CMM/CAM一體化技術在汽車車身設計中的應用徐海衛(wèi)、李衛(wèi)春、江舟、吳培松（中國測試技術研究院測量儀器研究所）摘要：汽車產業(yè)是我國重點支柱產業(yè)。各種車身實物模型作為車身造型的直接體現和車身工程數據的重要載體,在汽車設計開發(fā)過程中,特別是車身設計與制造過程中起著舉足輕重的作用。而車身造型設計中最關鍵的階段是全尺寸模型的制作，它將汽車的理論設計與實物造型相結合，直觀反映設計理念，因而越來越受到各汽車廠家的重視和關注。目前國內各汽車生產廠基本還停留在傳統(tǒng)手工制作上，不僅制作精度低，耗費大量的人力和工時，也制約了汽車工業(yè)自主開發(fā)的進程。所以，在汽車設計模型制作過程中將三維數學主模型直接編程加工并通過數字照相式測量在線檢測分析和逆向工程再造，快速而準確全面的重構三維數學主模型,即將CMM技術與CAM技術在線統(tǒng)一，使測量檢測和切削加工一體化，能有效縮短整車模型制作周期和提高制作精度，縮短車身設計與制造的開發(fā)周期,提高我國汽車企業(yè)的市場競爭力,從而促進和帶動我國汽車工業(yè)的快速發(fā)展。本文將對汽車車身設計的傳統(tǒng)和現代方法流程進行介紹和比較。關鍵詞：CMM/CAM一體化在線檢測車模加工各種車身實物模型作為車身造型的直接體現和車身工程數據的重要載體,在汽車設計開發(fā)過程中,特別是車身設計與制造過程中起著舉足輕重的作用.而車身造型設計中最關鍵的階段是全尺寸模型的制作，它將汽車的理論設計與實物造型相結合，直觀反映設計理念。汽車車身由一系列復雜的空間曲面構成,它既是一種工藝品,又是一種運載空間.我國汽車企業(yè)大多數采用傳統(tǒng)的車身設計方法，開發(fā)周期長，制造精度低。隨著CAD/CAM技術的應用發(fā)展，傳統(tǒng)設計方法受到挑戰(zhàn)并改進為現代設計方法，使設計開發(fā)效率得到大大提高。而將CMM（三坐標測量機）技術與CAD/CAM技術相結合，更是對此現代設計方法的如虎添翼，促進著汽車工業(yè)的快速發(fā)展。目前此技術在國外同類企業(yè)中已經成功地得到運用，極大提高了新車車身開發(fā)的效率。而我國在此技術的應用上還處在起步階段，為此盡快將CMM/CAM一體化技術運用在汽車車身開發(fā)中，加快我國汽車工業(yè)自主開發(fā)的步伐，對我國汽車工業(yè)的發(fā)展是勢在必行的。1.傳統(tǒng)的設計方法傳統(tǒng)的設計方法由初步設計和技術設計兩個階段組成.其特點是通過實物和圖紙來傳遞信息,至少有1:5的油泥模型,全尺寸油泥模型,及實車三次風洞實驗.傳統(tǒng)的設計方法存在下述缺點:1.1周期長在車身整個開發(fā)和生產準備的周期,在國內一般需要3~5年的時間,而制作1:1的油泥模型并取樣繪制主圖板將要耗費大量時間、人力和物力，而且初始設計的可信度相當低，為了產品定型只能依靠樣車試制和實驗分析驗證，逐步修改設計，一般都需要3次以上，所以周期相當長。現代汽車的競爭也包括其造型的多變性，如果能縮短汽車更新?lián)Q代的周期，就能給汽車公司在競爭中帶來有利條件，而傳統(tǒng)的設計方法周期長、效率低，必然使其在競爭中處于不利地位。1.2累積誤差較大首先，雕刻油泥模型主要依靠人眼來判斷形狀和連接的光順性，特別是那些圓弧面，很難通過人眼判斷其是否光滑，而目前汽車造型又以圓弧化為時尚，圓弧面及小角落很難雕刻，這樣就會產生初始的油泥模型誤差。而采用三坐標機進行測量是也多采用接觸式測頭，采集測點數目有限，會丟失一些關鍵點，所以不能真實反映一些曲面的特征，造成測量誤差繪制1:5車身布置圖繪制1:5車身布置圖雕塑1:5的油泥模型風洞實驗修改外形繪制1:1的圖板雕塑1:1的油泥模型風洞實驗外形\技術設計制作1:1內部模型及內飾三坐標測量機獲取數據繪制車身主圖板繪制車身內外覆蓋件圖制作車身主模型取樣板加工模具加工車身樣車風洞實驗圖1-傳統(tǒng)設計方法開發(fā)流程2.車身現代設計方法隨著計算機技術的發(fā)展，高速數字式計算機的出現，特別是高速圖形處理終端及工作站的出現，使計算機幾何圖形處理成為現實。從70年代計算機輔助技術CAX逐步廣泛應用于工業(yè)設計制造領域，三維CAD系統(tǒng)的出現標志著計算機輔助設計技術從單純的模仿工程圖紙的三視圖模式中解放出來，實現了計算機對產品零件主要信息的描述，同時也促進了CAE、CAM技術的發(fā)展和實現。CAD的曲面造型功能，是復雜曲面的計算機數學模型的建立成為現實，車身設計開發(fā)手段比舊的模式有了質的飛躍。CAD、CAM的集成廢除了過去車身設計過程中長期沿用的“三主”方式，即主圖板、主樣板不再存在，保留下來的主模型也不同于以前。三維工程設計軟件最著名的有美國的UGS公司的UGⅡ，美國PTC公司的PRO/E，法國達索公司的CATIA等。這些三維工程設計軟件廣泛應用于世界各大汽車公司。為個公司提高設計制造的質量，縮短開發(fā)周期，增強產品市場競爭力發(fā)揮了關鍵作用，基于CAD/CAM車身開發(fā)流程如下圖2所示：2.1.車身三維數學主模型與CAE車身造型的三維模型數據將在CAE系統(tǒng)中重構車身三維模型，用于包括車身剛度強度的有限元分析，汽車碰撞模擬實驗，空氣動力學性能分析及車身表面光順性分析等。2.2.車身三維模型與1：1樣車模型的加工由于小比例油泥模型與真實大小的車在外形比例、細節(jié)等方面還存在一些偏差，以及計算機系統(tǒng)表現物體能力的限制，因此在新車型開發(fā)過程中，必須制作1：1的實車比例模型，用以最終確定個部位的線條，并檢驗整車外觀的視覺效果。目前1：1車身模型的快速加工方法一般采用數控加工（NCM）方法，其基本原理是在CAM模塊或系統(tǒng)中處理三維CAD數學模型，通過CAM人員選擇加工刀具，確定加工軌跡等前處理工作。CAM模塊或系統(tǒng)自動生成數控加工的程序代碼，這些代碼直接傳輸到數控加工設備，進行三維實體模型的加工。該方法運用比較成熟，精度高，是目前國外汽車制造廠家廣泛使用的加工方法，但這種大型的數控加工設備成本相當昂貴，在我國一般汽車企業(yè)很難得到推廣應用。概念草圖小比例油泥模型概念草圖小比例油泥模型測量設備獲得數據，CAS構造車身三維數學模型加工1：1油泥模型CAE分析車身結構設計CAE分析車身覆蓋件模具CAD/CAM車身覆蓋件制造圖2-現代設計方法開發(fā)流程2.3.車身三維數學主模型與車身結構設計車身的三維數學主模型將給車身結構工程師的設計帶來極大的方便，結構工程師根據三維數學主模型能夠進行更加合理、更加準確、更加有效的車身結構設計。2.4.車身三維數學模型與模具CAD/CAM將車身三維造型數據直接傳送給模具CAD/CAM系統(tǒng)，勢必將提高車身覆蓋件模具制造的品質，縮短設計和制造的周期。隨著車身開發(fā)流程中其他階段水平的提高和速度的加快，1：1油泥模型的制作以及三維數學模型的反復重構越來越影響車身整體開發(fā)速度，為解決這個問題，一方面需要高水平的三維造型軟件，另一方面，由于1：1的車身模型又不可缺少，所以高效率、高精度、低成本的加工設備不可缺少。3.CMM/CAM一體化切削測量機由上所述，汽車車身的設計已經從傳統(tǒng)完全手工的設計方法逐漸轉向CAD/CAM階段的現代設計方法。中測量儀在順應這樣一種車身設計方法變遷的潮流下，并且在準確了解現代車身設計方法以及準確市場定位的前提下，國內首創(chuàng)的研制了CMM/CAM一體化切削測量機，其特點和應用舉例如下：3.1.特點：3.1.1功能全，針對性強中測量儀CMM/CAM一體化切削測量機，是在其懸臂式三坐標測量機的基礎上，增加主機剛性結構和增強CAM數控加工功能。保留了原來接觸式測頭測量功能，并增加了數字照相測量功能。數字照相功能是專門為車身設計中快速而準確的構造三維數學主模型而增加的功能，其解決了接觸式測量采點速度慢，對某些特征點及圓弧過渡處無法測量的缺陷，數字照相式測量一次掃描一個完整的面（包括曲面及曲面之間的連接線），因而其能快速準確的采集油泥模型表面的數據，同時其是非接觸式并且不遺漏特征的測量方法，故可以減小累積誤差。將其采集的數據進行格式轉換后，作為原始數據，傳送到三維模型造型軟件，快速而準確的生成車身的三維數學主模型。功能完備的手持式控制盒，既方便CAM系統(tǒng)的對刀，又方便照相式測量系統(tǒng)的測量。設計了結構獨特的切削頭，擴充了數控切削加工的功能，使在整車模型加工的過程中，不存在加工死區(qū)。獨特的剛性機體設計，滿足高速高精度的切削加工，快速高效的完成1：1車身模型的加工。3.1.2.良好的集成性測量功能和切削加工功能的良好集成，測量功能和加工功能之間的快速切換，可以快速將測量的數據指導加工，或者將加工完成的模型通過測量快速將數據反饋到三維造型系統(tǒng)。減少三維數學主模型的確定時間，從而縮短車身設計的開發(fā)周期。3.1.3.低廉的價格，有利于市場推廣中測量儀CMM/CAM一體化切削測量機,是國內首款將測量與切削加工功能集成在一起的設備,開發(fā)此款設備目的就是定位在國內各種規(guī)模的汽車設計和制造企業(yè),其功能已基本接近或達到國外同類型設備的各項技術指標,而在成本價格上卻占有明顯的優(yōu)勢,適合在國內各大、中、小汽車企業(yè)推廣使用。3.2流程應用舉例3.2.1概念草圖設計由汽車造型師概念設計，通過計算機3維模擬表達出設計意圖，由此產生的3D模型，是設計驗證、修改、樣車模型制造的基礎。3.2.2加工程序編制，生成NC代碼對加工位置和加工余量進行分析，編制加工程序和生成刀具路徑，并對各刀具路徑進行防碰撞、過切檢查和模擬加工，驗證路徑的正確性，通過后處理生成適合于本機讀取的NC代碼，并對照處理過后的NC程序走刀點是否與設計的刀具路徑點相同3.2.3系統(tǒng)初始化數控系統(tǒng)初始化，確認各系統(tǒng)工作正常，在Windows界面下把系統(tǒng)切換到切削狀態(tài)（系統(tǒng)有測量和切削兩種狀態(tài)），機器開始回原點，待機3.2.4加工原點確認把刀頭轉到程序相應狀態(tài)后，利用手控脈沖輪對刀，找加工原點，對刀塊為接觸觸發(fā)式，接觸后即將當前軸位置狀態(tài)數據發(fā)出。在數控系統(tǒng)里存儲相應的加工原點數據3.2.4加工程序傳輸計算機通過串行口與數控系統(tǒng)連接傳輸NC加工代碼，數控系統(tǒng)緩存代碼。再大的NC程序也能連續(xù)加工3.2.5執(zhí)行加工在執(zhí)行加工前，先空快速運行NC程序，驗證NC程序的正確性，看系統(tǒng)是否有報警發(fā)生，而后執(zhí)行加工3.2.5數據采集非接觸式測量系統(tǒng)為光學成相，稱為工業(yè)采數相機，效率高，擁有高像素，采數面積大、帶關節(jié)旋轉能在同一坐標系下多角度拍攝等優(yōu)點，而單點觸發(fā)方式采集數據，精度較高，但效率低，為此，將接觸與非接觸測量配合使用，利用非接觸式采集大部分點數據，和接觸式對特殊點的輔助采集，可方便地完成采點過程。采集的數據經過稍微處理后可以輸出IGES、ASC格式，方便其他軟件的讀取3.2.6模型反求在對油泥模型進行修改后，再通過如Imageware、Geomagic、CATIA、UG等諸多的逆向造型軟件讀取采集的點云數據求得曲面。如此反復直到設計者滿意為止。4.結束語我國汽車工業(yè)規(guī)劃綱要明確提出要以車身開發(fā)為突破口，形成我國轎車自主開發(fā)能力。轎車車身占整車總成本的比例約為1/3，甚至接近1/2，而且它又是汽車商品性的重要標志；轎車車身更新頻度高，技術進步快，因此我們要把車身開發(fā)能力作為轎車自主開發(fā)的突破口。隨著以電子計算機技術為代表的現代科技的發(fā)展和應用，車身設計開發(fā)技術有了不少革命性的變化，這給我國汽車工業(yè)帶來了壓力，也帶來了機遇；相對于傳統(tǒng)技術相比，國內外在計算機應用方面的差距小的多，也比較容易追趕；而且，計算機應用技術也融進或取代了不少傳統(tǒng)技術。中測量儀在充分了解現代車身設計方法的變遷，以及準確的國內市場定位的前提下，研制了CMM/CAM一體化切削測量機，其快速完整的數字照相式測量與高效高精度的數控切削加工，使傳統(tǒng)設計方法與現代設計方法無縫的銜接；高效高精度的數控切削加工幾乎替代了傳統(tǒng)方法中費時和勞動量大的手工雕刻工作，快速完整的數字照相式測量能快速完整的提供構造三維數學主模型的原始數據，既保留傳統(tǒng)方法中必須的部分，又為現代設計方法提供更高效的手段。在國內大、中、小型汽車設計制造企業(yè)中推廣和應用CMM/CAM一體化切削測量機，必將縮短車身或整車的開發(fā)周期，提高我國汽車企業(yè)在國際市場上的競爭力，從而帶動和促進我國汽車工業(yè)的發(fā)展。參考文獻:江濤,劉克強等.車身實物模型的變遷與車身開發(fā)技術的發(fā)展,世界汽車,2000(8).石曉祥等.現代汽車車身設計方法的研究與展望,機械科學與技術,2000(11),19卷6期.楊景周.汽車車身設計方法的發(fā)展,世界汽車,1995(3).張東業(yè).汽車工業(yè)CAD/CAM技術的發(fā)展與展望[J],汽車技術,1995(8).范世杰等.計算機輔助汽車造型設計方法與應用[M],汽車技術,1997.

