气辅注射成型及设计要点
气体辅助注塑设计
来源于：注塑塑料网/气体辅助注塑设计传统的注塑方法不适用于生产厚壁零件，这是因为塑料的低导热性和相对较高的收缩率导致较长的工作周期和严重的收缩痕迹。
因此，制品的厚壁表面出现凹陷，甚至整个制品产生翘曲变形。
另外，传统的注塑方法也不适用于封闭的中空零件，因为不可能抽出型芯。
气体辅助注塑成型(简称气辅成型)技术是20世纪90年代末才进入实用阶段的一项新技术，它解决了以上问题，并广泛地应用于家电、汽车、航天、日常生活用品中，显示出强大的优势和广阔的发展前景。
2气体辅助注塑成型原理在气体辅助成型过程中，将压力气体(一般为氮气)注射到模具型腔的熔料内，气体作为临时的无比柔韧的型芯件，可在任意厚度截面上形成中空。
2.1气体的引入形式气体辅助成型的气体引入形式一般分为三种：(I)气体可通过注射喷嘴进入流道系统内，再进入制品中。
(2)气体可通过注射销进入流道系统内，再进入制品中。
(3)气体可直接注射到模腔内。
2.2气体辅助成型基本步骤气体辅助成型一般可分为以下四个阶段(1)熔体注射阶段：在模具中注射填充量不足的塑料熔料。
(2)气体填充阶段：在熔融塑料未完成充满模腔前，将计量的定量气体由特殊喷嘴注射入熔体中央部分，形成扩张的气泡，并推进前面的熔化芯部，从而完成填充模具过程。
气体注射时间、压力、速度非常重要。
(3)冷却保压阶段：在工作循环的冷却阶段，气体将保持较高的压力，气体压力将补偿塑料收缩导致的体积损失。
达到某种程度时，气泡将进一步渗透到熔体中，即二次气体渗透。
(4)最终排气阶段：塑料冷却定型后，将气体从最终模制件中抽出。
气体在辅助注塑的开始阶段称为初始气体渗透，在这个过程中，气泡首先渗透到模具中聚合物熔料可以流动到的尚未填充的区域。
特别是在之后的二次气体渗透阶段，气泡将趋向于在熔化塑料芯部沿阻力最小的路径渗透。
熔料压力最低或者温度最高的地方，其阻力最小。
其结果是，气体辅助产生的中空截面的壁厚通常不会均匀一致(图2)。
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。
气体辅助注塑成型模具设计的注意要点分析
气体辅助注塑成型模具设计的注意要点分析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：•解决制件表面缩痕问题，能够大大提高制件的表面质量。
•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。
•节约原材料，最大可达40%～50%。
•简化制品和模具设计，降低模具加工难度。
•降低模腔压力，减小锁模力，延长模具寿命。
•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。
气辅制品和模具设计基本原则：•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。
•大的结构件：全面打薄，局部加厚为气道。
•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。
•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。
•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。
•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。
•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。
•对于多腔模具，每个型腔都需由独立的气嘴供气。
•若有可能，不让气体的推进有第二种选择。
•气体应局限于气道内，并穿透到气道的末端。
气辅注射成型及设计要点
维普资讯
张晓 黎 ，等
气 辅 注射 成型 及设 计 要点
其 影 响并 不很 大 ， 此 成 型 原 料 的 选 择 极 为 重 要 。 １ 因 表 是 用 于 气 辅 注 射 成 型 的 常 用 塑 料 ，引。 ，
