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氣輔注射成型GRIM( Gas-Assisted Injection Mold-ing)為一種新型的注射成型工藝，近幾年已在國(guó)外得到廣泛的應(yīng)用，國(guó)內(nèi)的使用也越來(lái)越多。其原理是利用壓力相對(duì)低的惰性氣體(氮?dú)庖驗(yàn)閮r(jià)廉安全又兼具冷卻劑的作用而被常用，壓力為0.5一300 MPa)代替?zhèn)鹘y(tǒng)模塑過(guò)程中型腔內(nèi)的部分樹脂來(lái)保壓，以達(dá)到制品成型性能更加優(yōu)良的目的。

一、氣輔注射成型的優(yōu)點(diǎn)

氣輔注射成型克服了傳統(tǒng)注射成型和發(fā)泡成型的局限性，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、制件性能良好

(1)消除氣孔和凹陷在制件不同壁厚連接處所設(shè)的加強(qiáng)筋和凸臺(tái)中合理開設(shè)氣道，欠料注射后氣體導(dǎo)入，補(bǔ)償了因熔體在冷卻過(guò)程中的收縮，避免氣孔和凹陷的產(chǎn)生。

(2)減少內(nèi)應(yīng)力和翹曲變形在制件冷卻過(guò)程中，從氣體噴嘴到料流末端形成連續(xù)氣體通道，無(wú)壓力損失，各處氣壓一致，因而降低了殘余應(yīng)力，防止制件翹曲變形。

(3)增加制件的強(qiáng)度制件上中空的加強(qiáng)筋和凸臺(tái)的設(shè)計(jì)，使強(qiáng)度重量比比同類實(shí)心制件高出大約5，制件的慣性矩工大幅度提高，從而提高制件使用強(qiáng)度。

(4)提高設(shè)計(jì)的靈活性氣輔注射可用來(lái)成型壁厚不均的制品，使原來(lái)必須分為幾個(gè)部分單獨(dú)成型的制品實(shí)現(xiàn)一次成型，便于制件的裝配。例如國(guó)外一家公司原來(lái)生產(chǎn)的以幾十個(gè)金屬零件為主體、形狀復(fù)雜的汽車門板，通過(guò)GAIM技術(shù)并采用塑料合金材料實(shí)現(xiàn)了一次成型。

2、成本低

(1)節(jié)約原材料氣輔注射成型在制品較厚部位形成空腔，可減少成品重量達(dá)10%一50%

(2)降低設(shè)備費(fèi)用氣輔注射較普通注射成型需要較小的注射壓力和鎖模力(可節(jié)省25%一50%)，同時(shí)節(jié)約能量達(dá)30%

(3)相對(duì)縮短成型周期由于去除了較厚部位芯料，縮短冷卻時(shí)間可達(dá)50%正是基于這些優(yōu)點(diǎn)，氣輔注射適用于成型大型平板狀制品如桌面、門、板等;大型柜體如家用電器殼體、電視機(jī)殼、辦公機(jī)械殼體等;結(jié)構(gòu)部件如底座、汽車儀表板、保險(xiǎn)杠、汽車大前燈罩等汽車內(nèi)外飾件。

二、成型材料的選擇

理論上講，所有能用于常規(guī)注射成型方法的熱塑性塑料均適用于氣輔注射成型，包括一些填充樹脂和增強(qiáng)塑料。一些流動(dòng)性非常好，難以填充的塑料如熱塑性聚氨酯成型時(shí)會(huì)有一定困難;粘度高的樹脂所需氣體壓力高，技術(shù)上也有難度;玻璃纖維增強(qiáng)材料對(duì)設(shè)備有一定的磨損。

在氣輔成型過(guò)程中，由于制件的成型壁厚和表面缺陷在很大程度上由原料性能決定，改變過(guò)程參數(shù)對(duì)其影響并不很大，因此成型原料的選擇極為重要。表1是用于氣輔注射成型的常用塑料。

PA(聚酰胺)和PBT(聚對(duì)苯二甲酸丁二酸酯)具有獨(dú)特的結(jié)晶穩(wěn)定性，尤其適合用于氣輔注射成型;PA6,PA66和PP也經(jīng)常被用于氣輔成型;一些部分結(jié)晶型樹脂，成型時(shí)內(nèi)部靠近氣道一側(cè)由于冷卻速率相對(duì)較慢，無(wú)明顯無(wú)定型邊界層產(chǎn)生.

