模具设计第8章--其它塑料成型方法与模具设计简介PPT课件.ppt

第8章其它塑料成型方法与模具设计简介8 1气辅注射成型工艺与模具设计8 1 1概述气体辅助注射成型 简称气辅成型 是为克服传统注射成型局限性而发展起来的一种新型注射工艺 即对先注射了一定量或全部注满塑料熔体的模具型腔内再注射经压缩后的惰性气体 利用气体推动熔体完成充模填补因塑料收缩后留下的空隙 而在塑件冷却后再将气体排出的连续过程 1 气辅成型具有以下突出优点 1 可以成型传统注射成型工艺难以加工的厚壁 偏壁塑件 2 可以消除厚壁处的缩痕或表面凝斑 3 成型过程压力小 节约能源 4 大厚度塑件采用气辅成型后产生中空 冷却时间大大缩短 塑件出模后残余应力小 翘曲变形小 尺寸稳定性好 5 可以减轻塑件重量 一般可减轻20 40 最大可达50 节省材料 6 还可改善材料在塑件断面上的分布 改善塑件的刚性 2 表8 1为53mm电视机外壳气辅注射和传统注射对比得出的一些结果 3 1 气体辅助注射成型过程简介气体辅助注射成型过程是先往模具型腔中注入准确计量的塑料熔体 图8 1a 再通过气孔 浇口 流道或直接注入压缩气体 一般选用氮气 气体在型腔中塑料熔体的包围下沿阻力最小的方向前进 对塑料熔体进行穿透和排空 图8 1b 促使塑料熔体充满模具型腔 并在保压冷却阶段对塑料进行保压 图8 1c 待塑料冷却后脱模顶出 图8 1d 整个成型周期可细分为塑料熔体充填 切换延迟 气体注射 保压冷却 气体释放和脱模顶出6个部分 4 2 气辅技术的应用气辅技术可用于大部分热塑性塑料和部分热固性塑料 应用的领域涉及汽车的保险杠 仪表板以及装饰件 家用电器 办公用品以及日用品等行业 日常所见的如电视机外壳 接收天线 空调面板 文件夹 椅子扶手 汤勺 箱包手把 水桶 托架 衣架等部分或全部都实现了气辅成型 5 3 气辅注射的装置气辅注射装置是单独于注射机之外的一套装置 一般由以下具有生成惰性气体 提纯 加压 时间控制 过滤等功能的设备组成 1 空气压缩机 将空气压缩为具有0 4 0 6MPa的压缩空气 2 氮气发生器 将压缩后的空气用分离法提取空气中的氮气 纯度达到98 以上 防止气体注射过程中因含有氧气而产生爆炸 6 3 低压氮气储罐 储存低压氮气 4 四级压缩机 将低压氮气储罐中的氮气加压至35MPa左右 5 高压氮气储罐 35MPa 将注射后排出的废气进行回收 回收效率一般仅为53 左右 6 P P C PessurePhaseControl 控制单元 与注射机控制系统相连 采集注射机有关的控制信息 如注射开始时间 冷却时间 开模时间等 对气体注射的开始时间 注射时间以及结束时间进行控制 7 进气单元 气针 由气体压力控制工作的阀门 是引导气体进入模具型腔的关键部件 由于注射后多因气针处被堵塞而影响生产 因此设计时常需考虑气针的防堵问题 国外气针设计多为专利 7 4 气辅工艺简介根据模具型腔的充满与否 气辅工艺可分为短射 SHORTSHOT 工艺和满射 FULLSHOT 工艺 短射工艺为先向模具型腔内注射一定量的塑料熔体 再注射气体 利用气体推动熔体完成充模和保压 满射工艺则是先将模具型腔充满 然后再向型腔内注射气体 利用气体填补熔体冷却阶段收缩后的让出的空间 8 8 1 2气辅塑件设计气辅塑件与传统塑件的设计区别较大 在对气道的处理上要求较高 如果将塑件作为一般的注射塑件对待将会给生产带来无法弥补的损失 为保证气体不向非设计区域扩散而向有利于气道内部的方向进行发展 这就要求塑件平均壁厚应较相应的普通塑件壁厚要薄 而气道处的截面尺寸应与平均壁厚保持一定的比例关系 根据维持比例关系的不同 可将气辅塑件分为棒类塑件 板类塑件和特殊塑件三类 9 1 棒类塑件气辅成型技术在棒状塑件的成型中显示出明显的优势 在进行棒状塑件气道的设计时应考虑以下几方面 1 塑件截面最好接近圆形 因为气体在气道中穿透形成的中空部分截面趋向于圆形 这样塑件接近圆形可避免因熔体的不均匀分布而造成壁厚不均匀 