一种汽车顶棚拉手的气体辅助注塑成型方法与流程

本发明属于汽车零部件技术领域，具体涉及一种汽车顶棚拉手的气体辅助注塑成型方法。

背景技术：

气体辅助注射成型(以下简称“气辅成型”或gaim)作为一种较新颖的聚合物加工技术，直到上世纪末才得到广泛的工业化应用。与常规注射成型(cim)相比，气辅成型具有节约原材料、缩短成型周期、降低锁模力以及制件尺寸稳定性好等优点。通常在气辅成型过程中，需要使用高压惰性气体作为穿透气体，推动并压缩聚合物熔体，直至熔体充满整个模具型腔，之后在气体的保压作用下熔体逐步冷却固化，当制件温度降至脱模温度后，即可开模取出制件。气辅成型技术本质上比传统注塑成型技术更复杂，一方面，气辅成型技术需要在传统的注塑成型模具上加装气体注射设备，模具成本增加，并在设计模具时需要考虑气体喷口大小和位置设计；另一方面，气辅成型需要考虑更多的过程参数：如气体延迟时间、气体注射压力和气体注射时间等。

在以下已公开的汽车拉手气辅成型方法中，如中国专利申请(cn103802273a)公开的一种卡车顶篷把手气辅成型工艺，以及中国专利申请(cn103434083a)公开的一种气辅倒吹把手工艺方法及其把手主体，采用的方法均是先将熔融树脂注入到模具型腔中，然后通过安装在机筒上的特殊喷嘴或模具中的气针将压缩气体(主要是氮气)引入到型腔熔胶中，在保压和冷却后，将气体快速排放。采用这些已经公开的技术，生产中存在不同程度大小的“气指”缺陷：气泡穿过制品气道之外的薄壁区域，形成“指装”分支。严重的“气指”会降低塑料制品的强度，造成气辅成型技术的失败，或者不能发挥气辅成型技术的优势。此外，气辅成型过程的工艺参数如果没有得到合理调控，容易产生熔痕，不仅影响注塑件外观形象，且力学性能也会受到一定影响。

技术实现要素：

本发明针对现有汽车顶棚拉手的气辅成型技术存在的问题，提供一种新的气辅成型方法，通过设置多个浇口使得熔体均匀填充，并采用多个进气口，相向进气，减少气指缺陷和注塑熔痕的产生，有效提高气辅成型制品质量。

为了达到本发明的上述目的，采用以下技术方案：一种汽车顶棚拉手的气体辅助注塑成型方法，包括以下步骤：

(1)熔融的塑料通过2个或2个以上浇口注入模具型腔，模具注塑饱满后，保压；

(2)通过2个或2个以上进气口向模具型腔中的熔融塑料注入惰性气体，注入的惰性气体压力大于注塑储料压力，模具型腔中的部分熔融塑料回流到浇口，形成中空状态；

(3)保压，冷却，打开模具，取出制品。

作为优选，步骤(1)中的保压时间为1-5s。

作为优选，注塑时，塑料熔体温度为210-250℃，模具温度为50-70℃。

作为优选，所述进气口为2个，分别设置在模具的左右两端，垂直进气。

作为优选，注入的惰性气体压力为5-20mpa，温度低于25℃，注气时间为2-5s。

作为优选，所述的惰性气体为氮气或二氧化碳或氮气和二氧化碳的混合物。

作为优选，步骤(3)中的保压时间为5-10s。

作为优选，所述冷却为置于-100～-180℃的液氮中冷却。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

