氣體輔助注射成型及其影響因素2006-6-916:34:10

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1、氣輔注射成型原理及其工藝過程[1]氣輔注射成型最早是由“塑料發(fā)泡”派生出來的一門技術(shù)，它來源于“發(fā)泡”這一概念。它的基本過程如圖1所示，首先把一定量的塑料熔體（一般為模腔的70%~96%，根據(jù)產(chǎn)品的具體情況確定其百分比）注射到模腔中，然后將定值壓力或定量體積的惰性氣體（一般為氮?dú)猓蚱湟子谌〉貌⑶覂r(jià)格低廉）通過附加的氣道注入模腔里，借助于氣體壓力的作用來推動塑料熔體運(yùn)動、從而使熔體充滿模具的整個型腔。由于靠近模腔表面的塑料熔體溫度低、黏度大、表面張力提高、抵抗流動的阻力增加，而處于中心部位的塑料熔體溫度最高、黏度最低、抵抗流動的阻力小，因而氣體易在中心部位形成空腔，使制品膨脹緊貼于模腔壁面，從而得到表面質(zhì)量優(yōu)良的產(chǎn)品。氣輔注射成型與“塑料發(fā)泡”相比，更易于控制，而且外表面不會出現(xiàn)由發(fā)泡造成的缺陷，適用于所有熱塑性塑料（增強(qiáng)或未增強(qiáng)）、部分熱固性塑料以及一般的工程塑料，但對于一些極柔軟的塑料結(jié)果還不能令人滿意。氣輔注射成型的周期一般可分為6個階段：（1）塑料熔體填充階段塑料熔體首先由澆口注入模具型腔，一般熔體填充至模具型腔體積的70%~96%時，停止熔體注射，該過程被稱為“缺料注射”。具體注射的塑料熔體量由經(jīng)驗(yàn)或進(jìn)行模擬充填來確定。注入量過大，不能體現(xiàn)氣輔注射成型充氣減重、改善制品質(zhì)量和節(jié)省生產(chǎn)成本的作用，注入量過小，填充較晚的部分熔體在注氣后易被吹穿，從而造成氣輔注射成型的失敗。這一階段與傳統(tǒng)注射成型基本相同，只是在傳統(tǒng)注射成型時塑料熔體充滿整個模具型腔而氣輔注射成型時塑料熔體只填充部分模具型腔，其余部分須依靠氣體來補(bǔ)充。（2）延遲時間階段這是指塑料熔體注射結(jié)束到氣體注射開始的一段時間，這一段時間稱延遲時間，其過程非常短暫。延遲時間對氣輔注射成型制品的質(zhì)量有重要影響，通過延遲時間的改變可以改變制品氣道處的熔體厚度分?jǐn)?shù)。（3）氣體注射階段這是指從氣體開始注射到整個模具型腔充滿的一段時間，這一階段相對整個成型周期來說雖然很短，但是對于塑料制品的成型質(zhì)量卻非常重要。控制不好會產(chǎn)生許多缺陷，如產(chǎn)生氣穴、熔體前沿吹穿，注射不足和氣體向較薄的部分滲透等缺陷。（4）氣體保壓階段氣體壓力保持不變或略有升高使氣體在塑料熔體內(nèi)部繼續(xù)穿透（稱二次穿透）以補(bǔ)償塑料熔體冷卻引起的材料收縮。（5）氣體釋放階段隨著冷卻周期的完成，氣體入口壓力降為大氣壓，排出氣體，其中約70%的氣體可以重復(fù)利用。（6）頂出階段當(dāng)塑料制品冷卻到具有一定剛度和強(qiáng)度后開模將其頂出，完成一個工藝循環(huán)過程。2、氣輔注射成型的優(yōu)點(diǎn)[2-4]氣輔注射成型工藝與傳統(tǒng)注射成型工藝相比較具有如下突出優(yōu)點(diǎn)。（1）可以保證壁厚差異較大的塑料制品的成型質(zhì)量。