气体辅助注塑成型工艺和技术
气辅注塑成型技术介绍
气辅注塑成型技术介绍一、前言气辅注塑工艺是国外八十年代研究成功，九十年代才得到实际应用的一项实用型注塑新工艺，其原理是利用高压隋性气体注射到熔融的塑料中形成真空截面并推动熔料前进，实现注射、保压、冷却等过程。
由于气体具有高效的压力传递性，可使气道内部各处的压力保持一致，因而可消除内部应力，防止制品变形，同时可大幅度降低模腔内的压力，因此在成型过程中不需要很高的锁模力，除此之外，气辅注塑还具有减轻制品重量、消除缩痕、提高生产效率、提高制品设计自由度等优点。
近年来，在家电、汽车、家具等行业，气辅注塑得到越来越广泛的应用，前景看好。
科龙集团于98年引进一套气辅设备用于生产电冰箱、空调器的注塑件。
現應用比較廣泛的是英國Cinpres的气体輔助系統, 現在已經和香港气体輔助注塑有限公司(GIL)合并, 現公司名稱為CGI. 目前有TCL, 東江, 格力(珠海), 新加坡富裕,神龍汽車(武漢)應用此技術.二、气辅设备气辅设备包括气辅控制单元和氮气发生装置。
它是独立于注塑机外的另一套系统，其与注塑机的唯一接口是注射信号连接线。
注塑机将一个注射信号注射开始或螺杆位置传递给气辅控制单元之后，便开始一个注气过程，等下一个注射过程开始时给出另一个注射信号，开始另一个循环，如此反复进行。
气辅注塑所使用的气体必须是隋性气体（通常为氮气），气体最高压力为35MPa，特殊者可达70MPa，氮气纯度≥98％。
气辅控制单元是控制注气时间和注气压力的装置，它具有多组气路设计，可同时控制多台注塑机的气辅生产，气辅控制单元设有气体回收功能，尽可能降低气体耗用量。
今后气辅设备的发展趋势是将气辅控制单元内置于注塑机内，作为注塑机的一项新功能。
三、气辅工艺控制1．注气参数气辅控制单元是控制各阶段气体压力大小的装置，气辅参数只有两个值：注气时间（秒）和注气压力（MPa）。
2．气辅注塑过程是在模具内注入塑胶熔体的同时注入高压气体，熔体与气体之间存在着复杂的两相作用，因此工艺参数控制显得相当重要，下面就讨论一下各参数的控制方法：a．注射量气辅注塑是采用所谓的“短射”方法（short size），即先在模腔内注入一定量的料（通常为满射时的70－95％），然后再注入气体，实现全充满过程。
气体辅助注塑工艺原理及优点.
1 气体辅助注塑工艺原理 第一阶段 ；塑料注射：熔体进入型腔，遇到温 第二阶段；气体入射：惰性气体进入熔融的塑料，
度较低的模壁，形成一个较薄的凝固层。
推动中心未凝固的塑料进入尚未充满的型腔。
塑料熔体 熔体凝固层
热熔体
熔体凝固层
熔体流动前沿 尚未充满的型腔
第三阶段；气体入射结束：气体继续推动塑 料熔体流动直到熔体充满整个型腔。
射嘴进气方式，即使用专用的自封闭式或主动式气辅射嘴，在塑料注射结束后，将 高压气体依靠射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，通过座台后退使射嘴与制品料道强行分离，使气 体排出制品。
图4自封闭气辅射嘴
图5主动式气辅射嘴 7
(2) 气针进气方式 气针进气方式即在模具的某个特定位置，安装排气装置－气针。当塑料注入型腔后，
2
气辅技术应用
气体辅助注射可以应用在除特别柔软的塑料以外的任何热塑性塑料和部分热 固性塑料。
根据气辅成型制品的结构形状不同,大致分为3类: (1).棒类制品,类似把手之类大壁厚制件; (2).板类制品,容易产生翘曲变形和局部表面收缩的大平面制件; (3).特殊制品,由传统注塑技术难以一次成型的特殊结构的制件。
（5）.气道截面尺寸变化应平缓过渡，以免引起收缩不均。 （6）.气道入口不应设置在外观面或制件承受机械外力处。
（7）.进气口位置应接近浇口，以保证气体与熔体流动方向一致，但两者距离应>30mm， 以避免类制品
气辅注塑成型技术的主要应用之一就是板类制件的成型。因为气体总是沿 着阻力最小的方向前进，容易在较厚的部位进行穿透，因此，在板类制品设计时常 将加强筋作为气道，气道一般设在制品的边缘或壁的转角处。对制品的设计也就是 对加强筋和肋板的设计，即气道的设计。基本原则如下： （1）.在设计制作加强筋时，应避免设计又细又密的加强筋。 （2）.“手指”效应是大平面制件容易产生的主要问题。 （3）.当制件仅由一个气针进气而形成多个加强筋或肋板（气道）时，气道不能形 成回 路。 （4）.为避免熔体聚集产生凹陷，气道末端的外形应采用圆角过渡。 （5）.采用多点进气时，气道之间的距离不能太近。 （6）.气道布置尽量均匀，尽量延伸至制品末端。
