论文（气辅助注塑成型技术的应用与发展）5000字 模具专业

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气体辅助注塑成型技术的应用

摘要：被业界称为注塑成型工艺第2次革命的气体辅助注射成型技术能解决或改善部分传统注塑成型方法的难点。本文 介绍了气体辅助注射成型技术的基本机理及工艺控制过程，其中气体压力、注射压力、注射时间、气针与气道的位置尺寸等 均对成品质量影响很大，列举了2个工艺实例，细述了传统注射成型与气辅注射成型的区别。 关键词：气体辅助；注塑；成型工艺；塑件；缺陷

2005年第31卷第1页 张夕琴，张金标 (常州机电职业技术学院，江苏常州213164) 摘要：被业界称为注塑成型工艺第2次革命的气体辅助注射成型技术能解决或改善部分传统注塑成型方法的难点。本文 介绍了气体辅助注射成型技术的基本机理及工艺控制过程，其中气体压力、注射压力、注射时间、气针与气道的位置尺寸等 均对成品质量影响很大，列举了2个工艺实例，细述了传统注射成型与气辅注射成型的区别。 关键词：气体辅助；注塑；成型工艺；塑件；缺陷 中图分类号：TQ320.662文献标识码：B文章编号：1009-797X(2005)12-0001-04 作者简介：张夕琴（1968-），女，讲师，材料成型教研室主 任，毕业于江苏大学食品工程专业，主要从事材料成型、模具技 术方向的研究。 收稿日期：2005-09-20 1气体辅助注塑成型技术的特点 气体辅助成型技术作为新的注塑成型工 艺，被业界誉为塑料注塑成型工艺的第2次革 命。与传统的注塑成型相比，气体辅助注塑成 型技术有许多优点，解决或改善了许多传统注 塑成型方法无法克服的难点。如可加大塑件截 面尺寸，提高产品强度、刚度、精度，可消除 缩痕从而提高制品表面质量，简化浇注系统和 模具设计，可降低注射压力以减小产品内应力 和翘曲变形，解决大尺寸和壁厚差别较大产品 的变形问题，可节省塑料材料，缩短冷却时间， 提高模具与设备使用寿命。如此使得塑件的结 构功能和外观质量得到了很大的提高。 2气辅成型的基本机理及工艺过程控制 本文讨论的气体辅助注塑成型是一种封闭 式气体注塑成型（SI G）。成型时，塑料熔体在 注射压力下进入模具型腔，达到一定量时，把 有一定压力的气体（常用为氮气）注入塑件内 部。由于塑料在流动截面上的状态差异和塑料 熔体在型腔内的可流动性，由气体来继续推动 塑料熔体充满模具型腔，直至冷却定型。 进行气体辅助成型，首先由氮气发生器将 氮气从干燥过的压缩空气中分离出来，再给分 离出来的氮气加压压缩使其达到设定的压力 （一般为15~32 MPa）存储在储气罐内，此后再 通过气体控制箱根据产品的具体情况来设定所 需的气体压力、吹气时间等。在成型时，先注 入熔融塑料，在注塑完成一定时间后氮气沿气 道以设定的压力吹入模腔内，从而有气通过的 产品结构内部形成孔洞，最终达到所需的效果。 气体辅助成型是靠注射压力与气体压力共 同努力克服型腔内的阻力将塑料熔体充满型腔 的，与普通注塑成型相比，气体辅助注塑成型 的工艺难度大，要求严格。由于气体的注入，使 得塑料熔体在模腔中的成型行为发生显著变化， 气体注入对塑料熔体的填充形式、模具冷却、 制品的收缩和翘曲及最终的使用性能都会产生 很大影响。所以必须充分考虑注入气体对制品 的填充、保压、冷却、翘曲、应力的影响，选 择合适的气体注入位置、延迟时间及压力是保 证制品质量的关键因素。 以上提到一般情况下氮气的吹入是在注塑 时间完成后的某个时间，这主要针对这些类型页第31卷第12期 橡塑技术与装备CHINA RUBBER/PLASTICS TECHNOLOGY AND EQUIPMENT 的产品：局部特殊结构（如壁厚悬殊大、柱脚 或筋的壁厚、高度大）、易缩水等。一般注塑到 产品饱满时注塑量的95%~98%时（短射），就 要将气体吹入。这个注塑量一定要控制得当， 过小则产品易不足、吹穿，最后成型处易出现 极明显的裂纹与熔接痕等；过大则气体吹入受 到的阻力大于本身的压力，进入很少甚至无法 进入，而达不到气体辅助成型的效果。