1、3.10 氣體輔助注 塑 成 型,四川大學高分子學院,內 容,概 述 氣輔成型中的制品設計原則 氣輔成型的模具設計,3.10.1 概 述,什么是氣體輔助注塑成型？,工藝過程,成型方法包括短射(short shot)和滿射(full shot),工藝過程-短射,塑料熔體并未注滿型腔,只注滿型腔的50%90%就開始進氣;對薄壁的制品最好還是用滿射成型的方法.,FLASH,工藝過程-滿射,滿射成型是在塑料熔體完全充滿型腔后才開始注入氣體，樹脂由于冷卻收縮而讓出一條流動通道，氣體沿通道進行二次穿透，不但能彌補塑料的收縮，而且靠氣體壓力進行保壓效果更好，所形成的氣體通道的尺寸必然與制品體積和塑料收縮率成

2、一定比例。,氣輔成型優(yōu)點,氣體保壓壓力梯度很小，保壓效果更好； 制品的內應力小，減小壁厚差異大的制品的翹曲變形； 能消除表面的凹陷，表面光滑； 減少了進料點，故熔結痕減少； 可以成型流動長度更大的薄壁制品； 塑件尺寸精度和形位精度高； 節(jié)約原料，最高可達4050； 可使厚壁制品的生產周期縮短50%甚至更多； 采用短射技術使注塑壓力降低，氣輔注塑壓力約725MPa，而普通注塑為 4080MPa或更高； 鎖模力大幅度降低。,氣體輔助注塑成型的優(yōu)點是什么？,氣輔成型缺點,額外費用：氣體、控制單元、針閥等； 制品橫截面的壁厚不一致； 從進料到進氣轉換時會在制品表面產生痕跡； 不易改變原料和壁厚； 通常

3、進氣點是向外開放式的； 用于多腔模時，會有不小的困難； 中空截面形狀通常難以預測； 熔合線位置也難以預測；,氣體輔助注塑成型的缺點是什么？,制品和模具設計,制品設計的特點是：設計者的自由度大,制品壁厚可相差懸殊，這樣就可把普通注塑時由多個零件組裝而成的制品重新設計成一體。采用粗大的加強筋作為氣體通道，制品剛性好，澆口數(shù)目減少。 制品和模具設計的重要問題是根據(jù)所成型制品形狀決定塑料熔體進澆位置、氣體入口位置和氣道的位置。 較早期的氣輔注塑成型，氣體注入口與塑料熔體澆口同在一處，現(xiàn)在氣體入口可根據(jù)需要設置，在任意時間進入塑件的任何部位。氣輔注塑成型可以成型許多用普通注塑成型方法不能或難以成型的制品

4、。,適用的制品,適宜成型的制品,適宜成型的制品,適宜成型的制品,例子:一條形帶翼的制品,澆口在一端的中心,兩邊有加強盤筋,兩側有兩個進氣口,在加強筋中心分別形成了矩形和三角形的氣體通道.,適宜成型的制品,例子:美國生產的31英寸彩電，原料為HIPS,由于有對稱的兩個互不相通的半環(huán)形氣道傳遞壓力,使?jié)部跀?shù)量減少,僅為一個,由于壁厚減薄使總重量減輕了43，循環(huán)時間縮短51，合模力減少了30。,適宜成型的制品,大型的、厚薄不均的復雜塑件 采用普通注塑成型，這類塑料制品是不可能一次成型的，只能分解成大小不同厚薄相近的零件分別成型，然后再組合在一起，工藝過程極為麻煩。由于氣輔注塑能成型投影面積大，而且厚

5、薄相差懸殊的塑料制品，據(jù)此可以重新進行制品設計，將多個零件合成一體一次成型。電視機前框可作為一個例子。,適宜成型的制品,例子:電視機前框改為氣輔注塑成型，制件經重新設計后，重量減輕了26，零件數(shù)減少了54。,適宜成型的制品,例子:馬自達汽車保險杠。用氣輔成型克服了表面凹陷，用填充PP制造的保險杠增加了加強筋后其剛性增加60，減震器也不再需要了。壁厚僅2.8mm，比多個零件組合構成的前后保險杠分別減輕了37及24的重量。,洗衣機,制品旋轉冀的根部的厚度是壁厚的3.5倍，決定了注塑成型的周期,因此希望用氣輔成型.,洗衣機例子,模擬軟件預測到了與實際一樣的氣體穿透-手指效應.,洗衣機例子,塑料溫度的

