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气体辅助注塑产品开发与模具成型技术整合 |
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作者：爱富明科技股份有限公司 黄运火 来源：PT现代塑料 |
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摘要：本文主要介绍气体辅助注塑gasmold产品成功应用实例，并就家电产品、气车零件、资讯产品等方面的应用情况提供给相关人士参考，同时针对产品开发与技术整合相关的关键技术要点，从注塑业者、模具设计、产品开发设计等角度分析。
关键词：气体辅助注塑成型、气道设计、气针、Gasmold、流动平衡、横向渗透、进气延迟时间
一、前言
1.气体辅助注塑成型优点本文特别针对产品应用实例---板件产品或塑胶件取代金属件，其中以家电产品，以电视机外壳等产品为例，讲述气辅注塑的应用大大降低了锁模力，克服了外观缩水，并提供优良尺寸收缩及结构强度，另外特别针对PP材料的电脑马桶与电锅盖，由于外观平整性与强度非常重要，因此如何完成气道设计亦是关键。
2.气体辅助注塑成型流程
气体辅助注塑成型gasmold成型过程，氮气主要是取代注塑机保压功能，因此气体进气时间与压力大小都要配合产品厚度、材料、流动长度及气道大小、气针位置，因此过程中氮气不可漏气或有压力不足现象，另外其它如设备气针塑料等因素都要考量，生产现场要留意设备与气压控制监视压力曲线。(如图1所示)
图1 gasmold成型过程
3.气体辅助注塑成型投资效能
如果希望投入与产出能达成高回报率，就目前注塑业者而言，其一次投入成本较高，如果要降低成本则以产品开发者占优势，无论是结构强度与尺寸收缩小，或外观品质提升皆可以获得较高竞争力，如果有零件减少、一体化设计与工艺取代金属件SMC制程，则成本将大为降低，整体而言此技术非常有竞争力，本文就注塑、模具、成品等分别分析回报利益与成本风险，如图2、3所示。
图2 气体辅助注塑技术之投资成本
图3 气体辅助注塑技术之回收利益
二、内容
气体辅助注塑成型早期都以粗厚件成品为主，因为节省材料及缩短成型时间，但提高了产量，并降低了成本，然而因为目前产品大型化，如LCD大尺寸电视，背影式投影电视机，产品必须有很大的长宽比设计，此类模具非常大而昂贵，变形量与缩水更不易克服，此类产品都属于板件产品，特别以喇叭音箱前壳为例，其为气体辅助注塑技术应用代表作，技术优点说明如下：
（1）取代厚重木质材料：其塑料厚度大，有吸振性。
（2）造型优良：取代木质曲面加工，减少人工成本。
（3）零件减少：内部固定栓一体化设计。
（4）喇叭密孔网：低压成型网孔，无短射或毛边。
（5）强度佳音质好：因为气道非常大，产品明显减低共振共鸣。
以下将针对家电业，汽车业，电脑资讯业者提供的产品开发应用实例，并做相关技术分析，期望业界可快速撑握该技术，进一步掌握先机并提升产品竞争力。
1.家电应用实例
此技术在电视机制造中最早广泛使用，目前该行业几乎都采用此方法生产，尤其LCD液晶电视更是如此。
除了电视机外，冷气机导流板与电冰箱塑胶件都普遍使用，其中优点与技术说明如下：
1）电视机应用
图4 42寸LCD电视前壳
（1）结构强度佳：CRT固定Boss底部气道设计克服了强度与缩水问题。
（2）少注塑浇口：少熔合线。
（3）低保压成型：无毛边或短射问题，产品尺寸稳定，变形量少。
2）冷气机应用
（1）冷气机导流板：尺寸变形量非常讲究，此技术最能提供有力保障。
（2）结构简易化：模具减少滑块机构，减少模具费，并提高结构强度与尺寸精确度。
（3）噪音低：主要因为导流板变形量少，此为冷气机之核心品质重点，因此冷气机应用非常广泛。
就技术本身而言，此产品注塑浇口与气针位置都与传统设计不一样，因为氮气永远往阻力最小，也就是温度最高、压力最小的地方流动，(如图5所示)如流动最末端或厚度较厚处，因此模具设计与产品设计必须同步整合完成，除了气道中空之外，同时要考量有关品质，如缩水、熔合线、包风等
图5 氮气射出动能压力曲线监控
3）PP材料之电锅盖及电脑马桶坐应用
由于PP材料收缩率大，气道设计明显加大，气体非常容易穿透气道，造成横向渗透而发生开模厚，产品表面突起，因此电脑马桶坐应用浇道设计及断面尺寸非常重要，如图6所示。
图6 气体辅助注塑技术家电产品应用
采用此技术其主要好处如下：
（1）结构强度佳：提供承受重压力的强度，因为底部气道设计克服了强度与缩水问题。
（2）节省内部垫圈：零件减少，降低成本。