附錄資料：不需要的可以自行刪除聚合物成型新工藝振動輔助成型原理及特點：原理：動態(tài)注射成型技術如果在注射成型過程中引入振動，使注射螺桿在振動力的作用下產生軸向脈動，則成型過程料筒及模腔中熔體的壓力將發(fā)生脈動式的變化，改變外加振動力的振動頻率與振幅．熔體壓力的脈動頻率與振幅也會發(fā)生相應的變化，熔體進入模腔進行填充壓實的效果也必然會發(fā)生相應的變化。通過調控外加振動力的振動頻率與振幅．可以使注射成型在比較低的加工溫度下進行，或者是可以降低注射壓力和鎖模力，從而減小成型過程所需的能耗，減小制品中的殘余應力，提高制品質量。分類：在機頭上引入機械振動；機頭引入超聲振動；在擠出全過程引入振動振動力場對擠出過程作用的機理擠出過程中的振動力場作用提高了制品在縱向和橫向上的力學性能，并且使二者趨于均衡這種自增強和均衡作用是聚合物大分子之間排列和堆砌有序程度提高的結果，也是振動力場對聚合物熔體作用的結果，可以解釋為是振動力場作用使聚合物熔體大分子在流動過程中發(fā)生平面二維取向作用而產生“擬網結構”的結果。在振動塑化擠出過程中，由于螺桿的周向旋轉和軸向振動，聚合物熔體受到復合應力作用，在螺槽中不僅受到螺槽周向剪切力作用，而且也受到軸向往復振動剪切力作用。由于軸向振動作用具有交變特征，因此，與周向剪切作用的復合作用在空間和時間維度上進行周期性變化，可以把這種復合作用描述成空間矢向拉伸時也不會解離。在縱向上由于有牽引拉伸作用，取向程度較高，大分子鏈、片晶較多地沿拉伸方向排列，因而其力學性能較高；其他方向上因擬網結構被固化，也出現部分大分子取向，表現為制品的橫向力學性能的提高和縱橫向性能趨于均衡；而在薄膜擠出吹塑時，制品厚度小，由于軸向振動分量作用減弱了縱向流動剪切和拉伸的誘導取向作用，動態(tài)擠出時的薄膜制品的縱向拉伸強度較穩(wěn)態(tài)擠出時有所下降?？傉f：在高分子材料成型加工過程中引入振動，會對高分子材料成型過程產生一系列影響。振動力場能量的引入并不是能量的簡單疊加，而是利用高分子材料成型過程在振動力場作用下表現出來的非線性特性，降低成型過程能耗，提高產品質量，是一種新型的低能耗成型方法。特點：振動擠出對塑料制品性能的影響在動態(tài)塑化擠出成型過程中，振動力場被引入塑化和成型的全過程，不僅對物料的輸送、熔融、塑化和熔體輸運過程產生了影響，而且改變了聚合物熔體在制品成型過程中的流動狀態(tài)，并對制品的微觀結構形成歷程和形態(tài)產生了重要的影響。振動塑化過程的脈動剪切作用可以提高聚合物熔體中微觀有序結構的程度與分布，如大分子的取向，這種局部有序性在制品成型的過程中并不會完全松弛，在熔體冷卻過程中對結晶聚合物的晶體的形成或分子的取向結構產生一定的影響，得到在微觀水平上具有更有序的長程結構的聚合物制品。因此，在不添加任何塑料助劑的情況下，振動塑化擠出加工可提高制品的力學性能。另一方面，振動塑化過程具有強烈的脈動剪切和拉伸效果，與穩(wěn)態(tài)加工過程中的單向剪切作用相比，這種作用對于改善復雜流體中的多相體系之間的混合與分散具有明顯的效果，能有效的促進多相體系中的均質、均溫進程，提高多相體系微觀結構的均化程度因此，通過振動塑化擠出加工制備的高分子材料具有優(yōu)化的分散結構和力學性能，這種制備與成型技術對于制備高分子材料及其制品具有明顯的優(yōu)勢。上述結果表明，引入振動力場后，在產量相同的條件下，輸送塑化的能耗需求降低，螺桿的長徑比可以相應減少，而且在一定的振動參數范圍內，不但能夠保證甚至還能提升制品綜合性能。眾多的實驗研究和生產實踐表明：將振動力場引入聚合物成型加工的全過程可以降低聚合物熔體黏度、降低出口壓力、減少擠出脹大、提高熔融速率、增加分子取向、降低功耗、提高制品力學性能等。在聚合物的加工全過程中引入的振動力場，對聚合物的加工過程產生了深刻影響，表現出許多傳統(tǒng)成型加工過程中沒有的新現象，如加工溫度明顯降低、熔體粘度減小、擠出脹大減小、制品產量和性能提高，以及振動力場的引入能有效促進填充、改性或共混聚合物體系中各組份間的分散、混合和混煉等。在塑料擠出加工中引入振動場，側重于通過改變擠出加工中的過程參數(壓力、溫度、功率)來改善擠出特性，使之更有利于塑料的擠出成型加工；同時，振動場的作用也使擠出成型制品質量得以提高。而在塑料注射成型中，振動場的引入側重于改善制品的物理機械性能；當然，振動場的存在對加工的壓力、溫度和熔體的流動性也有一定的影響，總之，在塑料成型加工中應用振動技術通過引入振動場使加工過程發(fā)生了深刻變化。塑料熔體的有效粘彈性由于振動場的作用，宏觀上表現為熔體的粘度減小。流動性增加，擠出壓力或注射壓力降低，流率增大，功耗降低。振動改善了塑料成型加工過程，使成型制品的性能也得到一定程度的提高。氣輔成型的原理、特點、應用現狀及前景：氣體輔助注射成型技術的工藝過程是：先向模具型腔中注入塑料熔體，再向塑料熔體中注入壓縮氣體。輔助氣體的作用，推動塑料熔體充填到模具型腔的各個部分,使塑件最后形成中空斷面而保持完整外形。與普通注射成型相比，這一過程多了一個氣體注射階段，且制品脫模前由氣體而非塑料熔體的注射壓力進行保壓。在成型后的制品中，由氣體形成的中空部分被稱為氣道。由于具有廉價、易得且不與塑料熔體發(fā)生反應的優(yōu)點，因此一般所使用的壓縮氣體為氮氣。氣體輔助注射成型的流程以短射制程為例，一般包括以下幾個階段。第一階段：按照一般的注塑成型工藝把一定量的熔融塑膠注射入模穴；第二階段：在熔融塑膠尚未充滿模腔之前，將高壓氮氣射入模穴的中央；第三階段：高壓氣體推動制品中央尚未冷卻的熔融塑膠，一直到模穴末端，最后填滿模腔；第四階段：塑膠件的中空部分繼續(xù)保持高壓，壓力迫使塑料向外緊貼模具，直到冷卻下來；第五階段：塑料制品冷卻定型后，排除制品內部的高壓氣體，然后開模取出制品。(1)熔體注射階段：在模具中注射填充量不足的塑料熔料。(2)氣體填充階段：在熔融塑料未完成充滿模腔前，將計量的定量氣體由特殊噴嘴注射入熔體中央部分，形成擴張的氣泡，并推進前面的熔化芯部，從而完成填充模具過程。氣體注射時間、壓力、速度非常重要。(3)冷卻保壓階段：在工作循環(huán)的冷卻階段，氣體將保持較高的壓力，氣體壓力將補償塑料收縮導致的體積損失。達到某種程度時，氣泡將進一步滲透到熔體中，即二次氣體滲透。(4)最終排氣階段：塑料冷卻定型后，將氣體從最終模制件中抽出。根據具體工藝過程的不同，氣體輔助注射成型可分為標準成型法、副腔成型法、熔體回流法和活動型芯法四種。1、標準成型法標準成型法是先向模具型腔中注入經準確計量的塑料熔體，再通過澆口和流道注入壓縮氣體。氣體在型腔中塑料熔體的包圍下沿阻力最小的方向擴散前進，對塑料熔體進行穿透和排空，最后推動塑料熔體充滿整個模具型腔并進行保壓冷卻，待塑料制品冷卻到具有一定剛度和強度后，開模將其頂出。2、副腔成型法副腔成型法是在模具型腔之外設置一個可與型腔相通的副型腔。首先關閉副型腔，向型腔中注射塑料熔體，直到型腔充滿并進行保壓。然后開啟副型腔，向型腔內注入氣體。由于氣體的穿透，使多余出來的熔體流入副型腔。當氣體穿透到一定程度時，關閉副型腔，升高氣體壓力以對型腔中的熔體進行保壓補縮),最后開模頂出制品。3、熔體回流法熔體回流法與副腔成型法類似，所不同的是模具沒有副型腔。氣體注入時，多余的熔體不是流入副型腔，而是流回注射機的料筒。4、活動型芯法活動型芯法是在模具型腔中設置活動型芯。首先使活動型芯位于最長伸出位置，向型腔中注射塑料熔體，直到型腔充滿并進行保壓。然后注入氣體，活動型芯從型腔中逐漸退出以讓出所需的空間。待活動型芯退到最短伸出位置時，升高氣體壓力實現保壓補縮,最后制品脫模。氣體輔助注射成型技術所需配置的設備主要包括注射機、氣體壓力控制單元和供氣及回收裝置。