Cos'è lo stampaggio a iniezione assistito da gas

Stampaggio a iniezione assistito da gas è un processo di produzione che prevede l'iniezione di azoto gassoso accanto alla plastica fusa, ottenendo un pezzo con sezioni cave. L'obiettivo principale è quello di affrontare le sfide comuni dello stampaggio a iniezione tradizionale, come il flusso e il ritiro della plastica. Esistono diverse categorie di applicazioni assistite da gas, ma l'applicazione di questo processo alla produzione di pezzi cavi è una scelta logica. Sebbene non sia così efficace per i grandi diametri come lo stampaggio per soffiaggio, che può raggiungere una notevole riduzione di peso di 75%, il gas assistito può comunque offrire una sostanziale riduzione di peso da 30 a 40% nelle aree cave.

L'assistenza al gas diventa particolarmente importante nelle applicazioni in cui i dettagli stampati a iniezione superano le capacità dello stampaggio per soffiaggio. Il suo vantaggio principale nei pezzi cavi sta nella capacità di integrare un componente cavo in un pezzo altrimenti piatto o di incorporare dettagli simili a quelli ottenibili con lo stampaggio a iniezione.

Vantaggi dello stampaggio ad iniezione assistito da gas

Lo stampaggio a iniezione assistito da gas dimostra il suo vero potenziale quando viene applicato a parti strutturali a parete sottile, offrendo ai progettisti la possibilità di creare componenti con l'efficienza economica delle pareti sottili combinata con la resistenza tipicamente associata alle pareti spesse. L'impiego della tecnica short-shot prevede l'asportazione di nervature sovradimensionate mediante un flusso di gas, con la conseguente formazione di tubi cavi all'interno dell'articolo stampato, ottenendo così un impressionante rapporto resistenza/peso. Rispetto ai pezzi che si basano su nervature alte per la rigidità, questa tecnica può produrre un notevole aumento da 25 a 40%.

La sfida critica nella progettazione e nella lavorazione consiste nel contenere la bolla di gas all'interno della nervatura. Un progetto ottimizzato dovrebbe eliminare qualsiasi margine di errore che potrebbe consentire alla bolla di penetrare nella sezione della parete, un fenomeno noto come fingering. Le parti strutturali a parete spessa possono essere paragonate a componenti strutturali in schiuma, dove la schiuma è sostituita da una rete interconnessa di sezioni cave. Il concetto di resistenza della schiuma strutturale risiede principalmente nelle pelli solide. L'assistenza al gas elimina l'agente di soffiaggio e completa il colpo corto con un'esplosione di gas, eliminando il vortice. In questo concetto, i nastri di gas agiscono come un cuscino interno, simile alla schiuma.

Il raggiungimento di una riduzione di densità superiore a quella ottenuta con la schiuma si rivela impegnativo e, dal punto di vista strutturale, il progetto della parete deve tenere conto dello scenario peggiore per il web. La schiuma strutturale tende ad avere proprietà fisiche più uniformi. Sebbene i componenti per l'assistenza al gas traggano rigidità dalle nervature sovradimensionate, l'aumento dello spessore delle pareti riduce i vantaggi intrinseci di peso e costo ridotti associati all'assistenza al gas a parete sottile. L'assistenza a gas a parete spessa diventa una scelta sensata quando l'applicazione richiede una parete più spessa, sia per vincoli di stampo esistenti sia per considerazioni ergonomiche.

Lo stampaggio a iniezione full-shot può trarre vantaggio dall'incorporazione di un cuscino di gas al posto del cuscino di plastica convenzionale. In questo approccio, il gas viene introdotto dopo che la resina è stata completamente iniettata e serve a compensare l'eventuale successivo ritiro della resina. Spesso, l'iniezione di gas è diretta con precisione a un determinato punto di spessore o a un'area problematica all'interno dell'articolo stampato.

Quando viene iniettato nella resina fusa, il gas cerca subito il percorso di minor resistenza. Gravita naturalmente verso l'area più spessa del pezzo, superando senza sforzo gli angoli - un fenomeno noto come race tracking. La bolla di gas viene profilata, mantenendo una sezione coerente attraverso la quale scorre. In particolare, la bolla di gas inizia con un diametro maggiore e si riduce gradualmente di dimensioni man mano che procede verso la fine del flusso.

Processo di stampaggio a iniezione assistito da gas

Il processo di stampaggio a iniezione assistito da gas può essere illustrato attraverso cinque fasi chiave dello stampaggio a breve distanza. Nella Figura 2.16a, la plastica fusa viene iniettata in uno stampo sigillato ad alta pressione. Passando alla Figura 2.16b, viene avviato il processo di iniezione del gas, che provoca il flusso simultaneo di gas e plastica fusa nella cavità dello stampo. Passando alla Figura 2.16c, l'iniezione di plastica si arresta, consentendo il flusso continuo di gas nella cavità. Il gas spinge effettivamente la plastica in avanti, completando il processo di riempimento della cavità. Il gas gravita naturalmente verso le aree con la temperatura più alta e la pressione più bassa.