制 品 实 现 一 次 成 型 ， 于制 件 的 装 配 。 如 国外 一 家 公 便 例 司原 来 生 产 的 以几 十 个 金 属 零 件 为 主 体 、 状 复 杂 的 形 汽 车 门板 ， 过 Ｇ Ｎ 技 术 并 采 用 塑 料 合 金 材 料 实 现 通 ＡＩ
了一 次 成 型 。
１ １ 制 件 性 能 良 好 ．
（）消 除 气孔 和 凹 陷 １ 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 ， 料 注 射 后 气 体 欠
导入 ， 补偿 了因熔体 在冷却过程 中的收缩 ， 免气孔 和 避 凹陷的产生 。
（）减 少 内应 力 和 翘 曲 变 形 在 制 件 冷 却 过 程 ２ 中 ， 气 体 喷 嘴 到 料 流末 端 形 成 连 续 气 体 通 道 ， 压 力 从 无
备有一定 的磨损 。 在 气 辅 成 型 过 程 中 ， 于 制 件 的成 型 壁 厚 和 表 面 由 缺 陷 在 很 大 程 度 上 由原 料 性 能 决 定 ， 变 过 程 参 数 对 改
（）提 高 设 计 的灵 活性 气 辅 注 射 可 用 来 成 型 壁 ４ 厚 不 均 的制 品 ， 原 来 必 须 分 为 几 个 部 分 单 独 成 型 的 使
Ｐ ６Ｐ ６ Ａ ，Ａ ６和 Ｐ Ｐ也 经 常 被 用 于 气 辅 成 型 ； 些 部 分 结 一
气体辅助注射成型气道设计
图 1 气辅成型过程示意图
a ———塑料熔体充填 b ———气体注射
c ———保压冷却
d ———脱模顶出
3 气道设计 由于气体总是沿着阻力最小的方向即压
力梯度最大的方向前进 , 因此容易在较厚的 部位进行穿透 , 在制品和模具型腔设计时常 把加强筋或肋板等较厚的部位用做气道 , 对 气道的设计也就是对这类加强筋和肋板的设 计 ,设计时一般应遵循以下原则 :
20432径向尺寸以免引起内外转角处壁厚的差异以保证气体穿透的畅通性因为气道形成回路会使气体的穿透形成分支最后在支路前端熔体的交汇处形成熔合纹气道的布置应在不产生气穴和吹穿的情况下使气体在制品内尽量穿透这是因为气体是非粘性的可以有效地把入口压力传递到气体与熔体的交界面而不产生明显的压力降制品内部压力分布越均匀保压冷却过程中产生的残余应力越小出模后的翘曲倾向也越小如果选择两条加强筋的交叉处做熔体和气体的入口采用能引导气体向四个角上穿透的对角形气道就比十字形气道好由于模具型腔中的气体无法排出则在最后充满的中间薄板部分形成气穴并且其预计壁厚应与制品壁厚具有相同的量级结束语气辅成型具有以下优点可以大幅度降低对注射机和模具的要求可以用于成型壁厚差异较大的制品可以通过气道增加制品的截面惯性矩通过气体的穿透减轻重量缩短成型周期并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
(1) 气道的截面最好是接近圆形 。由于粘 性熔体表面张力的作用 , 气体在气道中穿透 形成的中空部分的截面形状倾向于圆形 , 所 以气道的截面接近圆形可使成型后气道部分 的壁厚比较均匀 。
(2) 气道的转弯和变向处应有足够大的
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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 气道设计
气辅注塑气道设计
气辅注塑的气道设计是指在注塑过程中，通过气道系统将空气或氮气注入模具中，以辅助塑料材料的充填和冷却，从而提高产品的质量和生产效率。
气辅注塑的气道设计需要考虑以下几个方面：
1. 气道位置：气道应该布置在模具的合适位置，以确保塑料材料能够充分填充模具，并且能够均匀地冷却。
2. 气道尺寸：气道的尺寸需要根据产品的形状和尺寸来确定，以确保足够的气流能够进入模具，并且能够有效地冷却塑料材料。
3. 气道数量：气道的数量需要根据产品的形状和尺寸来确定，以确保足够的气流能够进入模具，并且能够均匀地冷却塑料材料。