氣體輔助注射成型技術的特點:傳統(tǒng)的注射成型不能將制品的厚壁部分與薄壁部分結合在一起成型，而且由于制件的殘余應力大，易翹曲變形，表面有時還會有縮痕。通常，結構發(fā)泡成型的缺點是，制件表面的氣穴往往因化學發(fā)泡助劑過分充氣而造成氣泡，而且裝飾應用時需要噴涂。氣體輔助注射成型則將結構發(fā)泡成型與傳統(tǒng)的注射成型的優(yōu)點結合在一起，可在保證產品質量的前提下大幅度降低生產成本，具有良好的經濟效益。氣體輔助注射成型技術的優(yōu)點主要體現在：●所需注射壓力小。氣體輔助注射成型可以大幅度降低對注射機噸位的要求，使注射機投資成本降低，電力消耗下降，操作成本減少。此外，由于模腔內壓力的降低，還可以減少模具損傷，并降低對模具壁厚的要求，從而降低模具成本?！裰破仿N曲變形小。由于注射壓力小，且塑料熔體內部的氣體各處等壓，因此型腔內壓力分布比傳統(tǒng)注射成型均勻，保壓冷卻過程中產生的殘余應力較小，使制品出模后的翹曲傾向減小?！窨上s痕，提高表面質量，降低廢品率。氣體輔助注射成型保壓過程中，塑料的收縮可由氣體的二次穿透予以補償，且氣體的壓力可以使制品外表面貼緊模具型腔，所以制品表面不會出現凹陷。此外，該技術還可將制品的較厚部分掏空以減小甚至消除縮痕?！窨梢杂糜诔尚捅诤癫町愝^大的制品。由于采用氣體輔助注射成型可以將制品較厚的部分掏空形成氣道從而保證制品的質量，因此采用這種方法生產的制品在設計上的自由度較大，可以將采用傳統(tǒng)注射成型時因厚薄不均必須分為幾個部分單獨成型的制品合并起來，實現一次成型?！窨梢栽诓辉黾又破分亓康那闆r下，通過氣體加強筋改變材料在制品橫截面上的分布，增加制品的截面慣性矩，從而增加制品的剛度和強度，這有利于減輕汽車、飛機、船舶等交通工具上部件的重量?！窨赏ㄟ^氣體的穿透減輕制品重量，節(jié)省原材料用量，并縮短成型周期，提高生產率。●該技術可適用于熱塑性塑料、一般工程塑料及其合金以及其他用于注射成型的材料。氣體輔助注射成型技術的缺點是：需要增加供氣和回收裝置及氣體壓力控制單元，從而增加了設備投資；對注射機的注射量和注射壓力的精度要求有所提高；制品中接觸氣體的表面與貼緊模壁的表面會產生不同的光澤；制品質量對工藝參數更加敏感，增加了對工藝控制的精度要求。氣體輔助注射成型技術的應用:氣體輔助注射成型技術可應用于各種塑料產品上，如電視機或音箱外殼、汽車塑料產品、家具、浴室、廚具、家庭電器和日常用品、各類型塑膠盒和玩具等。具體而言，主要體現為以下幾大類：●管狀和棒狀零件，如門把手、轉椅支座、吊鉤、扶手、導軌、衣架等。這是因為，管狀結構設計使現存的厚截面適于產生氣體管道，利用氣體的穿透作用形成中空，從而可消除表面成型缺陷，節(jié)省材料并縮短成型周期?！翊笮推桨孱惲慵?，如車門板、復印機外殼、儀表盤等。利用加強筋作為氣體穿透的氣道，消除了加強筋和零件內部殘余應力帶來的翹曲變形、熔體堆積處塌陷等表面缺陷，增加了強度/剛度對質量的比值，同時可因大幅度降低鎖模力而降低注射機的噸位?！裥螤顝碗s、薄厚不均、采用傳統(tǒng)注射技術會產生縮痕和污點等缺陷的復雜零件，如保險杠、家電外殼、汽車車身等。生產這些制品時，通過采用氣體輔助注射技術并巧妙布置氣道，適當增加加強筋數目，同時利用氣體均勻施壓來克服可能的缺陷，使零件一次成型，不僅簡化了工藝，還降低了生產成本。隨著氣體輔助注射成型技術的深入研究和廣泛應用，形式各異的新型氣體輔助注射成型技術也相繼問世，如外部氣輔注射成型、液輔注射成型、水輔注射成型、順序注射與氣輔注射相結合成型、局部氣體輔助注射、振動氣體輔助注射等。我國氣體輔助注射成型技術的應用起步雖然較晚，但隨著家電、汽車等工業(yè)的快速發(fā)展，對成型塑料制品的要求也在不斷提高，有力地推動了這項技術的引進、研究和推廣應用。氣體輔助注塑成型優(yōu)點在不降低質量的前提下用現代注塑機和成型技術可以縮短生產周期。通過便用氣誶犏切扯射成型的方法，制品質量得到提高，而且降低了模具的成本。使用氣體輔助注射成型技術時，它的優(yōu)點和費用的節(jié)約是非常顯著的。1、減少產品變形：低的注射壓力使內應力降低，使翹曲變形降到最低；2、減少鎖模壓力：低的注射壓力使合模力降低，可以使用小噸位機臺；3、提高產品精度：低的殘余應力同樣提高了尺寸公差和產品的穩(wěn)定性；4、減少塑膠原料：成品的肉厚部分是中空的，減少塑料最多可達40％；5、縮短成型周期：與實心制品相比成型周期縮短，不到發(fā)泡成型一半；6、提高設計自由：氣體輔助注射成型使結構完整性和設計自由度提高：7、厚薄一次成型：對一些壁厚差異大的制品通過氣輔技術可一次成型：8、提高模具壽命：降低模腔內壓力，使模具損耗減少，提高工作壽命：9、降低模具成本：減少射入點，氣道取代熱流道從而使模具成本降低；10、消除凹陷縮水：沿筋板和根部氣道增加了剛度，不必考慮縮痕問題。樹脂傳遞模塑成型（RTM）的成型原理、特點、及應用前景：RTM的基本原理是將玻璃纖維增強材料鋪放到閉模具的模腔內，用壓力將樹脂膠液注入模腔，浸透玻纖增強材料，然后固化，脫模成型制品。RTM成型技術的特點：1、可以制造兩面光的制品；2、成型效率高，適合中等規(guī)模的玻璃鋼產品生產（20000件/年內）；3、RTM為閉模操作，不污染環(huán)境；不損害健康；4、增強材料可任意方向鋪放，容易實現按制品受力狀況合理鋪放增強材料；5、原材料及能源消耗少；6、建廠投資少。RTM技術適用范圍（見課件）很廣，目前已廣泛用于建筑、交通、電訊、衛(wèi)生、航空航天等工業(yè)領域。已開發(fā)的產品有：汽車殼體及部件、娛樂車構件、螺旋槳、天線罩、機器罩、浴盆、淋浴間、游泳池板、座椅、水箱、電話亭、電線桿、小型游艇等。RTM成型、手糊成型、噴射成型、SMC成型四者的優(yōu)缺點比較：RTM的基本原理是將玻璃纖維增強材料鋪放到閉模的模腔內，用壓力將樹脂膠液注入模腔，浸透玻纖增強材料，然后固化，脫模成型制品。RTM成型技術的特點：①可以制造兩面光的制品；②成型效率高，適合于中等規(guī)模的玻璃鋼產品生產（20000件/年以內）；③RTM為閉模操作，不污染環(huán)境，不損害工人健康；④增強材料可以任意方向鋪放，容易實現按制品受力狀況例題鋪放增強材料；⑤原材料及能源消耗少；⑥建廠投資少，上馬快。手糊成型工藝又稱接觸成型工藝。是手工作業(yè)把玻璃纖維織物和樹脂交替鋪在模具上，然后固化成型為玻璃鋼制品的工藝。優(yōu)點是成型不受產品尺寸和形狀限制，適宜尺寸大、批量小、形狀復雜的產品的生產。設備簡單、投資少、見效快。適宜我國鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)的發(fā)展。且工藝簡單、生產技術易掌握，只需經過短期培訓即可進行生產。易于滿足產品設計需要，可在產品不同部位任意增補增強材料；制品的樹脂含量高，耐腐蝕性能好。缺點是生產效率低、速度慢、生產周期長、不宜大批量生產。且產品質量不易控制，性能穩(wěn)定性不高。產品力學性能較低。生產環(huán)境差、氣味大、加工時粉塵多，易對施工人員造成傷害。噴射成型工藝是將混有引發(fā)劑和促進劑的兩種聚酯分別從噴槍兩側噴出，同時將切斷的玻纖粗紗，由噴槍中心噴出，使其與樹脂均勻混合，沉積到模具上，當沉積到一定厚度時，用輥輪壓實，使纖維浸透樹脂，排除氣泡，固化后成制品。噴射成型的優(yōu)點：①用玻纖粗紗代替織物，可降低材料成本；②生產效率比手糊的高2～4倍；③產品整體性好，無接縫，層間剪切強度高，樹脂含量高，抗腐蝕、耐滲漏性好；④可減少飛邊，裁布屑及剩余膠液的消耗；⑤產品尺寸、形狀不受限制。其缺點為：①樹脂含量高，制品強度低；②產品只能做到單面光滑；③污染環(huán)境，有害工人健康。片狀模塑料SMC的成型工藝主要有以下兩類：①將玻纖含量為

