工艺技术_浅谈内外饰成型工艺培训课件

汽车工程研究院二零一一年三月 浅谈内外饰成型工艺 目录 第一章注塑成型工艺第二章热成型工艺第三章吹塑成型工艺第四章发泡成型工艺第五章模压成型工艺第六章搪塑成型工艺第七章挤塑成型工艺 第一章注塑成型工艺 注塑成型 InjectionMolding 是指受热融化的材料由高压射入模腔 经冷却固化后 得到成形品的方法 该方法适用于形状复杂部件的批量生产 是重要的加工方法之一 一 注塑成型定义 1 注塑成型机的工作原理 注塑机的工作原理与打针用的注射器相似 它是借助螺杆 或柱塞 的推力 将已塑化好的熔融状态 即粘流态 的塑料注射入闭合好的模腔内 经固化定型后取得制品的工艺过程 注射成型是一个循环的过程 每一周期主要包括 定量加料 熔融塑化 施压注射 充模冷却 启模取件 取出塑件后又再闭模 进行下一个循环 二 注塑成型设备 2 注塑成型机的主要组成 注塑车间现场 注塑设备简图 注塑机大体可分为两种类型 卧式注塑机和立式注塑机 卧式注塑机 立式注塑机 3 注塑成型机的分类 1 注塑成型模具的定义 三 注塑成型模具 中文名称 注射模英文名称 injectionmould定义 由注射机的螺杆或活塞 使料筒内塑化熔融的塑料 经喷嘴 浇注系统 注入型腔 固化成形所用的模具 两板模三板模热流道 两板模 Two PlateMolds 三板模 Three PlateMolds 2 注射模的分类 采用热流道的两板模 3 注射模的组成 1 粗分注射模由动模和定模两大部分组成 定模部分安装在注射机的固定模板上 动模部分安装在注射机的移动模板上 2 细分注射模由以下八大部分组成 1 成型零部件 组成型腔的零件 2 浇注系统 3 导向与定位机构 4 侧向分型与抽芯机构 5 推出机构 也称脱模机构 6 温度调节系统 加热和冷却系统 7 排气系统 8 支撑零部件 定模板 定模安装板 模脚 支撑板 上顶出板 下顶出板 导柱 回位销 动模板 动模安装板 爆炸模式 标准两板模结构 注射模结构透视图 注射模剖视图 4 注射模动作原理 充填 保压 冷却完毕 开模 顶出产品 模具 产品分离 合模 进入下一循环 动画效果 两板模动画 三板模动画 5 热流道模具 5 1定义热流道模具是利用加热装置使流道内熔体始终不凝固的模具 因为它比传统模具成形周期短 而且更节约原料 所以热流道模具在当今世界各工业发达国家和地区均得到极为广泛的应用 5 2工业应用领域热流道模具在电子 汽车 医疗 日用品 玩具 包装 建筑 办公设备等各工业部门都得到广泛应用 热流道注射成型法于20世纪50年代问世 经历了一段较长时间地推广以后 其市场占有率逐年上升 80年代中期 美国的热流道模具占注射模具总数的15 17 欧洲为12 15 日本约为10 但到了90年代 美国生产的塑料注射模具中热流道模具已占40 以上 在大型制品的注射模具中则占90 以上 在汽车零件中应用到热流道成型的产品有 仪表板 副仪表板 门护板 保险杠等大型塑料件 5 3应用范围热流道模具已被成功地用于加工各种塑料材料 如PP PE PS ABS PBT PA PSU PC POM LCP PVC PET PMMA PEI ABS PC等 任何可以用冷流道模具加工的塑料材料都可以用热流道模具加工 用热流道模具制造的零件最小的在0 1克以下 最大的在30公斤以上 应用极为广泛灵活 右图为1出24无浇口热流道管胚模具 5 4热流道模具的优缺点5 