黑龍江 王殿君 梁英

氣輔成型在現(xiàn)代塑料件生產(chǎn)中的應(yīng)用

黑龍江 王殿君 梁英

一、氣輔成型概述

將氣體作為工作介質(zhì)應(yīng)用到高分子材料加工技術(shù)中來，最先是在注射成型中應(yīng)用，所以這項技術(shù)通常被稱作氣體輔助注射成型技術(shù)。

氣輔成型技術(shù)在近10年來發(fā)展起來的革新成型技術(shù)，也可說是注塑技術(shù)的第二次革命。氣輔成型作為一項成功的技術(shù)，越來越多的應(yīng)用于電視機(jī)外殼、空調(diào)器外殼、冰箱外殼等殼體類制品生產(chǎn)。與傳統(tǒng)的注塑成型相比，氣體輔助注塑成型有下列優(yōu)點：

1.減少內(nèi)部的殘留應(yīng)力，從而減弱甚至完全消除翹曲變形狀況，同時增加其機(jī)械強(qiáng)度和剛性。

2.成品壁厚部分的中央是中空的，可以減少原料，特別是短射和中空型的模具，塑料最多可以節(jié)約達(dá)30%。

3.減少或消除加強(qiáng)筋造成的表現(xiàn)收縮凹陷現(xiàn)象。

4.降低制品的收縮不均，提高制品的精密度。

5.設(shè)備耗減，大量減少鎖模力，可以用小噸位的注塑機(jī)替代大噸位的注塑機(jī)。

6.利用氣道來形成加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，提高成品的強(qiáng)度。

7.減少射入點。

8.縮短成期。

9.厚薄比大的制品也能通過氣輔一次成型。

10.改變傳統(tǒng)成品設(shè)計觀念，能使用一體化設(shè)計來減少附屬的零組件。

氣體輔助注塑成型有下列缺點：

1.由于氣體具有壓縮特征因而不容易作精確控制，加上對周圍操作環(huán)境敏感，因此工藝的重復(fù)性與穩(wěn)定性比傳統(tǒng)工藝差。

2.國內(nèi)技術(shù)和經(jīng)驗問題導(dǎo)致資源較浪費(fèi)（廢品率高）。

目前用于的產(chǎn)品有：汽車門把手、座椅、保險杠、門板、電視機(jī)外客、空調(diào)、冰箱等

二、氣輔成型的基本原理

氣輔成型技術(shù)的主要原理是：先注入一定量的熔融塑膠（通常為90%-98%，以產(chǎn)品的總膠量而言）可通過分析計算+經(jīng)驗。然后再在熔融塑膠內(nèi)注入高壓氮?dú)?，高壓氮?dú)庠谌廴诘乃苣z內(nèi)沿預(yù)設(shè)的路徑形成氣道（最好是和流向一致當(dāng)然有特殊具體情況你決定）。使不到100%的熔融塑膠充滿整個模腔，此后進(jìn)入保壓階段，同時冷卻，最后排氣、脫模。高壓氮?dú)膺M(jìn)入塑料后自然會穿越粘度低（溫度高）和低壓的部位，并在冷卻過程中利用氣體高壓來保壓而緊貼模具壁成型。

一般來說，典型的氣輔成型過程可以分為以下幾個階段：

1.按照一般的注塑成型工藝把熔融塑料注入型腔；

2.在塑料尚未充滿模腔之前，將高壓氮?dú)馍淙耄?/p>

3.高壓氣體推動制品中央尚未冷卻的熔融塑料流動，一直達(dá)到型腔的末端，最后將型腔填滿；

4.模腔內(nèi)塑料件內(nèi)部的中空部分繼續(xù)保持高壓，壓力迫使塑料想外緊貼模具，直到完全冷卻下來；

5.塑料制品冷卻定型后，排除制品內(nèi)部的高壓氣體，然后開模取出制品。

三、氣輔成型的工藝控制

要進(jìn)一步體現(xiàn)氣輔成型的優(yōu)點，關(guān)鍵是降低產(chǎn)品廢損率。以下就從高壓氮?dú)夤芾?、制品及模具設(shè)計、工藝參數(shù)的設(shè)置和氣輔成型制品缺陷與處理等方面，談?wù)勅绾翁岣邭廨o成型合格率的問題。

1.高壓氮?dú)夤芾?/p>

根據(jù)生產(chǎn)需要合理配置氮?dú)鈮嚎s機(jī)數(shù)量。如果配置的壓縮機(jī)能力過剩，設(shè)備利用率低，浪費(fèi)生產(chǎn)成本；反之，如果配置的壓縮機(jī)能力不足，壓縮機(jī)將超負(fù)荷工作，從而大大縮短使用壽命，而且出口氮?dú)鈮毫σ部赡軣o法達(dá)到工藝要求的30MPa左右，致使制品表面出現(xiàn)縮痕等缺陷。如果同一車間使用多臺壓縮機(jī)，應(yīng)將其并聯(lián)起來協(xié)同工作。這樣不但可以平衡各臺壓縮機(jī)的工作時間，而且還可以保證出口壓力更加穩(wěn)定。

氮?dú)獍l(fā)生裝置產(chǎn)生的氮?dú)夂写罅康挠退半s物，應(yīng)將其清除。如果油水分離器分離不徹底，將使部分油水及雜物進(jìn)入氣輔控制裝置，堵塞氣輔控制閥或氣針，造成加氣時升壓慢、排氣時降壓慢的問題，使制件出現(xiàn)縮痕、吹裂等缺陷。嚴(yán)重時氣輔控制裝置根本無法工作。所以在氮?dú)獍l(fā)生裝置后安裝油水分離器并定期排放油水是非常必要的，這樣不但可以大幅度降低氣輔設(shè)備的故障率，延長設(shè)備使用壽命，而且可以大幅減少批量廢品的產(chǎn)生。

