气体辅助注塑工艺原理及优点课件

第一阶段；塑料注射：熔体进入型腔，遇到温度较低的模壁，形成一个较薄的凝固层。

尚未充满的型腔熔体凝固层塑料熔体熔体流动前沿第二阶段；气体入射：惰性气体进入熔融的塑料，推动中心未凝固的塑料进入尚未充满的型腔。

熔体凝固层热熔体气体尚未充满的型腔第四阶段；气体保压：在保压状态下，气道中的气体压缩熔体，进行补料确保制件的外观。第三阶段；气体入射结束：气体继续推动塑料熔体流动直到熔体充满整个型腔。

气体热熔体熔体凝固层

气熔边界熔体凝固层气体辅助注塑工艺原理及优点1气体辅助注塑工艺原理第五阶段；气体排出：在模具开摸前，气体从制件内部排出，气压降至到常压下。

气体排出气腔熔体凝固层1第一阶段；塑料注射：熔体进入型腔，遇到温度较低的模壁，形成2.气辅成型优点(1).可成型传统注射成型工艺难以加工的厚、薄壁一体的制件。(2).可消除厚壁处的缩痕，提高表面质量。(3).降低产品出模后残余内应力，减轻饶曲变形，提高产品强度。(4).缩短成型周期，提高生产效率。(5).可减轻制品重量，节省材料，在保证产品质量的前提下大幅度降低成本。(6).所需注射压力和锁模力小，可大幅度降低对注塑机和模具的要求。(7).改善材料在制品断面上的分布，改善制品的刚性。22.气辅成型优点(1).可成型传统注射成型工艺难以加工的厚、气体辅助注射可以应用在除特别柔软的塑料以外的任何热塑性塑料和部分热固性塑料。

气辅技术应用

根据气辅成型制品的结构形状不同,大致分为3类:(1).棒类制品,类似把手之类大壁厚制件;(2).板类制品,容易产生翘曲变形和局部表面收缩的大平面制件;(3).特殊制品,由传统注塑技术难以一次成型的特殊结构的制件。3气体辅助注射可以应用在除特别柔软的塑料以外的任何热塑气辅成型技术在棒状制件的成型中显示出明显的优势。一般采用中空注射的气辅工艺，即气体穿透整个制件的壁厚部位形成气道（见图1）。因此制件的设计主要是气道的设计，应考虑以下方面：（1）.制品截面最好接近圆形。避免尖角，采用大的圆角过渡；避免熔体在角部产生堆积；保证整个制件壁厚均匀。（2）.采用矩形截面时，气道通常为椭圆形。为保证气体穿透的均匀性，应满足b≤(3-5)h(见图2)。（3）.制件长度应大于制件截面高度h的5倍，保证沿制件长度方向气体尽量穿透，以得到均匀的壁厚。（4）.气道转弯处制件应有足够大的圆角半径，避免内外转角处的壁（5）.气道截面尺寸变化应平缓过渡，以免引起收缩不均。（6）.气道入口不应设置在外观面或制件承受机械外力处。

（7）.进气口位置应接近浇口，以保证气体与熔体流动方向一致，但两者距离应>30mm，以避免气体反进入浇口。

图1图21棒类制品4气辅成型技术在棒状制件的成型中显示出明显的优势。一般采2.板类制品气辅注塑成型技术的主要应用之一就是板类制件的成型。因为气体总是沿着阻力最小的方向前进，容易在较厚的部位进行穿透，因此，在板类制品设计时常将加强筋作为气道，气道一般设在制品的边缘或壁的转角处。对制品的设计也就是对加强筋和肋板的设计，即气道的设计。基本原则如下：（1）.在设计制作加强筋时，应避免设计又细又密的加强筋。（2）.“手指”效应是大平面制件容易产生的主要问题。（3）.当制件仅由一个气针进气而形成多个加强筋或肋板（气道）时，气道不能形成回路。（4）.为避免熔体聚集产生凹陷，气道末端的外形应采用圆角过渡。（5）.采用多点进气时，气道之间的距离不能太近。（6）.气道布置尽量均匀，尽量延伸至制品末端。52.板类制品5