（3）组合尺寸密合度：气道设计变形量低，避免了因PP防菌材料造成的产品易变形，从而保证了组合品质优良。
（4）表面品质佳：因保压良好而避免表面凹陷等不良现象。
2、电脑资讯应用（如图7所示）
图7 气体辅助注塑资讯产品应用
一般就成本效益而言，此类产品是为改良品质而导入，如电脑底座可增加强度，模具辅助数量减少、气道强度要加以补充，加工简单，可使电脑前壳与主机外盖品质改良及尺寸精度提高，对于生产此类板件产品，设计者必须同时掌握模具与注塑成型技术要领。
此类产品数量非常庞大，但是毛利相对很低，因此材料成本显得非常重要，所以开发此类产品第一准则就是降低材料重量，产品设计者需要整体考量，建议将产品厚度减少，追加局部气道帮助流动与气体全面保压，也就是“全面打薄，局部加厚，进而使产品又轻又很牢固”。
3、汽车应用实例（如图8所示）
图8 气体辅助注塑汽车产品应用
汽车应用最多是美国与日本车种，尤其是美国福特汽车与通用汽车先期采用非常多，之后日本与台湾陆续使用此技术，尤其裕隆汽车在台湾使用亦很多；另外机车在光阳，山叶机车等皆陆续使用，气辅注塑一般能克服PP材料易变形问题，如保险杆、门饰板、音响面板、安全带门柱外壳等。
现就福特汽车门窗道槽及门柱壳、前乘客置物箱、及机车头灯罩举例说明。
3.1 福特汽车门柱盖应用（如图8右上所示）
（1）变形量小：PP材料因气辅技术使得产品变形量小,汽车组立缝障小，而减小噪音。
（2）强度佳：因中空气道设计，造成门盖强度大增。
（3）产品设计须注意：气道末端须有缓动区（如图9所示），以确保气道完全穿透中空。
图9 汽车之安全带柱盖
福特汽车门窗导槽应用设计（如图10及11所示）
图10 汽车之窗户导轨
(塑胶件取代金属件)
图11 汽车之窗户导轨
（1）塑胶化：采用塑胶件取代金属件。
（2）变形量小：提供优异尺寸精度，使塑化成真。
（3）导槽气道中空化：气道必须全部穿透，否则会造成缩水及变形。
（4）产品设计须注意：因为导槽为U字型，左右两侧壁厚之气道尺寸应考虑流动因素。
（5）采用CAE模流分析：设计者必须事先考虑。
3.2 前乘客置物箱应用（如图8下所示）
（1）变形量小：产品变形量小，汽车组立缝障小，减小噪音。
（2）强度佳：因中空气道强度大，增强产品强度。
（3）设计一体化：少一套模具，将内外件组合成一件化。
（4）降低成本：减少组装费与成型费皆可大幅节省成本。
（5）模具设计须注意：如何充分中空化及固定孔位置需考量。
3.3 机车头灯罩应用（如图12左所示）
图12 气体辅助注塑机车头灯罩应用
（1）塑胶化：采用塑胶件取代金属件。
（2）必须使用PP材料：安全有弹性，抗弯性与耐厚性佳。
（3）PP材料：因为气体中空成型，尺寸精度良好，此应用需要PP材料塑胶化才可行。
（4）造型优良：增加产品特色，创造潮流。
（5）模具设计须注意：如何充分中空化及固定孔位置需考量。
三、气体辅助注塑技术要领
气道设计与气针要领气体辅助注塑技术，产品气道设计除了解决品质改善外，更需要注意成品生产优良率及降低成本，尤其是产品厚度大小与气道断面尺寸及气道安排位置很重要，另需注意浇口与气针。
(1)塑料结构：本文特别以大尺寸产品，采用PP塑料，结构设计为例。
(2)尺寸变形量小：因为气体中空成型，气道中空后无缩水凹陷情况，尺寸精确度良好。
(3)热流道浇口：采用热流道时其浇口务必为开式浇口，且要加工良好无溢料，否则会将气针堵住造成排气不良而出现气爆。
(4)调整气道成型压力：因为PP材料收缩率大，易凹陷所以气体压力不宜太快与太大，调整气道时间与压力曲线，使产品气道中空化得到改善很多。
(5)横向渗透：主气道附近产品厚度由4m m减为3m m，明显减少横向渗透，在无表面收缩状况下加长进气延迟时间及高压保压，压力降低也可改变横向渗透，但是采用PP材料时气体更易穿透，因此一般厚度需要控制在3.0mm为佳，如为3.5mm以上时，其横向渗透特别严重。（如图13所示）
图13 产品厚度横向渗透关系
结束语
本文介绍气辅注塑技术期望读者能善用其优势，并克服其缺点与瓶颈，从而可以达成公司营运目标：（1）产品快速完成导入批量生产；（2）提高产品优良率与设备稼动率；（3）善用此技术从整合多零件设计为一体化，减少零件费与组合成本，同时提高产品特殊外型或功能，进一步提升产品附加价值。(end)
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(4/14/2007) |
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