但外側(cè)因?yàn)槟１诘拈W速冷卻會(huì)產(chǎn)生無(wú)定型邊界層，從而影響制品質(zhì)量；對(duì)于玻璃纖維增強(qiáng)塑料，在模壁處會(huì)產(chǎn)生輕微的分子定向，且在模壁下一定距離處(約距制品外表面1mm處)沿料流方向達(dá)到最大成型高強(qiáng)度制件可選用具有較高彈性模量的樹脂，實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)根據(jù)制件使用要求和具體成型條件選擇合適的樹脂材料。

三、制件中氣道的設(shè)計(jì)

氣道設(shè)計(jì)是氣輔成型技術(shù)中最關(guān)鍵的設(shè)計(jì)因素之一，它不僅影響制品的剛性同時(shí)也影響其加工行為，由于它預(yù)先規(guī)定了氣體的流動(dòng)狀態(tài)，所以也會(huì)影響到初始注射階段熔體的流動(dòng)，合理的氣道選擇對(duì)成型較高質(zhì)量的制品至關(guān)重要。

1、常見氣道的幾何形狀

對(duì)于帶加強(qiáng)筋的大型板件，氣輔注射成型時(shí)，其基板厚度一般取3一6mm，在氣體流動(dòng)距離較短或尺寸較小的制件中，基板厚度可減至1.5一2.5 mm；加強(qiáng)筋的壁厚可達(dá)到與其相接部分壁厚的100%一125%而不會(huì)產(chǎn)生凹陷；氣道的幾何形狀相對(duì)于澆口應(yīng)是對(duì)稱或是單方向的，氣體通道必須連續(xù)，體積應(yīng)小于整個(gè)制件體積的10%。

2、制件的強(qiáng)度分析

成型傳統(tǒng)帶加強(qiáng)筋的制件經(jīng)常出現(xiàn)凹陷、翹曲變形等，而圖1所示各種斷面幾何形狀加強(qiáng)筋的板件采用氣輔注射成型，既保證了制品強(qiáng)度，又克服了傳統(tǒng)注射成型的缺點(diǎn)。通常，相同基板厚度條件下，類似圖1(e)帶有空心寬T型加強(qiáng)筋的比帶空心窄T型加強(qiáng)筋的制件強(qiáng)度要高，后者又比相同截面帶有類似圖1(a)的空心半圓型加強(qiáng)筋板件的強(qiáng)度要高。

制件強(qiáng)度隨受力大小和其形式不同變化很大，雖然采用加強(qiáng)筋可增大制品剛度，但若對(duì)其施加局部集中應(yīng)力，就會(huì)大大削弱制品強(qiáng)度。

3、氣道尺寸

氣道的尺寸設(shè)計(jì)與填充氣體的流動(dòng)方向密切相關(guān)，氣體在流道內(nèi)總是沿著阻力最小的方向流動(dòng)。穩(wěn)0定的牛頓流體通過(guò)直徑為D的圓管，其壓降公式為ΔP＝32μVL/D　，其中μ為流體粘度，V為平均流速，L為流體段長(zhǎng)度，D為管徑，因?yàn)闅怏w粘度極小，低于樹脂的0.1%，而且壓降在長(zhǎng)度方向上可被忽略，因而只需考慮樹脂壓降產(chǎn)生的阻力。

假塑性流體在圓管中流動(dòng)的壓降公式與牛頓流體形式相似，因此利用上述公式而不必考慮實(shí)際流體及氣體的狀況，比較基于氣體近澆點(diǎn)不同方向的壓降ΔP（即比較各段的L和D的大?。涂啥ㄐ缘亟鉀Q氣體未充動(dòng)方向問(wèn)題ΔP小的方向即為氣體的優(yōu)先流動(dòng)方向。

