李帅，孙成通，孙雪梅＊，刘守奎

（1.临沂大学机械与车辆工程学院，山东 临沂 276000；2.山东豪门铝业有限公司，山东 临沂 276022）

近年来，随着注塑产业的发展，人们对注塑产品的质量有了更高的要求，这对注塑成型技术提出了新的挑战，并逐渐发展出许多新型注塑工艺，如发泡注塑、快速热循环注塑、双色注塑、表面气辅注塑、模内转印注塑等。发泡注塑可有效减少原材料使用量，但常规发泡注塑产品表面存在气痕缺陷，无法直接作为外观产品应用，需经二次加工后方可作为外观产品使用，造成环境污染和资源浪费。为解决上述问题，人们利用提高模具温度、减少发泡机制含量、新型发泡剂等方法，提高了发泡注塑件的表面质量。除此之外，气体反压技术可在消除发泡注塑产品的表面气痕缺陷的同时，提高塑件尺寸精度。目前，人们针对气体反压注塑在数值模拟、泡孔质量、塑件性能及表面质量等方面进行了诸多研究。

目前，市场上气体反压设备价格昂贵，操作较为复杂。因此，本文在研究气体反压注塑技术原理的基础上，研制相应的控制装置和控制系统，构建注塑试验线，实现化学发泡注塑外观产品的生产。

1 气体反压技术原理与系统

气体反压注塑与常规注塑的本质区别在于模腔气体压力的控制策略不同。常规注塑采用的是自排气控制策略，模腔内的气体随熔体填充过程被逐渐排出，而气体反压注塑需满足模腔气体压力动态变化的技术要求，其过程可分为快速加压、高压保持和快速卸压三个阶段。

图1 所示为本文提出的气体反压注塑系统，包括气体反压控制系统和注塑系统，两者既相对独立，又相互关联。上述设计可在保证现有注塑系统稳定性和安全性的同时，通过信号通讯实现控制过程匹配，保障气体反压注塑工艺各过程的顺利进行。

2 气体反压控制装置

2.1 气体反压控制系统结构组成

图1 气体反压注塑系统的结构框架示意图

气体反压控制系统主要由高压气体发生装置、气体回收装置（或排空）、报警装置、阀门管路转换装置、控制单元等组成，其与注塑机和模具的组成如图2 所示。阀门管路转换装置主要由加压阀、稳压阀、卸压阀和高压管路组成。控制单元选用电路集成的智能数控表，实现信号通讯及下达控制指令，确保各执行元件的协调动作；通过模具附近的气体压力传感器和控制单元，实现对模腔气体压力的闭环控制。

图2 气体反压注塑技术的结构组成

2.2 控制单元硬件设计

控制单元主要控制阀门管路转换装置中各部件的动作，实现模腔气体加压、稳压和卸压控制，并完成与注塑机系统的信号通讯。本文通过外部电路控制技术和注塑机信号通讯技术，提出了一种基于智能数控表控制的模腔气体压力控制单元。注塑机系统与智能数控表之间的信号通讯包括合模信号、气体加压信号、气体卸压信号和开模信号，两者通过信息通讯进行动作匹配，有效确保整个成型过程的顺利进行。图3 所示为自主设计的外围接线电路。

3 生产验证

3.1 试验设计

以常规注塑机为基础，将气体反压控制系统与注塑机系统进行通讯连接，构建气体反压发泡注塑试验线。以盒形产品为研究对象，进行气体反压化学发泡注塑成型。选用PP作为成型材料，选用偶氮二甲酰胺（Azodicarbonamide，AC）作为发泡剂。化学发泡注塑参数取值如下：熔体温度210℃，热流道温度210℃，模具温度50℃，注射时间1.6s，冷却时间60s，AC 含量1.5%wt。气体反压参数取值如下：反压压力0.6MPa，反压作用时间1.6s。

3.2 结果分析与讨论

为研究气体反压技术对不同塑件表面的影响，盒形件表面设计成光滑表面和皮纹表面两种。图4 给出了成型产品的对比照片，其中I 部分为光滑表面放大照片，II 部分为皮纹表面放大照片。

图3 控制单元主要接线示意图

图4 不同工艺成型的产品对比照片

由图4 可以看出，皮纹表面设计可在一定程度上掩盖塑件的表面气痕缺陷，但塑件表面质量仍较差。对于光滑表面和皮纹表面，气体反压技术均可有效消除塑件表面气痕缺陷，提高产品的表面质量，获得可直接作为外观件应用的发泡注塑产品。

气体反压化学发泡注塑产品整体表面质量良好，表明研发的气体反压控制设备可满足技术要求，保证填充过程中模腔气体压力的稳定，从侧面验证了研制设备的有效性。

4 结语

（1）基于智能数控表、时间继电器和外部控制电路，研发了气体反压控制系统的控制程序。对于光滑表面和皮纹表面的塑件，气体反压设备均可成型直接作为外观件使用的化学发泡注塑产品。

（2）研发的设备可满足成型技术要求，能够保证熔体填充过程中模腔气体压力的稳定。