气体辅助注射成型
气体辅助注射成型原理及应用
一、气体辅助注射成型概述——Jack Avery气体辅助注射成型过程首先是向模腔内进行树脂的欠料注射，然后将气体导入熔融物料当中，气体沿着阻力最小方向流向制品的低压和高温区域。
当气体在制品中流动时，它通过置换熔融物料而掏空厚壁截面。
这些置换出来的物料充填制品的其余部分(图1-3)。
当填充过程完成以后，由气体继续提供保压压力，解决物料冷却过程中体积收缩的问题。
气体辅助注射成型主要有以下两种基本类型：恒体积和恒压力。
体积恒定时，汽缸内已经加压的气体在注射之前就已经预先确定好注射体积，由活塞推动气体进入制品。
气体的压力取决于制品中的体积与汽缸体积之比。
气体的压力、停留时间以及活塞运动速度直接影响着制品外观。
如图1-4所示为恒体积成型中一个注射周期内的压力变化曲线。
对于每一注射周期，在注射之前都必须重新建立压力。
压气时间图1-4 恒体积系统的气体压力曲线图[源自：Innovation inPolymer Processing：Molding,Stevenson，J.F.(Ed.)]另外一种类型是恒压力成型。
我们通过空气压缩机将氮气（N2）装入储存罐中预先加压，储存罐向一毓的阀门提供恒定压力。
压力曲线可以通过调节气压和开启相应阀门来实现。
图1-5所示为成型周期内，气体压力可以保持恒定。
时间p氮气压力p p p p 3图1-5 恒压力系统的气体压力曲线图[源自：Innovation inPolymer Processing ：Molding,Stevenson ，J.F.(Ed.)]气体辅助注射成型的实现主要有两个选择，二者的区别在于气体注入位置的不同。
气体注射既可以通过喷嘴来实现，也可以直接注进模腔——从分流道进入或者直接进入制品(如图1-6、图1-7和图1-8)。
最主要的不同是由喷嘴进气的方式要求所有气道都从喷嘴外开始。
而采取气体直接注射到模具中的方式时，气体通道可以独立地设置在浇口位置。
对于这种方式，注射之前物料可以实现正常的填充。
气体辅助注射成型
他工业承载零件等方面。 ／
6.10.2.RIM成型设备
是一组带有轴向活塞泵的计量装置． 主要组成：组分储存槽、过滤器、轴向柱塞泵、
电动机以及带有混合头的液压系统。 RIM成型设备要求有很高的灵活性和计量精度。 近年来，采用电脑对计量装置、工艺操作程序和
⑸.固化定型
制品的固化是通过化学交联反应等物理变化完 成.。
对化学交联反应固化，反应温度必须超过达到完 全转换成聚合物网络结构的玻璃化温度Tg。
模具应具有换热功能，起到散发热量的作用，以 控制模具的最高温度低于树脂热分解温度 。／
制品的脱模必须使其取得足够的强度才可进行， 这主要由材料的固化时间决定的，而固化时间受 制品的配方和制品尺寸影响。
其作用:是分别独立贮存两种原料，防止贮存时 发生化学反应，同时用惰性气体保护，防止空气 中的水分进入贮罐与原料发生反应。/
②计量和输送系统(液压系统)由泵、阀及辅件组 成的控制液体物料的管路系统和控制分配缸工 作的油路系统所组成，
其作用:是使两组分物料能按准确的比例进行分 别输送。
③混合系统(即混合头)，使两组分物料实现高速 均匀混合，并加速混合液从喷嘴流道注射到模 具中。/
1)需要供气装置和进气喷嘴，增加了设备的 投资。
2)在注入气体和不注入气体部分，制品表面 光泽有差异。
3)对注射机的注射量和注射压力的精度有更 高的要求。
4)制品质量对模具温度和保压时间等工艺参 数更加敏感。 /
根据产品结构的不同可分为两类：
一类是厚壁、偏壁、管状制件， 如手柄、方向盘、衣架、马桶、座垫等制件； 另一类是大型平板制件， 如仪表盘、踏板、保险杠及桌面等。/