(1)本发明采用2个或2个以上浇口，提高注塑效率，并使熔体流动方向杂乱无章或无序，进而抑制塑料制品翘曲现象的产生；

(2)本发明通过多个进气口相向进气，消除多个浇口熔体相汇所产生的熔接痕，并降低气指缺陷，从而提高制品的性能；

(3)本发明中，惰性气体推动熔体流动，多余的熔体回流回浇口中，相较传统的气辅成型有利于消除熔接痕，降低熔体内应力；

(4)本发明中，模具在通入气体保压后，快速冷却，可以降低产品出模后残余内应力，减轻翘曲变形，提高产品强度；

总体而言，本发明提供的新型的气辅成型方法有利于降低汽车顶棚拉手注塑件中存在的不良缺陷，提高注塑件外观形象，同时增强注塑件的力学性能。

附图说明

图1为本发明一个气辅成型方法中的进气口和浇口实例。

具体实施方式

下面通过具体实施例和附图对本发明的技术方案作进一步描述说明。如果无特殊说明，本发明的实施例中所采用的原料均为本领域常用的原料，实施例中所采用的方法，均为本领域的常规方法。

本发明的一个实施例中，汽车顶棚拉手的气体辅助注塑成型方法，包括以下步骤：

(1)熔融的塑料通过2个或2个以上浇口注入模具型腔，模具注塑饱满后，保压；

(2)通过2个或2个以上进气口向模具型腔中的熔融塑料注入惰性气体，注入的惰性气体压力大于注塑储料压力，模具型腔中的部分熔融塑料回流到浇口，形成中空状态；

(3)保压，冷却，打开模具，取出制品。

目前现有的汽车顶棚拉手模具多采用单一的浇口结构以及单层浇注方式，这种浇注方式速度较慢，熔体充满型腔的时间较长，熔体温度降低，影响后续气体在熔体中的流动；而且，单浇口注塑的制品因熔体流动时间过长，流动和收缩引起的内应力较大，容易产生翘曲现象。采用2个或2个以上浇口，通过增加模具的浇口数量，同时增加沿不同方向的浇口，这样通过将熔融塑料从不同的方向以及多个浇口同时注入到模具中，可以有效地更改熔融塑料的流动取向，使得熔体流动方向可以更加杂乱无章或无序，进而抑制翘曲现象的产生。但是熔融塑料通过多个浇口进入模具型腔，产生熔接痕的可能性大大增加。因此多个浇口的熔体流速需要合理控制，通过调试使得多个浇口的熔体同时充满模具型腔，降低熔接痕的产生。

通过多个进气口相向进气，惰性气体推动熔体流动，经证实，此过程可以消除多个浇口熔体相汇所产生的熔接痕，从而提高制品的性能；而多个进气口进气可以缩短进气进程，降低气指缺陷。惰性气体推动熔体流动，多余的熔体回流回浇口中，相较传统的气辅成型：熔体填充部分模具，剩余部分通过气体推动熔体充满，有利于消除熔接痕，降低熔体内应力。

步骤(1)中的保压时间为1-5s。

注塑后先保压一段时间，合适的保压时间可以降低制品的内应力。随着步骤(1)中的保压时间的增加，熔体温度越来越低，冷却层厚度增加，从而增加气体横向充填阻力，气体遵循阻力最小原则沿气道中央纵向延伸，气指效应越来越小。然而，在气辅注射成型技术中，注塑保压的时间又不能过长，否则制品气道内熔体固化后，气体将很难注入，达不到气辅成型应有的效果。且长时间保压反而会增加制品内应力。熔体在保压过程中冷却收缩所产生熔隙，可以由后续注入的惰性气体推动熔体流动来填充。

注塑时，塑料熔体温度为210-250℃，模具温度为50-70℃。

熔体温度和模具温度对气辅成型中气指缺陷的产生具有一定的影响，熔体温度太高，熔体黏度降低，气体容易克服熔体阻力进入薄壁区域，产生气指；而模具温度太高，同样的原理，容易产生气指现象，而模具温度太低，熔体注入模具后温度快速降低，惰性气体很难进入熔体中。