6、 降低使成型周期從70S到43S減少了38%。,洗衣機例子,體積收縮的減少提高了制品的圓度50%至75%；制品重量減少了12%.,托盤,管,鏟子,把手,把手,Philips醫(yī)用器材零件,方向盤,卡車前部零件,外裝飾條,剪草機的扶手,車內抓緊用的手柄,鍵,調節(jié)椅子用的操縱桿,調節(jié)車用變速器的操縱桿,進氣閥結構,Cinpres 公司進氣閥例子,內 容,概 述 氣輔成型中的制品設計原則 氣輔成型的模具設計,(氣輔)制品設計原則,塑料的氣道部分和實心部分的壁厚應相差懸殊，以確保氣體在預定的通道內流動，而不會進入鄰近的實心部分，如果氣體穿透到實心部位將其淘空，則產生所謂的手指效應，這將影響制品的總體強度

7、和剛性。,(氣輔)制品設計原則,塑件的壁厚除了棒狀手把類制品外，對于非氣體通道的平板區(qū)而言壁厚不宜大于3.5mm。壁厚過大也會使氣體穿透到平板區(qū)，產生手指效應。,內 容,概 述 氣輔成型中的制品設計原則 氣輔成型的模具設計,進氣方式,通過機器的噴咀進氣,通過模具型腔進氣,通過模具中的流道進氣,進氣方式,通過機器的噴咀,進氣方式,通過模具內進氣,進氣位置,通過模具型腔進氣,進氣位置,通過模具型腔進氣,制品形狀-加強筋,普通塑件加強筋的厚度應比塑件主體壁厚薄(約為其一半)，即使這樣也免不了在加強筋所在壁的對面產生凹陷，因此應盡量少采用。在氣輔注塑中加強筋可設計得比塑件主體壁厚大得多，作為氣體通路，

8、不但可避免產生凹陷，而且可大大地增加塑件的剛度，粗大的加強筋通常不會增加制品總重，因為平板部分可減薄，在筋中的大量氣體也可減輕重量。,氣道形狀與筋的關系,參考下面的數(shù)據(jù)或許可以避免手指效應和縮痕。,氣道形狀與筋,氣體輔助注塑成型制品上筋的設計參考，s為塑件主體的壁厚。,氣道形狀與筋,氣道形狀與筋,下面是復印機門的例子,3mm的壁厚也沒產生手指效應,當然這還與材料與氣道的尺寸有關.,氣道形狀與筋,氣道的末端應該漸變,不要突然結束,否則氣體可能進入薄壁處或者出現(xiàn)縮痕.,制品形狀-橫截面,棒狀制品,制品形狀-橫截面,棒狀制品,制品形狀-長度,制品形狀-圓角,氣道布局-平板制品,氣道布局不好可能導致手

9、指效應或者氣體沖破制品表面。,氣道布局-平板制品,一般一個進氣點只充填一個氣道,如果多個氣道相交可能導致熔結痕和縮痕.,氣道布局,氣道長度-預填充熔體量,氣道長度,控制氣體穿透長度的辦法還有過溢出法或特殊的抽模芯法。過溢出法可較準確地控制氣體通道長度.,FLASH,FLASH,氣道長度,下圖為抽模芯法形成和控制氣體通道的模具.,FLASH,氣道長度,滿射成型時氣體通道是由于塑料熔體冷卻收縮形成的，所形成氣道長度主要取決于原材料體積收縮率，體積大小和氣道斷面尺寸，對于ABS、聚苯乙烯類塑料雖然其模塑收縮率只有0.60.8，但注塑時熔體體積收縮率仍有10。對于PE、PP類塑料其體積收縮率可達20，