气体辅助注射成型技术原理及应用
气体辅助注射成型技术原理及应用
气体辅助注射成型技术的应用
● 管状和棒状零件，如门把手、转椅支座、吊 钩、扶手、导轨、衣架等。这是因为，管状结 构设计使现存的厚截面适于产生气体管道，利 用气体的穿透作用形成中空，从而可消除表面 成型缺陷，节省材料并缩短成型周期。
气体辅助注射成型技术原理及应用
在进行模具设计之前，利用MoldFlow MPI 5.0对设计方案进行了模拟。 分析模型如图8所示，在该分析模型中确定了浇口及进气口位置。在模拟中， 设定预注射量为70%，熔体温度为230℃，注射时间为3s，延迟时间为1.5s， 气体压力为20MPa。
气体辅助注射成型技术原理及应用
● 可通过气体的穿透减轻制品重量，节省原材料 用量，并缩短成型周期，提高生产率。
● 该技术可适用于热塑性塑料、一般工程塑料及 其合金以及其他用于注射成型的材料。
气体辅助注射成型技术原理及应用
气体辅助注射成型技术的缺点是：
●需要增加供气和回收装置及气体压力控制单元， 从而增加了设备投资；对注射机的注射量和注射 压力的精度要求有所提高；制品中接触气体的表 面与贴紧模壁的表面会产生不同的光泽；制品质 量对工艺参数更加敏感，增加了对工艺控制的精 度要求。
气体辅助注射成型CAE分析的主要作用是：
1.分析产品的成型工艺性 2.评价模具的设计是否合理 3.优化成型工艺参数 4.预测制品可能出现的缺陷
气体辅助注射成型技术原理及应用
下面以成型把手为例，介绍气体辅助注射成型 CAE分析的过程。
如图7所示的把手材料为ABS，手柄位置壁厚为14mm。由于是外观件，对 其成型要求很高。
气辅注塑成型工艺
气辅注塑成型工艺这种成型工艺，对于很多工程师来说很陌生，因为平时大家接触的产品很少会用到这种成型工艺，包括我本人也是一样，直到我接触到一款产品，才慢慢了解，就是以下这个锅体。
锅体的把手部分，除了2个螺丝塞，整个把手是一个完整的塑胶件，且外观并没有缩水等缺陷，看下侧面和背面图。
咋一看，以为内部是实心的，实际上并不是，而是空心的，是利用了气体辅助注塑成型技术。
01气辅成型的原理气体辅助注塑系统，是把惰性气体（通常用氮气）经由分段压力控制系统直接注射入模腔内的塑化塑料里，使塑件内部膨胀而造成中空，但仍然保持产品表面的外形完整无缺。
气辅注塑成型可被认为是中空吹塑成型的变型，其过程是先向模具腔中注入经过准确计量的占模腔一定比例的塑胶熔体，这一过程称为“欠料注塑”，再直接往熔融塑胶中注入一定体积和压力的高压氮气，气体在塑胶熔体的包围下沿着阻力最小的方向扩散前进。
由于靠模壁部分的塑胶温度低，表面粘度高，而製作较厚部分中心塑胶熔体的温度高，粘度低，所以气体容易对中心塑胶熔体进行穿透和排空，在制件的厚部形成中空气道，而被气体所排空的熔融塑胶又被气体压力推向模具末端直至充满模具型腔，在冷却阶段压缩气体对塑胶熔体进行保压补缩。
待制品冷却凝固后再卸气，然后开模顶出。
以上气辅成型过程实际上分为四个阶段：熔体短射、气体注射、气体保压、气体排出和制件顶出。
02气辅成型的方法除了常规的欠料注塑成型法，还有：1.副腔成型法（也叫满料注塑法）2.型芯成型法3.熔体回流成型法上面的锅体的把手猜测是采用了副腔成型法（也叫满料注塑法）：具体细节可参考下图：03气辅注塑成型与普通注塑成型的区别主要区别在于多了一套气辅设备：（1）普通注塑机（计料精度稍高些为好）。
（2）氮气控制系统，包括自封闭式气辅喷嘴。
（3）高压氮气发生器。
（4）工业氮气钢瓶以及提供增压动力的空气压缩机。
（5）为气体辅助注射设计制造的模具。
