016-01-27.

[5]鄧晶晶,曹建,蔡淑瓊.一種用于微發泡注塑的模具:中國ZL201220656145.3[P].2013-06-05.

 
 
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