小唐老师：气辅注塑工艺要点解析（2018.1.10）
作为又臭又长的大部头，我们还是给它一个比较好的口号：“原汁原味，品味经典”，在这里，小唐老师就不做任何加工，请让各位沉浸在专业技术的海洋里吧。1 概述
气体辅助注塑成型具有注塑压力低、制品翘曲变形小、表面质量好以及能加工壁厚差异较大的制品等优点，近年来发展迅速。它在发达国家用于商业化的注 塑制品生产已有 20 多年。 气体辅助注塑成型包括塑料熔体注射和气体注射两部分。与传统的注射成型 工艺相比，气体辅助注塑有更多的工艺参数需要确定和控制，因而对于制品的设计、模具的设计和成型过程的控制都有着特殊的要求。 在汽车类注塑产品中，有些产品因为功能的需要，其横截面积较大。如果按一般的工艺注塑，产品将会严重缩水。此时，在注塑的过程中，利用气辅装置， 将气体注入型腔内，让产品中空，就可以防止缩水现象的产生。
2 气辅成型的原理
气辅成型就是先向模具型腔注入塑料熔体，再向塑料熔体中注入压缩空气（通常为氮气），借助气体的作用，推动塑料熔体充填到型腔的相应部位，最后 形成中空断面而外形完整的塑件。
车顶拉手气辅工艺
3 气辅成型的工艺特点
优点： 与传统注塑工艺相比，气辅成型工艺拥有如下几个特点： (1)能成型壁厚不均匀的塑件以及一些传统注塑不能加工的三维中空塑件，提高了塑件设计的自由度。 (2)气体从浇口至流动末端形成连续的气流通道，无压力损失；能够实现低压注射成型，因此能够获得低残余应力的塑件；塑件翘曲变形小，尺寸稳定。 (3)由于气体能够起到辅助充模的作用，提高了塑件的成型性能。因此，气辅工艺有助于成型薄璧塑件，减轻塑件质量。 (4)由于注射压力较低，可在锁模力较小的注射机上成型尺寸较大的塑件，模具定模壁厚可以适当减小。
缺点 相应的，气辅工艺存在着如下几个弊端： (1)需要增设供气装置和充气喷嘴，因而提高了成型设备的成本。但几个注塑机可以共用一套供气设备，可适当降低成本。 (2)采用气体辅助技术时，对注塑机的精度和控制系统有较高的要求。 (3)就气辅工艺而言，塑件注入气体和未注入气体的表面会产生不同的光泽。 虽然可以通过模具设计和调整成型工艺等方法加以改善，但最好用图案进行装饰。
4 设备
对于气辅工艺来说，设备的精度及稳定性直接影响了产品的表面质量及气辅 效果。因此，设备是比较关键的。注塑机 由于气辅工艺涉及的参数较多。因此，应尽量减少因设备误差对工艺的影响。 对于注塑机来说，其注射误差要控制在±0.5%内，注射压力波动要小。
气辅设备 气辅装置是决定该零件吹气效果好坏的关键性因素，通常来说气辅装置有下列四个： N2 发生器； 压力控制单元； 压力控制级数； N2 回收装置； 其中，如何确定较合理的吹气压力和吹气时间，需要在不断的试模中进行调试。
气辅装置 将注塑机以及气辅装置安装在一起后，就能实现气辅工艺的加工。 气辅零件的质量，一方面与设备的精度、工艺的适宜程度有关。另一方面， 零件结构的合理性以及模具加工的精准度也占较大的比重。
5 塑件的设计要求
与普通注塑件不同的是，零件的气辅位置需要增加一部份的圆角，脱模 斜度﹤1︒，筋位、突起的地方要加厚，筋板与垂直壁厚之比﹥60%。 封闭通道类塑件（棒条类）及开放通道塑件（板壳类）一般考虑使用该 工艺制造。 适合流动性能好的塑料（如 PP），方便吹气时塑料的流动。
6 模具的设计要求
模温要高，在动模加油温加热，若产品过长还需在动模加发热棒加热。 气道方向应与熔体的流动方向一致，由高压区流向低压区，这样容易在较厚部位进行穿透。在设计制品和模具型腔时常把加强筋肋板等较厚部位用作气 道。 只使用一个浇口，该浇口的设置应使“欠料注塑”的熔料均匀地充满整 个型腔。 由气体推动的塑料必须有去处，且应将型腔充满，浇口应尽量选在产品 的端部。 吹气口应选在靠近浇口的地方，吹气口必须在模具的下方。以防止因重力作用使料堆积于模具下方，而造成胶厚不均。 气体通道必须是连续的，不能自成环路。最有效的气道是圆形截面。一般情况下，气道体积应小于整个塑件体积的 10%。 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。气辅流道和溢流槽的形状一般都做成梯形。 气道布置应尽量均匀，应尽量延伸到制品末端。
采用多点进气时，气道之间的距离不能太近。 多型腔成型时，每个型腔应采用单独的注气点。 采用气辅工艺的模具，一般采用热流道进行注塑。
7 实例分析
U型饰框 气辅成型就是先向模具型腔注入塑料熔体，再向塑料熔体中注入压缩空气（通常为氮气），借助气体的作用，推动塑料熔体充填到型腔的相应部位，最后 形成中空断面而外形完整的塑件。
