气体辅助注塑如何实现轻质且高强度的塑料零件
气辅射出成型的定义
气辅射出成型是一种制造工艺，在塑料射出成型过程中使用惰性气体对熔融塑料部件施加内部压力。这种工艺制造出具有厚壁且厚度均匀的中空轻质部件。
气辅射出成型包括四个基本步骤：
熔融塑料在高压下注入模具腔体，填充大部分但未完全填满腔体。
塑料部分固化后，惰性气体如氮气被注入部件仍处于熔融状态的核心。气体通过注射喷嘴注入模具的空心部分，称为气道。
气体从部件内部施加向外压力，将塑料推压到模具腔体壁上，有助于填充部件，消除沉痕。
部件继续冷却，气体压力保持塑料紧贴模具壁。最终得到坚固、轻质的带有中空肋或空腔的部件。
气辅射出成型的优势
气辅射出成型的优势使其成为汽车、消费电子、工业和医疗应用中需要大尺寸且坚固塑料部件的热门选择。与传统射出成型相比，该工艺降低了生产成本，同时提高了部件质量。
减轻重量：中空内腔减少了部件重量，降低了材料使用和成本。这对于像汽车部件等需减重的应用尤为重要。
壁厚更大：气体压力促进塑料填充，使壁厚更厚且均匀，提高了强度。
循环更快：气体从内部迅速冷却塑料，缩短冷却时间，实现更快的生产周期。
部件更大：气体压力允许制造更大、更复杂的部件，彻底填充塑料。
应力更小：快速冷却和气体填充减少部件内部应力。
翘曲减少：均匀冷却和壁厚减少了翘曲和收缩。
沉痕更少：气体压力防止传统射出成型中常见的沉痕产生。
传统射出成型
传统射出成型涉及在高压下注入熔融塑料进入模具腔体。塑料填满整个腔体，并在冷却固化时保持压力。
塑料颗粒被送入射出成型机，在那里熔化成液态。
熔融塑料通过喷嘴以高压注入模具腔体，填满整个腔体。
保持对塑料的压力，使其紧密填充腔体并在冷却固化。
塑料硬化到一定程度后，模具打开，部件被顶出。
模具关闭，循环为下一个部件重复。
冷却后的塑料会略微收缩，可能导致部件表面出现沉痕。控制收缩和实现均匀壁厚在传统射出成型中较为困难，尤其是大型部件。
该过程对于大量生产中小型塑料部件相对快速且经济，但对于大型厚壁部件，翘曲和沉痕问题较为突出。
限制和挑战
传统射出成型最适合生产中小型塑料部件。较大部件容易翘曲、出现沉痕，且需要更长的循环时间和昂贵的设备。以下是传统射出成型的一些基本限制和挑战：
壁薄：填充厚截面较难，因塑料可能在腔体填满前固化，导致空洞和薄弱点。
沉痕：塑料冷却时收缩造成表面凹陷或沉痕。
翘曲：冷却和填充不均匀导致部件顶出后翘曲变形。
重量：实心塑料部件比中空部件重。
应力：冷却和收缩会在部件内部引入应力。
大尺寸部件：尺寸受限，因部件厚度增加冷却时间延长，大型模具也需更大锁模力。
复杂几何形状：带肋和凸起的复杂形状填充困难。
外观：沉痕和翘曲降低表面质量和外观。
喷嘴：注射喷嘴必须对准分模线，限制注射位置选择。
设备尺寸：大型部件成型机体积更大、成本更高。
气辅射出成型的工作原理
气体通过缩短冷却时间和确保充分填充，实现更大、厚壁部件的成型。与传统射出成型相比，它改善了表面光洁度、尺寸精度和物理性能。
精确控制气压、时机和流量等工艺参数对形成最佳内部结构和高质量部件至关重要。气辅射出成型能够快速、经济地生产轻质高质量塑料部件。以下是气辅射出成型的工作步骤说明：
熔融塑料以高压注入模具腔体，填充60-90%的部件体积。
塑料部分固化形成表皮后，通过注射喷嘴向仍熔融的塑料核心注入惰性气体（通常为氮气）。
气体沿模具中特殊设计的通道，贯穿部件全长。
气体从内部施加向外压力，将可塑的塑料推压到模具表面。
气体填充各角落，促进壁厚填充，消除沉痕和空洞，塑料继续冷却。
最终得到轻质、中空且刚性高、壁厚均匀的部件。
塑料完全固化后，模具打开，部件被顶出，残余气体通过排气孔释放。
优点
气辅射出成型相比标准射出成型，能更轻、更快、更高质量地生产大型复杂射出成型部件。
减轻重量：中空内腔降低部件重量，节省材料。
壁厚更大：气体压力促进壁厚填充，提升强度和刚性。
循环更快：气体从内部快速冷却部件，缩短成型周期。
尺寸精度高：气体提供均匀压力，减少翘曲，提高精度。
部件更大：气体确保更大、厚壁部件的完全填充和冷却。
复杂形状：复杂几何和深肋得以充分填充。
无沉痕：气体防止表面沉痕缺陷。
少飞边：较低锁模压力防止模具腔体周围飞边产生。
模具成本低：设计简单，无需大量排气孔或侧芯。
潜在缺陷
短射：注射压力低或气体过早注入导致模具未完全填充。
空洞/孔隙：排气不良导致气体被困于塑料内。
沉痕和裂纹：填充不均和气体渗透导致沉痕和裂纹。
翘曲：填充不良、壁厚不均或冷却不均引起翘曲。
