气辅注塑工艺和气辅模具设计
气辅成型模具
第三单元其他塑料模具简介随着塑料产品应用的广泛和塑料成型工艺的飞速发展，人们对塑料制品的要求也越来越高。
近几年来，除了注塑模以外，在其他的塑料模具方面也有了很大的发展，如压制成型模具、真空成型模具、多色注塑模、气辅成型、高光注塑模等课题七气体辅助注射成型及实例学习目标通过本课题的学习，你将了解气体辅助注射成型方面的基本知识，熟悉气体辅助注射成型的设计方法和制造特点等学习内容气辅成型原理、模具特点、辅助设备、成型工艺及特点等家用电器部件：电子设备部件：家具塑料部件：气辅技术可在家电、汽车、家具、日常用品、办公用品等几乎所 有塑料制件领域得到应用。
采用气辅技术可以减少成型的锁模力， 缩 短成型周期，减少翘曲变形。
同时，由于成型所需注射压力的降低， 从而可以在较小的注塑机上成型较大的制品。
从表面上看， 气辅技术 的优势源于利用高压气体把厚壁的内部掏空；从工程力学的原理上 看，气辅技术的应用改变了材料在制品断面上的分布， 使制件刚性和 强度得以改善，承载力增加，这在汽车、飞机、船舶等交通工具的轻 量化方面显示出了巨大且诱人的应用优势和前景。
气辅技术在美、日、欧等发达国家和地区正日益得到广泛应用，短短 几年，该技术用于注塑制品成型的模具配套率已达 10% 。
随着时间 的推移，在市场竞争极为激烈的情况下， 更加完善的气辅技术一定会 为更多的塑料制件制造商所接受。
气辅技术在国内的应用首先体现在 壳类制品和轿车内饰件等家电、汽车、仪器、仪表、家具等行业。
气 辅技术的最大应用领域是家电产品，就日本电视机行业来说， 64cm以上大屏幕彩电几乎 90%以上采用气辅成型技术。
目前，中国年产电视机2500 万台，其中彩电1200 万台。
在彩色电视机份额中，占20% 左右的64cm 以上大屏幕彩电有240 万台，而且大屏幕彩电的数量随市场的需求正逐年递增。
在汽车注塑件方面，美国福特汽车公司用气辅技术成型了汽车保险杠、汽车内饰件面板、仪表板等，还有美国克莱斯勒复合概念车整个车身以气辅注射成型，这些都为气辅技术在汽车注塑件上的应用开了先例。
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。
气辅成型
穿透长度与气道形状的关系
Sha pe Fa c t or
0. 93
1. 045
1. 277
1. 2798
Pe net r a t i on
Bl ow Ra t i o
Moldflow Korea
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Gas Technology Application Examples
气体的手指现象
如果气道设计来 与聚合物熔体的 流动方向相交， 或气道与浇口太 近，可能产生手 指现象。 如果气道已定， 则提高压力来避 免手指现象
Moldflow Korea
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Gas Technology Application Examples
气体注射工艺条件要点（2）
6. 如果制件有许多孔，加气压力最大为3000psi 7. 如果制间没有孔，加气压力最大为5000 8 加气压力和延迟时间之间有密切的关系 9. 加气压力强烈地依赖于聚合物熔体的注射量
Moldflow Korea
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Gas Technology Application Examples
全球气辅市场
• > 15家气辅设备的主要生产厂商 家气辅设备的主要生产厂商
