气体辅助注射成型技术的特点与应用

1.气体辅助注射成型的特点

传统注射成型要求塑料制品的壁厚应尽可能均匀，其厚薄比一般不大于3，而且制品存在残余应力较大、易发生翘曲变形、表面缩痕明显等不足。结构发泡成型虽可生产壁厚或厚薄比较大的制品，但靠近制品表面的气穴往往因化学发泡助剂过分发泡而形成气泡，而且装饰应用时需要喷涂。气体辅助注射成型技术可将结构发泡成型和传统注射成型的优点结合在一起，在保证产品质量的前提下能大幅度降低生产成本，具有良好的经济效益。

气体辅助注射成型技术的优点是：

图2-10 GU-25气体辅助注射成型系统的构成

1）生产周期大大缩短。GAM成型周期与普通注射成型相比，缩短了注射时间和补缩保压时间，而且由于厚壁部分的芯部由高压气体填充，使之壁厚变薄且均匀，大大缩短了塑料制品的冷却时间。因此，GAM的成型周期大为缩短，这对降低制品成本十分有益。

2）型腔压力和锁模力明显减小。普通注射机在注射和保压时需要很大的型腔压力，尤其为了解决缩孔和凹痕时，需要采用更大的保压压力，从而要求设备提供很大的锁模力以防溢料。而GAM所需的注射压力较低，仅为传统注射成型注射压力的10％～75％，气体的注入能促使塑料熔体更快更好地充模，之后，只需较小的气体压力就能使塑料紧贴在模壁上，降低了型腔内的压力，从而使锁模力大为降低，最多可降低70％。因锁模力降低，注射机的能耗减少，模具损耗也降低，塑料制品不易产生飞边，节省了修边费用。此外，在成型压力和锁模力不高时，模具可采用铝合金材料制造。

3）产品重量轻。由于GAM在塑料制品内部充填了气体，因而GAM的原料消耗要比传统注射成型少，一般可减少10％～50％。

4）制品缺陷大幅度减少。由于注射压力小且塑料熔体内部的气体各处等压，因此型腔内压力分布比传统注射成型要均匀，保压、冷却过程中产生的残余应力较小，制品脱模后的翘曲倾向减小；在GAM成型保压过程中，塑料的收缩可由气体的二次注入给予补偿，且气体的压力可以使制品外表面贴紧模具型腔壁，所以制品表面不会出现凹陷。此外，采用GAM成型可将制品较厚部分掏空以减小甚至消除缩痕，提高表面质量，降低废品率。图2-11所示为平板塑件采用气体辅助注射成型工艺前、后制品翘曲变形情况的比较。

5）因气体辅助注射成型制品对壁厚差异没有特别的限制，所以气体辅助注射成型制品在设计上自由度较大，可简化制品的形状，避免了传统注射成型时因制品壁厚差异较大而需分成几个零件成型然后再组合的情况，实现制品一体成型，从而简化工艺，降低生产成本。

图2-11 平板塑件翘曲变形情况比较

a）普通注射成型制品 b）气体辅助注射成型制品

6）气体辅助注射成型可以通过增设附加的加强肋来提高塑料制品的强度和刚度。采用气体辅助注射成型技术可以在制品上设置中空的加强肋，即通过设计气道增加制品截面的惯性矩，可做到不增加制件质量，而又能提高制品的刚度和强度。

7）材料适用性好。目前，GAM工艺除少数粘度极低的塑料材料（如热塑性聚氨酯）外，其他热塑性塑料均可使用，其应用范围十分广泛。(www.xing528.com)

气体辅助注射成型技术的不足：

1）需要增加供气和回收装置，以及气体压力控制单元，增加了设备投资。

2）对注射机注射量和注射压力的控制精度要求有所提高。

3）制品质量对工艺参数更加敏感，提高了工艺控制的精度要求。

2.气体辅助注射成型的应用

当前，气体辅助注射成型技术的应用主要集中在两类塑料制品：①厚壁、壁厚不均和管状制品（图2-12），如手柄、挂钩、座椅等，制品中空结构采用该技术，可在不影响制品功能和使用性能的条件下，节省40％的塑料原料，并能增强制品的强度；②大型平板件（图2-13），如汽车门板、保险杠、仪表板、格栅及商用机器的外罩等。

图2-12 壁厚不均的制品

a）手柄类制品 b）家电结构件

气体辅助注射成型技术在国内的应用主要有壳类制品（如家电壳体）和轿车内饰件等，这类制品的生产批量大、精度和质量要求高，采用气体辅助注射成型代替传统注射成型，可取得良好的成型质量和效益，这也促使更多的塑料制品生产厂家采用气体辅助注射成型技术。气体辅助注射成型技术的最大应用领域是家电产品，在日本，64cm以上大屏幕彩电壳体的生产中，使用气体辅助注射成型技术的超过90％。在汽车注塑件方面，美国福特汽车公司将气体辅助注射成型技术应用到汽车车门、保险杠、汽车内饰件面板、仪表板等制品的生产，美国克莱斯勒还将复合概念车整个车身采用气体辅助注射成型。塑料家具的生产是气体辅助注射成型技术的另一个重要应用领域，如仿硬木家具在外观上需要模拟木质材料较粗的圆柱或立方结构，使用传统注射成型工艺很难解决冷却速度慢、收缩不易控制、制品翘曲变形严重、用料量大、成本高等难题，采用气体辅助注射成型技术这些难题可迎刃而解。

如今，气体辅助注射成型技术在家电、汽车、家具、日用品、办公用品等几乎所有的塑料制品领域均有应用。此外，气体辅助注射成型技术的应用改变了材料在制品断面上的分布，使制品的刚性和强度得以改善，承载力得到增强，这在汽车、飞机、船舶等交通工具的轻量化改造方面具有广阔的应用前景，而且为塑料成型加工开辟了全新的应用领域。

图2-13 大型平板类制品

a）汽车保险杠 b）办公设备面板