气体辅助注射成型技术原理及应用.doc

气体辅助注射成型技术原理及应用

2005-09-2011:06:10
本文详细介绍了气体辅助注射成型技术的工艺过程与装备，分析了气体辅助注射成型的特点和应用，并对气体辅助注射成型CAE技术作了简要说明。
◆华中科技大学模具技术国家重点实验室黄志高周华民◆广东科龙模具有限公司余敏霞气体辅助注射成型(Gas-AssistedInjectionMolding,GAIM)技术最早可追溯到20世纪70年代，该技术在20世纪80年代末得到了完善并实现了商品化。从20世纪90年代开始，作为一项成功的技术，气体辅助注射成型技术在美、日、欧等发达国家和地区得到了广泛应用。目前该技术主要被应用在家电、汽车、家具、日常用品、办公用品等加工领域中。气体辅助注射成型技术的工艺过程气体辅助注射成型技术的工艺过程是：先向模具型腔中注入塑料熔体，再向塑料熔体中注入压缩气体。借助气体的作用，推动塑料熔体充填到模具型腔的各个部分,使塑件最后形成中空断面而保持完整外形。与普通注射成型相比，这一过程多了一个气体注射阶段，且制品脱模前由气体而非塑料熔体的注射压力进行保压。在成型后的制品中，由气体形成的中空部分被称为气道。由于具有廉价、易得且不与塑料熔体发生反应的优点，因此一般所使用的压缩气体为氮气。根据具体工艺过程的不同，气体辅助注射成型可分为标准成型法、副腔成型法、熔体回流法和活动型芯法四种。1、标准成型法标准成型法是先向模具型腔中注入经准确计量的塑料熔体（如图1a所示)，再通过浇口和流道注入压缩气体。气体在型腔中塑料熔体的包围下沿阻力最小的方向扩散前进，对塑料熔体进行穿透和排空（如图1b所示），最后推动塑料熔体充满整个模具型腔并进行保压冷却（如图1c所示)，待塑料制品冷却到具有一定刚度和强度后，开模将其顶出(如图1d所示)。2、副腔成型法副腔成型法是在模具型腔之外设置一个可与型腔相通的副型腔。首先关闭副型腔，向型腔中注射塑料熔体，直到型腔充满并进行保压(如图2a所示)。然后开启副型腔，向型腔内注入气体。由于气体的穿透，使多余出来的熔体流入副型腔(如图2b所示)。当气体穿透到一定程度时，关闭副型腔，升高气体压力以对型腔中的熔体进行保压补缩(如图2c所示),最后开模顶出制品(如图2d所示)。3、熔体回流法熔体回流法与副腔成型法类似，所不同的是模具没有副型腔。气体注入时，多余的熔体不是流入副型腔，而是流回注射机的料筒,如图3所示。4、活动型芯法活动型芯法是在模具型腔中设置活动型芯。首先使活动型芯位于最长伸出位置，向型腔中注射塑料熔体，直到型腔充满并进行保压(如图4a所示)。然后注入气体，活动型芯从型腔中逐渐退出以让出所需的空间(如图4b所示)。待活动型芯退到最短伸出位置时，升高气体压力实现保压补缩（如图4c所示）,最后制品脱模（如图4d所示）。
气体辅助注射成型技术的设备配置气体辅助注射成型技术所需配置的设备主要包括注射机、气体压力控制单元和供气及回收装置。1、注射机气体辅助注射成型对注射机的注射量和注射压力的精度要求较高。一般情况下，要求注射机的注射量精度误差应在±0.5%以内，注射压力波动相对稳定，控制系统能和气体压力控制单元匹配。此外，气体辅助注射成型有时要求注射机使用弹弓射嘴以防止熔体倒流，并通过反映螺杆行程的位移触发器(电子尺)触发气体压力控制单元。2、气体压力控制单元气体压力控制单元包括压力控制阀和电子控制系统，有固定式和移载式两种。固定式气体压力控制单元是将压力控制阀直接安装在注射机上，将电子控制系统直接安装在注射机控制箱内，即气体压力控制单元和注射机连为一体。移载式气体压力控制单元是将压力阀和电子控制系统做在一套控制箱内，使其在不同的情况下能和不同的注射机搭配使用，如图5所示。3、供气和回收装置供气装置由备用氮气罐、氮气发生器、低压氮气罐、增压装置和高压氮气罐组成。氮气发生器制备的氮气首先进入低压罐，然后经增压装置进入高压罐，高压氮气再经由气体压力控制单元按设定压力进入模具。回收装置用于回收气体注射通路中残留的氮气，回收后的氮气进入低压罐。氮气发生器如图6所示。
气体辅助注射成型技术的特点传统的注射成型不能将制品的厚壁部分与薄壁部分结合在一起成型，而且由于制件的残余应力大，易翘曲变形，表面有时还会有缩痕。通常，结构发泡成型的缺点是，制件表面的气穴往往因化学发泡助剂过分充气而造成气泡，而且装饰应用时需要喷涂。气体辅助注射成型则将结构发泡成型与传统的注射成型的优点结合在一起，可在保证产品质量的前提下大幅度降低生产成本，具有良好的经济效益。气体辅助注射成型技术的优点主要体现在：●所需注射压力小。气体辅助注射成型可以大幅度降低对注射机吨位的要求，使注射机投资成本降低，电力消耗下降，操作成本减少。此外，由于模腔内压力的降低，还可以减少模具损伤，并降低对模具壁厚的