Cinpres Krauss Maffei Gain Technologies Mannesmann Billion Stork Hettinga Johnson Controls
气道设计注意事项
1. 气道尺寸为壁厚的2.5倍 2. 如果气道太大，容易产生缩痕 3. 如果气道太小，容易发生手指现象 4. 气道最好布置在角落 5. 气道设计必须保证平衡充模 6. 气道尺寸最好根据CAE分析结果设计 7. 气道的末端应有20~30mm的锥度 8. 加强筋可作为气道
气辅成型模具
第三单元其他塑料模具简介随着塑料产品应用的广泛和塑料成型工艺的飞速发展，人们对塑料制品的要求也越来越高。
近几年来，除了注塑模以外，在其他的塑料模具方面也有了很大的发展，如压制成型模具、真空成型模具、多色注塑模、气辅成型、高光注塑模等课题七气体辅助注射成型及实例学习目标通过本课题的学习，你将了解气体辅助注射成型方面的基本知识，熟悉气体辅助注射成型的设计方法和制造特点等学习内容气辅成型原理、模具特点、辅助设备、成型工艺及特点等.家用电器部件：汽车塑料部件：电子设备部件：家具塑料部件：气辅技术可在家电、汽车、家具、日常用品、办公用品等几乎所有塑料制件领域得到应用。
采用气辅技术可以减少成型的锁模力，缩短成型周期，减少翘曲变形。
同时，由于成型所需注射压力的降低，从而可以在较小的注塑机上成型较大的制品。
从表面上看，气辅技术的优势源于利用高压气体把厚壁的内部掏空；从工程力学的原理上看，气辅技术的应用改变了材料在制品断面上的分布，使制件刚性和强度得以改善，承载力增加，这在汽车、飞机、船舶等交通工具的轻量化方面显示出了巨大且诱人的应用优势和前景。
气辅技术在美、日、欧等发达国家和地区正日益得到广泛应用，短短几年，该技术用于注塑制品成型的模具配套率已达10%。
随着时间的推移，在市场竞争极为激烈的情况下，更加完善的气辅技术一定会为更多的塑料制件制造商所接受。
气辅技术在国内的应用首先体现在壳类制品和轿车内饰件等家电、汽车、仪器、仪表、家具等行业。
气辅技术的最大应用领域是家电产品，就日本电视机行业来说，64cm 以上大屏幕彩电几乎90%以上采用气辅成型技术。
目前，中国年产电视机2500万台，其中彩电1200万台。
在彩色电视机份额中，占20%左右的64cm以上大屏幕彩电有240万台，而且大屏幕彩电的数量随市场的需求正逐年递增。
在汽车注塑件方面，美国福特汽车公司用气辅技术成型了汽车保险杠、汽车内饰件面板、仪表板等，还有美国克莱斯勒复合概念车整个车身以气辅注射成型，这些都为气辅技术在汽车注塑件上的应用开了先例。
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。
塑料模具设计与制造 单元2-02气体辅助成型工艺及模具教案
学习情境2-9 其他注射成型工艺及模具单元2 气体辅助注射成型工艺及模具教学目标（以能力描述的目标）掌掌握气体辅助成型工艺、模具、设备特点，为正确进行气体辅助成型工艺设计、模具设计奠定基础。
重点与难点分析气体辅助成型工艺、模具特点；完成论文。
教学设计：任务驱动法、网络查询、问答式、讲授法等教学资源：多媒体、课件、投影仪、黑板、动画、塑料模具模型学习任务与学习成果：分析气体辅助成型工艺、模具、设备特点：论文课时分配：授课班次：课程执行情况：学习情境14单元2教学设计表课后小结：教学资源：知识点 教育属性 专业技术属性 媒体属性 名称格式 名称格式 名称格式 教学文件01教学设计方案 02教案 03教学课件word ppt word word气体辅助成型原理 04～07气体辅助成型原理 swf板书设计：一、学习型工作任务 二、要求 三、重点 四、学习成果教学内容教学组织与教学方法一、气体辅助注射成型原理塑料注射成型时熔体在型腔中的流动特点是，熔体在注射压力作用下进入模具型腔后，在同一截面上，各点的流动速度不同，中间最快，愈靠近型腔壁流动速度愈慢，接触型腔壁的一层速度为零。
