气辅成型的模拟及应用1

zacharyyoung

气辅成型的模拟及应用
气体辅助注射成型(简称气辅成型)是对传统注射成型技术的革新，有人甚至称它是注射成型技术的二次革命。同传统注射成型工艺相比，气辅成型具有以下显著优点:
$ ^: A: I: M! c* J6 v(1)注射成型压力低，改善了注射机的工作条件，降低了锁模力，可以用小型号注射机成型较大的塑件;
. c0 ?6 E" E- G5 e4 T2 u(2)塑件内压力分布均匀，残余应力小，不易翘曲，尺寸稳定性高;
- o6 Q6 r9 P) [2 u" h& Y% K4 |(3)可有效消除塑件的表面缩痕、模面再现性高;
  ^$ e2 C  j' l. m4 O% i(4)节省塑料原料(一般可节约塑料1%~4%);
(5)模具材料可用切削性能更好的铝合金代替合金工具钢，降低了模具制造成本。另外，铝合金的良好导热性能也可以有效缩短塑件生产周期;
9 w% |5 S, N( L6 g. d( W- s(6)可使厚薄复合型塑件一体成型，减少模具和装配线数目，同时增加了制品设计的灵活性;
7 A5 S5 v) A9 b0 }, J! ?6 L(7)可改善材料在塑件断面上的分布，提高塑件的刚性，因此可用价格较低的低强度塑料代替价格较高的高强度塑料。
虽然气辅成型技术最早可以追溯到20世纪40年代，但在工业中的实际应用是从20世纪80年代开始的。目前，该项技术在欧洲、北美和东亚的日本以及韩国已被广泛应用，20世纪90年代中期国内一些企业也开始应用，但总的来说目前该项技术在国内应用的范围还有待进一步拓宽，应用的层次还有待进一步加深。
8 f3 L# k, f7 G7 G. l* f" v1 气辅成型问题的复杂性
( y+ {$ u. w/ C! z: A+ v- I2 _# x气辅成型的基本原理如图1所示。它是先往模具型腔中注人一定量的熔融塑料，延后适当时间后，再通过喷嘴、流道或从模具内直接注人经压缩后的惰性气体(通常为氮气)。气体在塑料熔体包围下沿阻力最小的方向前进，对熔体进行掏空，促使塑料熔体充满模具型腔，并在保压冷却阶段对熔体进行压实，待熔体冷却后脱模顶出。
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) S  H0 h. f; d* `7 s6 s3 l(a)塑料熔体充填
(b)气体注射
(c)保压冷却
  L) D( I  ^; X; c/ H- l(d)脱模顶出
2 _2 N5 S- I6 w气辅成型在提高塑件技术含量及其附加值的同时，要克服与传统注射成型相比更大的生产难度，主要体现在以下几个方面:
; H; o2 R& `7 q4 J) A5 b(1)不同塑料品种对气辅成型有不同的适应性和敏感性。塑料熔体的粘度与所需要的气体压力和气体注射后的残余壁厚有很大关系;塑料熔体对剪切速率的敏感性会对气体的穿透有重大影响;
(2)塑件设计除满足其使用功能外，成型性能的考虑尤显重要。这里主要包含两方面的内容:一是气体通道的布局;二是气体通道的尺寸，它们是保证气体顺利掏空塑料熔体并不向相邻区域渗透和穿破熔体的关键;
2 p% z1 P) O* ]) p8 R(3)气辅成型模具同传统注射成型模具相比，有自身显著的个性特点。首先是要确定所采用的进气方式究竟是通过喷嘴、从流道内还是从模具内进气，若是通过喷嘴或从流道内进气，模具的浇口形状及尺寸大小与气体顺利注射有紧密关系;
(4)成型工艺条件对气辅成型的影响非常显著。熔体注射温度、预注射量、延迟时间、气体注射压力及模具温度等工艺条件对气辅成型的成败和气辅塑件的质量也起重要作用。
总之，与传统注射成型相比气辅成型有更多的影响参数需要确定和控制，并且这些参数之间往往相互影响和牵制;对材料选择、塑件和模具设计及成型过程的控制都有特殊的要求，而且这些要求之间不是彼此孤立的，而是相互作用的。另外，气体与聚合物类的塑料相比，在充填和保压阶段的行为差异巨大。因此，直接将在传统注射成型技术方面所积累的经验和数据应用于气辅成型是不够的。气辅成型相对传统注射成型来讲，必须更多地从定性研究过渡到定量研究。研究应用的实践表明，借助先进的CAE模拟分析技术是一种行之有效的方法。