25％～40％（根據具體要求而定）的SMC片材，按產品形狀要求剪裁成一定的尺寸，揭去兩面的PE薄膜，按一定要求疊放在熱的對模上進行加壓加溫成型；②先在熱模內按要求鋪放好一定量（根據玻纖含量要求而定）的連續(xù)玻纖預成型氈，然后將不含玻纖或僅含少量玻纖（一般為5％以下）的SMC片材經剪裁、撕去薄膜后疊放在預成型氈上，最后鋪上一層表面氈。在較慢的合模（約需lmin)下使材料流動而安全浸透預成型氈，并在加溫加壓下固化成型。

后一類工藝的最大特點是：可在成型前改變預成型氈的鋪設和局部纖維含量，來滿足制件局部的高強度要求，并獲得總體強度高于前一類工藝的制品。SMC工藝的特點是：(1)操作方便。整個生產過程易實現機械化、自動化，生產效率高，改善了濕法成型的作業(yè)環(huán)境和勞動條件。(2)產品的可沒計性強。可通過改變組份的種類和配方，改變成型工藝來滿足不同產品的不同要求。如耐腐蝕、絕緣、絕熱、零收縮、柔性、低密度、高強、A級表面、抗靜電等等。(3)成型流動性好。可成型結構復雜的產品，特別適合制作大型薄殼異形制品。能實現制品變厚度，帶嵌件、孔洞、凸臺、加強筋、螺紋等功能。(4)產品內外光潔，尺寸準確，適合制作汽車外圍件，電氣零部件，機械部件，防腐容器等產品。適合大規(guī)模生產，成本較低。(5)增強材料在生產與成型過程中均無損傷，長度均勻，制品強度較高，可進行輕型結構化設計，色彩艷麗。SMC工藝也有其不足之處，主要是SMC機組、壓機、模具要求高投入，同時，生產技術要求較高。5、微孔注射發(fā)泡成型原理、特點、應用現狀：在傳統(tǒng)的結構發(fā)泡注射成型中，通常采用化學發(fā)泡劑，由于其產生的發(fā)泡壓力較低，生產的制件在壁厚和形狀方面受到限制。微孔發(fā)泡注射成型采用超臨界的惰性氣體受到限制。微孔發(fā)泡注射成型采用超臨界的惰性氣體（CO2、N2）作為物理發(fā)泡劑．其工藝過程分為四步：（1）氣體溶解：將惰性氣體的超臨界液體通過安裝在構簡上的注射器注人聚合物熔體中，形成均相聚合物/氣體體系；（2）成核：充模過程中氣體因壓力下降從聚合物中析出而形成大量均勻氣核；（3）氣泡長大：氣在精確的溫度和壓力控制大；（4）定型：當氣泡長大到一定尺寸時，冷卻定型。微孔發(fā)泡與一般的物理發(fā)泡有較大的不同。首先，微孔發(fā)泡加工過程中需要大量惰性氣體如CO2、N2溶解于聚合物，使氣體在聚合物呈飽和狀態(tài)，采用一般物理發(fā)泡加工方法不可能在聚合物一氣體均相體系中達到這么高的氣體濃度。其次，微孔發(fā)泡的成核數要大大超過一般物理發(fā)泡成型采用的是熱力學狀態(tài)逐漸改變的方法，易導致產品中出現大的泡孔以及泡孔尺寸分布不均勻的弊病。微孔塑料成型過程中熱力學狀態(tài)迅速地改變，其成核速率及泡核數量大大超過一般物理發(fā)泡成型。與一般發(fā)泡成型相比，微孔發(fā)泡成型有許多優(yōu)點。其一是它形成的氣泡直徑小,可以生產因一般泡沫塑料中微孔較大而難以生產的薄壁（1mm）制品；其二是微孔發(fā)泡材料的氣孔為閉孔結構，可用和阻隔性包裝產品；其三是生產過程中采用CO2或N2，因而沒有環(huán)境污染問題。

