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1、气体辅助注射成型技术的发展及其设备摘要：阐述了气辅注射成型技术的发展历史及未来前景。综合讨论了用于气辅注射成型的注塑机，模具，气体发生装置，控制系统等相关机械设备。关键词：气辅注射；发展；成型设备The History and Equipments of GAIM TechniqueAbstract：Introduced the development history and future of GAIM. Wildly discuss the equipment of gas assisted injection molding such as injection molding machi
2、ne,mold,gas merging device and controlling systems.Key Words:GAIM; development；molding equipment（前言）气体辅助注射成型（Gas Assisted Injection Molding），是指在注塑工艺中，当熔融塑料填充到型腔适当的时候（90%100%），向模腔内充入高压惰性气体，借助于气体的压力推动熔融料继续充满型腔，使塑件内部膨胀而形成中空，用气体保压来代替塑料保压过程的一种新兴的注塑成型技术1。因此了解气辅成型设备的发展与前景，研究气辅成型设备是十分必要的。1.气体辅助注射成型技术的发展与应用1
3、.1.气体辅助注射成型技术的发展气体辅助注射成型技术是上世纪80年代在结构发泡成型工艺基础上发展起来的，是塑料注射成型工艺技术中的一项革命。气辅技术从问世至今二十多年间得到了长足的发展。其发展历程见表1：表1 气辅注射成型技术发展历程2近几年出现了一些新型气辅注射成型技术，GAIM的应用稳步上升，在欧美日等国，每十副模具中就有两副是气辅模具，尤其在汽车领域。整车的塑料件中近80%是采用气辅技术成型。国内自1995年开始引进气辅生产设备和技术，主要用在大屏幕彩色电视机壳的生产上3。拥有气辅注射技术专利的公司主要有英国的Cinpres、美国的Gain、德国的Bettenfeld、日本的Asahi等
4、；气辅专用注射机及控制设备生产厂商主要有Gas Injection Ltd。、Battenfeld、En- gel、Hettinga、Stork等；模塑过程生产商有Cinpres、Apt 、Dynamit Nobel、Bayer 、Schade、Sajar等4。近年来又发展了一些新的气体辅助注射技术，如液化气体辅助注射( Liquid Gas-Assisted InjectionMolding )及振动气体辅助注射(Vibrated Gas-Assisted Injection Molding)等5。目前国际上有关气辅技术研究的热点集中在加工过程参数对成型机理和制品性能的影响。随着计算机控制技
5、术以及软件技术的发展，对加工参数能实现更灵敏的控制，这必然能使气辅技术得到更加长足的发展。与国外相比，我国有关气辅技术方面的研究是对国外研究成果的一些重复或者改进，鲜见创新2。1.2.气体辅助注射成型技术的应用气辅技术尤其适用于以下几方面的注塑制品：管状、棒状制品：如手柄、挂钩、椅子扶手、淋浴喷头等。采用中空的结构，可在不影响制品功能和使用性能的前提下，大幅度节省原材料，缩短冷却时间和生产周期。大型平板制件：如汽车仪表板、内饰件格栅、商用机器的外罩及抛物线形卫生天线等。通过在制件内设置内置式气道，可以显著提高制品的刚度和表面质量，减少翘曲变形和表面凹陷， 且大幅度地降低锁模力，实现在较小的机器
6、上成型较大的制件。厚、薄壁一体的复杂结构制品：如电视机、打印机外壳及内部支撑和外部装饰件等。这类制品通常用传统注塑工艺无法一次成型，采用气辅技术提高了模具设计的自由度，有利于配件集成，如电视机外壳所需的内部支撑和外部装饰件的数量从常规注塑工艺的17个减少至8个，可大幅度缩短装配时间6。2.气体辅助注射成型技术原理及设备2.1.基本原理首先将定量熔料注入部分模腔，然后将氮气等惰性气体注入熔料内部，熔料在气体推动下紧贴于型腔表面，熔料冷却固化后，气体被封在塑件内形成中空塑件7。2.2气辅注塑与控制装置气体辅助注射成型系统由以下单元组成：注塑机；气体发生装置；气体辅助注射成型控制系统；成型模具。上述
7、4个组成单元的关系框图如图1所示7。图1 气体辅助注射成型系统72.2.1注塑机由于气辅注射成型通过精确控制注入型腔的预注射量来控制制品的重量、中空率及气道的形状，所以对注射机的注射量和注射压力的精度要求较高。通常注射量精度误差应在0.5% 以内，注射压力波动相对稳定，控制系统能和气体控制单元匹配。因此宜采用注射量和注射压力控制精度较高的精密注射机；由于气辅注射成型采用气体压力来充填型腔并保压，因此在同等条件下可采用比传统注射成型工艺所要求的吨位低得多的注射机；若注气系统的压力控制单元是采用注射机螺杆位置触发方式，那么还必须在注射机料筒的内壁安装一位置传感器；若采用的是喷嘴进气方式，那么就应将