4 1优点 a 缩短制件成型周期因没有浇道系统冷却时间的限制 制件成型固化后便可及时顶出 许多用热流道模具生产的薄壁零件成型周期可在5秒钟以下 b 节省塑料原料在纯热流道模具中因没有冷浇道 所以无生产费料 c 减少废品 提高产品质量在热流道模具成型过程中 塑料熔体温度在流道系统里得到准确地控制 塑料可以更为均匀一致的状态流入各模腔 其结果是品质一致的零件 热流道成型的零件浇口质量好 脱模后残余应力低 零件变形小 d 消除后续工序 有利于生产自动化制件经热流道模具成型后即为成品 无需修剪浇口及回收加工冷浇道等工序 有利于生产自动化 5 4 2缺点 a 模具成本上升热流道元件价格比较贵 热流道模具成本可能会大幅度增高 b 热流道模具制作工艺设备要求高热流道模具需要精密加工机械作保证 热流道系统与模具的集成与配合要求极为严格 否 则模具在生产过程中会出现很多严重问题 如塑料密封不好导致塑料溢出损坏热流道元件中断生产 喷嘴镶件与浇口相对位置不好导致制品质量严重下降等 c 操作维修复杂与冷流道模具相比 热流道模具操作维修复杂 如使用操作不当极易损坏热流道零件 使生产无法进行 造成巨大经济损失 对于热流道模具的新用户 需要较长时间来积累使用经验 5 5热流道模具的构成 a 热流道板 MANIFOLD b 喷嘴 NOZZLE c 温度控制器d 辅助零件 热流道分流板 热流道分流板模具图 保险杠 实例一 保险杠模具 动模部分 实例二 保险杠模具数字模型01 T字型热流道板 安装油缸 实例三 保险杠模具数字模型02 实例四 仪表板本体模具数字模型 实例五 中控面板模具数字模型 实例六 后保险杠及其模具 后保险杠 后保险杠模具 定模部分 动模部分 热流道板 1 确定脱模斜度时应注意的要点 在不影响塑件使用的前提下 脱模角度应尽量取大 塑件表面粗糙 比如产品表面设计皮纹 则角度增大 一般皮纹深度每0 03mm增加1度 塑件壁厚较大时 脱模斜度取大些 精度要求高的塑件 应取较小的脱模角度 斜度的方向 内孔以小端为准 满足图样尺寸要求 斜度向扩大方向取得 外形则以大端为准 满足图样要求 斜度向偏小方向取得 四 设计考虑要素 2 制品壁厚基本原则 均匀壁厚 一般的原则就是能够利用最少的壁厚 完成最终产品所须具备的功能 最理想的壁厚分布无疑是切面在任何一个地方都是均一的厚度 决定壁厚的主要因素 1 结构强度是否足够2 能否抵脱模力3 能否均匀分散所受的冲击力4 有埋入件时 能否防止破裂 熔合线是否会影响强度5 成形孔部位的熔合线是否会影响強度6 尽可能肉厚均匀 以防止产生缩水7 棱角及肉厚较薄部分是否会阻碍材料流动 从而引起充填不足 1 可减省物料以致减省生产成本 2 保留和原来设计相若的刚性 强度及功用 3 消取因厚薄不均引致的内应力增加及齿冠部份收缩引致整体齿轮变形的情况发生 大部份厚胶的设计可通过使用加强筋及改变横切面形状来取代 加强筋的作用 1 在不加大制品壁厚的条件下 增强制品的强度和刚性 以节约塑料用量 减轻重量 降低成本 2 可克服制品壁厚差带来的应力不均所造成的制品歪扭变形 3 便于塑料熔体的流动 在塑件本体某些壁部过薄处为熔体的充满提供通道 3 加强筋 热塑性塑料加强筋的典型尺寸 布置原则 加强筋设在受力大 易变形的部位 分布尽量均匀 避免局部壁厚过大 防止材料堆积 造成产品缩水 尽量沿着塑料流向布置 以降低充模阻力 减少底部的应力 圆角对于成型产品的设计会有以下影响 