2.制品及模具設(shè)計

對于空調(diào)、電視機(jī)外殼等塑料件采用氣輔成型后，制品壁厚可減小到2～3mm，同時可設(shè)置粗厚的加強(qiáng)筋和設(shè)置較長的自攻螺釘柱。在設(shè)計加強(qiáng)筋螺釘柱、加強(qiáng)柱等內(nèi)部結(jié)構(gòu)時，連接處應(yīng)采用較大的圓弧過渡，以利于氮?dú)獾奶畛?。對于電視機(jī)外殼塑料件，其喇叭窗網(wǎng)采用了微孔成型技術(shù)。微孔部分的厚度應(yīng)設(shè)計為1.5～210mm，同時應(yīng)在通孔背面設(shè)置加強(qiáng)筋，孔的脫模斜度應(yīng)為5～10°或更大，以保證制品順利的填充和脫模。

氣道橫截面一般為半圓形，其直徑的設(shè)計要求盡量小且保持一致，一般為壁厚的2～3倍，因為過大或過小會對氣道末端的穿透不利；氣道拐彎處應(yīng)有較大的圓弧過渡，在加強(qiáng)筋、自攻螺釘柱、加強(qiáng)柱等結(jié)構(gòu)的根部可布置氣道，以利用結(jié)構(gòu)件作為分氣道補(bǔ)縮。

進(jìn)氣方式可采用氣針或噴嘴進(jìn)氣，現(xiàn)大量采用間隙式氣針進(jìn)氣。間隙式氣針有如下技術(shù)要求：

（1）氣針的配合間隙應(yīng)小于0.02 mm,以防止熔料進(jìn)入氣針間隙；

（2）氣針外周與模具的密封必須良好,要求使用耐高溫的密封圈；

（3）氣針的結(jié)構(gòu)形式要求能防止在冷卻過程中氮?dú)鈴臍忉樑c制品之間的間隙逸出；

（4）氣針位置離澆口不能太近。因為在充填時澆口附近料溫最高，粘度較低，易使熔料進(jìn)入氣針間隙，造成制品縮痕、吹裂等缺陷。

在進(jìn)行流道、澆口的設(shè)計時，由于氣輔成型取消了注射補(bǔ)償，故可以設(shè)置較少的流道和澆口數(shù)量。為保證較快的充模速度，應(yīng)將流道和澆口適當(dāng)擴(kuò)大。潛伏式澆口直徑一般設(shè)為1.5mm左右。過大的澆口尺寸，會增加澆口凝固時間，影響生產(chǎn)效率，而且還可能引起氮?dú)饨?jīng)澆口和流道后串入料筒的危險。

在進(jìn)行冷卻設(shè)計時，由于氣輔成型對冷卻效果要求更高，所以必須保證模具冷卻平衡及冷卻良好因在模具的鑲件上開設(shè)冷卻水路較難，故鑲件可采用鈹銅等導(dǎo)熱性好的材料制作。

3.工藝參數(shù)的設(shè)置

(1)熔料溫度

氣輔成型應(yīng)采用較高的熔料溫度。一方面，提高料溫可以保證快速充模，提高模內(nèi)熔料的總體溫度，降低模內(nèi)熔料的粘度，從而降低加氣時的充填阻力；另一方面，提高料溫有利于減小制品熱應(yīng)力，保證制品質(zhì)量。如果使用HIPS塑料，料筒最高溫度可設(shè)置在235～245℃。

(2)模具溫度

模溫應(yīng)按加工的材料要求設(shè)定。太高的模溫不利于生產(chǎn)效率的提高，而太低的模溫又無法保證制品的順利充填。另外，不適當(dāng)?shù)哪貢饸廨o成型制品表面出現(xiàn)縮痕等缺陷。

(3)鎖模力

氣輔成型由于大大降低了注射壓力，故需要的鎖模力也降低了。但太低的鎖模力會使制品出現(xiàn)毛刺，產(chǎn)生的毛刺不但會影響裝配，而且高壓氮?dú)庠诔涮顣r可能會從毛刺逸出，引起制品縮痕。

(4)預(yù)充填量

氣輔成型的預(yù)充填量應(yīng)保證90%～95%或更高。預(yù)充填量太大，制品中空體積變小，影響氣道的形成，制品易出現(xiàn)縮痕；預(yù)充填量太小，制品中空體積變大，可能造成吹穿和自攻螺釘柱吹空等缺陷。

(5)注射速度和注射壓力

氣輔成型一般采用高速注射。高速注射可以產(chǎn)生大量剪切熱，以利于加氣時降低氣體充填阻力，但高速注射應(yīng)以不發(fā)生制品燒焦和排氣不良為原則。氣輔成型可用較低的注射壓力實現(xiàn)高速注射。因為一方面熔體粘度低，充填阻力小;另一方面開設(shè)的氣道可起到引流作用。

(7)冷卻時間

對于氣輔成型，冷卻時間的長短應(yīng)能保證主流道順利脫出，同時保證高壓氮?dú)庑秹和瓿?。通常，殼類制品要求的冷卻時間比主流道要求的短。

(作者單位：雞西大學(xué))