气体辅助注射成型穿透机理及工艺优化方法研究

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1、上海交通大学硕士学位论文第1章绪论第1章绪论1.1气体辅助注射成型简介气体辅助注射成型（Gas-AssistedInjectionMolding，简称GAIM）是二十世纪九十年代末开始兴起的一种新型的塑料注射成型技术。其利用高压惰性气体（主要为N2）推动塑料熔体充满型腔，在塑件内部产生中空截面，利用气体保压代替普通注塑保压过程，完成注射成型。GAIM具有节省材料、降低注射压力、减小锁模力、消除[1,2]制品缩痕、减小翘曲变形、使厚薄不均形状复杂制品一次成型等优点。气体辅助注射成型(GAIM)技术与普通注射成型（Tradi

2、tionalInjectionMolding，IM）工艺相比，有着无可比拟的优势，被誉为注射成型工艺的一次革命，在汽车、家电、家具、日常[1-3]用品等几乎所有塑料制件领域得到广泛应用。最近几年来，在生产、研究领域中，人们对气体辅助注射成型（GAIM）的兴趣与日剧增。1.1.1气体辅助注射成型的基本原理及技术组成图1-1气辅注射成型的基本原理Fig.1-1BasicprinciplesofGAIM第1页上海交通大学硕士学位论文第1章绪论[1,3-8]气体辅助注射成型的原理如图1-1所示。成型时，首先向型腔内注射经准确计量

3、的熔体；然后通过注气元件向熔体中注入高压气体（一般为N2）；充模结束后，熔体内气体的压力保持不变进行保压补料，并产生气体的二次穿透；冷却后排出气体，[1,5,8-10]制品脱模。气辅注射成型周期，如图1-2所示。图1-2气辅注射成型周期Fig.1-2MoldingCycleofGAIM从完整的意义上说，气辅成型技术的整体系统包括气辅成型设备、气辅流动分析[8]软件及气辅工艺开发和应用技术三大部分，如图1-3所示。其中，气辅成型设备通常包括气体发生装置、增压装置、控制单元和进气元件，由各设备厂家提供。气辅流动分析软件，目前

4、，主要是Moldflow和Moldex3D软件。气辅工艺开发和应用技术，是气辅成型技术组成中关键的核心内容，由用户自行开发，也可由气辅成型设备供应商协助开发，甚至直接引进气辅模具和成型工艺。[8]图1-3气体辅助注射成型构成技术Fig.1-3CompositiontechniquesofGAIM第2页上海交通大学硕士学位论文第1章绪论1.1.2气体辅助注射成型的主要设备GAIM工艺过程中的主要设备包括注射机、气体压力控制单元、高压气源和模具[1,8,11-13]等设备。1)注射机GAIM对注射机的精度要求很高，一般需要选

5、用精密注射机。注射机精度的高低直接影响注射量的控制和延迟时间的反馈精度，进而影响制品的中空率和气道的形状。一般情况下，注射机的注射量精度误差应控制在±5%（以体积计）以内，且注射压力波动相对稳定，控制系统的电信号能够很好地反映实际注射过程。2)气体产生设备气体产生设备的作用是为气辅成型工艺提供充足的、具有一定压力和纯度的气体介质。当所需的气体压力较小时，可以采用压缩空气作为气源。压缩空气的来源是空气压缩机，其在使用前需采取必要的过滤和干燥措施，以免空气中的杂质和腐蚀成份对注气设备和产品带来负面影响。高压氮气源主要是瓶装高

6、压氮气，或从氮气发生器制备高压氮气。气体压力控制器一般有启动压力Pstart，即只有当高压氮气源的压力高于Pstart时，气体压力控制器才能正常工作。瓶装高压氮气或氮气发生器的使用，一般需要根据实际生产情况来确定。3)气体压力控制单元气体控制设备的功能是将气体产生设备所产生的气体介质提高到工艺所需的压力，并精确地控制气体的注入过程。其主要包括信号控制系统（即触发器，包括位移触发器和电子触发器两种）和压力控制系统（气体压力控制器）。信号控制系统的主要功能是接收注射机射胶结束的信号以控制延迟时间，然后将此信号反馈给气体压力控

7、制器。气体压力控制器接收到信号控制系统的信号后，根据设定值精确控制各个气体压力段的压力和时间。4)气体注入装置气体注入装置的作用是将气体介质注入模具，并防止塑料熔体进入到气路中。根据气体进入模具位置的不同，可分为两类:A、主流道喷嘴具有注入熔体和注入气体的功能。当塑料熔体注射结束后，喷嘴中的切换机构在气体压力的作用下关闭熔体通道、打开气体通道，使高压气体进入模腔。B、气针安装在与气道相应的模具位置上，在气体控制设备的作用下向制件的气道中注入气体。5)气体回收装置气体回收由排气针、管路和低压储气罐组成，将制件中具有一定压力

8、的氮气回收再利用。通常，压力不低于3MPa的氮气可以由排气针从模具中回收再次利用。6)模具GAIM制品模具有与压力控制器相连的气体通道，型腔内有气体穿透第3页上海交通大学硕士学位论文第1章绪论的气道，以便熔体能够顺利充满型腔。气体进入制品位置的选择是GAIM模具设计中的一个重要环节，需根据制品的尺寸形态及注射机的情况