所述进气口为2个，分别设置在模具的左右两端，垂直进气。

进气口设置在模具的左右两端，相向进气，推动流体相向运动，如上所述，可有效降低多个浇口熔体相汇所产生的熔接痕，降低气指缺陷。

注入的惰性气体压力为5-20mpa，温度低于25℃，注气时间为2-5s。

气体往周边熔体穿透的现象会随着气体压力的升高而增加，因此气体压力增加一般来说会增加气指缺陷，但是注入的惰性气体压力需要高于熔体压力，这样气体才能推动熔体流动，且气体压力要大于注塑储料压力，气体才能推动模具中的部分熔体回流到中间浇口，熔体形成中空状态。当进气口设置为2个，且分别设置在模具的左右两端时，左右两端的进气需要根据中间回流浇口的位置控制压力和流速，使得左右两边的熔体同时回流回中间浇口中。

注入的惰性气体温度低于25℃，气体温度越低，气道与周边的熔体冷却速度加快，气道周边形成冷却层，抑制气体向深度方向扩散，从而起到降低气指缺陷的作用。一般而言，温度越低效果越好。

所述的惰性气体为氮气或二氧化碳或氮气和二氧化碳的混合物。

步骤(3)中的保压时间为5-10s。气体保压5-10s，以消除制品内应力。

步骤(3)中的冷却为置于-100～-180℃的液氮中冷却。模具在通入气体保压后，置于-100～-180℃的液氮中冷却，模具的快速冷却可以降低产品出模后残余内应力，减轻翘曲变形，提高产品强度；消除了注塑制件表面存在的熔接痕、凹痕、流痕、波纹等不良缺陷，提高了注塑制件表面的光泽度和光洁度，使得注塑制件品质更加完美。

下面结合图1实例来详细说明本发明汽车顶棚拉手的气辅成型方法。图中的1、2和3代表3个浇口，浇口2设置在拉手模具近似垂直面和水平面相交的左端，当然，设置在右端也可以。浇口1和浇口3采用月亮型浇口，月亮型浇口是一种圆弧形潜伏式浇口的结构形式，在分型面直接注入熔融塑料，注入的熔融塑料向上和水平流动。浇口2采用直浇口，熔融塑料由主流道的大端直接进入模具型腔，注入的熔融塑料大速度流动。3个浇口的熔体流速需要合理控制，浇口1和浇口3的流道小，流速稍慢。浇口2的流道大，流速较快，通过控制浇口熔体流速使得3个浇口的熔体同时充满模具型腔，降低熔接痕的产生。

图中的4和5代表2个进气口，进气口4和进气口5分别设置在拉手模具的左右两端，垂直进气。

熔融塑料通过浇口1、浇口2和浇口3注入模具型腔中，模具注塑饱满后，保压1-5s。关闭浇口1和浇口3，然后打开进气口4和进气口5，惰性气体通过进气口4和进气口5注入型腔熔体内，推动流体流动，多余的流体从浇口2回流回注塑系统，模具中的塑料熔体形成中空状态，保压5-10s，然后将模具置于-100～-180℃的液氮中冷却，打开模具，取出制品。

以下实施例中，采用的塑料为聚丙烯树脂，牌号为k8303。

实施例1

本实施例设置的3个浇口和2个进气口如图1所示，熔融聚丙烯通过浇口1、浇口2和浇口3注入模具型腔中，熔体温度为230℃，模具温度为60℃，模具注塑饱满后，保压2s。关闭浇口1和浇口3，然后打开进气口4和进气口5，氮气通过进气口4和进气口5注入型腔熔体内，调整进气口5中的氮气压力为8mpa，进气口4的氮气压力为5mpa，两个进气口的氮气温度为0℃，注气时间为3s，氮气推动流体流动，多余的流体从浇口2回流回注塑系统，模具中的塑料熔体形成中空状态，保压6s，然后将模具置于-180℃的液氮中冷却，打开模具，取出制品。

实施例2

本实施例设置的3个浇口和2个进气口如图1所示，熔融聚丙烯通过浇口1、浇口2和浇口3注入模具型腔中，熔体温度为230℃，模具温度为60℃，模具注塑饱满后，保压6s。关闭浇口1和浇口3，然后打开进气口4和进气口5，氮气通过进气口4和进气口5注入型腔熔体内，调整进气口5中的氮气压力为8mpa，进气口4的氮气压力为5mpa，两个进气口的氮气温度为0℃，注气时间为3s，氮气推动流体流动，多余的流体从浇口2回流回注塑系统，模具中的塑料熔体形成中空状态，保压6s，然后将模具置于-180℃的液氮中冷却，打开模具，取出制品。