塑料發(fā)泡成型因其可減輕制品重量，且制品具有緩沖、隔熱效果而廣泛應用在日用品、工業(yè)部件、建材等領域。傳統(tǒng)的發(fā)泡成型通常使用特定的鹵代烷烴、有機化合物以及鹵代烷烴的替代品作為發(fā)泡劑。微孔泡沫塑料注射成型是在超臨界狀態(tài)下利用CO2及N2進行微孔泡沫塑料成型技術，目前已進人實用化階段。微孔泡沫塑料注射成型可生產壁厚為0.5mm的薄壁大部件及尺寸精度要求高的、形狀復雜的小部件。它推翻了長期一直認為發(fā)泡成型只能完成厚壁制品的生產的觀點。與傳統(tǒng)的發(fā)泡成型形成的最小孔徑為250μｍ的不均勻的微孔相比，微孔泡沫塑料成型及應用是建立在美國麻省理工學院(MIT)于20世紀90年代提出微孔泡沫塑料的概念和制備方法的基礎之上的。其設計思想主要有兩點：(1)當泡沫塑料中泡沫微孔尺寸小于材料內部的缺陷時，泡沫微孔的存在將不會降低材料的強度。(2)由于微孔的存在使材料中原有的裂紋尖端鈍化，有利于阻止裂紋在應力作用下擴展，從而改善塑料的力學性能?，F在的工藝形成的微孔大小均勻，孔徑在1～10μｍ，這樣的微孔結構也賦予比傳統(tǒng)方法制備的制品更高的機械性能和更低的密度。在力學性能不損失的情況下，重量可降低10％～30%，而且可減少制品的翹曲、收縮及內應力。微孔泡沫塑料注射成型可加工多種聚合物，如PP、PS、PBT、PA及PEEK等。

微孔發(fā)泡注射成型工藝過程可分為以下四個基本階段：脂熔融階段。從料斗加人的樹脂在料筒中熔融塑化。（２）超臨界氣體（SuperCriticalFind,SCF）注人、混合和擴散階段。SCF發(fā)生裝置在料筒的特定位置注入超臨界氣體，與樹脂熔體均勻混合，此階段可看作未開瓶蓋的啤酒。

（３）注射階段。將樹脂熔體注人模具，相當于把啤酒瓶蓋拔掉，隨著模具內壓力的降低，時間的延長，熔體內的超臨界氣體像啤酒一樣發(fā)泡。

（４）發(fā)泡階段。它可分為氣體核的發(fā)生、氣泡成長和氣泡穩(wěn)定等階段。成功的微孔發(fā)泡注射成型均會經歷上述四個階段。其中液體狀聚合物和氣體超臨界液體狀態(tài)所形成的單相熔融物的溫度和壓力必須控制精確，以防止該熔融物預先發(fā)泡。泡沫微孔的成核、增大、注射時的凝結過程以及微孔的最終尺寸和形狀取決于注塑成型的工藝條件。

微孔泡沫塑料注射成型的特點：

（１）提高了樹脂的流動性。與超臨界狀態(tài)的CO2或N2混合后，樹脂的表觀粘度降低，加人5％的CO2，熔體表現粘度可減半，樹脂的流動性明顯提高。其結果是注射壓力減小，鎖模力也減小。此外由于流動性的改善，可以在較低的溫度和低的模具溫度下成型。注射壓力可減少30％～60％，鎖模力可降低70％，甚至可采用鋁制模具。

（２）縮短成型周期。這是因為：微孔泡沫塑料注射成型沒有保壓階段；樹脂用量比未發(fā)泡的少，總熱量減少；模具內的氣體從超臨界狀態(tài)轉成氣相進行發(fā)泡，模具內部得到冷卻；樹脂的流動性得到改善，成型溫度降低，一般成型周期可減少20%~50%。

（３）減少制品重量，制品無縮孔、凹斑及翹曲。該技術最多可使制品重量減少50%，一般為５％～30％。

微孔發(fā)泡是通過在聚合物內引入大量的微孔進行增韌改性的，與納米粒子和剛性粒子增韌相比，微孔發(fā)泡材料的制備工藝更為簡單和價廉。用納米或剛性粒子增韌，存在分散困難的問題，需加入專門的助劑處理納米或剛性粒子，使加工工藝復雜化，且納米粒子價格昂貴，聚合物中加入納米或剛性粒子后，質量增加較大。此種微孔發(fā)泡材料不僅改進了聚合物材料的性能，且提供了一條降低材料成本的途徑。