（6）气辅注塑气辅喷嘴喷嘴进气方式，即使用专用的自封闭式气辅喷嘴，在塑料注射结束后，将高压气体依靠喷嘴直接进入塑料内部，按气道形成一个延展的封闭空间—气腔并保持一定压力，直至冷却，在模具打开之前，通过座台后退使喷嘴与制品料道强行分离，使气体排出制品。
气体辅助注塑成型技术简介
气体辅助注塑成型技术简介气体辅助注塑成型技术简介类型：气体辅助注塑成型是欧美近期发展出来的一种先进的注塑工艺，它的工作流程是首先向模腔内进行树脂的欠料注射，然后利用精确的自动化控制系统，把经过高压压缩的氮气导入熔融物料当中，使塑件内部膨胀而造成中空，气体沿着阻力{TodayHot}最小方向流向制品的低压和高温区域。
当气体在制品中流动时，它通过置换熔融物料而掏空厚壁截面，这些置换出来的物料充填制品的其余部分。
当填充过程完成以后，由气体继续提供保压压力，解决物料冷却过程中体积收缩的问题。
气体辅助注塑成型优点为什么人们对于气体辅助注射成型的兴趣如此之大呢？其主要的原因在于这种方法出现时所许诺的种种优点。
成型者希望以低制造成本生产高质量的产品。
在不降低质量的前提下用现代注塑机和成型技术可以缩短生产周期。
通过使用气体辅助注射成型的方法，制品质量得到提高，而且降低了模具的成本。
使用气体辅助注射成型技术时，它的优点和费用的节约是非常显着的。
1、减少产品变形：低的注射压力使内应力降低，使翘曲变形降到最低；2、减少锁模压力：低的注射压力使合模力降低，可以使用小吨位机台；3、提高产品精度：低的残余应力同样提高了尺寸公差和产品的稳定性；4、减少塑胶原料：成品的肉厚部分是中空的，减少塑料最多可达40％；5、缩短成型周期：与实心制品相比成型周期缩短，不到发泡成型一半；6、提高设计自由：气体辅助注射成型使结构完整性和设计自由度提高；7、厚薄一次成型：对一些壁厚差异大的制品通过气辅技术可一次成型；8、提高模具寿命：降低模腔内压力，使模具损耗减少，提高工作寿命；9、降低模具成本：减少射入点，气道取代热流道从而使模具成本降低；10、消除凹陷缩水：沿筋板和根部气道增加了刚度，不必考虑缩痕问题。
第一阶段：按照一般的注塑成型工艺把一定量的熔融塑胶注射入模穴；第二阶段：在熔融塑胶尚未充满模腔之前，将高压氮气射入模穴的中央；第三阶段：高压气体推动制品中央尚未冷却的熔融塑胶，一直到模穴末端，最后{HotTag}填满模腔；第四阶段：塑胶件的中空部分继续保持高压，压力迫使塑料向外紧贴模具，直到冷却下来；第五阶段：塑料制品冷却定型后，排除制品内部的高压气体，然后开模取出制品。
(完整版)气辅注射成型及设计要点
气辅注射成型及设计要点气辅注射成型GRIM( Gas-Assisted Injection Mold-ing)为一种新型的注射成型工艺，近几年已在国外得到广泛的应用，国内的使用也越来越多。
其原理是利用压力相对低的惰性气体(氮气因为价廉安全又兼具冷却剂的作用而被常用，压力为0.5一300 MPa)代替传统模塑过程中型腔内的部分树脂来保压，以达到制品成型性能更加优良的目的。
1气辅注射成型的优点气辅注射成型克服了传统注射成型和发泡成型的局限性，具有以下优点:1.1制件性能良好 (1)消除气孔和凹陷在制件不同壁厚连接处所设的加强筋和凸台中合理开设气道，欠料注射后气体导入，补偿了因熔体在冷却过程中的收缩，避免气孔和凹陷的产生。
(2)减少内应力和翘曲变形在制件冷却过程中，从气体喷嘴到料流末端形成连续气体通道，无压力损失，各处气压一致，因而降低了残余应力，防止制件翘曲变形。
(3)增加制件的强度制件上中空的加强筋和凸台的设计，使强度重量比比同类实心制件高出大约5，制件的惯性矩工大幅度提高，从而提高制件使用强度。
