气体辅助注塑成型—气道设计

荼靡

1 引言

气体辅助注射成型(简称气辅成型) 是塑料加工领域的一种新方法, 80 年代开始用于生产实际,目前在欧洲和北美广泛使用,亚洲的日本和韩国也已相继采用, 我国的一些厂家也开始使用这项新技术。气体辅助注射成型比普通注射成型多一个气体注射阶段, 由气体推动塑料熔体充满模具型腔, 因此在气辅成型制品设计和模具型腔设计时必须提供明确的气道来引导气体的走向。气道几何尺寸的大小、截面形状的确定和位置的布置都会影响到气体的穿透和气体对熔体流动的干涉,从而最终影响成型制品的质量。

2 气体辅助注射成型过程简介

气体辅助注射成型过程是先往模具型腔中注入准确计量的塑料熔体(图1a) , 再通过气孔、浇口、流道或直接注入压缩气体(一般选用氮气) 。气体在型腔中塑料熔体的包围下沿阻力小的方向前进, 对塑料熔体进行穿透和排空(图1b) , 促使塑料熔体充满模具型腔, 并在保压冷却阶段对塑料进行保压(图1c) ,待塑料冷却后脱模顶出(图1d) 。整个成型周期可细分为塑料熔体充填、切换延迟、气体注射、保压冷却、气体释放和脱模顶出6 个部分。

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:

(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径向尺寸以免引起内外转角处壁厚的差异。

(3) 气道应是连续的,以保证气体穿透的畅通性,但应避免形成回路,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。

(4) 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,因此气体穿透的程度越高,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。图2所示的矩形件, 如果选择两条加强筋的交叉处做熔体和气体的入口, 在结构允许的条件下, 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。

图2 气道位置布置示意图
a ———对角形气道b ———十字形气道


(5) 气道应布置在熔体汇集的地方以减小缩痕, 因为保压冷却时熔体聚集的区域收缩较大, 如果没有熔体予以及时补充容易引起缩痕, 在这些地方布置气道后就可由气体进行保压补缩。

(6) 气道部分的尺寸要合适,尺寸太小无法给气体提供良好的通道, 会产生制品注射不足或要求提高注射压力等问题, 尺寸太大会导致气穴和气体向较薄的部分穿透。如成型图3a 所示制品, 由于做气道的边缘筋与中间的薄板部分厚度差异大, 熔体在筋内的填充速度较快(图3b) , 因此注射气体后这种趋势更加明显(图3c) ,使边缘筋先充满,而中间的薄板部分没充满(图3d) , 继续注射气体则气体向中间的薄板部分穿透, 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(图3e) , 另外由于违反原则(3) ,气道形成回路,在B 处还会形成熔合纹。

图3 气道尺寸太大导致较薄部分穿透
(7) 气道径向尺寸变化不应太陡,并且其预计壁厚应与制品壁厚具有相同的量级, 以避免引起收缩不均。

4 结束语
气辅成型具有以下优点:
①所需注射压力和锁模力小, 可以大幅度降低对注射机和模具的要求;
②制品翘曲变形小;
③可消除缩痕,提高表面质量;
④可以用于成型壁厚差异较大的制品;
⑤可以通过气道增加制品的截面惯性矩,从而增加制品的刚度和强度;
⑥可通过气体的穿透减轻重量,缩短成型周期。因此可用于生产更大更复杂的制品, 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。设计合理的气道将有助于增加气辅成型制品和模具结构的合理性, 减少因制品和模具结构设计不当而引起的成型缺陷,使气辅成型应用于更广阔的领域。