Procedendo alla Figura 2.16d, una volta che la cavità è completamente riempita, il gas mantiene la sua forza, spingendo la plastica contro le superfici più fredde dello stampo. Questa azione riduce significativamente la durata del ciclo di raffreddamento, attenua la comparsa di segni di affondamento e migliora la riproducibilità dimensionale. Infine, nella Figura 2.16e, la parte in plastica si è raffreddata a sufficienza per mantenere la sua forma. L'ugello del gas viene retratto per rilasciare il gas intrappolato, consentendo l'espulsione del pezzo finito.

Tra i vari processi di produzione di materie plastiche strutturali, l'assistenza al gas è quello che presenta il maggior potenziale di sfruttamento delle conoscenze del progettista nel processo di stampaggio. Il progettista assume il doppio ruolo di progettista dello stampo e di ingegnere del processo, controllando il flusso di plastica e di azoto. Questo approccio integrato migliora la precisione e l'efficienza del processo di stampaggio. stampaggio a iniezione assistito da gas processo.

Le nervature svolgono un ruolo fondamentale nel definire il passaggio del gas all'interno del progetto. Il gas, seguendo intrinsecamente il percorso di minor resistenza, tende a dirigersi verso le aree più spesse del pezzo a causa del loro maggior volume e quindi delle pressioni più basse. Questa caratteristica attira la bolla di gas in queste zone. Per stabilire queste aree più spesse è necessario considerare il rapporto d'aspetto e lo spessore della parete.

In sostanza, queste regioni più spesse si trasformano in collettori o passaggi di gas che si collegano a un punto di iniezione di gas centralizzato. È consigliabile che questi passaggi di gas mantengano un rapporto di aspetto compreso tra tre e sei volte lo spessore della sezione della parete. Rapporti d'aspetto inferiori si rivelano inefficienti e possono portare a fenomeni indesiderati come il fingering, mentre rapporti d'aspetto superiori aumentano la suscettibilità al gas breakthrough. Il gas breakthrough si verifica quando il flusso di gas avanza davanti al fronte di flusso della resina durante il processo di riempimento. Il raggiungimento di un rapporto d'aspetto ottimale è fondamentale per garantire l'efficacia e l'affidabilità del processo di stampaggio a iniezione assistito da gas.

I passaggi di gas sono alloggiati all'interno di nervature di scorrimento del gas, dove le variazioni intenzionali dello spessore delle pareti, che assomigliano a nervature, sono considerate come sporgenze. È indispensabile che i passaggi di gas si estendano fino alle estremità del pezzo. La geometria di base per il passaggio dei gas comprende nervature di irrigidimento sovradimensionate. Sono possibili diversi design per le nervature e le soluzioni pratiche per le nervature più profonde prevedono l'impilamento di una nervatura convenzionale su una nervatura per il passaggio dei gas, mantenendo i rapporti di aspetto corretti. In questo modo si affronta la sfida di ottenere uno spessore appropriato in tutta la nervatura, evitando il problema del troppo sottile in alto e del troppo spesso in basso, comunemente noto come problema del tiraggio della nervatura profonda.

La figura qui sopra illustra diverse varianti di design delle nervature, mostrando l'adattabilità dell'approccio. Un aspetto fondamentale dello sviluppo di un prodotto di successo consiste nel massimizzare il potenziale dei componenti stampati. In particolare nello stampaggio a iniezione assistito da gas, la progettazione del pezzo ha la precedenza. Il disegno della nervatura emerge come il percorso di minor resistenza, che funge da condotto sia per la plastica (durante il riempimento) sia per il gas. Le simulazioni computerizzate di riempimento dello stampo migliorano il posizionamento delle nervature, semplificando il processo.

Il resto della progettazione del pezzo si attiene strettamente alle pratiche consolidate, con particolare attenzione al mantenimento di una sezione uniforme delle pareti, che facilita la creazione di un modello computerizzato accurato. Il successo di qualsiasi programma di assistenza al gas è in ultima analisi sotto il controllo del progettista del pezzo. L'aderenza ai principi di progettazione stabiliti elimina le variabili non necessarie, rafforzando l'importanza di un approccio meticoloso e strategico.

Il controllo ottimale della bolla di gas si ottiene con l'uso di spillover o cavità di overflow. La rimozione della plastica in eccesso comporta lo spostamento del volume di gas in entrata, rappresentando una fase avanzata dello stampaggio a iniezione assistito da gas. Questo processo migliorato è disponibile per la concessione di licenze da parte di vari fornitori di apparecchiature di assistenza al gas. Tra i vantaggi degni di nota vi è la regolazione precisa del volume di gas iniettato, che porta a un controllo meticoloso del profilo di passaggio del gas. Il riempimento iniziale dello stampo prevede un'iniezione completa di plastica, che offre una maggiore facilità di controllo rispetto a un'iniezione breve.

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