1 圆角使得成形品提高強度以及降低应力 2 尖锐转角的消除 自动地降低了龟裂的可能性 就是提高对突然的震动或冲击的抵抗力 3 塑胶的流动状态将被极大的改善 圆形的转角 使得塑胶能够均匀 没有滞留现象以及较少应力的流入模穴内所有的断面 並且改善成形品断面的密度的均匀性 4 模具强度获得改善 以避免模具内尖锐的转角 造成应力集中 导致龟裂 特別是对于需要热处理或受力较高的部分 圆弧转角更为重要 建议R最小为0 5mm 最佳圆角设计为R T 0 6 超过这点后 R即使再增加 也只能小部分减少应力集中现象 内圆角R 0 5T外圆角R 1 5T 4 Boss柱 设计要求 对于螺孔凸台的情形 应使柱厚度不得大于料厚的一半 外观件 凸台孔内径应由螺钉的咬合力来决定 一半为螺纹的公称直径的0 8左右 1 一般孔 浅孔 模塑成型 2 深孔 先模塑出孔的一部分深度 其余孔深用机械加工 如钻孔 获得 3 小径深孔 如孔径d 1 5mm 机械加工 4 小角度倾斜孔 复杂型孔 采用拼合型芯成型 避免用侧抽芯 5 薄壁孔 中心距精度高的孔 孔系 采用模具冲孔 以简化塑模结构 根据孔径与孔深度的不同 孔可用下述方法成型 5 孔 五 注塑件常见缺陷及解决方案 凹缩 飞边 烧焦 分层起皮 银纹 熔接痕 1 注塑件常见缺陷 2 1凹缩凹缩是指制件在壁厚处表面下凹的现象 形成原因 a 注塑压力或保塑压力多低 b 保压时间或冷却时间过低 c 熔体温度或模温过高 d 制件结构设计不当 解决方案 1 结构 a 在易出现凹痕的表面进行波纹状处理 b 减小制件厚壁尺寸 尽量减小厚径比 相邻壁厚比应控制在1 5 2 并尽量圆滑过渡 c 重设加强筋 沉孔和Boss柱的厚度 推荐控制他们的厚度在基本壁厚的40 80 2 成型工艺 a 增加注塑压力和保压压力 b 增加浇口尺寸或改变浇口位置 2 2飞边飞边是指在模具分型面或顶杆等部位出现多余的塑料 形成原因 a 合模力不足 b 模具存在缺陷 c 成型条件不合理 d 排气系统设计不当 2 缺陷原因分析及解决方案 解决方案 1 模具 a 合理设计 保证合模时能够紧闭 b 检查排气孔尺寸 c 清洁模具表面 2 注塑机 设置适当大小吨位的注塑机 3 成型工艺 a 增加注塑时间 降低注塑速度 b 降低料筒温度和喷嘴 c 降低注塑压力和保压压力 2 3熔接痕熔接痕是指两股料流相遇熔接而产生的表面缺陷 原因分析 制件中如果存在孔 嵌件或多浇口注塑模式或制件壁厚不均 均可能产生熔接痕 解决方案 1 材料 增加塑料熔体的流动性 2 模具结构 a 改变浇口的位置 b 增设排气槽 溢料槽 3 成型工艺 a 增加熔体温度 b 降低脱模剂的使用量 2 4短射短射是指模具型腔不能被完全充满的一种现象 形成原因 a 产品设计不合理 b 模温 料温或注塑压力和速度过低 c 原料塑化不均 d 排气不良 e 原料流动性不足 f 浇口尺寸太小解决方案 1 材料 选用流动性更好的 2 模具 a 更改浇口位置 保证填充薄壁之前先填充厚壁 b 增加浇口数量 减少流程比 c 增加流道尺寸 减少流动阻力 d 重设排气口的位置 尺寸及数量 3 产品结构 优化产品的结构设计 原理是两个半开空心体的 次成型品与模具一起滑动 闭后 向其接合面注射 次树脂以使其接合 从而获得空心体 模具滑移注射成型是为空心体结构的注射成型而开发的一种新的成型技术 1 二次注塑 五 知识拓展 双色注射成型是在非空心结构中将 