4. 气道形状：气道的形状需要设计成流线型，以减少气流阻力，提高气流的稳定性和均匀性。
5. 气道材料：气道的材料需要具有良好的耐高温和耐腐蚀性能，以确保在高温和高压下能够正常工作。
通过合理的气道设计，可以有效地改善注塑产品的质量和生产效
率，降低生产成本，提高生产效率。
气体辅助注射成型【范本模板】
气体辅助注射成型2.1气体辅助注射成型概述气体辅助注塑成型技术是一项新兴的塑料注射成型技术，此技术最早可追溯到1971年，美国尝试用加气注射成型方法制造中空鞋跟，但未取得成功，1983年英国采用低发泡注射成型法制造建筑材料时衍生出控制塑料制品内部压力的成型方法,称之为气体辅助注射成型.该技术很快得到迅速的发展，推动各行业的进步。
1、气体辅助注射成型的适用范围气体辅助注射成型最大的优点是制品由于中空结构使刚性增加而不用增加质量，有时还能减轻.由气体辅助注射成型制品有两大类:1）封闭式气道封闭式气道制品主要是由一个厚壁截面和气体穿行的通道组成.如门把手、扶手、框架结构、中空管等.2）开放式气道开放式气道制品主要是薄壁元件，类似于传统的加强筋结构制品。
2、气体辅助注塑技术的优点主要有：1)制品残余应力降低2）翘曲变形较小3）减少/消除缩痕4）更大的设计自由度5）制品综合性能提高6）与结构发泡相比，制品外观质量的到改善7)中空制品有以下特点-—更加易于填充——物料流动距离更长-—刚度与质量之比更大8）与实心制品相比成型周期缩短9）合模力吨位要求降低10)注射压力降低11）气道取代热流道系统从而使模具成本降低3、气体辅助注塑技术的缺点主要有：1)专利使用权限制。
2)附加的成本，一方面是气体辅助注射成型的专用设备要求的一定的附加费用；另一方面是气体的使用。
3）气体喷嘴的设计及位置的选择相当的困难。
4、材料大多数热塑性塑料都可用于气体辅助注射成型加工,表1-1列出了一些常用的材料聚醚酰亚胺HDPE5、设计注意事项：气体辅助注射成型制品的优化设计需要注意以下三点:1）气道布局的优化2）气道尺寸与制品相关3）平衡物料填充方式气道在模腔内的布局既包括气体喷嘴的定位，也包括气道进入模具位置的选择，气体会沿着阻力最小的方向向前流动。
在物料进入模具之后，模腔中压力最小的地方必须靠近气道的末端，这个压力差会促使气流沿着预期流道前进,从而推动物料充满整个型腔。
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气辅注射成型及设计要点
晓黎吴崇峰屈春起（天津科技大学天津300222）
摘要：概述了气辅注射成型过程中材料的选择、气道及模具的设计
关键词：气辅注射气道模具设计
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。
2 成型材料的选择
理论上讲，所有能用于常规注射成型方法的热塑性塑料均适用于气辅注射成型，包括一些填充树脂和增强塑料。
一些流动性非常好，难以填充的塑料如热塑性聚氨酷成型时会有一定困难;粘度高的树脂所需气体压力高，技术上也有难度;玻璃纤维增强材料对设备有一定的磨损。
在气辅成型过程中，由于制件的成型壁厚和表面缺陷在很大程度上由原料性能决定，改变过程参数对其影响并不很大，因此成型原料的选择极为重要。
表1是用于气辅注射成型的常用塑料。
PA(聚酰胺)和PBT(聚对苯二甲酸丁二酸酯)具有独特的结晶稳定性，尤其适合用于气辅注射成型;PA6,PA66和PP也经常被用于气辅成型;一些部分结晶型树脂，成型时内部靠近气道一侧由于冷却速率相对较慢，无明显无定型边界层产生，但外侧因为模壁的陕速冷却会产生无定型边界层，从而影响制品质量；对于玻璃纤维增强塑料，在模壁处会产生轻微的分子定向，且在模壁下一定距离处(约距制品外表面1mm处)沿料流方向达到最大成型高强度制件可选用具有较高弹性模量的树脂，实际生产过程中应根据制件使用要求和具体成型条件选择合适的树脂材料。
3 制件中气道的设计
气道设计是气辅成型技术中最关键的设计因素之一，它不仅影响制品的刚性同时也影响其加工行为，由于它预先规定了气体的流动状态，所以也会影响到初始注射阶段熔体的流动，合理的气道选择对成型较高质量的制品至关重要。