塑件设计应遵守以下原则 1 外形尽量接近圆形 2 避免尖角 采用大的圆角过渡 3 避免熔体在角部产生堆积 4 保证整个塑件壁厚均匀 见图8 2 10 2 采用矩形截面时 气道通常为椭圆形 为保证气体穿透的均匀性 应满足b 3 5 h 见图8 3 图8 3棒类塑件的矩形截面 3 塑件长度应大于塑件截面高度h的5倍 保证沿塑件长度方向气体尽量穿透 以得到均匀的壁厚 4 气体转弯处塑件应有足够大的圆角半径 避免内外转角处的壁厚差异 5 气体截面尺寸变化应平缓过渡 以免引起收缩不均 6 气体入口不应设置在外观面或塑件承受机械外力处 7 进气口位置应接近浇口 以保证气体与熔体流动方向一致 但两者距离应大于30mm 以避免气体反灌入浇口 11 2 板类塑件板类塑件的成型也是气体辅助注射成型技术的主要应用之一 因为气体总是沿着阻力最小的方向前进 容易在较厚的部位进行穿透 因此 在板类塑件设计时常将加强肋作为气道 一般设在塑件的边缘或壁的转角处 对塑件的设计也就是对加强肋的设计 即气道的设计 气辅成型板类塑件设计的基本原则如下 12 1 在设计制作加强肋时应避免设计又细又密的加强肋 尺寸太小无法给气体提供良好的通道 会出现 鼓包 等现象 可改进设计为较厚 较少的加强肋 2 手指 效应是大平面塑件容易产生的主要问题 3 当塑件仅由一个气针进气而形成多个加强肋或肋板 气道 时 气道不能形成回路 4 为避免熔体聚集产生凹陷 气道末端的外形应采用圆角过渡 13 5 采用多点进气时 气道之间的距离不能太近 6 图8 7所示的矩形塑件 如果选择两条加强肋的交叉处作为熔体和气体的入口 采用对角气道比十字气道好 7 气道布置尽量均匀 尽量延伸至塑件末端 14 3 特殊塑件由于结构和使用的要求 一些复杂的注射塑件不能采用传统方法一次成型 往往需要多个部件装配而成 例如某汽车支架零件 凸缘的壁厚远大于侧壁的壁厚 采用传统的注射成型会在凸缘形成明显的凹陷 影响表面质量和使用性能 又如儿童的玩具铲子 手柄和铲子部分壁厚差异很大 通常只能采用2个零件装配而成 以上类似塑件采用气辅成型后 均能很好地保证塑件的表面质量 并且大大地节省材料 缩短冷却时间 15 4 气道长度的确定气道长度的确定应依照下列步骤进行 1 气道布置 预先给出气道设计长度 2 根据材料p v T关系曲线图先查出材料的体积收缩率 3 计算体积收缩率 4 计算塑件的体积收缩 并用此近似估算所需注射气体的体积 16 5 根据塑件平均壁厚估算塑件气道截面尺寸和气孔的平均直径 6 由3 4计算气道长度 7 检验1中的气道长度是否近似等于计算长度 如果相差较大时 则需对包括气道长度和截面尺寸以及塑件平均壁厚在内的设计进行重新设计直到满足气道截面尺寸要求以及气道被气体掏空部分的体积近似等于材料体积收缩为止 17 5 气道布置的原则气道布置应遵循下列原则 1 气道的方向应与熔体流动的方向一致 即由高压区指向低压区 2 多气道 多分支时应注意保持气体的平衡运动 避免在最后充满区域出现 夹气 3 主气道间最好不要相连以免单方向气体出现 加速 现象 4 气道应尽量布置在收缩较为严重 应力较大以及变形较大的区域 18 5 气道布置最好不要通过熔体最后充满区域 除非所有气道均位于最后充满区域 6 避免尖角状的气道布置 7 避免熔接线出现在强度较弱的区域 8 应考虑模具温度对气体运动的影响 不均匀的模温会导致相连多气道内气体运动的不平衡 9 不得已的情况下 考虑采用溢流阀技术 19 8 1 3气辅注射成型模具设计的基本原则 1 浇注系统应采用点浇口 普通流道 热流道均可 热流道必须是针阀式可封闭结构 2 气体辅助注射成型由于气道可起流道作用 容易充模 因此浇口数量可大大减少 3 在一般情况下 气体往往不能到达气道尾部 如气道必须穿通 可在气道尾部加设 溢流井 4 气辅注射成型模具由于塑件肋数减少 因此模具制造容易 但模具加工必须保证塑件和气道的壁厚 由于气体对壁厚十分敏感 因此当壁厚制造超差时 