如果塑件有的地方有大平面，或由于有特殊要求,某处平面的厚度偏厚,采用普通方法，将产生收缩痕,气孔,扭曲等现象,如果在此处加适当的进气口，利用气体在进行此处的成型和保压,就可以避免上述缺陷,,如图3所示。

图3大平面零件的气辅注射

气道进气口3特殊制品6如果塑件有的地方有大平面，或由于有特殊要求,某处气辅模具1.气辅模具进气方式选择(1)气辅射嘴进气方式

射嘴进气方式，即使用专用的自封闭式或主动式气辅射嘴，在塑料注射结束后，将高压气体依靠射嘴直接进入塑料内部，按气道形成一个延展的封闭空间－气腔并保持一定压力，直至冷却，在模具打开之前，通过座台后退使射嘴与制品料道强行分离，使气体排出制品。图4自封闭气辅射嘴图5主动式气辅射嘴7气辅模具1.气辅模具进气方式选择(1)气辅射嘴进气方式图(2)气针进气方式

气针进气方式即在模具的某个特定位置，安装排气装置－气针。当塑料注入型腔后，即将气针包裹在塑料内部；此时高压气体排出，气针在塑料内部按气道形成一个延展的封闭空间－气腔，并保持一定压力，直至冷却，在模具打开之前，气腔内的气体依靠气针由控制装置排出塑料内部。图6气针8(2)气针进气方式图6气针8（1）.浇注系统应采用点浇口，普通流道、热流道均可，热流道必须是针阀式可封闭结构。（2）.气体辅助注射成型由于气道可起流道的作用，容易充填，因此，浇口数可大大减少。（3）.一般情况下，气体往往不能达到气道尾部，如气道必须穿通，可在气道尾部加设“溢料井”。（4）.气辅成型模具由于塑件筋数减少，因此模具制造容易。但模具加工必须保证塑件和气道的壁厚，由于气体对壁厚十分敏感，因此当壁厚制造超差时，气体就可能乱窜。同时，气辅注射成型模具的冷却系统十分重要。

2.气辅模具设计常识9（1）.浇注系统应采用点浇口，普通流道、热流道均可，热流道必

（1）模具型腔的设计应尽量保证流动平衡以减小气体的不均匀穿透，保证流动平衡也是普通注射成型模具的一条设计原则，但对气辅成型制品来说这一点更重要。图7对比了管状型腔中平衡与非平衡方式充填时气体穿透的情况，箭头处是熔体和气体的入口处。图7流动是否平衡对气体穿透的影响3.气辅模具设计方面对气辅成型的影响10

