气体辅助技术介绍.doc

1. 气体辅助注塑成型技术简介气体辅助注塑成型技术是一项新兴的塑料注射成型技术，其原理是利用高压气体在塑件内部产生中空截面，利用气体保压代替塑料注射保压，消除制品缩痕，完成注射成型过程。气体辅助注塑成型的工艺过程主要包括塑料熔体注射、气体注射、气体保压三个阶段。根据熔体注射量的不同，又分为短射和满射两种方式，在短射方式中，气体首先推动熔体充满型腔，然后保压；在满射方式中，气体只起保压作用。气体辅助注塑技术的优点主要有：1）解决制件表面缩痕问题，能够大大提高制件的表面质量。2）局部加气道增厚可增加制件的强度和尺寸稳定性，并降低制品内应力，减少翘曲变形。3）节约原材料，最大可达40%50%。4）简化制品和模具设计，降低模具加工难度。5）降低模腔压力，减小锁模力，延长模具寿命。6）冷却加快，生产周期缩短。气体辅助注塑成型技术与普通注塑成型工艺相比，有着无可比拟的优势，被誉为注塑成型工艺的一次革命，在家电、汽车、家具、日常用品等几乎所有塑料制件领域得到广泛应用。在家电领域，电视机壳特别是大屏幕彩电前壳是最早也是最广泛采用气辅注塑成型技术的制品之一。3 气辅制品和模具设计基本原则（1） 设计时先考虑哪些壁厚处需要掏空，哪些表面的缩痕需要消除，再考虑如何连接这些部位成为气道。（2） 大的结构件：全面打薄，局部加厚为气道。（3） 气道应依循主要的料流方向均衡地配置到整个模腔上，同时应避免闭路式气道。（4） 气道的截面形状应接近圆形以使气体流动顺畅；气道的截面大小要合适，气道太小可能引起气体渗透，气道太大则会引起熔接痕或者气穴。（5） 气道应延伸到最后充填区域（一般在非外观面上），但不需延伸到型腔边缘。（6） 主气道应尽量简单，分支气道长度尽量相等，支气道末端可逐步缩小，以阻止气体加速。（7） 气道能直则不弯（弯越少越好），气道转角处应采用较大的圆角半径。（8） 对于多腔模具，每个型腔都需由独立的气嘴供气。（9） 若有可能，不让气体的推进有第二种选择。（10） 气体应局限于气道内，并穿透到气道的末端。（11） 精确的型腔尺寸非常重要。（12） 制品各部分匀称的冷却非常重要。（13） 采用浇口进气时，流动的平衡性对均匀的气体穿透非常重要。（14） 准确的熔胶注射量非常重要，每次注射量误差不应超过0.5%。（15） 在最后充填处设置溢料井，可促进气体穿透，增加气道掏空率，消除迟滞痕，稳定制品品质。而在型腔和溢料井之间加设阀浇口，可确保最后充填发生在溢料井内。（16） 气嘴进气时，小浇口可防止气体倒流入浇道。（17） 进浇口可置于薄壁处，并且和进气口保持30mm以上的距离，以避免气体渗透和倒流。（18） 气嘴应置于厚壁处，并位于离最后充填处最远的地方。（19） 气嘴出气口方向应尽量和料流方向一致。（20） 保持熔胶流动前沿以均衡速度推进，同时避免形成V字型熔胶流动前沿。（21） 采用缺料注射时，进气前未充填的型腔体积以不超过气道总体积的一半为准。（22） 采用满料注射时，应参照塑料的压力、比容和温度关系图，使气道总体积的一半约等于型腔内塑料的体积收缩量。4 气道截面形状及尺寸参数气辅模具中气道截面形式主要有拐角处、筋根部和气道连接段三种，如表1所示。表1 气道截面形式及参数说明气道截面形式 尺寸参数 说明L=（12）t2H=（12）t1R=（12）tr =（0.20.5）tt =（t1+t2）/2t1、t24 用于制件拐角处，根据制件结构具体选取截面形式，根据制件大小确定尺寸参数，制件大者取上限，制件小者取下限。