气体就可能乱窜 同时 气辅注射成型模具的冷却系统十分重要 20 8 2热成型模具8 2 1概述热成型是将热塑性塑料片材加热 使之软化 稍低于流动温度 再移到成型模具上方或模具里 靠真空 压缩空气或对模的压力 使之成型并冷却定型后 得到一定形状 经修剪而制得产品的方法 因此 热成型是真空成型 压力成型 对模成型及其组合的成型方法的总称 21 8 2 2热成型的方法热成型的方法有多种 但基本的只有3种 即凹模成型 凸模成型和对模成型 其它方法都是上述方法的演化 22 1 凹模成型凹模成型是简单而常用的热成型方法 其共分6步来完成 如图8 9所示 2 凸模成型凸模成型和凹模成型的步骤几乎完全一样 但也有它的特点 3 对模成型对模成型的特点是 它不再需要别的成型力 如真空或压缩空气 并可使塑件两面都有花纹 23 4 辅助模塞成型这种成型法可看成是上述三种基本成型的总和与改进 其最大特点是可提高片材的拉伸比 5 压气鼓泡反吸成型这种成型方法是对辅助柱塞成型的改进 成型步骤如图8 13所示 24 8 2 3热成型模具设计1 吸塑模设计吸塑成型是抽真空吸塑成型的简称 为此也有人将吸塑模具称之为真空模具 在设计吸塑成型模具时应重点考虑以下问题 1 抽气孔设计 2 型腔尺寸计算 3 模具成型表面的粗糙度 4 边缘密封 5 加热及冷却装置 25 2 压缩空气成型模具压缩空气热成型模具又可简称压空热成型模具 其是利用压缩空气的力量 把已加热软化后的片材推向模具型面并进行成型的一类热成型方法 设计压缩空气成型模具时 应重点考虑以下问题 1 排气孔设计 2 吹气孔设计 3 型刃设计 4 型刃安装 5 缓冲垫设计 26 8 2 4热成型模具材料热成型与其它塑件成型方法相比 其最大的特点就是模型承受压力极低 因此模具选用材料的范围较宽 但须根据塑料性能 板 片 材厚度 成型方法 生产批量 模具成本等因素 进行总和考虑 选用较适宜的模具材料 非金属材料 1 木材 2 石膏 3 塑料 27 2 金属材料 1 铝合金 2 锑锡等低熔点合金 3 锌合金 28 8 3泡沫塑料成型及模具设计8 3 1概述泡沫塑料是以树脂为基础内部含有无数微小气孔的塑料 又称为多孔性塑料 采用不同的树脂和发泡方法可制成性能各异的泡沫塑料 它具有质轻 防震 防潮 隔热与吸音等优点 在塑件中占据重要地位 29 泡沫塑料按树脂品种 塑件的软硬程度 密度以及形状的不同来进行分类 1 按树脂品种分类至今几乎所有热塑性与热固性聚合物都能制成泡沫塑料 但工业上常用的树脂有 聚苯乙烯 聚氨酯 聚氯乙烯 聚乙烯 脲醛 酚醛 环氧 有机硅等 近年来品种不断扩大 然而产量最大应用最广的是前五种聚合物的泡沫塑料 2 按硬度分类泡沫塑料按其软硬程度的不同可分为软质 半硬质与硬质三种类型 30 3 按密度或发泡倍率分类泡沫塑料按其密度或发泡倍率可分为低发泡 中发泡与高发泡三种类型 发泡倍率是泡沫塑料中的气相与固相体积之比 4 按塑件形状分类可分为块状 板状 膜状与模塑塑件 最近又开发出粒状产品 5 按孔状结构分类可分为闭孔 孔间各自独立 不相连通 和开孔 泡孔间相互贯通 泡沫塑料 31 8 3 2可发性聚苯乙烯泡沫塑料的生产过程可发性聚苯乙烯是由聚苯乙烯与发泡剂所组成的半透明珠状物 发泡剂为正丁烷 戊烷 庚烷 石油醚或二氯二氟甲烷等 最常用的是戊烷与石油醚 市售的可发性聚苯乙烯 发泡剂含量约6 表观密度680g L 珠粒直径0 25 2mm 应用可发性聚苯乙烯粒料生产泡沫塑件的过程大致如下 32 1 预发泡预发泡是将可发性聚苯乙烯珠粒加热 使其中发泡剂受热汽化 从而使珠粒体积膨胀 以保证成型后的产品达到规定的密度及其均匀性 其优点是密度的调节与控制简单易行 节省原料 缩短或去除陈化时间 缩短模塑周期 避免发泡机内结块 塑件密度小且较均匀 2 熟化预发泡后的珠粒需要贮存一段时间 吸收空气进行熟化 防止成型后的收缩 通常熟化在大型料仓或开口容器中进行 熟化温度一般控制在22 26 