8、注射机原塑料熔体喷嘴换成主流道式喷嘴。主流道式喷嘴结合在注射机上，其直径与输送塑料熔体的筒壁必须相同，以便很好的校核和定位8。2.2.2气体发生装置气体发生装置主要由压力生成单元、压力控制单元和特殊的注气元件构成。对于压力生成单元，要根据注射机的规格、数量和氮气消耗量可选择不同的供气方式：氮气消耗量不大时，可使用氮气瓶供气，直到内部气压低于大气压；若氮气消耗量较大时，一般采用液态氮作为气源；当氮气消耗量非常大时，最好是配备氮气发生器，这样可大大降低制氮的成本9。压力控制单元由电控和气路两部分组成。气路部分是指从高压气源到注气装置之间的气体压力调节元器件以及实现对进气嘴动作控制的气动装置。电控部
9、分则是指通过电信号对气路部分的气压调节元器件进行有效调节以及实现对进气嘴动作控制的电子元器件。进气嘴动作是指采用可伸缩进气嘴型腔注气方式时进气嘴的伸与缩10。因气辅注射成型工艺有两种注气方式，相应地就有两类进气嘴，一类是主流道式喷嘴，另一类是气体通路专用喷嘴。主流道式喷嘴是允许塑料熔体和气体共用一个喷嘴。熔体注射结束后，喷嘴切换到气体通路上实现气体注射11。2.2.3成型模具设计气辅模具时必须合理设计气道预留位置、合理选择注气方式及合理设计气针位置，确保气辅注射成型时能按预定方案贯穿所有气道。在气辅注射成型过程中，由于模腔内压力降低，因此可以大幅度降低对模具壁厚的要求。充分发挥气辅注射成型的效
10、果。也可以通过对传统注射模进行一些改造而应用气辅注射成型工艺，提高模具利用率，降低模具制造成本。采用不同的注气方式，对模具的改造加工量不同，特点也不同：采用喷嘴进气方式，对模具无须作大的修改， 改造成本较低，但注气点单一，模具不能采用热流道系统；采用型腔注气方式，需对模具进行一定的改造，可根据制品的具体结构形状在不同的厚壁位置设置气针位置，模具可以采用热流道系统12。参考文献1刘朝福.注塑成型实用手册M.北京:化学工业出版社,2013:314.2麦群山,陈金伟.气辅注射成型技术研究的最新进展N.广东轻工职业技术学院学报,2006.6:34.3傅沛福,孙志斌等.气辅零件和模具的设计J模具工业,2
11、001.4:29.4EYEREP,MRTINSR,etal.Injection molding with internal gas pressureJ.Kunststoffe German Plastics,1993,7:413.5IBARJP .Plastics Engineering,1999.9:51-53.6STEPHEN MOORE.Modern Plastics,1994.8:52-56.7吕孟春,马国亭.气体辅助注射成型设计J.模具制造,2010.4:528吴清文.气体辅助注塑成型技术及其模具CAEJ.光学精密工程,1997.6:339牟文杰.气体辅助注射成型技术在普通注塑机上应
12、用的探讨J.轻工机械,2000.4:3810匡唐清,柳和生,周国发.气体辅助注射成型设备的构建J橡塑技术与装备2003(29):511王浩鹏.气体辅助注射技术及其应用J.模具工业,1998.8:25.12付沛福,梁继才等.注射成型新技术-气体辅助注射成型J.吉林工业大学自然科学学报,1999.1:23.与主题相关的成型设备参数宁波汉迈机械制造股份生产的HM-330A型精密注塑机相关参数如下：注射装置Injection Unit单位螺杆直径Screw Diametermm60螺杆长径比Screw L/D RatioL/D22.5理论注射容量Shot Volumecm2933理论注射重量Injec
13、tion Weightg849理论注射速度Injection Ratecm3/s30注射压力Injection PressureMPa250螺杆转速Screw Speedrpm231.6锁模装置Clamping Unit合模力Clamping ForcekN3300移模行程Mold Open Strokemm630拉杆间距Space Between Tie Barsmm670670允许模具厚度Max.Mold Heightmm250-660顶出行程Ejector Strokemm160顶出力Ejector ForcekN100其他Others油泵压力Max.Pump PressureMPa16油泵马达功率Pump Motor PowerkW37电热功率Heater PowerkW19.7机器外型尺寸Machine Dimensionsm71.852.4油箱容积Oil Tank CapacityL580机器重量Machine Weightt12.8