改變流道尺寸直接導(dǎo)致不同方向壓降的變化，從而改變氣體的流動(dòng)方向，并影響制件的成型質(zhì)量。

四、模具設(shè)計(jì)

由于氣輔注射成型采用相對(duì)較低的注射壓力和鎖模力，所以除可采用一般模具鋼制作模具外，還可采用鋅基合金、鍛鋁等輕合金材料制造。

氣輔注射成型過(guò)程的模具設(shè)計(jì)與普通注射成型相似，模具及制件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)造成的缺陷并不能通過(guò)調(diào)整成型過(guò)程中的參數(shù)來(lái)彌補(bǔ)，而是應(yīng)及時(shí)修改模具和制件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，普通注射成型中所要求的設(shè)計(jì)原則在氣輔注射成型過(guò)程中依然適用，以下主要介紹其不同部分設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意事項(xiàng):

(1)要絕對(duì)避免噴射現(xiàn)象雖然現(xiàn)在氣輔注射有朝著薄壁制品、生產(chǎn)特殊形狀彎管方向發(fā)展的趨勢(shì)，但傳統(tǒng)的氣輔注射仍多用來(lái)生產(chǎn)型腔體積比較大的制件，料流通過(guò)澆口時(shí)受到很高的剪應(yīng)力，容易產(chǎn)生噴射和蠕動(dòng)等熔體破裂現(xiàn)象。設(shè)計(jì)時(shí)可適當(dāng)加大進(jìn)澆口尺寸、在制品較薄處設(shè)置澆口等方法來(lái)改善這種情況。

(2)型腔設(shè)計(jì)由于氣輔注射中欠料注射量、氣體注射壓力、時(shí)間等參數(shù)很難控制一致，因此氣輔注射時(shí)一般要求一模一腔，尤其制品質(zhì)量要求高時(shí)更應(yīng)如此。實(shí)際生產(chǎn)中有過(guò)一模四腔的例子，采用多型腔設(shè)計(jì)時(shí)，要求采用平衡式的澆注系統(tǒng)布置形式。

(3)澆口設(shè)計(jì)一般情況只使用一個(gè)澆口，其位置的設(shè)置要保證欠料注射部分的熔體均勻充滿型腔并避免產(chǎn)生噴射。若氣針安裝在注射機(jī)噴嘴和澆注系統(tǒng)中，澆口尺寸必須足夠大，防止氣體注入前熔體在此處凝結(jié)。

氣輔注射中最為常見的一個(gè)問(wèn)題是氣體穿透預(yù)定的氣道進(jìn)入制件薄壁部分，在表面形成類似指狀或葉狀的氣體流紋(Gas fingering)，甚至少數(shù)幾個(gè)這樣的“指紋"效應(yīng)對(duì)制品的影響也是致命的，應(yīng)該極力避免。

研究表明，形成這類缺陷的主要原因是由于進(jìn)澆口尺寸和氣體延遲時(shí)間設(shè)置不當(dāng)造成的，而且這兩種因素常常相互作用，比如當(dāng)采用較小的淺口和較短的延遲時(shí)間時(shí)，就極易產(chǎn)生這種不良后果，既影響了制品外觀質(zhì)量又極大地降低了制件強(qiáng)度。一般可采用縮短氣道長(zhǎng)度，加大進(jìn)澆口尺寸，合理控制氣體壓力的方法避免這種不利情況的發(fā)生。

(4)流道的幾何形狀相對(duì)于澆口應(yīng)是對(duì)稱或單方向的，氣體流動(dòng)方向與熔融樹脂流動(dòng)方向必須相同。

(5)模具中應(yīng)設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)流動(dòng)平衡的溢流空間，以得到理想的空心通道。

氣輔注射成型技術(shù)近些年在家用電器、汽車、家具、辦公用品等行業(yè)廣泛應(yīng)用，并且朝著提高制品尺寸穩(wěn)定性、制造表面性能優(yōu)良的薄壁制品、生產(chǎn)特殊形狀管材、取代汽車工業(yè)中金屬制件等方向發(fā)展，相信在以后的工業(yè)生產(chǎn)中氣輔注射技術(shù)仍將發(fā)揮其重要作用。