飞边：气体泄漏导致多余塑料流入分模线。
尺寸变化：工艺参数不当引起壁厚和公差偏差。
质量控制
工艺参数监控：精确控制注射压力、时间、温度和气体压力。
合理排气：确保排气孔位置和尺寸允许所有气体排出。
模具维护：保持模具表面清洁并维持适当温度。
冷却均衡：均匀冷却模具表面以防翘曲。
尺寸检测：验证关键尺寸以捕捉工艺偏差。
目视检查：脱模后检查表面缺陷和不一致性。
破坏性检测：随机切割部件，检查内部肋结构。
控制工艺并进行检测有助于最大限度减少潜在缺陷，提高气辅成型部件整体质量。
设计注意事项和指导原则
合理的部件设计和工艺优化是最大化气辅射出成型优势的关键。遵循设计指导原则将确保部件质量和尺寸精度。以下是气辅射出成型的关键设计注意事项和指导原则：
壁厚：典型壁厚范围为3mm至6mm。理想的均匀壁厚确保填充均匀。
肋和支撑：部件内部应设计肋和支撑以提供刚性和强度。肋厚一般为3-4mm。
气道：模具中必须设计气道引导气体流动，贯穿整个部件截面。
排气孔：模具应设计排气孔，允许充气后气体排出。
拔模斜度：内表面应有足够拔模斜度（大于1°）以便脱模。
几何形状：避免过于复杂的形状以防内部气体滞留。简单形状有利于气体填充。
浇口位置：浇口应设置在气道可轻松覆盖整个部件体积的位置。
锁模力：较大、厚壁部件可能需要更高锁模力以抵抗气压。
材料选择：半结晶材料如尼龙比非结晶材料如ABS表现更佳。
气压/时机：应通过模具试验确定最佳气压和注气时机。
与传统射出成型对比
气辅成型制造更轻、更坚固、更大部件，但初期成本较高。传统成型更简单、成本较低，但部件更重且强度较低。以下是气辅射出成型与传统射出成型的对比：
部件重量：气辅成型部件因中空设计较传统实心塑料更轻。
壁厚：气辅成型能实现更厚且均匀的壁厚，提高强度。传统成型存在壁薄问题。
部件尺寸：气辅成型允许体积增加达200%。传统成型尺寸受限。
冷却时间：气辅冷却更快，因气体膨胀促进塑料冷却。传统成型冷却较慢。
周期时间：气辅成型周期较短。传统成型周期较长。
锁模力：气辅成型需要较低锁模力，因注射压力较小。传统成型需较高锁模力。
沉痕：气辅成型几乎无沉痕缺陷。传统部件常见明显沉痕。
翘曲：气辅成型翘曲较少，因冷却和填充均匀。传统成型翘曲较多。
部件成本：气辅成型因节省材料而单件成本较低。传统成型成本较高。
工艺成本：气辅设备初期投资高。传统设备简单且成本低。
强度：气辅成型通常拉伸和弯曲强度更高。传统强度依赖壁厚。
应用：气辅适合大型结构承载部件。传统适合小至中型部件。
与结构泡沫成型对比
气辅提供更佳的视觉质量、尺寸精度和尺寸稳定性，结构泡沫则在隐藏部件中实现最大轻量化和最低成本。以下是气辅射出成型与结构泡沫成型的比较：
轻量化：两者均能制造中空轻质部件，气辅通常因壁更薄而更轻。
强度：结构泡沫因发泡作用膨胀成型形状，强度可能更高。气辅强度取决于壁厚。
壁厚：气辅可实现3-6mm的较厚壁厚，结构泡沫一般小于3mm。
尺寸稳定性：气辅尺寸稳定性和公差控制更优。泡沫成型变化较大。
周期时间：气辅冷却快，周期短。泡沫冷却较慢。
部件尺寸：气辅能制造比泡沫成型更大的部件。泡沫成型限于中小部件。
沉痕：气辅几乎无沉痕，结构泡沫部件可能出现沉痕缺陷。
工艺成本：气辅设备成本较高，泡沫成型设备成本较低。
材料选择：气辅使用标准树脂，泡沫需专用化学发泡剂。
外观：气辅可达A级表面，泡沫不适合美观要求。
应用：气辅用于较大结构和视觉部件，泡沫适合需减重的简单几何形状。
射出成型的选择指南
关键因素包括部件尺寸、外观、强度需求、生产量、 成本目标以及模具尺寸/复杂性。气辅适合需强度的大型高质量部件。传统射出适合小批量或简单形状。泡沫成型适合隐藏部件的减重和降本。
应通过原型制作和试产验证，基于设计需求和约束选择最佳工艺。
以下为气辅射出成型、传统射出成型与结构泡沫成型的选择指导：
气辅射出成型适合：
大型复杂厚壁塑料部件
需要强度和刚性的部件
缩短周期时间
减少沉痕和翘曲
对外观要求较高的应用
传统射出成型适合：
中小型塑料部件
薄壁部件
简单几何形状
短期生产
较低初始资本投入
结构泡沫成型适合：
最大化减重
简单有肋几何形状
隐藏内部/结构部件
最低材料使用量
最低单件成本
高产量生产
为何选择Neway进行射出成型
“十多年来，我们一直依赖Neway提供所有射出成型部件。他们的专业知识和响应速度一直令我们印象深刻。组件总能准时交付且价格有竞争力。我会推荐Neway给任何寻求射出成型合作伙伴的人。”——John Smith，Volkswagen制造部。