（1）模具型腔的设计应尽量保证流动平衡以减小气体的不均匀穿（2）.模具设计应考虑对工艺参数的影响，因为气辅成型对工艺参数比普通成型敏感得多。

图8模壁温度的微小变化差异引起的气体穿透不均匀

11（2）.模具设计应考虑对工艺参数的影响，因为气辅成型对工艺参（1）.决定工艺参数时应考虑其对气体穿透的影响，气辅成型的一次穿透主要取决于塑料熔体体积在型腔中所占的比例，并受流体力学规律的支配，二次穿透发生在较厚的部位并向各个方向扩展。工艺参数对气体穿透的强度的影响主要表现在气体穿透长度和气道表层塑料厚度上。一般来说，较高的气体注射压力、较高的熔体温度，较低的熔体粘度和较短的切换延迟时间导致较短的穿透长度和较薄的气道壁厚。（2）.充模时建议采用低压气体，保压时再增加压力补偿收缩，原因是熔体与气体接触的边界层中会溶解一些气体，如果保压结束后塑料尚未完全固化，则泻压时这些气体会膨胀造成气道内表面气泡，充模时气体压力越大，熔体表界层中溶解的气体越多，保压结束后气体的膨胀效应越强。（3）.要注意避免泻压太陡在气道内表面引起广泛的气体膨胀。（4）.塑料溶体在充模时，应采用型腔按逆重力方向，在制品最薄处开始充填，可以避免喷射。因为出现喷射现象会使制品表面出现不光滑的纹路。气辅工艺1气辅工艺特点12（1）.决定工艺参数时应考虑其对气体穿透的影响，气辅成型的一（5）.在熔体注射结束后，气体注射尚未开始时的切换时间内应尽力避免熔体流动速度发生较大变化，因为这种变化会在制品表面引起迟滞线和光泽改变。（6）.料量及计料精度：影响实际气辅工艺的核心就是料量，料量的多少以及注塑机的计料精度，都会影响气辅工艺的效果及稳定性。原因是：当模具型腔内充满塑料时，气体是很难在塑料内部形成空腔的，只有在缺料的状态下，留出气腔的位置，当气体注入型腔后，缺省的塑料在内部气体的膨胀推动下，充满整个型腔。因此，料量多少直接关系到气辅工艺的成型效果，塑机计料精度的误差将关系到气辅工艺生产的稳定性。气辅注塑时勿必保证塑料全部注入型腔。（7）．影响气辅工艺的还有注塑速度、料温、注射压力等因素。因为缺省的塑料要完成充满型腔的运动过程，则料的流动性也会影响成型的效果，都过调整注射速度、料温、注射压力等参数可使料的流动性得到提高。13（5）.在熔体注射结束后，气体注射尚未开始时的切换时间内应尽气辅工艺在调整时，建议按照以下顺序进行相应调整：(1)在不注气的情况下，先将制品打满并观察塑料的流动状态以及模具的状态；(2)逐渐减少料量，观察缺料时各浇口料流的分配平均性，应当尽量保证模具的料流对称性；(3)通常的气辅工艺一般采用两段或三段式注气，薄壁零件压力适合高压力注气2500--4000psi，厚壁或棒状制品适合低压力注气1000--2500psi。(4)当缺料达到90%左右时开始注气，若制品局部仍有收缩现象，建议再适当减少料量直至出现制品不满现象后，在添加料量至打满状态。(5)适当调整气体压力，气体保压时间以及启动延时达到适合的状态。(6)射嘴进气方式中务必注意采用后退座台方式排气。(7)气针进气方式中务必注意气针排气是否通畅，如排气不畅需及时清理。2气辅工艺的调整方法14气辅工艺在调整时，建议按照以下顺序进行相应调整：2气辅工6.气辅注塑设备介绍图9整套气辅设备组图AB模具1模具2高压氮气CC压力控制器压力控制器洁净空气低压氮气发生器洁净空气压缩系统高压氮气压缩机氮气完整的气辅注塑系统，应由A高压氮气源设备、B高压氮气传输管道及C气辅压力控制器三部分组成。如下图所示：156.气辅注塑设备介绍图9整套气辅设备组图AB模具1模具2高压全系统包含进口螺杆空气压缩机、蓄能型压缩空气冷冻干燥机、压缩空气过滤器三大部分构成，系统一体化设计生产。系统过滤后颗粒精度≤0.01μm、过滤后除油精度≤0.001mg/m3。其特点系统简单，系统压缩空气品质极高，保护措施严密，可靠性高；操作方便，维护工作量小；系统加载多点保护及报警装置，严密监控，保证压缩空气品质PSA变压吸附制氮装置是一种采用碳分子筛左右吸附塔变压吸附的方式提取高纯氮气的设备。氮气发生器具有大排量，高纯度,低噪音等特点。氮气发生器的主要应用领域为：航空航天、核电核能、食品医药、石油化工、电子工业、材料工业、国防军工和科学试验等行业。特点:系统简单，可靠性高；操作方便，维护工作量小；氮气品质高。(1)洁净空气压缩系统(2)低压氮气发生器16全系统包含进口螺杆空气压缩机、蓄能型压缩空气冷进气阀排气阀下缸盖上缸盖膜片组液压装置