由于气 体辅助成型是靠注射压力与气体压力的共同努 力克服型腔内的阻力将塑料熔体充满型腔的， 因而注射压力与气体压力同等重要。首先注射 压力过小则充填时间长，熔体易冷却，导致充 不足和熔体黏度增加、流动性差，气体吹入型 腔内的阻力也增加，会引起塑件表面缩水严重。 其次，气体压力可以设置多段，一般为3~4段， 压力数值逐渐升高，且第3段为最高。这些主 要是考虑到初期熔体温度较高，冻结层较薄， 如一开始就以较高压力吹入则易吹穿。随冻结 层的不断增厚，气体吹入受到的阻力也越来越 大，因而不得不加大压力。在塑料内的气体会 由高压区流向低压区。在一个连续的气道内， 气体的压力在入口及末端是一样的（等压）。各 段吹气压力的保持时间的设定也相似于吹气压 力的控制。吹气的延迟时间一般为注塑时间再 加上0.5~5 s，过早吹入会因注射还未完成、熔 料还严重不足而引起气体从模腔间隙早早逃逸 浪费了，结果导致严重缩水；太迟吹入会因熔 料温度低气体吹入所受阻力大而难以吹进或成 效不大。 下面谈谈气针（即气体射入点）与气道的 位置及尺寸。在气体射入点，气体的压力大于 塑料的压力时，气体才能射入塑料中。气体进 入塑料后，会沿着最小的阻力方向前进，如：较 厚的截面及塑料黏度最小的部位。位置的选择、 布置一般选在浇口附近，力求使气顺着料流的 方向达到需消除缺陷的部位，避免气体流动时 由于熔料的阻力作用减少了气体吹入长度而导 致缺陷。气道截面形状一般可设计成近似圆形 或矩形，避免尖的拐角，气道的半径一般约1~ 3 m m，且首先考虑小半径以备以后的修整。矩 此塑件如采取一般注塑成型工艺方法成 型，会导致一些缺陷，如柱脚处的对应表面凹 陷、塑件截面形状单薄和较大内应力导致的翘 曲变形，制品强度刚度较差。 图1中用椭圆形勾出的区域是其背面有柱 形截面气道高度约是其本身的3倍，如果产品 质量（或客户）允许的话，可以再高一些（且 事实上气道高了厚了利于充气）。产品设计时应 充分结合气道截面形状，气针与气道的衔接要 圆滑过渡不留锐角且以喇叭口相接，利于减小 吹入气体时的阻力从而发挥气体辅助的最大效 用。 3气体辅助注塑成型的应用案例 3.1应用一 如图1~4所示为一款洁具盖塑件，材料为 A B S增强，要求外观饱满，光滑美观，具有较 好的强度和刚性，有结构性柱脚。 图1　产品正面图 图2　产品背面图张夕琴等·气体辅助注塑成型技术的应用 2005年第31卷第3页 脚，若使用一般注射成型方法，在正面会产生 严重缩影的部位。图1所示是经气辅成型的正 品。 图2中有4个柱脚，同侧2柱脚间有气道与 它们相连，同侧2个柱脚间的气道由设计出的 产品厚壁提供气道空间。 该产品的成型，其主要工艺以中等的注射 速度与注射压力，注射总时间为4 s，吹气延时 则为6~8 s。若压力或速度增加，或吹气延时加 长都易造成在产品正面图中的背侧面部位的鼓 胀。因该产品有2个气针，所以就不可避免地存 在气压有强弱之分。因而调整时应先调整2根气 针的松紧程度以确保2路气能均匀达到终端。 此外，保压时间与压力也与吹气密切相关。 3.2应用二 如图5、6所示为外支架塑件，材料为PP增 强，要求外观饱满，光滑美观，具有较好的强 度和刚性，长舌部设计成厚壁从而保证上述要 求。 此塑件如采取一般注塑成型工艺方法成 图3　标记A处局部放大图 图4　标记B处局部放大图 型，会导致一些缺陷，主要是长舌部表面凹陷 形成缩影等。 图5为已进行气辅成型的正品。若不采用 气辅成型则塑件会在椭圆形勾出的区域出现严 重的缩影缺陷。 图6为已进行气辅成型的正品。图7为图6 标记C处局部放大图。若不采用气辅成型则塑 件会在椭圆形勾出的区域出现严重的缩影缺陷。 图8显示了采用Moldflow软件在自由冷却的条 件下进行注射流动分析，塑件各部位冷却时间 分析情况，从中可以判断出各处的收缩基本状 图5　产品正面图 图6　产品背面图 图7　图6标记C处局部放大图 况。 图9是采用气辅成型方法但吹气不充分的 成型出的塑件，由图中椭圆形所勾出的区域可

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