气体辅助射出成型的加工工艺技术概述

来源：塑胶五金网发布时间：2007-12-30 09:46:10点击率：

所谓气体辅助射出成形(GASINJECTION)，就是在射出成形加工的树脂射出后、或是在射出中将惰性气体注入树脂内，利用该气体压力，将一般成形中的缩孔或翘曲问题降至的成形方法。
这种成形方法已经有何很久的历史了，在1970年代就用于部份杂货类的生产上，然而，因为没有可以活用中空成形特性的制品设计，故直到近年都没有较大的发展。
进入90年代后，着重中空成形所以有之优点的各家厂商开始积极活用，使得此成形技术有了急速的发展。
GainTechnology公司(美国)、Cinpress公司(英国)、Battenfled公司(德国)等公司拥有中空成形的技术专利，因为本文是采用旭化成工业(株)的中空成形方法--AGI(AsahiGasInjechon)，故本文将以AGI为基础来进行气体辅助射出成形的说明。
基本原理
一般的射出成形，是将熔融树脂注入模具内，再利用冷却后的体积收缩来抑制收缩缺陷，所以在完成浇口密封前必须施加较高的树脂压力。然而，这极大压力会在成形品上形成很大的残留应力，进而造成翘曲、变形等质量上的问题。此外，需要较大的锁模压力(提高成形机的等级)、及因为模具刚性提升所造成的成形成本增加。
相对于此，气体辅助射出成形是在熔融树脂内注入惰性气体，并利用此气体压力从成形品内部来保持压力。此气体压力会小于树脂保压，在冷却时树脂的收缩会变大，但气体压力会从内部补偿此收缩，故可以在比一般成形方法更低的压力下解决收缩缺陷的问题，另外，因为施加均匀的压力，也可以减少反翘等变形。
气体辅助射出成形的特点
1.收缩缺陷及翘曲变小，且成形变形也较少，可以获得尺寸较安定的成形体。
2.因为可以自由配置会造成收缩缺陷之棱部，即使厚度较薄时，可利用棱部来提高整体的刚性。
3.乃因为没有厚度均一化的限制，可以有厚度不同的构造，提升了设计的自由度。
4.因为成形上需要的压力较小，只需要锁模力较小的成形机，可以降低成形机的等级。
5.因为是中空构造，可以比同体积之成形体更为轻量化。
6.因为较厚部份为中空构造，和具有相同厚度之成形体进行比较的话，可以缩短成形周期。
这些特点可以应用在很多成形品上在家电领域方面，可以应用住大型的电视外框、空调机、雷射光盘盘等。在汽车领域力而可以应用在保险杆或仪表板等大型部品上，而在OA领域方面，则可以活用其较高的尺寸精度而应用在机构部品或底盘类上。近年来，在住宅相关领域方面，洗脸化妆台及收藏盒等大型成形品应用此方式的情形也有增加的倾向。
　
气体辅助射出成形的处理过程此处理过程又依照树脂的充填方法，大致分完全射出(fullshoot)法及短射出(shortshoot)法。
全射出法是在模具模槽内全部充填树脂后注入气体，可以获得和体积收缩部份相当之中空成形品，中空容积大约10%。短射出法则是在模具模槽内未完全充填树脂时注入气体来补充其不足的方法。中空率大约35%，主要是用于把手等厚度较大的成形品。
气体辅助射出成形的设备不需要专用的真空成形机，只需要在既有的射出成形机上连接高压气体产生装置、气注入控制装置、及气体注入用特殊喷嘴即可。
AGI成形时大多使用2OOkgf/cm2左右气体压力，设计上之高压气体发生装置的压大规格应为300~350kgf/cm2。
高体气体的制造能力方面，可以依照形品的中空率、注入压力、成形周期来计算需要的气体量，故需要具有符合使用量之制造能力的高压气体发生装置。
高压气体的制造上有相关的高压气体保安法，必须依照制造能力来办理手续。
随着中空成形法的普及，日本和东洋机械金属(株)、旭化成工业(株)，三家公司共同开发出以低于传统系统更低的成本即可导入的高压气体发生装置，是以和一般成形的简单操作即可进行气体辅助射出成形的小型射出成形机，自1996年开始推出上市。
气体辅助射出成形的应用技术
1、高气体辅助射出成形法
一般的气体辅助射出成形之中空率约为35%，使用RP东方(株)和旭化成工业共同开发之H2M法(HigherHollowMolding)，可以获得和吹出成形相同的高中空成形体(~80%)。
H2M是会形成具有内部棱部之中空板的成形方法，对于吹出成形无法对应之复杂的机构形状也可同时成形，成形方法如所示，
a)对具有特殊可动中子之模具射出树脂。
b)注入气体，在规定的位置上形成棱部，同时便可动中子向后退，扩大中空部。
c)接着，形成内部棱部，同时扩大模具容积并增加中空率。采用此种成形方法的用途实例，就是大型的电视座。以往都木制品，采用这种方法后，可以有很多木工成本较高的曲面设计及机能，而机构形状的一体成形化也大幅改善了组装性。
其它乃而的应用实例有阳台用的面板，不但有更高的刚性，也提升了现场的作业性(相片3)。
2.多次元气体辅助射出成形法气体辅助射出成形的中空部受到气体性质及偶然性的支配率很高，故中空的形状及尺寸很难加以控制。故将没有形状的气体置换成有形状的物质，从熔融树脂中来辅助气体的移动，设法形成期望的中空形状。
一般模具无法进行复杂管状成形，这种成形法却可达成(相片4)。
以图4的RFM工程概念图来说明成形处理过程。
模具是由制品形状的模槽、设定浮动模心(树脂球或钢球)的加压邦浦、以被压出之树脂的排出口所构成。
(1)将浮动模心设定于加压邦浦，关闭模具。
(2)将树脂射出至模具模槽内。
(3)将高压气体注入加压邦浦内并打出浮动模心，压出成形品内部的熔融树脂。此时的中空部为浮动模心的形状。
(4)保持气体压力并进行冷却固化。
(5)排出(回收)气体并取出成形品。
处理过程虽然很简单，却仍有很多问题需要解决。但可以附加吹出成形很难设计之凸台或法兰等机能形状，在住宅相关方面，应可应用于水管相关部材，使用耐热工程塑料的话，可以应出任汽亚等之引擎附近的配管类。
气体辅助射出成形法具有传统成形方法所没有的各种优点。因此，很有可能应用在所有的领域上，同时在降低成本及提高质量上，也让人有很大的期待。
虽然目而无法在此介绍，但正在开发的新技术，可以使气体辅助射出成形在质量上的问题点-外观状态-获得很大的改善，将来一定可以应用在严格要求外观质量的制品上，甚至可以达到无涂装化。
顾客对于质量及低成本的要求，有愈来愈严格的现象。
希望今后能以此气体辅助射出成形法为主轴，开发出能有更高性能、高附加价值、以及低成本的加工技术。

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