傳統(tǒng)注射成型制品的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則之一就是制品的壁厚需相對均勻，否則制品在出模后因各部分收縮的不均勻會導(dǎo)致制品產(chǎn)生嚴(yán)重的翹曲變形，而氣輔注射成型則可以通過將制品的厚壁處“挖空”形成氣道，從而保證壁厚差異較大制品的成型質(zhì)量。由于氣輔注射成型具有這種特性，所以氣輔注射成型制品在設(shè)計(jì)上自由度較大，可簡化制品的形狀，將在傳統(tǒng)注射成型中因?yàn)橹破繁诤癫町愝^大分成幾個零件成型然后組合的制品，實(shí)現(xiàn)一體成型，從而簡化工藝，降低生產(chǎn)成本。（2）成型所需注射壓力相對比較低。氣輔注射成型技術(shù)是采用“缺料”注射填充型腔，并且由于氣體能有效傳遞壓力，所以需要的注射壓力較低，僅為傳統(tǒng)注射成型注射壓力的10%~75%，相應(yīng)的鎖模力也僅為傳統(tǒng)注射成型的10%~75%，從而大大降低設(shè)備的費(fèi)用和節(jié)省能源。（3）可以消除制品在冷卻時因收縮而造成的表面縮痕，提高塑料制品的表面質(zhì)量。在傳統(tǒng)注射成型中，由于在保壓階段熔體收縮得不到補(bǔ)償，從而造成制品表面縮痕。而在氣輔注射成型中，由于氣體壓力的作用，收縮的部分可以由熔體芯部的部分來補(bǔ)償，從而使得塑料熔體緊貼模具壁，保證了制品的表面質(zhì)量。（4）氣輔注射成型可以減小塑料制品成型的內(nèi)應(yīng)力，從而減小塑料制品的翹曲變形。采用傳統(tǒng)注射成型需要很高的注射壓力，才能使塑料熔體填滿整個模具型腔，并且因?yàn)閺臐部谔幹撂畛淠┒说膲毫μ荻群艽蠖a(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，而氣輔注射成型能大大降低注射壓力，從而減小制品的內(nèi)應(yīng)力。（5）氣輔注射成型可以通過增設(shè)附加的加強(qiáng)筋來提高塑料制品的強(qiáng)度和剛度。采用氣輔注射成型技術(shù)可以在制品上設(shè)置中空的加強(qiáng)筋，即通過設(shè)計(jì)氣道增加制品截面的慣性矩，可做到不增加制件重量，而又能提高制品的剛度和強(qiáng)度。3、氣輔注射成型的影響因素[5]氣輔注射成型雖然具有很多優(yōu)點(diǎn)，但由于在成型過程中增加了注入氣體這一過程，也使得更多因素影響氣輔成型的結(jié)果，如產(chǎn)品的形狀、氣道的布置及其截面形狀、熔體的預(yù)注射量、熔體注射溫度、氣體注射的延遲時間、熔體及氣體的注射壓力、保壓時間、冷卻時間等。下面逐一討論各工藝參數(shù)對氣輔注射成型的影響，主要以氣體穿透深度為衡量指標(biāo)。3.1熔體注射溫度的影響實(shí)驗(yàn)研究表明塑料熔體溫度是影響氣輔注射成型的一個重要參數(shù)。國外有學(xué)者做過這方面的試驗(yàn)，得出的結(jié)論不盡相同。有的結(jié)論是氣體在熔體里的穿透長度隨著熔體溫度的增加而增加，而有的卻相反。這是因?yàn)槎未┩笇?shí)驗(yàn)結(jié)果的影響而造成的。所謂二次穿透就是當(dāng)模具型腔被熔體填滿以后，在保壓階段，由于熔體的冷卻收縮，氣體在熔體里的穿透長度。本文不考慮氣體在熔體中的二次穿透，僅僅考慮氣體填充階段的氣體穿透長度與熔體溫度的關(guān)系。