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氣輔注塑成型技術介紹
作者:  發布日期:2016-03-03
一、前言 
氣輔注塑工藝是國外八十年代研究成功,九十年代才得到實際應用的一項實用型注塑新工藝,其原理是利用高壓隋性氣體注射到熔融的塑料中形成真空截面并推動熔料前進,實現注射、保壓、冷卻等過程。由于氣體具有高效的壓力傳遞性,可使氣道內部各處的壓力保持一致,因而可消除內部應力,防止制品變形,同時可大幅度降低模腔內的壓力,因此在成型過程中不需要很高的鎖模力,除此之外,氣輔注塑還具有減輕制品重量、消除縮痕、提高生產效率、提高制品設計自由度等優點。近年來,在家電、汽車、家具等行業,氣輔注塑得到越來越廣泛的應用,前景看好。科龍集團于98年引進一套氣輔設備用于生產電冰箱、空調器的注塑件。 

二、氣輔設備 
氣輔設備包括氣輔控制單元和氮氣發生裝置。它是獨立于注塑機外的另一套系統,其與注塑機的唯一接口是注射信號連接線。注塑機將一個注射信號注射開始或螺桿位置傳遞給氣輔控制單元之后,便開始一個注氣過程,等下一個注射過程開始時給出另一個注射信號,開始另一個循環,如此反復進行。 

氣輔注塑所使用的氣體必須是隋性氣體(通常為氮氣),氣體最高壓力為35MPa,特殊者可達70MPa,氮氣純度≥98%。 

氣輔控制單元是控制注氣時間和注氣壓力的裝置,它具有多組氣路設計,可同時控制多臺注塑機的氣輔生產,氣輔控制單元設有氣體回收功能,盡可能降低氣體耗用量。 
今后氣輔設備的發展趨勢是將氣輔控制單元內置于注塑機內,作為注塑機的一項新功能。 

三、氣輔工藝控制 
1.注氣參數 
氣輔控制單元是控制各階段氣體壓力大小的裝置,氣輔參數只有兩個值:注氣時間(秒)和注氣壓力(MPa)。
2.氣輔注塑過程是在模具內注入塑膠熔體的同時注入高壓氣體,熔體與氣體之間存在著復雜的兩相作用,因此工藝參數控制顯得相當重要,下面就討論一下各參數的控制方法: 
a.注射量 
氣輔注塑是采用所謂的“短射”方法(short size),即先在模腔內注入一定量的料(通常為滿射時的70-95%),然后再注入氣體,實現全充滿過程。熔膠注射量與模具氣道大小及模腔結構關系最大。氣道截面越大,氣體越易穿透,掏空率越高,適宜于采用較大的“短射率”。這時如果使用過多料量,則很容易發生熔料堆積,料多的地方會出現縮痕。如果料太少,則會導致吹穿。 

如果氣道與流料方向完全一致,那么最有利于氣體的穿透,氣道的掏空率最大。因此在模具設計時盡可能將氣道與流料方向保持一致。 

b.注射速度及保壓 
在保證制品表現不出現缺陷的情況下,盡可能使用較高的注射速度,使熔料盡快充填模腔,這時熔料溫度仍保持較高,有利于氣體的穿透及充模。氣體在推動熔料充滿模腔后仍保持一定的壓力,相當于傳統注塑中的保壓階段,因此一般講氣輔注塑工藝可省卻用注塑機來保壓的過程。但有些制品由于結構原因仍需使用一定的注塑保壓來保證產品表現的質量。但不可使用高的保壓,因為保壓過高會使氣針封死,腔內氣體不能回收,開模時極易產生吹爆。保壓高亦會使氣體穿透受阻,加大注塑保壓有可能使制品表現出現更大縮痕。 

c.氣體壓力及注氣速度 
氣體壓力與材料的流動性關系最大。流動性好的材料(如PP)采用較低的注氣壓力。幾種材料推薦壓力如下: 
塑料種類 熔紙(g/10min) 使用氣壓(MPa) 
PP 20~30 8~10 
HIPS 2~10 15~20 
ABS 1~520~25 

氣體壓力大,易于穿透,但容易吹穿;氣體壓力小,可能出現充模不足,填不滿或制品表面有縮痕;注氣速度高,可在熔料溫度較高的情況下充滿模腔。對流程長或氣道小的模具,提高注氣速度有利于熔膠的充模,可改善產品表面的質量,但注氣速度太快則有可能出現吹穿,對氣道粗大的制品則可能會產生表面流痕、氣紋。 

d.延遲時間 
延遲時間是注塑機射膠開始到氣輔控制單元開始注氣時的時間段,可以理解為反映射膠和注氣“同步性”的參數。延遲時間短,即在熔膠還處于較高溫度的情況下開始注氣,顯然有利于氣體穿透及充模,但延遲時間太短,氣體容易發散,掏空形狀不佳,掏空率亦不夠。 

四、氣輔模具 
氣輔模具與傳統注塑模具無多大差別,只增加了進氣元件(稱為氣針),并增加氣道的設計。所謂“氣道”可簡單理解為氣體的通道,即氣體進入后所流經的部分,氣道有些是制品的一部分,有些是為引導氣流而專門設計的膠位。 

氣針是氣輔模具很關鍵的部件,它直接影響工藝的穩定和產品質量。氣針的核心部分是由眾多細小縫隙組成的圓柱體,縫隙大小直接影響出氣量。縫隙大,則出氣量也大,對注塑充模有利,但縫隙太大會被熔膠堵塞,出氣量反而下降。 

五、氣輔應用實例 
氣輔注塑最適宜于具有粗大柱孔或厚筋的制品以及膠位粗大內部有孔穴的制品(如手柄類、衣架類),國內幾間大型電視機廠家都采用氣輔注塑工藝生產電視機前框,可節省原材料10%~20%并大幅度降低鎖模力。 

冰箱頂蓋板是大型平板注塑件,質量要求高,其模具采用直澆口入膠,在傳統注塑時極易產生變形,影響冰箱的裝配。采用氣輔后,變形量得到有效控制,拱曲變形量由原來的1.7~2 mm減少到0.5mm以下。 

空調器的橫向風板是一長條型結構,截面形狀“不規則”,由于表面不允許有熔接痕,模具采取單點水口入膠,料流程長,用傳統注塑極易產生變形、縮痕,裝在空調器上會影響風向電機的轉動,嚴重者甚至會燒毀電機,因此改善變形量顯得尤為重要。采用氣輔工藝后此問題迎刃而解,變形量由原來的3~4mm降為1 mm以內。 

手柄則是另一類型的制品,在氣輔出現前它是由兩件制品裝配而成,需要做兩付模具而且裝配后強度不夠,整體也不夠美觀。采取氣輔后可“合二為一”,省略一付模具及裝配工序。 

六、總結 
氣輔注塑是近年興起的一項新工藝,在國外已得到廣泛應用,在國內尚處于初始階段,目前大型家電廠已陸續開始應用這項新工藝,相信隨著各廠商對氣輔工藝認識的加深,這項新工藝會應用得越來越普遍. 
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