气辅注塑工艺成本降低
气辅注塑工艺成本降低一、气辅注塑工艺概述气辅注塑工艺是一种先进的注塑技术，它通过在塑料制品成型过程中注入惰性气体，来实现产品的内部结构优化和成本降低。
这种技术不仅能够提高产品的质量和性能，还能有效减少材料的使用量，从而达到降低成本的目的。
1.1 气辅注塑工艺的核心特性气辅注塑工艺的核心特性主要体现在以下几个方面：- 材料节省：通过注入气体，可以在保证产品强度和刚性的前提下，减少塑料材料的使用量。
- 产品性能提升：气辅注塑可以改善产品的内部结构，提高产品的强度和刚性。
- 成本降低：由于材料使用量的减少，可以显著降低产品的生产成本。
- 环境友好：减少材料使用量有助于减少塑料废弃物，对环境更为友好。
1.2 气辅注塑工艺的应用场景气辅注塑工艺的应用场景非常广泛，包括但不限于以下几个方面：- 汽车零部件：如保险杠、仪表盘等，可以减轻重量，提高强度。
- 家电产品：如电视机外壳、洗衣机外壳等，可以提高产品的耐用性和美观性。
- 包装材料：如食品包装盒、饮料瓶等，可以提高包装的强度和保护性能。
二、气辅注塑工艺的实施气辅注塑工艺的实施是一个系统化的过程，需要精确的控制和优化。
2.1 气辅注塑工艺的关键技术气辅注塑工艺的关键技术包括以下几个方面：- 注气系统：需要精确控制气体的注入量和注入时间，以保证产品的内部结构均匀。
- 模具设计：模具的设计需要考虑到气体的流动路径和分布，以确保气体能够均匀地填充产品的内部空间。
- 材料选择：选择合适的塑料材料，以确保其与气体的兼容性，以及在注塑过程中的流动性和成型性。
- 工艺参数控制：需要精确控制注塑过程中的温度、压力、速度等参数，以保证产品质量。
2.2 气辅注塑工艺的实施步骤气辅注塑工艺的实施步骤主要包括以下几个阶段：- 产品设计：在产品设计阶段就需要考虑到气辅注塑工艺的特点，设计出适合气辅注塑的产品结构。
- 模具制造：根据产品设计，制造出适合气辅注塑的模具。
- 工艺参数设定：根据产品和模具的特点，设定合适的注塑工艺参数。
气辅注塑成型
振动气体辅助注射成型设备示意图
振动的气体在辅助注射成型中主要有3种作用：
(1)在熔体内部引入振动的气体，推动熔体充满整个模腔。 振动的气体可以使熔体黏弹性减小，填充时有更好的流动 和取向；
(2)在注射熔体前沿(即模腔中)引入振动的气体，这样可以改
进熔体填充过程机理，消除缩痕以及其他由于流动性不好 而造成的缺陷隐患；
?多腔控制气辅成型技术?冷却气体气辅技术?气辅共注成型技术?外部气辅注塑技术?振动气辅技术多腔控制气辅成型技术pep气辅技术传统气体辅助方法应用于多腔模具中是比较困难的特别是在各个模腔尺寸不同的时候其原因在于要控制输送至每个模腔的熔体量存在困难且难于控制气体流道或塑件内部中空区的截面面积
气体辅助注塑成型
振动气辅技术
一般的气体辅助注射成型属于非动态成型工艺。而振动气体 辅助注射成型工艺最大的改进地方便是引入一定振频振幅的振 动波，使常规气体辅助注射成型时注入的“稳态气体”，变为 具有一定振动强度的“动态气体”，从而利用气体作为媒介将 振动力场引入到气辅注射成型的充模、保压和冷却过程中，使 其成为动态的成型工艺。
气体辅助注塑成型技术(Gas—assisted InjectionMolding Technology)是自往复式螺杆注射机问世以来，注塑成型技 术最重要的发展之一。它通过高压气体在注塑制件内部产生 中空截面，利用气体积压，减少制品残余内应力，消除制品 表面缩痕，减少用料，显示传统注塑成型无法比拟的优越性。 一般气体辅助注塑成型的过程是：先向模具型腔中注入经过 准确计量的塑料熔体，再直接注入压缩气体；气体在塑料熔 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，作为动力推动塑料熔体充满模具型腔并对塑料熔 体进行保压，待制品冷却凝固后再开模顶出。
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。
9气体辅助注塑成型
气体辅助注射成型
可能的问题-内部起泡
原因是气体进入了熔体里.