用PP作注塑材料，通過CAE分析，氣體穿透深度隨著熔體溫度的增加而減小，當(dāng)溫度值增加到一定的范圍內(nèi)，氣體穿透深度隨溫度變化趨于緩和。從流變學(xué)角度分析，這是因?yàn)殡S著溫度升高，熔體黏度會變小,從而熔體流動阻力變小，氣體就容易推動更多的熔體，使氣道的橫截面積增大，由于熔體的體積不變，從而造成氣體穿透深度減小。熔體厚度分?jǐn)?shù)為熔體的厚度與模具型腔半徑之比，如圖2所示，大小為a/b。溫度升高時，熔體被氣體推走得更多，因而熔體厚度分?jǐn)?shù)隨著熔體溫度的升高而減小,即氣體穿透的截面變大，而熔體的體積可以近似看作不變，故氣體穿透的長度變短。氣體穿透深度隨熔體溫度升高而減小。溫度升高，一方面有利于熔體的流動，這對成型有利，但另一方面溫度太高，氣體進(jìn)入薄壁的機(jī)會增加，因而很容易發(fā)生熔體吹穿和薄壁穿透現(xiàn)象，并且溫度升高會增加冷卻時間，從而使生產(chǎn)周期增長，不利于生產(chǎn)率的提高。塑膠熔體是一種黏彈性熔體，其黏度是隨著溫度的變化而變化，而黏度是表征流體流動的重要參數(shù)。溫度對氣輔注射成型的影響實(shí)際上是通過影響熔體黏度而發(fā)生的，實(shí)驗(yàn)研究還表明溫度對氣輔注射成型過程的影響規(guī)律還與其他工藝參數(shù)的選擇有很大關(guān)系。3.2氣體注射壓力的影響[3]

氣體注射壓力是氣輔注射成型特有的參數(shù)，很多情況下制品的缺陷是由于氣體注射壓力的不適當(dāng)造成的。氣體注射壓力對氣輔注射成型的影響和熔體溫度對氣輔注射成型的影響相似，氣體穿透深度也是隨著氣體注射壓力提高而減小。這是因?yàn)闅怏w壓力增高，會產(chǎn)生更大的壓力梯度，從而使得熔體推進(jìn)的速度提高，這樣氣體就會向前推動更多的塑料熔體，造成更薄的熔體厚度，也就是塑料熔體被更多地推向型腔未填充的地方，但由于模具型腔里熔體體積近似不變，故氣體的穿透深度自然就減小。[下一頁]氣輔成型技術(shù)在注塑業(yè)中又稱氣體輔助住宿和中空成型，在近10年來發(fā)展起來的革新成型技術(shù)，也可說是注塑技術(shù)的第二次革命。目前該技術(shù)主要用于汽車、大型家電等大件注塑行業(yè)。其主要原理是：先注入一定量的熔融塑膠（通常為90%-98%,以產(chǎn)品的總膠量而言）可通過分析計(jì)算+經(jīng)驗(yàn)。然后再在熔融塑膠內(nèi)注入高壓氮?dú)?，高壓氮?dú)庠谌廴诘乃苣z內(nèi)沿預(yù)設(shè)的路徑形成氣道（最好是和流向一致當(dāng)然有特殊具體情況你決定）。使不到100%的熔融塑膠充滿整個模腔，此后進(jìn)入保壓階段，同時冷卻，最后排氣、脫模。高壓氮?dú)膺M(jìn)入塑料后自然會穿越粘度低（溫度高）和低壓的部位，并中在冷卻過程中利用氣體高壓來保壓而緊貼模具壁成型。此項(xiàng)技術(shù)除需傳統(tǒng)注塑設(shè)備外，還需所體輔助注塑控制系統(tǒng)（新科益有MDI控制器）。與傳統(tǒng)的注塑成型相比，氣體輔助注塑成型有下列優(yōu)點(diǎn)：1.減少內(nèi)部的殘留應(yīng)力，從而減弱甚至完全消除翹曲變形狀況，同時增加其機(jī)械強(qiáng)度和剛性。2.