10、即氣體約占20體積。,氣道長度,如圖所示的制品總體積為100單位體積單位，用PP成型時體積收縮率為20%,如果氣體通道橫截面積為1個單位面積,則氣道的長度為20個單位,能滿足要求.但對體積收縮率為10%的ABS則達不到要求.可以把氣道的外圍尺寸設計成1X1單位面積,則氣道的尺寸變成0.5個單位面積.這樣便能使氣道的長度變成20個單位。,翹曲和變形,氣輔成型能消除制品的翹曲和變形嗎？,翹曲和變形,剩余壁厚-注入樹脂量,太少,太多,剩余壁厚-注入樹脂量,剩余壁厚-模溫,以PC（Makrolon 2458）為例子，模溫變化大于 30C而制品的壁厚基本上不變，平均壁厚的改變量僅 0.02mm.,剩余壁

11、厚-熔體溫度和粘度,以 Durethan PA6 為例，熔休溫度增加50C對制品的壁厚也只稍微有點影響，盡管相應的粘度變化量達到了 65%；再用改變材料的方法，使粘度增加一倍后，制品的剩余壁厚也基本上沒什么變化。所以結論是：這兩個參數(shù)似乎對制品的剩余壁厚影響不是很明顯。,剩余壁厚-熔體溫度,對PC（ Makrolon 2458）有相似的結果，盡管制品的剩余壁厚要隨熔體溫度的增加而減小，但也只有不到0.5mm.,剩余壁厚-氣壓,對PC（ Makrolon 2458）的實驗結果顯示：即使氣壓增加了一倍，而制品的剩余壁厚也基本上沒什么變化。,剩余壁厚-氣體延遲時間,延遲時間較短時，對制品的壁厚影響不

12、大，而延遲時間較長時也基本上只是增加了進氣前的塑料凍結層的厚度。,剩余壁厚-氣體延遲時間,對PC（ Makrolon 2458）的實驗結構顯示：延遲時間的增加肯定會稍微增加制品的剩余壁厚，但下圖中只增加不到0.40mm.,剩余壁厚-材料,下圖表明，材料對制品的剩余壁厚有比較明顯的影響。,剩余壁厚-填料,下圖表明了礦物和纖維等填料對PA氣輔成型制品的剩余壁厚的影響程度。,剩余壁厚-制品形狀,型腔的橫截面積對制品的剩余壁厚有比較大的影響，一般是截面積越大則剩余壁厚也越大.,Weld line,傳統(tǒng)的預測熔結痕的方法對氣輔成型不適用.,可能的問題-氣道太短,可能的問題-氣道太短,解決方案：,減少熔體

13、注入量,減少延遲時間,增加氣體壓力,注意模具排氣,增加澆口尺寸,可能的問題-短射,可能的問題-短射,解決方案：,增加熔體注入量,提高噴咀溫度,提 高 背 壓,增加氣體壓力,保持氣針未堵,檢查氣體是否用完,注意模具排氣,增加澆口和流道尺寸,增加氣體進入口尺寸,可能的問題-氣體沖破,可能的問題-氣體沖破,解決方案：,增加熔體注入量,增加延遲時間,降低氣體壓力,增加注射速度,增加熔體溫度,可能的問題-內部起泡,原因是氣體進入了熔體里.,可能的問題-內部起泡,解決方案：,增加氣體保壓時間,緩慢地釋放氣體,增加延遲時間,降低氣體壓力,保持材料干燥,降低熔體溫度,改變塑料材料,可能的問題-手指效應,可能的問題-手指效應,解決方案：,增加熔體注入量,增加氣體注入時間,增加氣體延遲時間,降低氣體壓力,增加氣道高度尺寸,減小主要壁厚尺寸,可能的問題-制品破裂,澆口封閉，氣體尚未排除的結果。,可能的問題-制品破裂,解決方案：,改善氣體的排除方法,影響氣輔成型的五因素,Material Data Rheological Behavior Thermal Behavior,Part Geometry Categories Injection Point Location Part Design,Process Parameters Del