熟化时间根据容量要求 珠粒形状与空气条件等而定 一般在室温下为8 10h 33 3 成型常用的成型方法是蒸汽加热模压法与挤出法 蒸汽加热模压法按加热方式又分为蒸缸发泡与液压机直接通蒸气发泡两种 1 蒸汽加热模压法1 蒸缸发泡法适宜生产小型 薄壁与形状复杂的塑件 2 液压机直接通蒸汽发泡法适宜生产厚度较大的泡沫板材 2 挤出发泡成型挤出发泡成型法适宜生产片材和薄膜 34 8 3 3可发性聚苯乙烯发泡模图例蒸箱发泡所用压模一般为手动式结构 在上模 下模和模套上 以及在成型多个塑件时塑件间所用的隔板上 均设计有通气用小孔 这种通气孔的孔间距一般在15 25mm之间 孔的直径为0 5 1 5mm 甚至更大一些 但过大时有可能出现堵塞 并影响塑件表面质量 压模的锁紧 采用带有铰链的螺栓通过蝶形螺母来进行 35 图8 19所示为板材手动蒸箱压模 一次可成型三块板材 模套由件5和件8组成 并通过件12连接 图8 20为摩托车骑手头盔蒸箱压模 采用空气通过进料套11输送物料 物料装好后 堵上料塞10 用压机或泡沫塑料成型机进行发泡时 蒸汽通过汽箱或蒸汽夹套进入模具 对物料实施加热 完成膨胀熔结后 采用冷水进行冷却 36 图8 21所示为200KN卧式泡沫塑料成型机上所用一包装盒压模 该模具由动 定模汽箱板8 5 成型套10 型芯14和料塞6等组成 成型套和外套11间留由15 20mm的间隙 动 定模汽箱板和成型套上均设有孔径1 0 1 8mm 孔距20 20mm的通气孔 物料采用喷枪由料套进入模腔内 压模采用密封环密封 37 8 4中空成型8 4 1概述中空吹塑 简称吹塑 是将压缩空气通入型腔的型坯并使之膨胀而形成中空塑件的方法 能成型瓶 桶 罐 箱等多种塑件 吹塑的原理是 把选定的塑料通过挤出或注射制成型坯 再把型坯直接或间接 即将冷却后的淤滞型坯预热至吹塑温度 置于吹塑模具中 通入压缩空气进行吹胀 使型坯紧贴模具型腔 再经过冷却定型得到和模具内腔完全相同的中空塑件 38 吹塑的方法很多 见图8 22 其都包括塑料型坯制造和吹胀两个不可缺少的基本阶段 根据生产中这两个阶段的运作形式的不同 其可分为 挤出吹塑 注射吹塑 拉伸吹塑 多层吹塑等 39 一般讲 凡热塑性塑料都能进行吹塑 但满足中空塑件的要求 还必须具备以下条件 1 良好的耐环境应力开裂性 因为中空容器常会同表面活性剂等接触 在应力作用下应具有防止龟裂的能力 因此应选用分子量大的材料 2 良好的气密性 所用材料应具有阻止二氧化碳 氧气及水蒸气等向容器壁内或壁外透散的特性 3 良好的耐冲击性 为了保护容器内装物品 塑件应在一定高度跌落下不破损 不开裂 此外 还需具有耐药性 耐腐蚀 抗静电及韧性和耐挤压性等 40 8 4 2吹塑工艺的影响因素影响吹塑成型工艺和塑件质量的主要因素有 型坯制造和吹胀过程的型坯温度和壁厚 吹胀空气压力及速率 吹胀比 模具温度 冷却方式及时间 对于拉伸吹塑还有拉伸倍数和速率等因素 41 1 温度温度是影响吹塑产品质量的重要因素之一 其包括型坯温度和模具温度 对于挤出型坯 温度一般控制在树脂的Tg Tf 或Tm 之间 并略偏Tf 或Tm 一侧 对于注塑型坯 由于其内外温差较大 在型坯温度均匀控制上就更难一些 为此 应使用温度调节装置使型坯温度均匀一致 42 2 吹胀压力和充气速率在具有壁厚均匀 温度一致的良好型坯的前提下 吹胀压力和空气速率将影响到塑件质量 吹胀压力与选用材料的种类及型坯温度有关 一般为0 2 0 7MPa 充气速率应尽量大一些 这样可使吹胀时间缩短 但充气速率也不能过快 以免产生其它缺陷 43 3 吹胀比吹胀比是指塑件的横截面尺寸和型坯横截面尺寸之比 即型坯吹胀的倍数 其大小应根据材料种类 塑件形状及尺寸来确定 一般吹胀比控制在2 4倍时 生产工艺和塑件质量容易控制 在生产细口塑件时吹胀比也有达到5 7倍的 44 4 吹塑塑件的冷却型坯在模具内吹胀后 冷却是不可忽视的环节 如果冷却不好 树脂会产生弹性恢复进而引起塑件变