B=（24）t1h=（0.50.7）BR=（0.50.7）Br =（0.20.5）t1H=（510）t1t2=（0.51）t1t14 用于制件加强筋根部，根据制件结构具体选取截面形式，根据制件大小确定尺寸参数，制件大者取上限，制件小者取下限。B=（24）tH=（0.50.7）BR=（0.50.7）Br =（0.20.5）t1t14 用于制件中气道的连接，截面形式和尺寸参数应与所连接的气道相一致。5 进气方式的确定原则气辅注塑成型的进气方式可分为喷嘴进气和模具进气两种，采用喷嘴进气需改造注塑机的喷嘴，使其既有熔体通路也有气体通路，在熔体注射结束后切换到气体通路实现气体注射；采用模具进气不需改造注塑机的喷嘴，但需在模具中开设气体通路并加设专门的进气元件（气针），在气体压力控制下工作，引导气体进入模具型腔。进气方式的选用要视制品的具体情况而定，采用喷嘴进气方式，塑料与气体通过同一流道并且流动填充方向一致，其原理与传统注塑几乎没有区别，而采用模具气针进气方式，会有气体的流动方向与塑料流动方向相反的情况，因此，在电视机前壳中使用喷嘴进气方式更为合理。模具气针进气方式一般用于热流道模具或制件需要加强部位离浇口比较远的情况，如电视机后壳模具及一些流长较大的长条形制品。6 模具进气元件的典型结构模具进气元件一般为气针，由针体和针阀组成，其装配关系和推荐尺寸见下页所示。由于气针在注射过程中容易被堵塞，为了便于拆卸清洗，气针一般都由模具正面装入。7 气辅成型常见问题及对策常见的气体辅助注塑制品缺陷包括表面凹陷、流痕、银纹、亮痕、迟滞痕，气体进入薄壁（手指效应），制品爆裂，困气，气体填充不均，气体吹破流动前锋，因气体注入时引起熔体流动前沿流动缓慢而造成制品表面不光滑、漏气、无法进气或无法排气等等。由于影响气体辅助注塑成型的因素比一般注塑成型显著增多，因此必须针对各种缺陷具体分析其产生原因并找出相应的解决方法，才能确保气辅注塑成型技术的成功应用。表2为气辅注塑制品常见缺陷及消除措施，表3为气辅注塑制品常见表面缺陷原因分析及消除措施，可以作为诊断气辅制品缺陷的参考。表2 气辅注塑制品常见缺陷及消除措施制品缺陷 消除措施 注塑不充分 气体贯穿 无腔室或腔室太小 缩凹 制品肿胀 制品成型不充分 腔室错位 腔室不对称 脱模后产品爆裂 切换痕迹 表面缺陷 光泽不同 内部发泡 制品翘曲 脱模困难 重量不稳定 气体通道壁太薄 手指效应 气体进入螺杆筒预填充程度 提高 O O O O 降低 O O O 注射速度 加快 O O O O 减慢 O O O O O 熔体温度 提高 O O O O O O 降低 O O O O O O O 熔体保压压力 提高 O O降低 熔体保压时间 延长 O O缩短 注嘴温度 提高 O O O 降低 O背压 提高 O O O O 降低 气体压力 提高 O O O O O O O O 降低 O O O O O O O O气体延迟时间 延长 O O O O O 缩短 O O O O O O 气体保压时间 延长 O O O O O O 缩短 O O O O O气体压力清除时间 延长 O O O 缩短 O O O O O气体压力曲线 设定 O O O O O O O O O O模具温度 提高 O O O O 降低 O O O O 模具排气 改进 O O O O 塑料流动性 提高 O O O 降低 O O O O塑料干燥 烘干? O O 浇口直径 加大 O O O O O O O O O 减小 O浇口位置 改进 O O