隔膜式压缩是气体压缩领域中最高级别的压缩方式，这种压缩方式本质上没有二次污染，国际上通常应用这种压缩方式进行易燃易爆气体，有毒气体，氧气等特种气体的高压压缩。隔膜式高压压缩机的原理是液压系统控制油压推动一组合金膜片中部往复弹性变形，使膜片与上钢盖之间的气腔体积变化，将气体增压，被压缩的气体介质与液压油之间彻底隔离。气体辅助注塑成型工艺中，高压气体要大量注入在产品内部，如果高压气体中含油量过高，将会直接影响产品的品质和表面质量，甚至还会影响后级压力控制器设备。因此在气辅工艺中使用隔膜式压缩，不仅可以保护压力控制器的灵敏度和可靠性，而且对于产品质量的保证更有突出的意义。

图7.隔膜式压缩原理图单路气辅压力控制器可按设定时间精确控制一路高压气体的工艺输出；专用键盘编程器灵活编写气辅工艺参数，并可同时显示设定的压力时间曲线和实际注气过程的压力时间曲线、以及实际压力数码显示；系统程序软件为中文自主知识产权专利产品；intel-微电脑中央处理器、128×64LCD双液晶显示器；真正的双闭环伺服控制；1–6段时间压力控制；输出范围为0－5000Psi20套工艺编程存储。(3)高压氮气压缩机

我公司出品的高性能水冷隔膜式氮气压缩机其良好的性能已达到国际水平，并且同时获得国际ISO9001质量管理体系和国军标GJB9001A质量管理体系双体系的严格认证。(4)压力控制器17下缸盖膜片组液压装置隔膜式压缩是气体压缩领域中最高级MoldflowChinaYongdao提供18MoldflowChinaYongdao提供18第一阶段；塑料注射：熔体进入型腔，遇到温度较低的模壁，形成一个较薄的凝固层。

尚未充满的型腔熔体凝固层塑料熔体熔体流动前沿第二阶段；气体入射：惰性气体进入熔融的塑料，推动中心未凝固的塑料进入尚未充满的型腔。

熔体凝固层热熔体气体尚未充满的型腔第四阶段；气体保压：在保压状态下，气道中的气体压缩熔体，进行补料确保制件的外观。第三阶段；气体入射结束：气体继续推动塑料熔体流动直到熔体充满整个型腔。

气体热熔体熔体凝固层

气熔边界熔体凝固层气体辅助注塑工艺原理及优点1气体辅助注塑工艺原理第五阶段；气体排出：在模具开摸前，气体从制件内部排出，气压降至到常压下。

气体排出气腔熔体凝固层19第一阶段；塑料注射：熔体进入型腔，遇到温度较低的模壁，形成2.气辅成型优点(1).可成型传统注射成型工艺难以加工的厚、薄壁一体的制件。(2).可消除厚壁处的缩痕，提高表面质量。(3).降低产品出模后残余内应力，减轻饶曲变形，提高产品强度。(4).缩短成型周期，提高生产效率。(5).可减轻制品重量，节省材料，在保证产品质量的前提下大幅度降低成本。(6).所需注射压力和锁模力小，可大幅度降低对注塑机和模具的要求。(7).改善材料在制品断面上的分布，改善制品的刚性。202.气辅成型优点(1).可成型传统注射成型工艺难以加工的厚、气体辅助注射可以应用在除特别柔软的塑料以外的任何热塑性塑料和部分热固性塑料。

气辅技术应用

根据气辅成型制品的结构形状不同,大致分为3类:(1).棒类制品,类似把手之类大壁厚制件;(2).板类制品,容易产生翘曲变形和局部表面收缩的大平面制件;(3).特殊制品,由传统注塑技术难以一次成型的特殊结构的制件。21气体辅助注射可以应用在除特别柔软的塑料以外的任何热塑气辅成型技术在棒状制件的成型中显示出明显的优势。一般采用中空注射的气辅工艺，即气体穿透整个制件的壁厚部位形成气道（见图1）。因此制件的设计主要是气道的设计，应考虑以下方面：（1）.制品截面最好接近圆形。避免尖角，采用大的圆角过渡；避免熔体在角部产生堆积；保证整个制件壁厚均匀。（2）.采用矩形截面时，气道通常为椭圆形。为保证气体穿透的均匀性，应满足b≤(3-5)h(见图2)。（3）.制件长度应大于制件截面高度h的5倍，保证沿制件长度方向气体尽量穿透，以得到均匀的壁厚。（4）.气道转弯处制件应有足够大的圆角半径，避免内外转角处的壁（5）.气道截面尺寸变化应平缓过渡，以免引起收缩不均。（6）.气道入口不应设置在外观面或制件承受机械外力处。

