傳統(tǒng)的注塑方法不適用于生產(chǎn)厚壁零件，這是因為塑料的低導(dǎo)熱性和相對較高的收縮率導(dǎo)致較長的工作周期和嚴(yán)重的收縮痕跡。因此，制品的厚壁表面出現(xiàn)凹陷，甚至整個制品產(chǎn)生翹曲變形。另外，傳統(tǒng)的注塑方法也不適用于封閉的中空零件，因為不可能抽出型芯。
氣體輔助注塑成型(簡稱氣輔成型)技術(shù)是20世紀(jì)90年代末才進(jìn)入實用階段的一項新技術(shù)，它解決了以上問題，并廣泛地應(yīng)用于家電、汽車、航天、日常生活用品中，顯示出強(qiáng)大的優(yōu)勢和廣闊的發(fā)展前景。
2氣體輔助注塑成型原理
在氣體輔助成型過程中，將壓力氣體(一般為氮?dú)?注射到模具型腔的熔料內(nèi)，氣體作為臨時的無比柔韌的型芯件，可在任意厚度截面上形成中空。
2.1氣體的引入形式
氣體輔助成型的氣體引入形式一般分為三種：
(I)氣體可通過注射噴嘴進(jìn)入流道系統(tǒng)內(nèi)，再進(jìn)入制品中。
(2)氣體可通過注射銷進(jìn)入流道系統(tǒng)內(nèi)，再進(jìn)入制品中。
(3)氣體可直接注射到模腔內(nèi)。
2.2氣體輔助成型基本步驟
氣體輔助成型一般可分為以下四個階段(如圖1所示)：
(1)熔體注射階段：在模具中注射填充量不足的塑料熔料。
(2)氣體填充階段：在熔融塑料未完成充滿模腔前，將計量的定量氣體由特殊噴嘴注射入熔體中央部分，形成擴(kuò)張的氣泡，并推進(jìn)前面的熔化芯部，從而完成填充模具過程。氣體注射時間、壓力、速度非常重要。
(3)冷卻保壓階段：在工作循環(huán)的冷卻階段，氣體將保持較高的壓力，氣體壓力將補(bǔ)償塑料收縮導(dǎo)致的體積損失。達(dá)到某種程度時，氣泡將進(jìn)一步滲透到熔體中，即二次氣體滲透。
(4)最終排氣階段：塑料冷卻定型后，將氣體從最終模制件中抽出。
氣體在輔助注塑的開始階段稱為初始?xì)怏w滲透，在這個過程中，氣泡首先滲透到模具中聚合物熔料可以流動到的尚未填充的區(qū)域。特別是在之后的二次氣體滲透階段，氣泡將趨向于在熔化塑料芯部沿阻力最小的路徑滲透。熔料壓力最低或者溫度最高的地方，其阻力最小。其結(jié)果是，氣體輔助產(chǎn)生的中空截面的壁厚通常不會均勻一致(圖2)。當(dāng)流動通道為圓形時則是一個例外情況(圖2a)，若模具均勻冷卻，流動條件在整個圓周都很相似，零件壁厚將基本一致，芯部與外表面同心;其它形狀則會產(chǎn)生不同的結(jié)果，在矩形通道中(圖2b)，在邊角區(qū)域的流動阻力較大，冷卻作用較強(qiáng)，氣體通道將構(gòu)成近似橢圓形，使零件的邊角部分壁厚較大，這一般不是問題，因為在二次滲透階段，氣體壓力作用可避免在表面形成收縮痕跡。此原理也適用于不規(guī)則形狀通道(圖2c)，芯部形狀將不會與通道形狀完全一致，邊角部分將相對較厚。
3氣體輔助注塑制品的分類
[nextpage]
氣體輔助成型的制品可根據(jù)結(jié)構(gòu)形式與截面形狀不同分為兩大類(圖3)：
(1)“封閉式通道”零件：截面很厚的物體，如汽車的扶手和手柄基本是由氣體形成整個芯部，由于氣體容易流過通道，要求氣體不滲透的區(qū)域很少，因此，這些零件容易加工。
(2)“開放式通道”零件：該類零件從設(shè)計上更加靈活多變。普通的薄壁零件其上有較厚的氣體流動通道，其作用類似于普通的筋板，但不會產(chǎn)生收縮痕跡。這些成為“開放式通道”零件。“開放式通道”經(jīng)常用于有強(qiáng)度、剛度穩(wěn)定性和良好外觀要求的大中型零件，如蓋、殼、和面板即為典型應(yīng)用。
4 制品設(shè)計原則
4.1“封閉式通道”制品設(shè)計原則
(1)制品截面最好是圓形或接近圓形，避免尖角，采用大的圓角過渡(圖4)。
(2)采用矩形截面時，氣道通常為橢圓形。為保證氣體穿透的均勻性，應(yīng)滿足b≤(3-5)h(圖5)。
(3)氣道轉(zhuǎn)彎處制件應(yīng)有足夠大的圓角半徑，應(yīng)避免內(nèi)外轉(zhuǎn)角處壁厚差異。
(4)氣道截面尺寸變化應(yīng)平滑過渡(圖6)。
(5)氣道入口不應(yīng)設(shè)置在外觀面或制件承受機(jī)械外力處。
(6)氣道入口應(yīng)接近澆口，以保證氣體與熔體流動方向一致。
4.2“開放式通道”制品設(shè)計原則
(1)在設(shè)計加強(qiáng)筋時應(yīng)避免設(shè)計又細(xì)又密的加強(qiáng)筋，尺寸太小無法給氣體提供良好的通道，會出現(xiàn)“鼓泡”現(xiàn)象，可改進(jìn)為較厚、較少的加強(qiáng)筋，但尺寸太大又會造成局部的熔體堆積，冷卻收縮后形成表面凹陷。圖7給出了氣道的幾何尺寸的推薦值。
(2)平板的厚度不宜超過4mm，否則易產(chǎn)生“指印效應(yīng)”—?dú)怏w竄入到平板部位，降低零件的強(qiáng)度(圖8)。
(3)當(dāng)制件僅有一個引入口而要形成多個加強(qiáng)筋時，氣道不能形成回路。因為會在分支前端熔體交匯處形成熔接痕，可采用“放射狀”通道或“歧管狀”通道(圖9)。
(4)氣道布置應(yīng)均勻，盡量延伸至制品末端。因為氣體為非粘性的，入口至末端的整個氣道空間壓力分布完全一致，因此氣體穿透程度越高，制品的壓力分布越均勻，冷卻出模后的殘余應(yīng)力越小，則翹曲變形傾向越小。
5 氣體輔助注塑成型的應(yīng)用實例
5.1 手柄
在生產(chǎn)手柄時，我們希望手柄相對較厚，以便適合手握并且足夠堅固。在傳統(tǒng)注塑中，為保持截面較薄，我們不得不使手柄的型芯適合模具設(shè)計，這意味著從外部取出型芯，一般形成H截面。結(jié)果是，手柄握感不舒服、難以保持清潔，外型也不美觀。氣休輔助注塑則使我們能設(shè)計厚的、中空的、平滑手柄，易于手握及美觀(如圖10所示)。
4.2 汽車扶手
在傳統(tǒng)注塑中，需在一組模具中制作兩個匹配的薄“殼”件，然后將它們裝配在一起，形成最終的扶手。這需要精密模具以保證零件的相互匹配，但這樣會由于裝配操作而增加成本。氣體輔助注塑使我們能夠生產(chǎn)單一的中空零件，而且外觀相同，并降低了裝配操作的成本(如圖11所示)。
