气体辅助注射成型制品设计时需要考虑气道的设计，气道是注射时气体将要经过的通道，它用于引导气体流动方向，并使气体推动未凝固的熔体充模、补缩，气道应使气体能量延伸至塑件的最远端，而又不至于渗透进薄壁部位，或产生气体穿透。气道设计是气体辅助注射成型技术中最关键的设计因素之一，它不仅影响制品的刚性，同时也影响其加工行为，由于它预先规定了气体的流动状态，所以也会影响初始注射阶段熔体的流动，合理的气道设计对成型高质量的制品至关重要。由于气体总是沿着阻力最小即压力梯度最大的方向前进，因此容易在较厚的部位进行穿透，在制品和模具设计时，常把加强肋和肋板等较厚的部位作为气道，对气道的设计也就是对这类加强肋和肋板的设计。
1.气道设计的基本原则
气道设计的基本原则如下：
1）应确定需要气体充填的厚壁部位所处的位置和结构，再用气道连成网络。例如，管状或杆形塑件，最好使气体充满整个制品内部，以节约材料和缩短冷却时间；板、片状结构塑件，应利用加强肋或增厚通道来内置气道，以增强熔体流动性和提高制品刚度；对于厚薄壁共存的制品，气道应通过厚壁部分，以避免缩痕和缩短冷却时间；在不同壁厚的过渡点开设气道以利于减少内应力和翘曲变形。
2）气道尺寸要达到足以引导气体注入且不导致跑道效应。跑道效应是指气体沿气道向前流动到达拐弯处，气道的中心轨迹会偏离原先预设的中心轨迹，造成气道周围制品壁厚不均的现象。通常气道尺寸应明显大于相邻区域壁厚，以便气体能通过预期的通道，气道尺寸应等于2～3倍壁厚，过大易引起跑道效应。气道分布和尺寸不应产生困气或气体渗透，并尽量减小跑道效应的影响。图2-17所示的气道布局，易引起困气或气体渗透。
3）气道应该是连续的，以保证气体穿透的畅通性，并尽可能延伸至最后充填区域附近，以避免出现气体渗透现象。对于矩形平板类制品，其气道应沿对角线方向布置较好，如图2-18所示。气道布局应注意沿熔体流动方向布置，并且应避免气道形成封闭的环形回路结构。回路结构有可能造成气体行进路径不可控、互相窜气，导致困气、鼓泡的成型缺陷；而且回路气道结构还会使气道交汇点随工艺参数的变化而改变，影响制品成型的稳定性，并可能形成明显的熔接痕迹。
图2-17 平板件气道布局不合理引起的困气现象
4）注料口和注气口位置选择应能提供一个平衡的充填模式，以促进气体的均匀注入。如图2-19所示，当注料口和注气口均位于制品左侧气道交叉点时，因左侧型腔已充满，一次气体注入的压力较低，无法向左侧已充满部分流动，主要向右侧未充满型腔流动，推动熔体充模，如图2-19b所示；当型腔完全充满，气体压力升高，进行二次气体注入时，气体进一步填充形成左侧气道延伸少、右侧气道延伸多的不平衡填充情况，如图2-19c所示。为了使二次气体填充能达到平衡，应将气体入口位置略向左偏移，如图2-19d所示。
5）气道转弯处和变向处要有足够大的过渡圆角，以避免因跑道效应而使转弯处制品的内、外壁厚度产生明显差异。如图2-20所示，当无圆角或圆角较小时，气道有向内偏移的趋势，易造成内、外壁厚度不均，如图2-20a、b所示；当内、外过渡半径取壁厚t的0.5～1.5倍时，较为合适，如图2-20c所示。
图2-18 矩形平板类制品的气道布置
a）对称十字形分布 b）对角线交叉分布
图2-19 矩形平板类制品注料浇口与注气口位置的选择
a）熔体填充 b）一次气体注入 c）二次气体注入 d）注料口与注气口偏左
2.气道的布局
设置气道具有两方面的作用：①制品内部形成空腔，以减轻制品质量；②为整个制品内部提供一个恒定的压力，补偿制品的冷却收缩，避免产生缩痕，从而获得光滑表面。
对于手柄类具有中空薄壁特征的杆形制品，使用气体辅助注射成型的主要目的是为了节约原材料。而采用肋增强的薄板件，使用气体辅助注射成型则主要是为了获得一个光滑、无凹痕的表面，其气体通道应延伸到需要补缩的各个区域，否则会出现明显的缩痕。由于这类制品结构通常未包含气道部分，因此可利用它的边角或肋的交叉部位来开设专门的气道。对于带肋的框架形制品，气体通道常需沿制品周围连成气道网络，以避免在肋处出现凹痕，并减少制品的翘曲变形。
图2-20 气道转弯处结构
a）无圆角 b）r、R较小 c）r、R合适
气道设计通常包括三方面的内容：①整个制品获得最佳的气道布局；②塑料熔体实现平衡填充和良好的补缩；③确定合适的气道形状和尺寸。
图2-21 杆形塑件的气道布局
a）T形杆件 b）L形杆件