(4)提高设计的灵活性气辅注射可用来成型壁厚不均的制品，使原来必须分为几个部分单独成型的制品实现一次成型，便于制件的装配。
例如国外一家公司原来生产的以几十个金属零件为主体、形状复杂的汽车门板，通过GAI M技术并采用塑料合金材料实现了一次成型。
1.2 成本低 (1)节约原材料气辅注射成型在制品较厚部位形成空腔，可减少成品重量达10%一50% (2)降低设备费用气辅注射较普通注射成型需要较小的注射压力和锁模力(可节省25%一50%)，同时节约能量达30% (3)相对缩短成型周期由于去除了较厚部位芯料，缩短冷却时间可达50%正是基于这些优点，气辅注射适用于成型大型平板状制品如桌面、门、板等;大型柜体如家用电器壳体、电视机壳、办公机械壳体等;结构部件如底座、汽车仪表板、保险杠、汽车大前灯罩等汽车内外饰件。
气体辅助注射成型特点、方法与工艺过程
气体辅助注射成型与普通注射成型相比，多一 个气体注射阶段，
在原来注射成型的保压阶段，由压力相对低的 气体进行保压，成型后的制品中就有由气体形 成的中空部分。/
(1)塑料充模阶段:气辅注射时熔体只充满局部型 腔，其余部分靠气体补充。
⑵切换延迟阶段:塑料熔体注射结 束到气体注射开始时的时间。
3)对注射机的注射量和注射压力的精度有更 高的要求。
4)制品质量对模具温度和保压时间等工艺参 数更加敏感。 /
一类是厚壁、偏壁、管状制件， 如手柄、方向盘、衣架、马桶、座垫等制件； 另一类是大型平板制件， 如仪表盘、踏板、保险杠及桌面等。/
a．注射温度
熔体温度太高时，粘度太小，增加了气体进入 制品薄壁的可能性，会导致发生吹穿和薄壁穿 透现象；
有很大意义. /
6.9.6 气体辅助注射成型制品 和模具的设计特点
(a)壁厚 (b)厚薄壁之间的过渡 (c)加强筋 (d)凸台和角撑板 /
①沿气体通道部位的制件壁厚应较厚， ②一般只使用一个浇口，该浇口的设置应使
“欠料注射”的熔料可以均匀地充满模腔； ③由气体所推动的塑料必须将模腔充满；/
而RIM设备的关键则在于对原料的精确计量和高 效混合。/
(1)流量及混合比率要准确， (2)快速加热或冷却原料， (3)两组分应同时进入混合头，在混合头内能获
的穿透作用使多余出来的熔体流入副型腔 /
气辅之2.exe
⑶．熔体回流法 与副腔成型法类似， 气体注入时多余的熔体流回注射机的料筒。/
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⑷．活动型芯法
在模腔中设置活动型芯 气体推动熔体使活动型芯从型腔中退出，让
出所需的空间，/
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气体辅助注塑工艺简介
气体辅助注塑工艺简介1.气体辅助注塑目前所指的气体辅助注塑：是指将氮气注射入产品内，使产品内部形成中空。
模具打开前，控制器会将塑胶工件内的氮气释放回大气中。
2.气辅注塑成形工艺的优势1)低射胶、低锁模力；2)压力分布均匀、收缩均匀、残余应力低、不易翘曲，尺寸稳定；3)消除凹陷，型面再现性高；4)省塑料，可用强度及价格更低的塑料；5)可用强度和价格更低的模具金属；6)厚薄件一体成型，减少模具及装配线数目；7)可用较厚的筋，角板等补强件，提高制品刚性，使得制件公称厚度得以变薄。
8)增强设计自由度。
3.气辅射胶控制工艺1)短射工艺，即胶料未完全充满型腔时，继之以氮气注射；2)满射工艺，塑胶熔体充满型腔之后，停止注射，继之以氮气注射。
短射工艺的特点：在气辅注塑中，塑胶注射取决于胶件形状及胶料性能，在以下条件才可进行短射。
