汽車手柄氣體輔助注塑模設計

程勝文

（湖北職業技術學院 機電工程學院，湖北 孝感 432000）

1 引言

氣體輔助注塑成型技術的原理是利用高壓氣體在塑件內部產生中空截面，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 個階段。 根據熔體注射量的不同，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。

氣體輔助注塑技術的優點主要有：

1.1 解決制件表面縮痕問題， 能夠大大提高制件的表面質量。

1.2 局部加氣道增厚可增加制件的強度和尺寸穩定性，并降低制品內應力，減少翹曲變形。

1.3 節約原材料，最大可達35%～45%。

1.4 簡化制品和模具設計，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，生產周期縮短。

氣體輔助注塑成型技術與普通注塑成型工藝相比，有著無可比擬的優勢，被譽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域得到廣泛應用[2]。 在家電領域，電視機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的制品之一。

氣輔成形模具與普通注塑模的構架基本一致，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。下面對實際生產中一副汽車手柄氣體輔助注塑模具的設計進行介紹。

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

2 氣體輔助注塑模具的設計

塑件成型的注塑設備為普通注塑機， 和氣體輔助相關的注塑設備有氮氣發生器、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間和壓力的裝置，它具有多組氣路設計，可同時控制多臺注塑機的氣輔生產。

本次介紹的氣體輔助注塑模具采用1 模2 穴結構，模具詳細結構見圖1。 模具進膠口排布在模具側面，為了確保同一模具左右2 個型腔進料量保持平衡， 特在模具上增加了進膠口平衡裝置。 主要目的是確保模具在注塑時平衡注塑壓力，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計要求， 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，對氣針質量要求比較高，氣針質量的好壞直接影響模具注塑成型工藝的穩定和零件質量。 氣針的主要構成是由多個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。 當前模具設計氣針可在模具打開的情況下進行更換。 為避免進氣系統漏氣，本模具設計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行密封。

圖1 注塑模結構

3 氣體輔助注塑成型工藝

本設計注塑模在150 噸注塑機上工作。 氣體控制器與注塑機電信號連接，注塑機開始注塑時，氣體輔助注塑控制器開始計時。 注塑工藝為：注塑壓力7Mpa，注塑速度59m/s， 注塑位置30mm， 注塑時間4s， 注塑料溫200～220℃。

3.1 氣輔控制工藝

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

圖2 所列時間都是以注料開始為計時零點。 吹氣總時間為25s，其中氣體保壓為15s，壓力達到40P/Mpa。

圖2 氣輔氣體時間-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鍵， 應把握好什么時候打開氣動閥芯（圖3），以及什么時候關閉氣動閥芯。 氣動閥芯由氣缸控制，氣缸的控制信號與注塑機電信號連接，在射膠前氣動閥芯是關閉的。 在高壓氣體進入瞬間，氣動閥芯打開，型腔內沒有來得及冷卻的熔融物料，在高壓氣體的推動下進入溢料腔。

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。 在模具開發前期，溢料腔大小的計算要準確。

圖3 溢料腔結構

在實際氣輔注塑成型中， 保持左右2 個模穴平衡最為關鍵，否則，會引起某個模穴的零件產生不良品。2 個模穴的平衡主要涉及2 個方面： ①注塑時達到2 個模穴的的注塑壓力相同， 從而確保進入2 個模穴的塑料克重基本相同，這樣氣體在進入2 個模穴之前的數值是相同的。要做到這點，就需要在分流道上設置可調整的阻尼塊，來調整阻尼塊的位置，以此來保證2 模穴的注塑壓力相等，從而確保進入2 個模穴的塑料克重基本相同。 ②氣體壓力的平衡，氮氣進入2 個模穴之前經過分氣，利用手動調壓閥調整2 個模穴的氣體壓力。

在產品澆口背面，由于遠離澆口部位的塑料冷卻時間較澆口部位短， 澆口位置局部冷卻時間稍長于其它部位，澆口部位背面易發生輕微凹陷。 此時可以通過工藝途徑即升高模具的溫度來解決這個問題， 又因為產品有點吸腔，最后的工藝是：定模接80～90℃的熱水，動模接循環水。

4 結語

氣體輔助注射成型中由于氣體穿透具有不穩定性，在實際注塑成型中產品容易出現質量問題， 影響項目開發時間。 所以模具設計前需要借助模流分析軟件做相應的模流分析， 根據模流分析出來的結果對不滿足要求的地方進行調整并再次利用模流分析軟件分析， 直到調整到最佳設計狀態為止， 從而最大程度上減少實際注塑成型中的不穩定因素。

［1］（美）埃弗里（Jack Avery），楊衛民，丁玉梅.氣體輔助注射成型原理及應用［M］.北京：化學工業出版社，2003.

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