气道的布局涉及气体行走路径、注气口和注料口的位置等问题。气道的布置应在不产生气穴和吹破的情况下使气体在制品内尽量穿透，这是因为气体是非粘性的，可以有效地把入口的压力传到气体和熔体的交界面而不产生明显的压力降。因此气体的穿透程度越高，制品内部的压力分布越均匀，保压冷却过程中产生的残余应力越小，脱模后的翘曲倾向也越小。图2-21所示为杆形塑料制品，当注气口数量和位置发生改变时，制品内部气道的布局和气体辅助注射成型的效果有较大差异（图2-21a）。当注气口靠近注料口时，能很好地推动熔体完成型腔的充填，达到较好的气体辅助注射成型效果，如图2-21b所示。(www.xing528.com)
对于壳形薄壁塑件、平板形塑件或厚薄壁复合的塑件，气道布局多呈树枝状延伸至塑件最远端，且气道应布置在熔体汇聚的地方以减小缩痕。因为保压冷却时，熔体聚集区域收缩较大，如果没有熔体给予及时补充，很容易引起缩痕，在这些地方布置气道就可以由气体进行保压补缩。各种形状制品的气道布局形式如图2-22所示，根据塑件注料口的位置和熔体流动情况的不同，可将气道分为若干区域布局，并用多个注气口同时进行气体注射，以实现平衡填充和充分补缩的目的。
图2-22 壳形和平板形塑件的气道布局
1、2、4、5、6、7、9—气道 3、8、10—注料浇道
对于大面积的薄壁塑件，通常可将注料口设置在薄壁区，以促进薄壁区域熔体的填充，这样有利于减少气道的数量，制品边缘难填充的部分设置气道，由气体推动熔体充模和补缩。在此情况下，气道不会分布于整个制品，如图2-23所示。
图2-23 大面积薄壁塑件气道布局
气体注入形成第一次穿透期间，气泡必须充满型腔中未填充熔体的区域。因此，在带有多气道或分支气道的制品成型时，必须考虑平衡填充的问题。通常靠近注气口的气道会更早填充，而离注气口较远的气道会稍迟填充，导致这些通道气体穿透不足，如图2-24a所示。此时可通过调整气道的截面尺寸，使靠近注气口的气道截面尺寸减小，加大离注气口较远的气道尺寸，以增加其流量，改善充填平衡，如图2-24b所示。有时单纯改变气道尺寸的平衡效果并不理想，可以采用添加多个注料口的方法来帮助平衡流动。另外，可采用数值模拟分析的方法对充模状态进行预测，适当调整气道尺寸以达到充模平衡，从而保证模具投产前能获得较理想的平衡充模的气道布局和尺寸。
图2-24 气道尺寸与熔体平衡填充
a）多气道非平衡填充 b）多气道较平衡填充
3.气道的截面与尺寸
气道的截面最好是圆形或接近于圆形。由于粘性熔体表面张力的作用，气体在气道中穿透形成的中空部分倾向于圆形，所以气道的形状接近圆形可使成型后气道部分的壁厚比较均匀。
如图2-25所示，杆形塑件气道截面与杆部截面形状尺寸密切相关，当杆部截面为圆形时，气道截面也为圆形，如图2-25a所示；当杆部截面为方形或矩形，且过渡圆角较小时，气道截面接近圆形或椭圆形，截面上的壁厚分布不够均匀，如图2-25b、c所示；当矩形截面宽度b≤（3～5）h，且角部有较大的圆角过渡时，形成的气道使截面壁厚分布较均匀，如图2-25d所示；杆部为椭圆形截面时，所形成的气道也为椭圆形，且截面壁厚较均匀，如图2-25e所示；对于杆部为异形截面的制品，其气道截面会随杆部截面形状的变化而变化，如图2-25f、g所示。
图2-25 杆形制品杆部截面气道形状
a）圆形 b）方形 c）、d）矩形 e）椭圆形 f）异形 g）菱形
对于壳形或平板形塑件，气道往往设在制品的相交壁或加强肋等壁厚较大的部位，其局部形状千变万化，气道的截面形状各不相同，且大多为非规则形。气道的尺寸取决于原材料的体积收缩量和制品总体尺寸的大小。当气道尺寸较小时，为避免气道因熔体冻结而封闭，必须尽早建立气体压力，如此也就容易造成气体渗透，由于此时气道周围的薄壁基体尚未完全冻结，气体会补偿基体的冷却收缩。当制品受到高动态负载作用时，因基体被气体渗透部分缺料，会出现内凹现象。若采用方形的大气道，相对而言气道内的气体压力建立会被延迟，不易出现气体渗透现象。尽管大的气道能增加制品的刚度，但气道太大会额外增加制品的重量，并且使熔体的流动前沿不稳定。如图2-26所示，气道截面的形状和尺寸随制品不同部位的局部形状不同而变化。
按经验，气道尺寸应为基体壁厚的2～3倍。在设计气道截面尺寸时，还应注意气道周围基体壁厚不宜过大，否则容易出现气体渗透入基体的情况，如图2-27a所示。此时，可采取减薄气道周围基体壁厚的方法加以改进，如图2-27b、c所示，可取得较好的效果。
气道设计的最佳状态是气体按预设的气道流动，且流动方向是唯一的。通常气体总是推着塑料熔体，沿流动阻力最小的区域流动，因此，气体通道往往会出现在截面积较大和（或）熔体温度较高的位置。
图2-26 壳形或平板形制品的气道截面形状与尺寸
图2-27 气体渗透现象及其改进
a）基体过厚产生气体渗透 b）气道周围壁厚减薄 c）气道底部壁厚减薄
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