种树脂层叠在一起 模具应有油压缸驱动的滑移机构 注射筒分为 头式 种材料 2 双色注塑模具 双色注塑 在双色注塑机上 在同一生产周期内向专门的注塑模内同时 先後注射不同颜色 种类的原料 使产品具有不同的外观 性能 但因其在设备和模具的巨大投资而逐渐被二次注塑取代 二次注塑 就是注塑零件为嵌件的嵌件注塑 主要应用於机械性能和外观要求较高的零件 材料选择是该工艺的关键 3 比较 第二章热成型工艺 一 热成形 vacuumforming 定义 热成形就是将热塑性板片加热至其软化点 藉抽真空 空气压力 重力及机械力使之成形于母模或公模内 再冷却 脱模 修剪而成 此加工方式亦称真空成形或压差成型 因为最常用的方式是抽真空而使塑板与模面贴合来成形 顶棚基材PU外覆低档针织面料针刺无纺毡地毯各种针刺地毯加硬质纤维板复合材料仪表板ABS PVC蒙皮真空吸塑立柱装饰板采用ABS板材热压成型门板纤维板复合蒙皮材料热压 常见的热成型有以下几种 1 真空成型2 气压热成型3 对模热成型4 柱塞助压成型在汽车内外饰上较为常见的热成型是真空成型及对模热成型 二 热成形分类 直接真空成形又称凹模成形 常用母模如图 加热方法气体传热加热 蒸汽和热空气加热 液体传导加热 油 水 过热水加热 辐射加热 红外线和微波辐射加热 使用材料 ABS PS PVC PU 三 直接真空成形 真空成形示意图 真空成形产品 对模热成型 将热塑性板片加热软化后 再以上下两模对合加压而成形 此法可得较精确的成品尺寸及光滑表面 模具通常须用金属 成本较高 四 对模热成形 顶棚 顶棚成型流水线 顶棚成型模具 成形最大的好处是加工工具低廉 因为只须半个模具且模具可用热石膏 木材 聚脂类 环氧树脂及其它非金属材料制造 热成形较适宜中小量的生产 热成形最适宜制造薄壁且浅深度的塑品 尺寸精确度较注塑成型法差 片材加热温度占成型周期的50 80 片材成型温度在120 240 间 五 热成形工艺特点 1 热成型的拉引深度 直接真空成形 max D 0 5W 对模真空成形 max D 1W 2 热成型的内凹角 热成形品容许有内凹槽 但不可太复杂 否则脱模不易且加工工具成本极高 六 设计考虑要素 第三章吹塑成型工艺 这里主要指中空吹塑 又称吹塑模塑 是借助于气体压力使闭合在模具中的热熔型坯吹胀形成中空制品的方法 是第三种最常用的塑料加工方法 同时也是发展较快的一种塑料成型方法 吹塑用的模具只有阴模 凹模 与注塑成型相比 设备造价较低 适应性较强 可成型性能好 如低应力 可成型具有复杂起伏曲线 形状 的制品 吹塑成型的示意图 一 概述 主要产品 传统吹塑主要生产各类中空瓶子和容器 现已广泛应用于汽车 办公自动化设备 家庭用品 家具 结构材料和休闲用品等领域 汽车吹塑产品 风管 前除霜风道 头枕外套 汽油箱 进气管 排气管等 吹塑工艺延伸 利用压缩部件对模塑制品进行压制 镶嵌注射成型制品或金属嵌件 以获得复杂形状 模塑多层制品 具有柔性或坚硬性能的两种或多种树脂的顺序成型 不同吹塑方法 由于原料 加工要求 产量及其成本的差异 在加工不同产品中具有不同的优势 按成型方法可分为以下三大类 挤出吹塑 注射吹塑 拉伸吹塑 此外 还有多层吹塑 压制吹塑 蘸涂吹塑 发泡吹塑 三维吹塑等 1 挤出吹塑 1 1定义 挤出吹塑成形过程 管坯直接由挤出机挤出 并垂挂在安装于机头 实例一 正下方的预先分开的型腔中 当下垂的型坯达到规定的长度后立即合模 