这是由于愈靠近型腔壁，冷却速度愈快，温度愈低，熔体粘度愈大，而中心部位温度最高，熔体粘度最小，这样，注射压力总是通过中间层迅速传递，致使中心部分的质点以最快的速度前进。
由于熔体外层流速慢，内层速度快，内层熔体在向前推进的同时，向外翻而贴模。
这时，如果让注射机注射到一定位置(熔体充填型腔到一定程度)停止注射，以一定压力的气体代替熔体注入，气体同样会向流动阻力最小的中间层流动，这样，借助气体气压作用，就会将中部塑料熔体向前继续推进，并将注入型腔的熔体吹胀，直至熔体贴满整个型腔，形成壁部中空外形完整的塑料制品。
任务一：分析气体辅助成型工艺 任务二：分析气体辅助成型模具设计要点 任务三：了解气体辅助成型设备一、气体辅助注射成型原理 二、气体辅助注射成型工艺 三、气体辅助注射成型用设备 四、气体辅助注射成型模具设计要点五、气体辅助注射成型适用的塑料六、气体辅助注射成型的特点 七、气体辅助注射成型应用实例1、气体辅助注射成型模具设计要点论文二、气体辅助注射成型工艺气体辅助注射成型工艺过程是在普通注射成型过程中加入气体注射，具体过程如下：1．充填阶段这阶段包括熔体注射和气体注入。
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。
气辅设计
• • • • • 1、定义进气口 2、生成表面边界 3、选择表面边界，指定为气道特征路径 4、生成气道中心线 5、设置气辅工艺条件
注意：气辅设计前需进行充模设计与充模工艺设置
华塑软件研究中心
相关的一些基本概念
1—气道特征 3—气道特征路径
华塑软件研究中心
2—表面边界 4—气道中心线
气辅设计
华塑软件研究中心
内容提要
• • • • 一、气辅成型技术背景 二、气辅成型技术介绍 三、华塑CAE中气辅设计与分析 四、气辅设计技巧
华塑软件研究中心
一.气辅成型技术背景
1969年氮气辅助成型技术问世 1980年发展为适应于结构复杂的大型产品成型 1990年代得到进一步发展,目前仍处于研究成长期 气辅成型在计算机、DVD、Notebook、汽车等产品 均有广泛的应用实例，尤其在面板、机壳等大型塑 件方面
华塑软件研究中心
传统注射成型
气体辅助注射成型
华塑软件研究中心
气辅成型的缺点
• • • • • 需专门的附加设备（气体控制设备） 需进行气道设计 工艺参数更难控制 专利的限制 复杂件需较长的开发时间
华塑软件研究中心
三、HsCAE中气道设计与分析
气辅设计前需进行充模设计与充模工艺设置气辅设计的步骤5设置气辅工艺条件华塑软件研究中心wwwhscaecom相关的一些基本概念1气道特征2表面边界3气道特征路径4气道中心线华塑软件研究中心wwwhscaecom1定义进气口点击按钮后在制品上选择进气口图中绿色标示就是进气口华塑软件研究中心wwwhscaecom2生成表面边界点击按钮创建一平面来截取制品平面与制品的交线就是表面边界下图中的青绿色平面就是创建的平面用一经过点和法矢确定平面的位置可选x还可以在制品上再选择一点它与前面选择的经过点的连线也可以用来确定法矢华塑软件研究中心wwwhscaecom2生成表面边界点击按钮生成表面边界如图中蓝色线段所示华塑软件研究中心wwwhscaecom3选择边界指定为气道特征路径点击按钮选择刚生成的表面边界作为气道特征路径最终的气道线就是由气道特征路径生成的下图中的红色线段就是气道特征路径
气辅注塑工艺的应用
气辅注塑工艺利用了气体具有的高效压力传递性原理，使流程长的部位迅速充满而不至于产生缩痕，达到消除变形、降低注塑压力、减轻产品重量、提高设计自由度、节省塑料以及降低成本等目的。