(1)常见气道的几何形状4
对于带加强筋的大型板件，气辅注射成型时，其基板厚度一般取3一6mm，在气体流动距离较短或尺寸较小的制件中，基板厚度可减至1.5一2.5 mm；加强筋的壁厚可达到与其相接部分壁厚的100%一125%而不会产生凹陷；气道的几何形状相对于浇口应是对称或是单方向的，气体通道必须连续，体积应小于整个制件体积的10%。
(2)制件的强度分析
成型传统带加强筋的制件经常出现凹陷、翘曲变形等，而图1所示各种断面几何形状加强筋的板件采用气辅注射成型，既保证了制品强度，又克服了传统注射成型的缺点。
通常，相同基板厚度条件下，类似图1(e)带有空心宽T型加强筋的比带空心窄T型加强筋的制件强度要高，后者又比相同截面带有类似图1(a)的空心半圆型加强筋板件的强度要高。
制件强度随受力大小和其形式不同变化很大，虽然采用加强筋可增大制品刚度，但若对其施加局部集中应力，就会大大削弱制品强度。
(3)气道尺寸
气道的尺寸设计与填充气体的流动方向密切相关，气体在流道内总是沿着阻力最小的方向流动。
稳定的牛顿流体通过直径为D的圆管，其压降公式为ΔP＝32μVL/D，其中μ为流体粘度，V为平均流速，L为流体段长度，D为管径，因为气全粘度极小，低于树脂的0.1%，而且压降在长度方向上可被忽略，因而只需考虑树脂压降产生的阻力。
假塑性流体在圆管中流动的压降公式与牛顿流体形式相似，因此利用上述公式而不必与虑实际流体及气体的状况，比较基于气体近浇点不同方向的压降ΔP（即比较各段的L和D的大小），就可定性地解决气体朱充动方向问题ΔP小的方向即为气体的优先流动方向。
改变流道尺寸直接导致不同方向压降的变化，从而改变气体的流动方向，并影响制件的成型质量。
4模具设计
由于气辅注射成型采用相对较低的注射压力和锁模力，所以除可采用一般模具钢制做模具外，还可采用锌基合金、锻铝等轻合金材料制造。
气辅注射成型过程的模具设计与普通注射成型相似，模具及制件结构设计造成的缺陷并不能通过调整成型过程中的参数来弥补，而是应及时修改模具和制件结构的设计，普通注射成型中所要求的设计原则在气辅注射成型过程中依然适用，以下主要介绍其不同部分设计时应注意事项:
(1)要绝对避免喷射现象虽然现在气辅注射有朝着薄壁制品、生产特殊形状弯管方向发展的趋势，但传统的气辅注射仍多用来生产型腔体积比较大的制件，料流通过浇口时受到很高的剪应力，容易产生喷射和蠕动等熔体破裂现象。
设计时可适当加大进浇口尺寸、在制品较薄处设置浇口等方法来改善这种情况。
(2)型腔设计由于气辅注射中欠料注射量、气体注射压力、时间等参数很难控制一致，因此气辅注射时一般要求一模一腔，尤其制品质量要求高时更应如此。
实际生产中有过一模四腔的例子，采用多型腔设计时，要求采用平衡式的浇注系统布置形式。
(3)浇口设计一般情况只使用一个浇口，其位置的设置要保证欠料注射部分的熔体均匀充满型腔并避免产生喷射。
若气针安装在注射机喷嘴和浇注系统中，浇口尺寸必须足够大，防止气体注入前熔体在此处凝结。
气辅注射中最为常见的一个问题是气体穿透预定的气道进入制件薄壁部分，在表面形成类似指状或叶状的气体流纹(Gas fingering)，甚至少数几个这样的“指纹"效应对制品的影响也是致命的，应该极力避免。
研究表明〔s〕，形成这类缺陷的主要原因是由于进浇口尺寸和气体延迟时间设置不当造成的，而且这两种因素常常相互作用，比如当采用较小的浅口和较短的延迟时间时，就极易产生这种不良后果，既影响了制品外观质量又极大地降低了制件强度。
一般可采用缩短气道长度，加大进浇口尺寸，合理控制气体压力的方法避免这种不利情况的发生。
(4)流道的几何形状相对于浇口应是对称或单方向的，气体流动方向与熔融树脂流动方向必须相同。
(5)模具中应设计调节流动平衡的溢流空间，以得到理想的空心通道。
气辅注射成型技术近些年在家用电器、汽车、家具、办公用品等行业广泛应用，并且朝着提高制品尺寸稳定性、制造表面性能优良的薄壁制品、生产特殊形状管材、取代汽车工业中金属制件等方向发展，相信在以后的工业生产中气辅注射技术仍将发挥其重要作用。