程勝文

（湖北職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，湖北 孝感 432000）

1 引言

氣體輔助注塑成型技術(shù)的原理是利用高壓氣體在塑件內(nèi)部產(chǎn)生中空截面，利用氣體保壓代替塑料注射保壓，消除制品縮痕，完成注射成型過程[1]。 氣體輔助注塑成型的工藝過程主要包括塑料熔體注射、氣體注射、氣體保壓3 個(gè)階段。 根據(jù)熔體注射量的不同，又分為短射和滿射兩種方式，在短射方式中，氣體首先推動(dòng)熔體充滿型腔，然后保壓；在滿射方式中，氣體只起保壓作用。

氣體輔助注塑技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)主要有：

1.1 解決制件表面縮痕問題， 能夠大大提高制件的表面質(zhì)量。

1.2 局部加氣道增厚可增加制件的強(qiáng)度和尺寸穩(wěn)定性，并降低制品內(nèi)應(yīng)力，減少翹曲變形。

1.3 節(jié)約原材料，最大可達(dá)35%～45%。

1.4 簡化制品和模具設(shè)計(jì)，降低模具加工難度。

1.5 降低模腔壓力，減小鎖模力，延長模具壽命。

1.6 冷卻加快，生產(chǎn)周期縮短。

氣體輔助注塑成型技術(shù)與普通注塑成型工藝相比，有著無可比擬的優(yōu)勢，被譽(yù)為注塑成型工藝的一次革命，在家電、汽車、家具、日常用品等幾乎所有塑料制件領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[2]。 在家電領(lǐng)域，電視機(jī)殼特別是大屏幕彩電前殼是最早也是最廣泛采用氣輔注塑成型技術(shù)的制品之一。

氣輔成形模具與普通注塑模的構(gòu)架基本一致，然而，由于在制件成型中引入氣體，氣輔模具具有自身的特點(diǎn)。下面對實(shí)際生產(chǎn)中一副汽車手柄氣體輔助注塑模具的設(shè)計(jì)進(jìn)行介紹。

該汽車手柄材料為改性PP，塑件重70g，允許重量誤差±5g。 客戶對塑件外觀質(zhì)量、重量以及配合尺寸要求較高。

2 氣體輔助注塑模具的設(shè)計(jì)

塑件成型的注塑設(shè)備為普通注塑機(jī)， 和氣體輔助相關(guān)的注塑設(shè)備有氮?dú)獍l(fā)生器、氣路管線、接頭、氣體控制器、平衡閥門等。 其中氣體控制器是控制注氣時(shí)間和壓力的裝置，它具有多組氣路設(shè)計(jì)，可同時(shí)控制多臺注塑機(jī)的氣輔生產(chǎn)。

本次介紹的氣體輔助注塑模具采用1 模2 穴結(jié)構(gòu)，模具詳細(xì)結(jié)構(gòu)見圖1。 模具進(jìn)膠口排布在模具側(cè)面，為了確保同一模具左右2 個(gè)型腔進(jìn)料量保持平衡， 特在模具上增加了進(jìn)膠口平衡裝置。 主要目的是確保模具在注塑時(shí)平衡注塑壓力，塑料能均勻地流入左右型腔中，成型后左右2 邊的零件重量差異小且均滿足設(shè)計(jì)要求， 該模具采用的是滿射注塑，并以溢料腔輔助成形。

氣輔成型模具，對氣針質(zhì)量要求比較高，氣針質(zhì)量的好壞直接影響模具注塑成型工藝的穩(wěn)定和零件質(zhì)量。 氣針的主要構(gòu)成是由多個(gè)細(xì)小縫隙組成的圓柱體， 縫隙大小直接影響出氣量。 縫隙大，則出氣量大，對注塑充模有利，但縫隙太大會被溶膠堵塞，出氣量反而變小，不利于成型。 當(dāng)前模具設(shè)計(jì)氣針可在模具打開的情況下進(jìn)行更換。 為避免進(jìn)氣系統(tǒng)漏氣，本模具設(shè)計(jì)上均利用密封圈對下模芯和模芯固定板之間以及氣針筒套部位進(jìn)行密封。

圖1 注塑模結(jié)構(gòu)