气体辅助注射成型
可能的问题-内部起泡
解决方案：
增加气体保压时间 缓慢地释放气体 增加延迟时间 降低气体压力 保持材料干燥 降低熔体温度 改变塑料材料
气体辅助注射成型
可能的问题-手指效应
气体辅助注射成型
可能的问题-手指效应
解决方案：
增加熔体注入量 增加气体注入时间 增加气体延迟时间 降低气体压力 增加气道高度尺寸
进气位臵
通过模具型腔进气
气体辅助注射成型
制品形状-加强筋
普通塑件加强筋的厚度应比塑件主体壁厚薄 ( 约为其一半 ) ，即使这样也免不了在加强筋所 在壁的对面产生凹陷，因此应尽量少采用。在 气辅注塑中加强筋可设计得比塑件主体壁厚大 得多，作为气体通路，不但可避免产生凹陷， 而且可大大地增加塑件的刚度，粗大的加强筋 通常不会增加制品总重，因为平板部分可减薄， 在筋中的大量气体也可减轻重量。
气体辅助注射成型
翘曲和变形
气辅成型能消除制品 的翘曲和变形吗？
气体辅助注射成型
翘曲和变形
气体辅助注射成型
剩余壁厚-注入树脂量
太少
太多
气体辅助注射成型
剩余壁厚-注入树脂量
气体辅助注射成型
剩余壁厚-模温
以PC（Makrolon® 2458）为例子，模温变化大于 30°C而 制品的壁厚基本上不变，平均壁厚的改变量仅 0.02mm.
气体辅助注射成型
适宜成型的制品
例子:电视机前框改为气辅注塑成型，制件经重新设 计后，重量减轻了26％，零件数减少了54％。
气体辅助注射成型
适宜成型的制品
例子:马自达汽车保险杠。用气辅成型克服了表面凹陷，
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。
气辅注射成型原理与技术
气体注射控制基本参数
1、 2、 3、 4、
熔体温度 熔体预注射量
气体延迟时间
气体注射与保压压力
5、
气体注射时间
气辅注射成型工艺的应用
1、厚壁、偏壁及管棒状制品
*制品内部掏空，减少缩水，减少冷却
时间，气压在制品中均匀传递降低 制品的翘曲和变形；
如：生产塑胶椅子扶手，采用气辅工艺以前， 质量为2。4KG，且收缩十分严重，冷却时 间长；采用气辅注射工艺后，成品质量为1。 8KG，减重达25%，收缩消失，冷却时间减 少至原来的10%；
*制品一体化程度高，可一次成型得到 制品
如：电话听筒，传统的注塑是将两个塑件分别 注射然后再粘贴焊接而成一体；采用气辅注 射，直接把制品掏空，一次得到制品；
2、平板状制品
*对于大型平板制品，传统注射最 容易发生的问题是翘曲，而且生 产时由于流程长，投影面积大锁 模力高；采用气辅注射后，由于气道 的引流作用和短射，大大降低了 锁模力，翘曲减少或完全消失， 提高了尺寸稳定性和钢度，避免 了缩痕； 例如：海尔生产 的电冰箱面板，采用 气辅工艺后，翘曲减少，锁模力由 1700T下降到700T与传统的注塑相比下 降了58.8%，效果明显；
1、设计多样化，外观 优秀 2、外观改善、电镀效 果好、减少或消除后 筋板的缩水减小、内部保压
大型平 板制品
3、家庭用品：桌面、板式家具 4、低压成型、锁模力
4、残留应力小，翘曲减小或消除
目前国内注塑厂家气辅注射的应用情况
1、家电生产（电视机）
长虹、康佳、海信、海尔、 福日、熊猫、飞利浦、厦华、 荣事达等 2、汽车内饰件 上海研丰（上海大众）、四 川航天（富康） 、 哈尔滨塑料九厂（松花江赛 马）等
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气体辅助注塑成型是通过把高压气体引入到制件的厚壁部位，在注塑件内部产生中空截面，完全充填过程、实现气体保压、消除制品缩痕的一项新颖的塑料成型技术。
传统注塑工艺不能将厚壁和薄壁结合在一起成型，而且制件残余应力大，易翘曲变形，表面时有缩痕。
新发展的气辅技术通过把厚壁的内部掏空，成功地生产出厚壁、偏壁制品，而且制品外观表面性质优异，内应力低。
轻质高强。
现已开发成功气辅产品结构和模具设计包括浇注系统、进气方式和气道分布设计技术，气辅注塑工艺设计技术，气辅注塑工艺设计技术，气辅注塑过程计算机仿真技术，气辅注塑产品缺陷诊断与排除技术，气辅工艺专用料技术。
电视机、家电、汽车、家具、日常用品、办公用品、玩具等几乎所塑料制件领域，为塑料成型开辟了全新的应用领域，特别适用于管道状制品、厚壁、偏壁（不同厚度截面组成的制件）和大型扁平结构零件。
气体辅助装置：包括氮气发生和增压系统，压力控制单元和进气元件。
投资约40--200万元（视规模和对设备要求的档次不同而不同）。
气辅工艺能完全与传统注塑工艺（注塑成型机）衔接。
减轻制品重量（省料）可高40%，缩短成型周期（省时达30%，消除缩痕，提高成品率；降低注塑压力达60%，可用小吨位注塑机生产大制件，降低操作成本；模具寿命延长、制造成本降低，还可采用如粗根、厚筋、连接板等更稳固的结构，增加了模具设计自由度。
通常6-18个月可收回增加的设备成本（具体经济效益随制件而议）。
塑料，橡塑 编辑:mszcm。