O O O O O O O浇道尺寸 加大 O O O O O O O 减小 壁厚 加大 减小 O O 气道尺寸 加大 O O O O O O O O 减小 O 侧腔(溢料井) 使用 O O O O 管路 连接好? O O O 泄露? O O O 模具注嘴 故障/阻塞? O O O O O 控制正确? O O O O O O O O 表3 气辅注塑制品常见表面缺陷原因分析及消除措施常见表面缺陷 原因分析 消除措施制件表面银纹（Streak） 浇口处料流速度过快，剪切速率过大 修改浇口类型，或者增大浇口尺寸，减小料流速度波纹状流动痕迹（Wave mark） 原因是由于注塑保压阶段制件体积收缩，型腔内补充进来的熔料与已经冷却的塑料温度有差异 可以通过提高保压压力、减少保压时间，或者适当提高模温来解决料流末端出现流痕 气辅成型过程中由于短射进气，在延迟时间阶段熔料冷却 可以设置溢料井，变短射进气为满射进气熔料流动滞料，出现迟滞现象(Hesitation) 原因或者是一股或几股料流限制了另一股料流的流动，或者是局部壁厚尺寸较小，熔料在此流动速度很慢 可以增加局部壁厚，改变塑件的流动形态制件表面亮痕 1.引起制件表面亮痕的主要原因是成型用材料的差异。结晶型材料（例如PP）往往会产生亮痕，而非晶型材料（例如ABS,PS）则一般不会产生亮痕2.引起亮痕的另外一个原因是气道与薄壁连接部分轻微缩凹 1.用颜色比较深的材料成型，例如蓝色，红色，黑色等2.在气道附近作皮纹，最大可能地掩饰亮纹带来的影响3.减小气体保压压力，若为短射进气应稍微延长延迟时间，从而使气体穿透后气道形状接近圆形气道与薄壁连接处缩凹 气道由于气体穿透，导致气道与薄壁接触部分壁厚较大 1.在气道与薄壁接触位置增设防缩槽2.气道与薄壁连接处尽量不采用圆角过渡3.尽量增大气道表面积，以利于迅速冷却 气体穿透不均 1.熔体流动不平衡2.气道布局不合理3.模具精度差，导致塑件壁厚不均 1.修改浇口布局2.修改气道布局3.提高模具制造精度气体反灌入浇口 1.气针距浇口太近2.浇口尺寸过大3.浇口处冷却不够4.气体注射压力过大 1.气针距浇口30mm以上2.减小浇口尺寸3.加强浇口处冷却4.减小气体注射压力8 气体辅助注塑成型过程中的压力变化 气体辅助注塑成型过程中的压力-时间曲线如图1所示，其中P1为注射压力，P2和P3为气体压力。0- t1为熔体注射阶段，在t1时刻关闭喷嘴，熔体停止注射；t1- t2为延迟时间，在t2时刻开始注气；t2- t3为第一段气体保压时间，t3- t4为压力转换时间，t4- t5为第二段气体保压时间，t5- t6为气体压力撤除时间，在t6时刻整个气体保压阶段结束；t6- t7为制件冷却时间。 P 0 t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t图1 气体辅助注塑成型过程中的压力-时间曲线9 气体辅助注塑成型工艺与CAE分析气体辅助注塑成型工艺过程涉及到高分子熔体和高压气体的气液两相流动及相互作用问题，因此使得气体辅助注塑成型工艺实现过程的设计参数和控制参数大大增加。其主要的难点有：1、确定塑料熔体和气体的最佳注射量、注射压力和填充时间。2、确定注入熔体和氮气的切换时间。3、确定注入氮气的压力控制分布曲线。4、预测熔体在型腔内的流动及气体的穿透情况。5、防止困气、吹穿、气体进入薄壁。6、计算所需的锁模力和保压时间。这些都需要通过成熟的CAE气辅分析并在实际的注塑过程中经实验确定。