（7）.进气口位置应接近浇口，以保证气体与熔体流动方向一致，但两者距离应>30mm，以避免气体反进入浇口。

图1图21棒类制品22气辅成型技术在棒状制件的成型中显示出明显的优势。一般采2.板类制品气辅注塑成型技术的主要应用之一就是板类制件的成型。因为气体总是沿着阻力最小的方向前进，容易在较厚的部位进行穿透，因此，在板类制品设计时常将加强筋作为气道，气道一般设在制品的边缘或壁的转角处。对制品的设计也就是对加强筋和肋板的设计，即气道的设计。基本原则如下：（1）.在设计制作加强筋时，应避免设计又细又密的加强筋。（2）.“手指”效应是大平面制件容易产生的主要问题。（3）.当制件仅由一个气针进气而形成多个加强筋或肋板（气道）时，气道不能形成回路。（4）.为避免熔体聚集产生凹陷，气道末端的外形应采用圆角过渡。（5）.采用多点进气时，气道之间的距离不能太近。（6）.气道布置尽量均匀，尽量延伸至制品末端。232.板类制品5

如果塑件有的地方有大平面，或由于有特殊要求,某处平面的厚度偏厚,采用普通方法，将产生收缩痕,气孔,扭曲等现象,如果在此处加适当的进气口，利用气体在进行此处的成型和保压,就可以避免上述缺陷,,如图3所示。

图3大平面零件的气辅注射

气道进气口3特殊制品24如果塑件有的地方有大平面，或由于有特殊要求,某处气辅模具1.气辅模具进气方式选择(1)气辅射嘴进气方式

射嘴进气方式，即使用专用的自封闭式或主动式气辅射嘴，在塑料注射结束后，将高压气体依靠射嘴直接进入塑料内部，按气道形成一个延展的封闭空间－气腔并保持一定压力，直至冷却，在模具打开之前，通过座台后退使射嘴与制品料道强行分离，使气体排出制品。图4自封闭气辅射嘴图5主动式气辅射嘴25气辅模具1.气辅模具进气方式选择(1)气辅射嘴进气方式图(2)气针进气方式

气针进气方式即在模具的某个特定位置，安装排气装置－气针。当塑料注入型腔后，即将气针包裹在塑料内部；此时高压气体排出，气针在塑料内部按气道形成一个延展的封闭空间－气腔，并保持一定压力，直至冷却，在模具打开之前，气腔内的气体依靠气针由控制装置排出塑料内部。图6气针26(2)气针进气方式图6气针8（1）.浇注系统应采用点浇口，普通流道、热流道均可，热流道必须是针阀式可封闭结构。（2）.气体辅助注射成型由于气道可起流道的作用，容易充填，因此，浇口数可大大减少。（3）.一般情况下，气体往往不能达到气道尾部，如气道必须穿通，可在气道尾部加设“溢料井”。（4）.气辅成型模具由于塑件筋数减少，因此模具制造容易。但模具加工必须保证塑件和气道的壁厚，由于气体对壁厚十分敏感，因此当壁厚制造超差时，气体就可能乱窜。同时，气辅注射成型模具的冷却系统十分重要。

2.气辅模具设计常识27（1）.浇注系统应采用点浇口，普通流道、热流道均可，热流道必

（1）模具型腔的设计应尽量保证流动平衡以减小气体的不均匀穿透，保证流动平衡也是普通注射成型模具的一条设计原则，但对气辅成型制品来说这一点更重要。图7对比了管状型腔中平衡与非平衡方式充填时气体穿透的情况，箭头处是熔体和气体的入口处。图7流动是否平衡对气体穿透的影响3.气辅模具设计方面对气辅成型的影响28