3 氣體輔助注塑成型工藝

本設(shè)計(jì)注塑模在150 噸注塑機(jī)上工作。 氣體控制器與注塑機(jī)電信號連接，注塑機(jī)開始注塑時(shí)，氣體輔助注塑控制器開始計(jì)時(shí)。 注塑工藝為：注塑壓力7Mpa，注塑速度59m/s， 注塑位置30mm， 注塑時(shí)間4s， 注塑料溫200～220℃。

3.1 氣輔控制工藝

氣體注入時(shí)間及注氣壓力等參數(shù)如圖2 所示。從圖3中可以看出，在射料剛剛結(jié)束時(shí)（4s），吹氣就已經(jīng)開始（4.1s），也就是說氣輔控制器的延遲時(shí)間為4.1s。

圖2 所列時(shí)間都是以注料開始為計(jì)時(shí)零點(diǎn)。 吹氣總時(shí)間為25s，其中氣體保壓為15s，壓力達(dá)到40P/Mpa。

圖2 氣輔氣體時(shí)間-壓力控制曲線

3.2 溢料控制工藝

溢料腔控制的好壞成為該副模具的關(guān)鍵， 應(yīng)把握好什么時(shí)候打開氣動(dòng)閥芯（圖3），以及什么時(shí)候關(guān)閉氣動(dòng)閥芯。 氣動(dòng)閥芯由氣缸控制，氣缸的控制信號與注塑機(jī)電信號連接，在射膠前氣動(dòng)閥芯是關(guān)閉的。 在高壓氣體進(jìn)入瞬間，氣動(dòng)閥芯打開，型腔內(nèi)沒有來得及冷卻的熔融物料，在高壓氣體的推動(dòng)下進(jìn)入溢料腔。

溢料腔大小由制件的掏空率決定， 掏空率又由氣輔控制工藝決定。 在模具開發(fā)前期，溢料腔大小的計(jì)算要準(zhǔn)確。

圖3 溢料腔結(jié)構(gòu)

在實(shí)際氣輔注塑成型中， 保持左右2 個(gè)模穴平衡最為關(guān)鍵，否則，會引起某個(gè)模穴的零件產(chǎn)生不良品。2 個(gè)模穴的平衡主要涉及2 個(gè)方面： ①注塑時(shí)達(dá)到2 個(gè)模穴的的注塑壓力相同， 從而確保進(jìn)入2 個(gè)模穴的塑料克重基本相同，這樣氣體在進(jìn)入2 個(gè)模穴之前的數(shù)值是相同的。要做到這點(diǎn)，就需要在分流道上設(shè)置可調(diào)整的阻尼塊，來調(diào)整阻尼塊的位置，以此來保證2 模穴的注塑壓力相等，從而確保進(jìn)入2 個(gè)模穴的塑料克重基本相同。 ②氣體壓力的平衡，氮?dú)膺M(jìn)入2 個(gè)模穴之前經(jīng)過分氣，利用手動(dòng)調(diào)壓閥調(diào)整2 個(gè)模穴的氣體壓力。

在產(chǎn)品澆口背面，由于遠(yuǎn)離澆口部位的塑料冷卻時(shí)間較澆口部位短， 澆口位置局部冷卻時(shí)間稍長于其它部位，澆口部位背面易發(fā)生輕微凹陷。 此時(shí)可以通過工藝途徑即升高模具的溫度來解決這個(gè)問題， 又因?yàn)楫a(chǎn)品有點(diǎn)吸腔，最后的工藝是：定模接80～90℃的熱水，動(dòng)模接循環(huán)水。

4 結(jié)語

氣體輔助注射成型中由于氣體穿透具有不穩(wěn)定性，在實(shí)際注塑成型中產(chǎn)品容易出現(xiàn)質(zhì)量問題， 影響項(xiàng)目開發(fā)時(shí)間。 所以模具設(shè)計(jì)前需要借助模流分析軟件做相應(yīng)的模流分析， 根據(jù)模流分析出來的結(jié)果對不滿足要求的地方進(jìn)行調(diào)整并再次利用模流分析軟件分析， 直到調(diào)整到最佳設(shè)計(jì)狀態(tài)為止， 從而最大程度上減少實(shí)際注塑成型中的不穩(wěn)定因素。

［1］（美）埃弗里（Jack Avery），楊衛(wèi)民，丁玉梅.氣體輔助注射成型原理及應(yīng)用［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.

［2］暢國幃.冰箱手柄氣體輔助注射模設(shè)計(jì)與制造［J］.模具工業(yè)，2005.（5）：45-48.