气辅注塑工艺在实践中通常与注射量、注射速度及保压、气体压力及注气速度以及延迟时间等因素有关。
1．注射量气辅注塑工艺是采用所谓的“短射”方法，即先在模腔内注入一定量的料（通常为70%～99%），然后再注入气体，实现全充满过程。
熔胶的注射量与模具气道大小及模腔结构有很大的关系。
气道截面越大，气体越易穿透，掏空率也就越高，适宜采用较大的“短射率”。
但料量过多，则易发生熔料堆积，出现缩痕；料太少，则会导致吹穿。
这种气辅工艺中，保证气道与流料方向完全一致是非常重要的，因为这样才最有利于气体的穿透，气道的掏空率也能达到最大。
因此在模具设计时应尽可能实现气道与流料方向的一致性。
2．注射速度及保压实际生产中，在保证制品表面不出现缺陷的情况下，应该尽可能使用较高的注射速度，使熔料尽快充填模腔，这样熔料的温度保持性较好，有利于气体的穿透及充模。
在这一过程中，气体在推动熔料充满模腔后仍保持有一定的压力，相当于传统注塑工艺中的保压阶段，因此一般情况下气辅注塑工艺可以省却用注塑机来保压的过程。
但有些制品由于结构原因仍需使用一定的注塑保压来保证产品的质量。
不可使用高的保压，因为保压过高会使气针封死，腔内气体不能回收，开模时极易产生吹爆现象。
此外，保压高亦会使气体穿透受阻，加大注塑保压有可能使制品出现更大缩痕。
3．气体压力及注气速度气体压力与材料的流动性关系最大。
流动性好的材料（如PP）应采用较低的注气压力（见表1）。
表1 几种常用材料注塑压力数值气体压力大，虽易于穿透，但容易吹穿；气体压力小，又可能出现充模不足、填不满或制品表面有缩痕等情况。
注气速度高，可在熔料温度较高的情况下充满模腔，而对流程长或气道小的模具，提高注气速度有利于熔胶的充模，可改善产品表面的质量。
气辅注塑成型技术
气辅注塑成型技术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，使产品形成真空。
气辅设备包括气辅控制单元和氮气发生装置；氮气发生装置主要包括氮气发生器，氮气压缩机，氮气储气瓶。
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。
气体辅助注塑过程可分为注塑期，充气期，气体保压期和脱模期。
1.注塑期：所需塑料注塑量要通过实验找出来，以保证在充气期间，气体不会把成品表面冲破及能有一个理想的充气体积，通常注满产品的70%-95%。
注入熔体2.充气期：可以在注射中或后的不同时间注入气体，气体注入的压力必需大于注塑压力，以达到产品成中空状态。
注入氮气3.气保压期：当成品内部被气体填充后，气体在成品中空部分的压力就成为保压压力，可大大减低成品的缩水及变形率。
保压成型4.脱模期：随冷却周期完成，防止产品暴裂，自动排出气体，模具内压力降至大气压力，成品由模腔内顶出。
排出气体和产品出模气体辅助注塑成型进气方式有两种：一种由射嘴进入成品；二种由模具进入成品，这两种各有各的优点和缺点。
一从射嘴进气优点：1)修改现在有旧模具即可使用。
2)流道形成中空状，减少塑料使用。
3)成品无气针所留下之气口痕迹。
缺点：1)所有气体通道必须相通连接。
2)气体通道必须对称且平衡。
3)不能用于热流道模具上使用。
4)注塑机射嘴更换且费用较高。
二从模具进气优点：1)可以多处进气，气体通道不需完全相通连接。
2)气体与塑料可同时射入。
3)可允许使用热流道模具。
4)可使用于非对称模穴之产品成型。
缺点：1)模具须重新开发设计。
2)气针会留下气口痕迹。
塑料制品成型应用气体辅助成型技术，有以下优点：1)节省塑胶原料，节省可高达50%。
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