并靠模具的切口将管坯切断 从模具分型面的小孔通入压缩空气 使型坯吹胀紧贴模壁而成型 保压 待制品在型腔中冷却定型后开模取出制品 1 2应用 主要用于未被支撑的型坯加工 吹塑制品的75 用挤出吹塑成型 汽车上的风管 塑料油箱等中空制品都是通过挤出吹塑成型的 1 3特点 挤出吹塑的优点是生产效率高 设备成本低 模具和机械的选择范围广 缺点是废品率较高 废料的回收 利用差 制品的厚度控制 原料的分散性受限制 成型后必须进行修边操作 1 4工艺条件 要求吹胀模具中型坯的压缩空气必须干净 挤出吹塑压力为0 2l 0 62MPa 二 吹塑成型分类 实例一 多层复合油箱料胚机头 2 注射吹塑 2 1定义 用注射成形法先将塑料制成有底型坯 再把型坯移入吹塑模内进行吹塑成形 主要用于由金属型芯支撑的型坯加工 2 2应用 吹塑制品的24 用注射吹塑成型 2 3特点 注射吹塑的优点是加工过程中没有废料产生 能很好地控制制品的壁厚和物料的分散 细颈产品成型精度高 产品表面光洁 能经济地进行小批量生产 缺点是成型设备成本高 而且在一定程度上仅适合于小的吹塑制品 2 4工艺条件 要求吹胀模具中型坯的压缩空气必须干净 注射吹塑空气压力为0 55 1MPa 3 拉伸吹塑 3 1包括挤出一拉伸一吹塑 注射一拉伸一吹塑两种方法 可加工双轴取向的制品 极大地降低生产成本和改进制品性能 3 2应用 在所有的吹塑产品中 75 属于双向拉伸产品 3 3工艺条件 拉伸吹塑压力经常需要高达4MPa a 将塑料熔融 经螺杆挤压成中空之型胚 b 型胚垂落于分成两半之模具中 再将模具闭合 c 将压缩空气注入于型胚中 充胀型胚而与模具贴合 d 吹胀之产品冷却后脱模 e 修整毛边 即得成品 三 工艺过程 a 强度上 同重量或同体积比较 中空成形品比射出成形品为强 b 加工温度 中空成形之成形加工温度较低 对收缩 翘曲 凹痕及热裂解之倾向较小 c 使用原料 射出成形须使用流动性较佳的原料 若是加了玻纤 则容易产生应力 d 应力集中 中空成形之压力约在4 5kgf cm2间 为射出成形的1 几乎无应力集中现象 e 模具成本 因射出成形为高压成形 所须模具较强且精密 成本高 而中空成形为低压成形 模具可为铝 锌 或铝合金 四 工艺特点 薄膜吹塑设备图 属于挤出吹塑类型 也可以归类于挤出成型 挤出吹塑设备简图 实例二 进气导管模具数字模型 实例三 塑料瓶模具 吹塑成型产品 实例四 汽车油箱吹塑模具 产品 汽车油箱 实例五 汽车头枕外套吹塑模具 型胚被吹胀的程度是决定成品肉厚的主要因素 一般值在1 5到3之间 在特殊情况下可到7 吹胀比 模具直径 型胚直径 1 吹胀比 四 设计要素 2 倾斜角 最小倾斜角1 建议使用单边2 当吹胀比增加时倾斜角亦需增加 圆凸状之容器较纯圆柱状之容器有较佳之抗扭曲力 矩形容器之边角区会承受大部份的负荷 所以此区域需设计的较厚 在垂直的方向上 增加凸起或肋骨 可增加其抗堆积强度 减少弯曲破裂 一般之设计概念如下 3 形状刚 韧 性化 为增加强度 在标贴区周边做成槽沟 最普遍的方法是采用压花设计 刚韧性 美观 标贴兼得 五 知识延伸 多样性的成型工艺 在模具中安装金属嵌件 采用注射成型或吹塑成型均可生产复杂制品 吹塑与注塑相结合生产汽车进气管 尼龙 聚苯硫醚 第四章发泡成型工艺 发泡成型是使塑料产生微孔结构的过程 几乎所有的热固性和热塑性塑料都能制成泡沫塑料 常用的树脂有聚苯乙烯 聚氨酯 聚氯乙烯 