1)胶件必须有独立完整的气体通道，即气流在穿透胶件时，无分支气道可走。
2)气体通道中多余胶料有足够的溢流空间。
3)胶料流动性优良，粘度不可太低，尽量避免使用含破坏高分子键的填充物的胶料。
4)胶料导热度较低，有可较长时间保持熔融状态的能力。
满射工艺特点：胶件射胶完成，通过气体代替啤机，防止胶件收缩。
其优点在于，啤机保压是以射胶量及压力来防止胶件收缩，气辅保压，则以气体穿透塑胶收缩后的空间，防止胶件表层埸陷。
4.气辅压力分析：现我们看以下气辅压力与啤机压力的对比：1)气辅压力a)低气压800psi=56.34kg/cm2b)中气压1500psi=105.63 kg/cm2c)高气压2500psi=176.06kg/cm22)啤机压力a)100 TON注塑最大压力188Mpa=1917 kg/cm2b)280 TON注塑最大压力150Mpa=1530 kg/cm2c)650TON注塑最大压力153Mpa=1560 kg/cm2从以上压力对比可知，氮气压力只相当于普通啤机注塑压力的十分之一，甚至更少。
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气体辅助注射成型
气体辅助注射成型
b．气辅注射成型制品与模具设计的原则
①沿气体通道部位的制件壁厚应较厚， ②一般只使用一个浇口，该浇口的设置应使
“欠料注射”的熔料可以均匀地充满模腔； ③由气体所推动的塑料必须将模腔充满；/
气体辅助注射成型
④气体通道的几何形状相对于浇口应是对称或单 方向的。
一类是厚壁、偏壁、管状制件， 如手柄、方向盘、衣架、马桶、座垫等制件； 另一类是大型平板制件， 如仪表盘、踏板、保险杠及桌面等。/
气体辅助注射成型
气体辅助注射成型
6.9.5 气体辅助注射成型的工艺
a．注射温度
熔体温度太高时，粘度太小，增加了气体进入 制品薄壁的可能性，会导致发生吹穿和薄壁穿 透现象；
气体回收装置组成。/ 气体辅助注射成型
⑶．气体喷嘴 有两类： 一类是主流道式喷嘴， 即塑料熔体和气体同一个喷嘴，塑料熔体注
射结束后，喷嘴切换到气体通路上实现气体 注射； 另一类是气体通路专用喷嘴。/
气体辅助注射成型
6.9.3 气体辅助注射成型方法
⑴、标准成型法 先向模腔注入准确
计量的塑料熔体， 再通过浇口和流道
温度太低时，熔体粘度增大，气体前进阻力变 大，气体在气道中穿透的距离缩短，会造成未 进气部分气道的收缩，影响产品质量。
实际生产的允许范围内，宜尽量采用较高温度， 加快熔体运动，缩短生产时间。/
气体辅助注射成型
b．注射时间
注射时间与材料性质、注射温度、注射速度、 型腔大小、浇口数目和喷嘴大小等因素有关
三是只要调整化学组分就可注射性能不同的产品， 而且反应速度可以很快，生产周期短。/
(1)塑料充模阶段:气辅注射时熔体只充满局部型 腔，其余部分靠气体补充。
⑵切换延迟阶段:塑料熔体注射结 束到气体注射开始时的时间。
⑶ 气体注射阶段：从气体开始注 射到整个型腔被充满的时间，
如控制不好，会产生空穴、吹穿、 注射不足和气体向较薄的部分渗 透等缺陷。/
气体辅助注射成型
⑷ 保压阶段： 熔体内气体压力保持不变或略有上升使气体在 塑料内部继续穿透，以补偿塑料冷却引起的收缩。
c．熔体预注射量与吹穿
对于薄壁壳形制品,熔体注入95％时较好； 低于此值，填充较晚的部分注气后易吹穿； 高于95％时,则气体注入量太少，充气减量没
有很大意义. /
气体辅助注射成型
6.9.6 气体辅助注射成型制品 和模具的设计特点
气体辅助注射成型
Байду номын сангаас