微孔發(fā)泡高分子材料適合做包裝材料，飛機和汽車零部件，聲音阻尼材料，運動設備，電子電器材料，可織型保溫纖維。開孔結構的微孔材料適合用作分離、吸附材料，催化劑載體，藥物緩釋材料等。微孔發(fā)泡材料還適合用于制備薄型(如lmm一2mm厚)的發(fā)泡器件。由于具備突出的性能，微孔發(fā)泡成型工藝在將來廣泛應用于材料成型的各個領域，具有極高的開發(fā)價值。

6、用微孔發(fā)泡和不用微孔發(fā)泡有什么不一樣：在傳統(tǒng)的結構發(fā)泡注射成型中，通常采用化學發(fā)泡劑，由于其產生的發(fā)泡壓力較低，生產的制件在壁厚和形狀方面受到限制。微孔發(fā)泡注射成型采用超臨界的惰性氣體受到限制。微孔發(fā)泡注射成型采用超臨界的惰性氣體（CO2、N2）作為物理發(fā)泡劑微孔發(fā)泡與一般的物理發(fā)泡有較大的不同。首先，微孔發(fā)泡加工過程中需要大量惰性氣體如CO2、N2溶解于聚合物，使氣體在聚合物呈飽和狀態(tài)，采用一般物理發(fā)泡加工方法不可能在聚合物一氣體均相體系中達到這么高的氣體濃度。其次，微孔發(fā)泡的成核數要大大超過一般物理發(fā)泡成型采用的是熱力學狀態(tài)逐漸改變的方法，易導致產品中出現大的泡孔以及泡孔尺寸分布不均勻的弊病。微孔塑料成型過程中熱力學狀態(tài)迅速地改變，其成核速率及泡核數量大大超過一般物理發(fā)泡成型。與一般發(fā)泡成型相比，微孔發(fā)泡成型有許多優(yōu)點。其一是它形成的氣泡直徑小,可以生產因一般泡沫塑料中微孔較大而難以生產的薄壁（1mm）制品；其二是微孔發(fā)泡材料的氣孔為閉孔結構，可用和阻隔性包裝產品；其三是生產過程中采用CO2或N2，因而沒有環(huán)境污染問題。美國Trexel公司在MIT微孔發(fā)泡概念的基礎上，將微孔發(fā)泡注射成型技術實現了工業(yè)化，形成了MuCell專利技術。MuCell藝用于注塑的主要優(yōu)點是，反應為吸熱反應，熔體粘度低，熔體和模具溫度低，因此制品成型周期、材料消耗和注塑壓力及鎖模力都降低了，而且其獨特之處還在于這種技術可用于薄壁制品以及其他發(fā)泡技術無法發(fā)泡制品的注塑。MuCell在注射成型技術上的突破為注塑制品生產提供了以前其他注塑工藝所不具有的巨大能力，為新型制品設計、優(yōu)化工藝和降低產品成本開拓了新的途徑。采用MuCell技術的注塑制品正被用于許多工業(yè)領域，包括汽車、醫(yī)藥、電子、食品包裝等各個行業(yè)。