成品壁厚部分的中央是中空的，可以減少原料，特別是短射和中空型的模具，塑料最多可以節(jié)約達(dá)30％。3.減少或消除加強(qiáng)筋造成的表現(xiàn)收縮凹陷現(xiàn)象。4.降低制品的收縮不均，提高制品的精密度。5.設(shè)備耗減，大量減少鎖模力，可以用小噸位的注塑機(jī)替代大噸位的注塑機(jī)。6.利用氣道來形成加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，提高成品的強(qiáng)度。7.減少射入點(diǎn)。8.縮短成期。9.厚薄比大的制品也能通過氣輔一次成型。10。改變傳統(tǒng)成品設(shè)計(jì)觀念，能使用一體化設(shè)計(jì)來減少附屬的零組件。缺點(diǎn)：1.由于所體具有壓縮特征因而不容易作精確控制，加上對周圍操作環(huán)境敏感，因此工藝的重復(fù)性與穩(wěn)定性比傳統(tǒng)工藝差。2.國內(nèi)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)問題導(dǎo)致資源較浪費(fèi)（廢品率高）。目前用于的產(chǎn)品有：汽車門把手、座椅、保險(xiǎn)杠、門板、電視機(jī)外客、空調(diào)、冰箱、馬桶........你說呢曾做過：汽車門把手、門板、雪上摩托前罩三類7款。氣體輔助注塑成型的預(yù)注塑部分與普通注塑成型一樣，主要增加了一個氮?dú)庾⑸浜突厥障到y(tǒng)。根據(jù)注氣壓力產(chǎn)生方式的不同，目前，常用的氣體注射裝置有以下兩種：（1）不連續(xù)壓力產(chǎn)生法即體積控制法，如Cinpres公司的設(shè)備，它首先往汽缸中注入一定體積的氣體（通常是氮?dú)猓?，然后采用液壓裝置壓縮，使氣體壓力達(dá)到設(shè)定值時才進(jìn)行注射充填。大多數(shù)的氣輔注塑成型機(jī)械都采用這種方法，但該法不能保持恒定的高壓力。（2）連續(xù)壓力產(chǎn)生法即壓力控制法，如Battenfeld公司的設(shè)備，它是利用一個專用的壓縮裝置來產(chǎn)生高壓氣體。該法能始終或分段保持壓力恒定，而且其氣體壓力分布可通過調(diào)控裝置來選擇設(shè)定。氣輔技術(shù)為許多原來無法用傳統(tǒng)工藝注射成型的制件采用注射成型提供了可能,在汽車、家電、家具、電子、日常用品、辦公自動化設(shè)備、建筑材料等幾乎所有塑料制件領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛地應(yīng)用,并且作為一項(xiàng)帶有挑戰(zhàn)性的新工藝為塑料成型開辟了全新的應(yīng)用領(lǐng)域。當(dāng)前,氣輔技術(shù)尤其適用于以下幾方面的注塑制品:管狀、棒狀制品:如手柄、掛鉤、椅子扶手、淋浴噴頭等，采用中空的結(jié)構(gòu),可在不影響制品功能和使用性能的前提下,大幅度節(jié)省原材料,縮短冷卻時間和生產(chǎn)周期。大型平板制件:如汽車儀表板、內(nèi)飾件格柵、商用機(jī)器的外罩及拋物線形衛(wèi)生天線等。通過在制件內(nèi)設(shè)置內(nèi)置式氣道,可以顯著提高制品的剛度和表面質(zhì)量,減少翹曲變形和表面凹陷,且大幅度地降低鎖模力,實(shí)現(xiàn)在較小的機(jī)器上成型較