a．气体辅助成型制品的结构设计特点
(a)壁厚 (b)厚薄壁之间的过渡 (c)加强筋 (d)凸台和角撑板 /
6.10.气体辅助注射成型
6.9.气体辅助注射成型
气体辅助注射成型
6.9.1、气体辅助注射成型工艺过程
气体辅助注射成型与普通注射成型相比，多一 个气体注射阶段，
在原来注射成型的保压阶段，由压力相对低的 气体进行保压，成型后的制品中就有由气体形 成的中空部分。/
气体辅助注射成型
气体辅助注射成型周期可分为六个阶段：
气体通道必须是连续的，但不能自成环路。最有 效的气体通道是圆形截面。
一般情况下，气体通道的体积应小于整个制件体 积的10％；
⑤模具中应设置调节流动平衡的溢流空间，以得 到理想的空心通道。//
气体辅助注射成型
6.10.反应注射成型
反应注射成型(RIM)-----是一种将两种具有化学活性 的低分子质量液体原料在高压下撞击混合，然后注入 密闭的模具内进行聚合、交联固化等化学反应而形成 制品的工艺方法 /
气体辅助注射成型
6.10.1.反应注射成型工艺特点
反应注射与塑料注射的不同之处在于： 一是直接采用液态单体和各种添加剂作为成型原
料，不经加热塑化即注入模腔，简化了制品的成 型工艺过程;/
气体辅助注射成型
二是由于液体原料粘度低，流动性好，易于输送 和混合，充模压力和锁模力低，有利于降低成型 设备和模具的造价，适宜生产大型及形状很复杂 的制品；
减少质量，缩短成气体型辅助周注射期成型。/
几点不足：
1)需要供气装置和进气喷嘴，增加了设备的 投资。
2)在注入气体和不注入气体部分，制品表面 光泽有差异。
3)对注射机的注射量和注射压力的精度有更 高的要求。
4)制品质量对模具温度和保压时间等工艺参 数更加敏感。 /
气体辅助注射成型
根据产品结构的不同可分为两类：
熔体注射时间太长，对于薄壁制品，材料在型 腔中易冷却，型腔难以完全充满，
熔体注射时间太短，则易造成喷射，
粘度高的材料，流动性差，需要较长的注射时 间；
较大的型腔，需要熔体多，当注射速率不变时， 所需要注射时间也较长；
小型腔、小制品则所需注射时间短。
浇口数目多，可相应减少注射时间，反之则增 加注射时间。/ 气体辅助注射成型
⑸气体释放阶段： 使气体入口压力降到零。 ⑹冷却开模阶段： 将制品冷却到具有一定刚度和强度后开模取出
制品。 /
气体辅助注射成型
6.9.2 气体辅助注射成型设备
气体辅助注射成型是通过在注射成型机上增 设气辅装置和气体喷嘴实现的。
⑴、注射机 要求注射机的注射量和注射压力有较高的精
度，在±0.5％以内. ⑵．气辅装置 由气泵、高压气体发生器、气体控制单元和
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气体辅助注射成型
⑷．活动型芯法
在模腔中设置活动型芯 气体推动熔体使活动型芯从型腔中退出，让
出所需的空间，/
气辅之4.exe
气体辅助注射成型
6.9.4、气体辅助注射成型特点
普通注射成型制品易出现缩孔和表面缩痕。 气体辅助注射成型以克服上述缺陷为目的，
优点：
(1)注射应力低 ； (2)制品翘曲变形小； (3)表面质量提高； (4)可成型壁厚差异较大的制品； (5)制品的刚度和强度提高； (6)可通过气体的穿透使制品中空，
注入压缩空气，推 动熔体充满模腔 保压、冷却、开模、 取出制品。 /
气辅之1.exe
气体辅助注射成型
⑵．副腔成型法
在模腔之外设置一可与型腔相通的副型腔，气体 的穿透作用使多余出来的熔体流入副型腔 /
气辅之2.exe
气体辅助注射成型
⑶．熔体回流法 与副腔成型法类似， 气体注入时多余的熔体流回注射机的料筒。/