氣輔成型工藝條件分析

葉炯++朱云輝

摘 要：氣輔成型（GIM）是指在塑膠充填到型腔適當的時候注入惰性高壓氮氣，氣體推動融熔塑膠繼續充填滿型腔，用氣體保壓來代替塑膠保壓過程的一種注塑成型技術。

關鍵詞：成本 使用條件 氣體發生裝置 溢料槽

中圖分類號：TQ320 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）07（b）-0081-01

氣輔成型（GIM）是指在塑膠充填到型腔適當的時候注入惰性高壓氮氣，氣體推動融熔塑膠繼續充填滿型腔，用氣體保壓來代替塑膠保壓過程的一種注塑成型技術。作為模具生產企業和產品制造企業關注氣輔成型的主要原因還在于氣輔成型所擁有的許多優勢。2005年以前，中國國內存在氣輔成型或者有能力進行氣輔成型的企業非常少，其主要原因還在于氣體發生裝置設備的短板。早先依賴進口設備，比如日系的進口設備體積小重量輕，移動靈活，調整精度高，氮氣壓縮的純度能達到90%以上。隨著中國模具行業的發展，特別是廣東深圳地區模具企業日新月異的變化，一些國內企業也開始對氮氣發生裝置進行了研發升級，從最原始的固定壓力供氣到后期的可通過調整供氣壓力時間曲率來進行調整的方式，大大提高了這些裝置的實用性。

氣輔成型優勢很多，但被各企業看中的主要原因還在于在保證產品外觀尺寸質量的同時，又能夠減少實體產品的自身重量。網上很多數據表明氣輔成型最大能減少產品30%的重量，當然這個比較趨于理論化，從實際生產的角度理性的生產分析應為7%～15%。作為模具的研發當然提高了模具制造的技術難度和模具制造成本，但從產品的角度分析，一個塑膠制品其最大的生產成本往往是塑膠原材料的價格決定，減少10%的產品質量無疑成為減少材料成本10%，這里的成本優勢我想作為企業肯定能夠看的到。那么氣輔成型是不是所有產品都可以進行使用呢？答案當然是否定的。使用氣體輔助成型技術需要對產品及模具進行整體分析，有許多使用條件的限制。本文就簡單從材料、產品、模具、軟件、硬件設備等幾個方面表達一下個人對氣輔成型部分工藝條件的分析。

1 材料選擇

從技術條件來看首先是材料性能的要求。當成型射膠部分基本完成但保壓部分還未進行時，此時由于靠近型腔及型芯壁的膠體冷卻較快開始凝固，但中心區域溫度仍然很高有足夠的流動性，這使得氣體輔助成為可能。所以從材料選擇上看，冷卻速度適中的塑膠比較適合，冷卻過快會造型氣道狹窄，而冷卻過慢也會對氣道的均勻性造成影響，甚至可能由于氣壓過大之后破壞產品外觀。比如PC/ABS這一類的塑膠材料，成型溫度在245 ℃～260 ℃之間，流動性也相對不錯，氣輔效果較為明顯。

2 壁厚

第2個影響的條件是產品的基本壁厚問題，一般根據產品使用性能和材料特性問題，傳統的注塑工藝都會給材料一個比較適合的基本壁厚。比如PP材料類型的一般賦予2 mm左右的壁厚，ABS系列的材料一般2.5～3 mm左右，而作為流動性較差的PC材料，一般其基本壁厚可以放到3 mm以上，過低的壁厚會造成因冷卻過快而材料注塑工藝范圍狹窄，不利于注塑成型。但是基本壁厚過大又會引起成型后收縮明顯對產品表面造成明顯縮影，這個問題其實也是氣輔成型能夠存在的原因之一，壁厚越大的產品使用氣輔的效果會更明顯，不僅可以減少后收縮問題，同時還能大幅減少原材料使用。所以在這里作為氣輔的條件之一，氣體填充位置產品的壁厚最好能大于4 mm以保證效果。當然具體問題還應具體分析，特別是平板類產品氣體穿透問題，更多的需要靠模具其他的結構去進行解決。

3 溢料槽

除去材料和產品本身結構的問題以外，模具的結構設計需要進行改變。塑膠熔融狀態為液體，比氣體的壓縮量要小的多。當氣輔成型開始時，整個模具腔體處于被塑膠幾乎填滿的狀態，此時很難控制氣體填充量與氣路通暢。如果填充過量氣體，造成的結果會使氣體因壓縮溫度急劇升高，其原理類似柴油機，會造成后果有很多。其一高溫使材料本身碳化，并釋放出難聞氣味，碳化出粉末會污染產品；其二氮氣無法排開塑膠造成無法按預先設計的氣道前進，使得進氣位置產品飽滿，而未進氣位置產品凹陷嚴重，即使通過控制射膠量對成型工藝來進行調整，其效果也非常差。最合理的方法是在模具設計階段在氣道末端設計溢料結構，可以使氮氣填充氣路通暢，對成型工藝使用范圍也是很好的支持。當然溢料槽的結構需要根據產品形狀及尺寸進行設計調整，廣東的某些企業在這方面就有較多的經驗，曾經有一套汽車用后視鏡模具，廣東開發時就是用了可調式溢料槽，在成型時隨時調整溢料程度來輔助成型的實施，效果顯著。

4 模擬流動分析

作為新興的技術，在使用之前做好充足的準備也是非常必要的。現在比較流行的模流分析軟件很多，比如MOLDFLOW軟件在使用中相對比較廣泛。由于氣輔成型的對象產品一般壁厚都比較厚，普通的單式和復式網格很難滿足分析的要求，使用3D網格分析能更好分析材料在注塑成型時的流動狀態和填充效果，為之后的模具制造及成型作出非常重要的前提工作。比如預先設置鑲塊位置進行良好模具分型面排氣和溢料槽位置選取等問題，這類軟件能很好的進行事先預料，并明確氣路走向和問題。這樣能夠在成型時與實際產品進行比對分析，為制定及時有效的修正方案指明了方向。

5 硬件條件

工欲善其事，必先利其器，良好的硬件設備是提供優良產品的必要條件。氣輔成型要求的產品注塑量平穩，每個產品的重量偏差不能超過0.5%。所以在這樣的情況下，注塑精度越高且支持氣輔成型的成型機品種對產品有較大優勢。在以前這樣的成型機基本依賴進口，現在國產的成型機比如寧波海天公司有許多精度較高的產品也能符合氣輔成型的注塑要求了。許多注塑企業已經開始使用這些設備，相信國產設備在以后注塑企業當中所占的比例會越來越大。

氣輔成型技術是近10年才發展起來的新技術，現在也主要運用到汽車、家電、辦公用品行業等大型注塑件產品。隨著模具行業的發展，相信這項技術能越來越多的運動到其他產品領域，造福社會。

參考文獻

[1] 氣輔注塑成型工藝探索與市場前景[EB/OL].雅式工業專網，2006，11，1.

[2] 丁宏.氣輔注塑成型工藝的研究與應用[D].廈門大學，2009.endprint