实施例3

本实施例设置的3个浇口和2个进气口如图1所示，熔融聚丙烯通过浇口1、浇口2和浇口3注入模具型腔中，熔体温度为230℃，模具温度为60℃，模具注塑饱满后，保压2s。关闭浇口1和浇口3，然后打开进气口4和进气口5，氮气通过进气口4和进气口5注入型腔熔体内，调整进气口5中的氮气压力为8mpa，进气口4的氮气压力为5mpa，两个进气口的氮气温度为30℃，注气时间为3s，氮气推动流体流动，多余的流体从浇口2回流回注塑系统，模具中的塑料熔体形成中空状态，保压6s，然后将模具置于-180℃的液氮中冷却，打开模具，取出制品。

实施例4

本实施例设置的3个浇口和2个进气口如图1所示，熔融聚丙烯通过浇口1、浇口2和浇口3注入模具型腔中，熔体温度为210℃，模具温度为50℃，模具注塑饱满后，保压3s。关闭浇口1和浇口3，然后打开进气口4和进气口5，氮气通过进气口4和进气口5注入型腔熔体内，调整进气口5中的氮气压力为9mpa，进气口4的氮气压力为6mpa，两个进气口的氮气温度为10℃，注气时间为2s，氮气推动流体流动，多余的流体从浇口2回流回注塑系统，模具中的塑料熔体形成中空状态，保压7s，然后将模具置于-180℃的液氮中冷却，打开模具，取出制品。

实施例5

本实施例设置的3个浇口和2个进气口如图1所示，熔融聚丙烯通过浇口1、浇口2和浇口3注入模具型腔中，熔体温度为240℃，模具温度为70℃，模具注塑饱满后，保压2s。关闭浇口1和浇口3，然后打开进气口4和进气口5，氮气通过进气口4和进气口5注入型腔熔体内，调整进气口5中的氮气压力为10mpa，进气口4的氮气压力为7mpa，两个进气口的氮气温度为2℃，注气时间为3s，氮气推动流体流动，多余的流体从浇口2回流回注塑系统，模具中的塑料熔体形成中空状态，保压8s，然后将模具置于-180℃的液氮中冷却，打开模具，取出制品。

对比例1

对比例1与实施例1的区别在于，对比例1只有一个浇口2，没有设置浇口1和浇口3，其它与实施例1相同。

对比例2

对比例2与实施例1的区别在于，对比例2只有一个进气口4，没有进气口5，浇口2设置在原进气口5的位置，多余的熔体通过新浇口2回流回注塑系统，其它与实施例1相同。

对比例3

对比例3与实施例1的区别在于，对比例3的模具置于0℃冷风下冷却，其它与实施例1相同。

实施例1-5和对比例1-2的拉手通过计算最大气指尺寸和最大气指幅度来表征制品内气指缺陷；并检测实施例1-5和对比例1-2拉手的缺口冲击强度和拉伸强度，结果详见表1。

表1

通过最大气指尺寸和最大气指幅度来表征气指程度，如表1所示，实施例1的气指缺陷最小，其次是实施例5和实施例4，对比例1-3因缺少本发明必要的技术特征，气指缺陷较大。与气指缺陷相对应的是塑料制品性能的降低，因此对比例1-3的缺口冲击强度和拉伸强度显著低于实施例。

另外，本发明要求保护的技术范围中点值未穷尽之处以及在实施例技术方案中对单个或者多个技术特征的同等替换所形成的新的技术方案，同样都在本发明要求保护的范围内；同时本发明方案所有列举或者未列举的实施例中，在同一实施例中的各个参数仅仅表示其技术方案的一个实例。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。