（1）模具型腔的设计应尽量保证流动平衡以减小气体的不均匀穿（2）.模具设计应考虑对工艺参数的影响，因为气辅成型对工艺参数比普通成型敏感得多。

图8模壁温度的微小变化差异引起的气体穿透不均匀

29（2）.模具设计应考虑对工艺参数的影响，因为气辅成型对工艺参（1）.决定工艺参数时应考虑其对气体穿透的影响，气辅成型的一次穿透主要取决于塑料熔体体积在型腔中所占的比例，并受流体力学规律的支配，二次穿透发生在较厚的部位并向各个方向扩展。工艺参数对气体穿透的强度的影响主要表现在气体穿透长度和气道表层塑料厚度上。一般来说，较高的气体注射压力、较高的熔体温度，较低的熔体粘度和较短的切换延迟时间导致较短的穿透长度和较薄的气道壁厚。（2）.充模时建议采用低压气体，保压时再增加压力补偿收缩，原因是熔体与气体接触的边界层中会溶解一些气体，如果保压结束后塑料尚未完全固化，则泻压时这些气体会膨胀造成气道内表面气泡，充模时气体压力越大，熔体表界层中溶解的气体越多，保压结束后气体的膨胀效应越强。（3）.要注意避免泻压太陡在气道内表面引起广泛的气体膨胀。（4）.塑料溶体在充模时，应采用型腔按逆重力方向，在制品最薄处开始充填，可以避免喷射。因为出现喷射现象会使制品表面出现不光滑的纹路。气辅工艺1气辅工艺特点30（1）.决定工艺参数时应考虑其对气体穿透的影响，气辅成型的一（5）.在熔体注射结束后，气体注射尚未开始时的切换时间内应尽力避免熔体流动速度发生较大变化，因为这种变化会在制品表面引起迟滞线和光泽改变。（6）.料量及计料精度：影响实际气辅工艺的核心就是料量，料量的多少以及注塑机的计料精度，都会影响气辅工艺的效果及稳定性。原因是：当模具型腔内充满塑料时，气体是很难在塑料内部形成空腔的，只有在缺料的状态下，留出气腔的位置，当气体注入型腔后，缺省的塑料在内部气体的膨胀推动下，充满整个型腔。因此，料量多少直接关系到气辅工艺的成型效果，塑机计料精度的误差将关系到气辅工艺生产的稳定性。气辅注塑时勿必保证塑料全部注入型腔。（7）．影响气辅工艺的还有注塑速度、料温、注射压力等因素。因为缺省的塑料要完成充满型腔的运动过程，则料的流动性也会影响成型的效果，都过调整注射速度、料温、注射压力等参数可使料的流动性得到提高。31（5）.在熔体注射结束后，气体注射尚未开始时的切换时间内应尽气辅工艺在调整时，建议按照以下顺序进行相应调整：(1)在不注气的情况下，先将制品打满并观察塑料的流动状态以及模具的状态；(2)逐渐减少料量，观察缺料时各浇口料流的分配平均性，应当尽量保证模具的料流对称性；(3)通常的气辅工艺一般采用两段或三段式注气，薄壁零件压力适合高压力注气2500--4000psi，厚壁或棒状制品适合低压力注气1000--2500psi。(4)当缺料达到90%左右时开始注气，若制品局部仍有收缩现象，建议再适当减少料量直至出现制品不满现象后，在添加料量至打满状态。(5)适当调整气体压力，气体保压时间以及启动延时达到适合的状态。(6)射嘴进气方式中务必注意采用后退座台方式排气。(7)气针进气方式中务必注意气针排气是否通畅，如排气不畅需及时清理。2气辅工艺的调整方法32气辅工艺在调整时，建议按照以下顺序进行相应调整：2气辅工6.气辅注塑设备介绍图9整套气辅设备组图AB模具1模具2高压氮气CC压力控制器压力控制器洁净空气低压氮气发生器洁净空气压缩系统高压氮气压缩机氮气完整的气辅注塑系统，应由A高压氮气源设备、B高压氮气传输管道及C气辅压力控制器三部分组成。如下图所示：336.气辅注塑设备介绍图9整套气辅设备组图AB模具1模具2高压全系统包含进口螺杆空气压缩机、蓄能型压缩空气冷冻干燥机、压缩