附錄資料：不需要的可以自行刪除聚合物成型新工藝振動輔助成型原理及特點：原理：動態(tài)注射成型技術如果在注射成型過程中引入振動，使注射螺桿在振動力的作用下產生軸向脈動，則成型過程料筒及模腔中熔體的壓力將發(fā)生脈動式的變化，改變外加振動力的振動頻率與振幅．熔體壓力的脈動頻率與振幅也會發(fā)生相應的變化，熔體進入模腔進行填充壓實的效果也必然會發(fā)生相應的變化。通過調控外加振動力的振動頻率與振幅．可以使注射成型在比較低的加工溫度下進行，或者是可以降低注射壓力和鎖模力，從而減小成型過程所需的能耗，減小制品中的殘余應力，提高制品質量。分類：在機頭上引入機械振動；機頭引入超聲振動；在擠出全過程引入振動振動力場對擠出過程作用的機理擠出過程中的振動力場作用提高了制品在縱向和橫向上的力學性能，并且使二者趨于均衡這種自增強和均衡作用是聚合物大分子之間排列和堆砌有序程度提高的結果，也是振動力場對聚合物熔體作用的結果，可以解釋為是振動力場作用使聚合物熔體大分子在流動過程中發(fā)生平面二維取向作用而產生“擬網結構”的結果。在振動塑化擠出過程中，由于螺桿的周向旋轉和軸向振動，聚合物熔體受到復合應力作用，在螺槽中不僅受到螺槽周向剪切力作用，而且也受到軸向往復振動剪切力作用。由于軸向振動作用具有交變特征，因此，與周向剪切作用的復合作用在空間和時間維度上進行周期性變化，可以把這種復合作用描述成空間矢向拉伸時也不會解離。在縱向上由于有牽引拉伸作用，取向程度較高，大分子鏈、片晶較多地沿拉伸方向排列，因而其力學性能較高；其他方向上因擬網結構被固化，也出現部分大分子取向，表現為制品的橫向力學性能的提高和縱橫向性能趨于均衡；而在薄膜擠出吹塑時，制品厚度小，由于軸向振動分量作用減弱了縱向流動剪切和拉伸的誘導取向作用，動態(tài)擠出時的薄膜制品的縱向拉伸強度較穩(wěn)態(tài)擠出時有所下降?？傉f：在高分子材料成型加工過程中引入振動，會對高分子材料成型過程產生一系列影響。振動力場能量的引入并不是能量的簡單疊加，而是利用高分子材料成型過程在振動力場作用下表現出來的非線性特性，降低成型過程能耗，提高產品質量，是一種新型的低能耗成型方法。特點：振動擠出對塑料制品性能的影響在動態(tài)塑化擠出成型過程中，振動力場被引入塑化和成型的全過程，不僅對物料的輸送、熔融、塑化和熔體輸運過程產生了影響，而且改變了聚合物熔體在制品成型過程中的流動狀態(tài)，并對制品的微觀結構形成歷程和形態(tài)產生了重要的影響。振動塑化過程的脈動剪切作用可以提高聚合物熔體中微觀有序結構的程度與分布，如大分子的取向，這種局部有序性在制品成型的過程中并不會完全松弛，在熔體冷卻過程中對結晶聚合物的晶體的形成或分子的取向結構產生一定的影響，得到在微觀水平上具有更有序的長程結構的聚合物制品。因此，在不添加任何塑料助劑的情況下，振動塑化擠出加工可提高制品的力學性能。另一方面，振動塑化過程具有強烈的脈動剪切和拉伸效果，與穩(wěn)態(tài)加工過程中的單向剪切作用相比，這種作用對于改善復雜流體中的多相體系之間的混合與分散具有明顯的效果，能有效的促進多相體系中的均質、均溫進程，提高多相體系微觀結構的均化程度因此，通過振動塑化擠出加工制備的高分子材料具有優(yōu)化的分散結構和力學性能，這種制備與成型技術對于制備高分子材料及其制品具有明顯的優(yōu)勢。上述結果表明，引入振動力場后，在產量相同的條件下，輸送塑化的能耗需求降低，螺桿的長徑比可以相應減少，而且在一定的振動參數范圍內，不但能夠保證甚至還能提升制品綜合性能。眾多的實驗研究和生產實踐表明：將振動力場引入聚合物成型加工的全過程可以降低聚合物熔體黏度、降低出口壓力、減少擠出脹大、提高熔融速率、增加分子取向、降低功耗、提高制品力學性能等。在聚合物的加工全過程中引入的振動力場，對聚合物的加工過程產生了深刻影響，表現出許多傳統(tǒng)成型加工過程中沒有的新現象，如加工溫度明顯降低、熔體粘度減小、擠出脹大減小、制品產量和性能提高，以及振動力場的引入能有效促進填充、改性或共混聚合物體系中各組份間的分散、混合和混煉等。在塑料擠出加工中引入振動場，側重于通過改變擠出加工中的過程參數(壓力、溫度、功率)來改善擠出特性，使之更有利于塑料的擠出成型加工；同時，振動場的作用也使擠出成型制品質量得以提高。而在塑料注射成型中，振動場的引入側重于改善制品的物理機械性能；當然，振動場的存在對加工的壓力、溫度和熔體的流動性也有一定的影響，總之，在塑料成型加工中應用振動技術通過引入振動場使加工過程發(fā)生了深刻變化。塑料熔體的有效粘彈性由于振動場的作用，宏觀上表現為熔體的粘度減小。流動性增加，擠出壓力或注射壓力降低，流率增大，功耗降低。振動改善了塑料成型加工過程，使成型制品的性能也得到一定程度的提高。氣輔成型的原理、特點、應用現狀及前景：氣體輔助注射成型技術的工藝過程是：先向模具型腔中注入塑料熔體，再向塑料熔體中注入壓縮氣體。輔助氣體的作用，推動塑料熔體充填到模具型腔的各個部分,使塑件最后形成中空斷面而保持完整外形。與普通注射成型相比，這一過程多了一個氣體注射階段，且制品脫模前由氣體而非塑料熔體的注射壓力進行保壓。在成型后的制品中，由氣體形成的中空部分被稱為氣道。由于具有廉價、易得且不與塑料熔體發(fā)生反應的優(yōu)點，因此一般所使用的壓縮氣體為氮氣。氣體輔助注射成型的流程以短射制程為例，一般包括以下幾個階段。第一階段：按照一般的注塑成型工藝把一定量的熔融塑膠注射入模穴；第二階段：在熔融塑膠尚未充滿模腔之前，將高壓氮氣射入模穴的中央；第三階段：高壓氣體推動制品中央尚未冷卻的熔融塑膠，一直到模穴末端，最后填滿模腔；第四階段：塑膠件的中空部分繼續(xù)保持高壓，壓力迫使塑料向外緊貼模具，直到冷卻下來；第五階段：塑料制品冷卻定型后，排除制品內部的高壓氣體，然后開模取出制品。(1)熔體注射階段：在模具中注射填充量不足的塑料熔料。(2)氣體填充階段：在熔融塑料未完成充滿模腔前，將計量的定量氣體由特殊噴嘴注射入熔體中央部分，形成擴張的氣泡，并推進前面的熔化芯部，從而完成填充模具過程。氣體注射時間、壓力、速度非常重要。(3)冷卻保壓階段：在工作循環(huán)的冷卻階段，氣體將保持較高的壓力，氣體壓力將補償塑料收縮導致的體積損失。達到某種程度時，氣泡將進一步滲透到熔體中，即二次氣體滲透。(4)最終排氣階段：塑料冷卻定型后，將氣體從最終模制件中抽出。根據具體工藝過程的不同，氣體輔助注射成型可分為標準成型法、副腔成型法、熔體回流法和活動型芯法四種。1、標準成型法標準成型法是先向模具型腔中注入經準確計量的塑料熔體，再通過澆口和流道注入壓縮氣體。氣體在型腔中塑料熔體的包圍下沿阻力最小的方向擴散前進，對塑料熔體進行穿透和排空，最后推動塑料熔體充滿整個模具型腔并進行保壓冷卻，待塑料制品冷卻到具有一定剛度和強度后，開模將其頂出。2、副腔成型法副腔成型法是在模具型腔之外設置一個可與型腔相通的副型腔。首先關閉副型腔，向型腔中注射塑料熔體，直到型腔充滿并進行保壓。然后開啟副型腔，向型腔內注入氣體。由于氣體的穿透，使多余出來的熔體流入副型腔。當氣體穿透到一定程度時，關閉副型腔，升高氣體壓力以對型腔中的熔體進行保壓補縮),最后開模頂出制品。3、熔體回流法熔體回流法與副腔成型法類似，所不同的是模具沒有副型腔。氣體注入時，多余的熔體不是流入副型腔，而是流回注射機的料筒。4、活動型芯法活動型芯法是在模具型腔中設置活動型芯。首先使活動型芯位于最長伸出位置，向型腔中注射塑料熔體，直到型腔充滿并進行保壓。然后注入氣體，活動型芯從型腔中逐漸退出以讓出所需的空間。待活動型芯退到最短伸出位置時，升高氣體壓力實現保壓補縮,最后制品脫模。氣體輔助注射成型技術所需配置的設備主要包括注射機、氣體壓力控制單元和供氣及回收裝置。氣體輔助注射成型技術的特點:傳統(tǒng)的注射成型不能將制品的厚壁部分與薄壁部分結合在一起成型，而且由于制件的殘余應力大，易翹曲變形，表面有時還會有縮痕。通常，結構發(fā)泡成型的缺點是，制件表面的氣穴往往因化學發(fā)泡助劑過分充氣而造成氣泡，而且裝飾應用時需要噴涂。氣體輔助注射成型則將結構發(fā)泡成型與傳統(tǒng)的注射成型的優(yōu)點結合在一起，可在保證產品質量的前提下大幅度降低生產成本，具有良好的經濟效益。氣體輔助注射成型技術的優(yōu)點主要體現在：●所需注射壓力小。氣體輔助注射成型可以大幅度降低對注射機噸位的要求，使注射機投資成本降低，電力消耗下降，操作成本減少。此外，由于模腔內壓力的降低，還可以減少模具損傷，并降低對模具壁厚的要求，從而降低模具成本。●制品翹曲變形小。由于注射壓力小，且塑料熔體內部的氣體各處等壓，因此型腔內壓力分布比傳統(tǒng)注射成型均勻，保壓冷卻過程中產生的殘余應力較小，使制品出模后的翹曲傾向減小?！窨上s痕，提高表面質量，降低廢品率。氣體輔助注射成型保壓過程中，塑料的收縮可由氣體的二次穿透予以補償，且氣體的壓力可以使制品外表面貼緊模具型腔，所以制品表面不會出現凹陷。此外，該技術還可將制品的較厚部分掏空以減小甚至消除縮痕?！窨梢杂糜诔尚捅诤癫町愝^大的制品。由于采用氣體輔助注射成型可以將制品較厚的部分掏空形成氣道從而保證制品的質量，因此采用這種方法生產的制品在設計上的自由度較大，可以將采用傳統(tǒng)注射成型時因厚薄不均必須分為幾個部分單獨成型的制品合并起來，實現一次成型?！窨梢栽诓辉黾又破分亓康那闆r下，通過氣體加強筋改變材料在制品橫截面上的分布，增加制品的截面慣性矩，從而增加制品的剛度和強度，這有利于減輕汽車、飛機、船舶等交通工具上部件的重量?！窨赏ㄟ^氣體的穿透減輕制品重量，節(jié)省原材料用量，并縮短成型周期，提高生產率?！裨摷夹g可適用于熱塑性塑料、一般工程塑料及其合金以及其他用于注射成型的材料。氣體輔助注射成型技術的缺點是：需要增加供氣和回收裝置及氣體壓力控制單元，從而增加了設備投資；對注射機的注射量和注射壓力的精度要求有所提高；制品中接觸氣體的表面與貼緊模壁的表面會產生不同的光澤；制品質量對工藝參數更加敏感，增加了對工藝控制的精度要求。氣體輔助注射成型技術的應用:氣體輔助注射成型技術可應用于各種塑料產品上，如電視機或音箱外殼、汽車塑料產品、家具、浴室、廚具、家庭電器和日常用品、各類型塑膠盒和玩具等。具體而言，主要體現為以下幾大類：●管狀和棒狀零件，如門把手、轉椅支座、吊鉤、扶手、導軌、衣架等。這是因為，管狀結構設計使現存的厚截面適于產生氣體管道，利用氣體的穿透作用形成中空，從而可消除表面成型缺陷，節(jié)省材料并縮短成型周期。●大型平板類零件，如車門板、復印機外殼、儀表盤等。利用加強筋作為氣體穿透的氣道，消除了加強筋和零件內部殘余應力帶來的翹曲變形、熔體堆積處塌陷等表面缺陷，增加了強度/剛度對質量的比值，同時可因大幅度降低鎖模力而降低注射機的噸位?！裥螤顝碗s、薄厚不均、采用傳統(tǒng)注射技術會產生縮痕和污點等缺陷的復雜零件，如保險杠、家電外殼、汽車車身等。生產這些制品時，通過采用氣體輔助注射技術并巧妙布置氣道，適當增加加強筋數目，同時利用氣體均勻施壓來克服可能的缺陷，使零件一次成型，不僅簡化了工藝，還降低了生產成本。隨著氣體輔助注射成型技術的深入研究和廣泛應用，形式各異的新型氣體輔助注射成型技術也相繼問世，如外部氣輔注射成型、液輔注射成型、水輔注射成型、順序注射與氣輔注射相結合成型、局部氣體輔助注射、振動氣體輔助注射等。我國氣體輔助注射成型技術的應用起步雖然較晚，但隨著家電、汽車等工業(yè)的快速發(fā)展，對成型塑料制品的要求也在不斷提高，有力地推動了這項技術的引進、研究和推廣應用。氣體輔助注塑成型優(yōu)點在不降低質量的前提下用現代注塑機和成型技術可以縮短生產周期。通過便用氣誶犏切扯射成型的方法，制品質量得到提高，而且降低了模具的成本。使用氣體輔助注射成型技術時，它的優(yōu)點和費用的節(jié)約是非常顯著的。1、減少產品變形：低的注射壓力使內應力降低，使翹曲變形降到最低；2、減少鎖模壓力：低的注射壓力使合模力降低，可以使用小噸位機臺；3、提高產品精度：低的殘余應力同樣提高了尺寸公差和產品的穩(wěn)定性；4、減少塑膠原料：成品的肉厚部分是中空的，減少塑料最多可達40％；5、縮短成型周期：與實心制品相比成型周期縮短，不到發(fā)泡成型一半；6、提高設計自由：氣體輔助注射成型使結構完整性和設計自由度提高：7、厚薄一次成型：對一些壁厚差異大的制品通過氣輔技術可一次成型：8、提高模具壽命：降低模腔內壓力，使模具損耗減少，提高工作壽命：9、降低模具成本：減少射入點，氣道取代熱流道從而使模具成本降低；10、消除凹陷縮水：沿筋板和根部氣道增加了剛度，不必考慮縮痕問題。樹脂傳遞模塑成型（RTM）的成型原理、特點、及應用前景：RTM的基本原理是將玻璃纖維增強材料鋪放到閉模具的模腔內，用壓力將樹脂膠液注入模腔，浸透玻纖增強材料，然后固化，脫模成型制品。RTM成型技術的特點：1、可以制造兩面光的制品；2、成型效率高，適合中等規(guī)模的玻璃鋼產品生產（20000件/年內）；3、RTM為閉模操作，不污染環(huán)境；不損害健康；4、增強材料可任意方向鋪放，容易實現按制品受力狀況合理鋪放增強材料；5、原材料及能源消耗少；6、建廠投資少。RTM技術適用范圍（見課件）很廣，目前已廣泛用于建筑、交通、電訊、衛(wèi)生、航空航天等工業(yè)領域。已開發(fā)的產品有：汽車殼體及部件、娛樂車構件、螺旋槳、天線罩、機器罩、浴盆、淋浴間、游泳池板、座椅、水箱、電話亭、電線桿、小型游艇等。RTM成型、手糊成型、噴射成型、SMC成型四者的優(yōu)缺點比較：RTM的基本原理是將玻璃纖維增強材料鋪放到閉模的模腔內，用壓力將樹脂膠液注入模腔，浸透玻纖增強材料，然后固化，脫模成型制品。RTM成型技術的特點：①可以制造兩面光的制品；②成型效率高，適合于中等規(guī)模的玻璃鋼產品生產（20000件/年以內）；③RTM為閉模操作，不污染環(huán)境，不損害工人健康；④增強材料可以任意方向鋪放，容易實現按制品受力狀況例題鋪放增強材料；⑤原材料及能源消耗少；⑥建廠投資少，上馬快。手糊成型工藝又稱接觸成型工藝。是手工作業(yè)把玻璃纖維織物和樹脂交替鋪在模具上，然后固化成型為玻璃鋼制品的工藝。優(yōu)點是成型不受產品尺寸和形狀限制，適宜尺寸大、批量小、形狀復雜的產品的生產。設備簡單、投資少、見效快。適宜我國鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)的發(fā)展。且工藝簡單、生產技術易掌握，只需經過短期培訓即可進行生產。易于滿足產品設計需要，可在產品不同部位任意增補增強材料；制品的樹脂含量高，耐腐蝕性能好。缺點是生產效率低、速度慢、生產周期長、不宜大批量生產。且產品質量不易控制，性能穩(wěn)定性不高。產品力學性能較低。生產環(huán)境差、氣味大、加工時粉塵多，易對施工人員造成傷害。噴射成型工藝是將混有引發(fā)劑和促進劑的兩種聚酯分別從噴槍兩側噴出，同時將切斷的玻纖粗紗，由噴槍中心噴出，使其與樹脂均勻混合，沉積到模具上，當沉積到一定厚度時，用輥輪壓實，使纖維浸透樹脂，排除氣泡，固化后成制品。噴射成型的優(yōu)點：①用玻纖粗紗代替織物，可降低材料成本；②生產效率比手糊的高2～4倍；③產品整體性好，無接縫，層間剪切強度高，樹脂含量高，抗腐蝕、耐滲漏性好；④可減少飛邊，裁布屑及剩余膠液的消耗；⑤產品尺寸、形狀不受限制。其缺點為：①樹脂含量高，制品強度低；②產品只能做到單面光滑；③污染環(huán)境，有害工人健康。片狀模塑料SMC的成型工藝主要有以下兩類：①將玻纖含量為