聚乙烯 脲甲醛 酚醛等 化学发泡常用于聚氨脂泡沫塑料的生产 化学发泡剂在加热时释放出的气体有二氧化碳 氮气 氨气等 物理发泡是在塑料中溶入气体或液体 而后使其膨胀或气化发泡的方法 一 定义 1 发泡成型机理在聚氨酯泡沫的制备中 首先是异氰酸酯基团 NCO 和多元醇羟基 OH 的反应 形成氨基甲酸酯键 使多元醇的链段增长 其次是产生形成泡沫结构的气体 软质聚氨酯泡沫主要以水为发泡剂 异氰酸酯在与多元醇反应 形成聚合型结构的同时与水反应 产生中间体氨基甲酸 氨基甲酸分解 产生伯胺和CO2 后者使物料发泡膨胀 气体滞留在泡沫体的泡沫中 进一步降低泡沫的导热系数 使之成为优良的保温隔热材料 2 原材料多元醇 异氰酸酯 二 成型机理 第五章模压成型工艺 模压成型 又称压制成型或压缩成型 是先将粉状 粒状或纤维状的塑料放入成型温度下的模具型腔中 然后闭模加压而使其成型并固化的作业 主要适用于热固性塑料 如酚醛塑料 氨基塑料等 模压成型也可兼用于热塑性塑料和橡胶材料 产品 烟灰盒盒体 模压成型示意图 一 定义 第五章模压成型工艺 主要优点 生产效率高 便于实现专业化和自动化生产 产品尺寸精度高 重复性好 表面光洁 无需二次修饰 能一次成型结构复杂的制品 因为批量生产 价格相对低廉 模压成型的不足之处在于模具制造复杂 投资较大 加上受压机限制 最适合于批量生产中小型复合材料制品 随着金属加工技术 压机制造水平及合成树脂工艺性能的不断改进和发展 压机吨位和台面尺寸不断增大 模压料的成型温度和压力也相对降低 使得模压成型制品的尺寸逐步向大型化发展 目前已能生产大型汽车部件 浴盆 整体卫生间组件等 二 模压成型的优缺点 第五章模压成型工艺 三 模压成型模具 模压成型模具的主要特点 1 没有浇注系统 2 模具必须水平安装 制件顶出后需人工取出 下图是电容器壳体的压缩模具图 第五章模压成型工艺 下图是灯头盖壳的压缩模具图 第五章模压成型工艺 压缩成型压机 压缩成型产品 第六章搪塑成型工艺 搪塑工艺是当前一项成熟并使用广泛的成型工艺 其加工成型工艺简单 是目前应用最广的工艺 模塑时将塑料糊倒人开口的中空模内 直至达到规定的容量 模具在装料前和装料后应进行加热 以便使物料在模具内壁变成凝胶 当凝胶达到预定厚度时 倒出过量的液体物料 并再行加热使之熔融 冷却后即可自模具内剥出制品 常用的搪塑材料 聚氯乙烯 PVC 常见的搪塑产品 汽车仪表板 搪塑玩具 一 基本介绍 在搪塑工艺未出现以前 仪表板的表皮是采用真空成型工艺或真空复合工艺 这些工艺是将带皮纹的PVC皮 经加热 拉伸后 吸附在成型模或仪表板骨架上 由于PVC皮经过不均匀拉伸 使得皮纹变形不一 影响美观 而搪塑表皮的皮纹是刻在搪塑模具上 所产生的皮套皮纹均匀 清晰 美观 并且与真空成型表皮相比 搪塑表皮具有不开裂 不变形及耐热性优异等特点 二 搪塑仪表板的优点 1 将配制好的糊塑料注入已加热到130 的阴模中 2 糊塑料灌满后停留15 30秒钟 将余料倒回容器 剩下1 2毫米的凝胶 3 将模具送入160 230 C的烘箱烘10 40分钟 4 模具取出风冷或水冷 入水1 2分钟 低于80 即可 5 自模具内剥出制品 三 搪塑工艺流程 四 搪塑模具 右图是两套儿童玩具的搪塑成型模具 1 表皮起皱产生原因 1 产品被揉搓2 脱模后产品未定型3 产品没按规定保存2 表皮料渣产生原因 1 粉盒中料渣过多2 粉盒与模具贴合不好3 表皮黏膜产生原