采用气辅工艺的U型饰框 下面是吹气时间 5S 和 15S 的两个零件的比较，虽然两个零件都完成了气辅工艺，气辅压力也相同，但时间上的差异使产品之间存在着较大的区别。
可以看出发现吹气时间较短的零件表面会有比较明显的缩印产生，从截面看，产品在箭头处的壁厚较薄，这是由于吹气时候较短，料不足以在该处凝结，导致冷却时因壁厚差异在该处产生缩印。
反观气辅时间较长的零件，由于气体的流动时间较长， 料有足够的时间在箭头处堆积，使得其截面厚度相对比较均匀，这也减少了出现缩印的风险，改善了零件的表面质量。 所以，通过不同工艺参数的比较，我们最终选择了 15S 的气辅零件作为供货零件。因为其不仅在表面质量上相对其他对比零件要好，另外在克重方面的优势也较为明显。
拉手 通常来说，气辅零件要求零件内部的气道是连续的。但有些零件却只有吹气口，没有溢料口，下面的拉手就是个典型的例子。
由于气辅工艺涉及的参数较多。因此，应尽量减少因设备误差对工艺的影响。 对于注塑机来说，其注射误差要控制在±0.5%内，注射压力波动要小。
从上图看，该零件只有一个进气口。切开零件后， 气道在快到达另一端时终止，这样设计主要有如下几个理由： 1. 由于该零件内部的气孔直径很大，如果按传统吹气方式， 气孔可能比较靠近产品的 A 面，会使 A 面由于壁厚不均产生表面亮斑、吹穿等缺陷；
由于该零件需要一定的强度，以承受人体的一部分重量，部分吹气不仅 可以减少材料，还不影响该零件的强度，可谓一举两得；如果按一般气辅工艺加 工，可能影响产品的强度。 与气辅零件相比，非气辅零件的端部有很明显的缩瘪现象，如下图所示。
所以，利用气体将料吹向端部，可以达到类似辅助充模的效果。不仅提高了零件的饱满度，又降低产生表面缺陷的风险。盖板 一般来说，汽车的门内把手盖板会使用气辅工艺来加工。以 盖板为例，下图分别是运用气辅工艺及没有使用气辅工艺的同一零件对比。
左：气辅； 右：非气辅 两者端部区域的差别最为明显。右图的零件表面存在较为明显的缩印。这是由于该处的壁厚较厚，导致其冷却时间较长，使得保压对该部位的收缩起不到很大的效果，最终在该处产生了表面缩印。 而使用气辅工艺的零件，其产品的壁厚相对较小，也比较均匀。因此，气辅可以较为有效地控制零件表面缩印的产生。 气辅零件之间，虽使用相同工艺生产，但由于某些工艺参数的变化，零件的表面质量会有很大的不同。
上面两个零件，虽都使用了气辅工艺，但右图零件由于吹气压力过大，导致其产生了表面白印。
从上面剖面图中，我们发现该零件有明显的吹穿现象，因而使零件表 面产生白印。所以，虽都使用了气辅工艺，但吹气的时间、压力等参数的设置对 于零件的表面质量有着很大的影响。
8 衍生与运用
随着气辅工艺的不断发展，一些新的衍生工艺应运而生。Mucell 工艺 微发泡(MicrocellularFoamine)是指以热塑性材料为基体，通过特殊的加工工艺，使制品中间层密布尺寸从十到几十微米的封闭微孔。 微发泡注塑成型技术突破了传统注塑的诸多局限，在基本保证制品性能不降低的基础上，可以明显减轻制件重量和成型周期，大大降低设备的锁模力，并具有内应力和翘曲小、平直度高、没有缩水、尺寸稳定、成型视窗大等优势。 与常规注塑相比较，特别在生产高精密以及材料较贵的制品中，存在许多方面的独具优势，成为近年来注塑技 术发展的一个重要代表。 其发泡成型过程可分成三个阶段：首先是将超临界流体(二氧化碳或氮气) 溶解到热融胶中形成单相溶体；然后通过开关式射嘴射人温度和压力较低的模具 型腔，由于温度和压力降低引发分子的不稳定性从而在制品中形成大量的气泡 核，这些气泡核逐渐长大生成微小的孔洞。
发泡后的制品横切面放大图如下，我们从中可以明显看到表层还是未发泡的 实体层，这是由于模具温度较低，表面树脂冷却迅速，细胞核没有成长的时间， 所以还是未发泡的实体。
Mucell 工艺可以说是气辅工艺的衍生，虽然两者都是使用氮气或二氧化碳， 但成型原理却不经相同。Mucell 微发泡注塑主要应用在薄璧产品上，它对整个 产品的不同部位都有帮助。气辅注塑只能应用在厚壁产品上，只对产品局部有帮助。 气辅工艺需要在设备上做气道等特殊处理，而 Mucell 微发泡注塑在模具制作方面与传统模具相同，只是流道小 20%左右。 Mucell 微发泡注塑能够更多地降低制品重量，以更短的循环时间成型，并且制品质量会有更大的提高。 以上就是今天的全部内容，感谢你的阅读。
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文章来源：内部知识库
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