25％～40％（根據具體要求而定）的SMC片材，按產品形狀要求剪裁成一定的尺寸，揭去兩面的PE薄膜，按一定要求疊放在熱的對模上進行加壓加溫成型；②先在熱模內按要求鋪放好一定量（根據玻纖含量要求而定）的連續(xù)玻纖預成型氈，然后將不含玻纖或僅含少量玻纖（一般為5％以下）的SMC片材經剪裁、撕去薄膜后疊放在預成型氈上，最后鋪上一層表面氈。在較慢的合模（約需lmin)下使材料流動而安全浸透預成型氈，并在加溫加壓下固化成型。

后一類工藝的最大特點是：可在成型前改變預成型氈的鋪設和局部纖維含量，來滿足制件局部的高強度要求，并獲得總體強度高于前一類工藝的制品。SMC工藝的特點是：(1)操作方便。整個生產過程易實現機械化、自動化，生產效率高，改善了濕法成型的作業(yè)環(huán)境和勞動條件。(2)產品的可沒計性強。可通過改變組份的種類和配方，改變成型工藝來滿足不同產品的不同要求。如耐腐蝕、絕緣、絕熱、零收縮、柔性、低密度、高強、A級表面、抗靜電等等。(3)成型流動性好?？沙尚徒Y構復雜的產品，特別適合制作大型薄殼異形制品。能實現制品變厚度，帶嵌件、孔洞、凸臺、加強筋、螺紋等功能。(4)產品內外光潔，尺寸準確，適合制作汽車外圍件，電氣零部件，機械部件，防腐容器等產品。適合大規(guī)模生產，成本較低。(5)增強材料在生產與成型過程中均無損傷，長度均勻，制品強度較高，可進行輕型結構化設計，色彩艷麗。SMC工藝也有其不足之處，主要是SMC機組、壓機、模具要求高投入，同時，生產技術要求較高。5、微孔注射發(fā)泡成型原理、特點、應用現狀：在傳統(tǒng)的結構發(fā)泡注射成型中，通常采用化學發(fā)泡劑，由于其產生的發(fā)泡壓力較低，生產的制件在壁厚和形狀方面受到限制。微孔發(fā)泡注射成型采用超臨界的惰性氣體受到限制。微孔發(fā)泡注射成型采用超臨界的惰性氣體（CO2、N2）作為物理發(fā)泡劑．其工藝過程分為四步：（1）氣體溶解：將惰性氣體的超臨界液體通過安裝在構簡上的注射器注人聚合物熔體中，形成均相聚合物/氣體體系；（2）成核：充模過程中氣體因壓力下降從聚合物中析出而形成大量均勻氣核；（3）氣泡長大：氣在精確的溫度和壓力控制大；（4）定型：當氣泡長大到一定尺寸時，冷卻定型。微孔發(fā)泡與一般的物理發(fā)泡有較大的不同。首先，微孔發(fā)泡加工過程中需要大量惰性氣體如CO2、N2溶解于聚合物，使氣體在聚合物呈飽和狀態(tài)，采用一般物理發(fā)泡加工方法不可能在聚合物一氣體均相體系中達到這