塑料成型工艺与模具设计第19章

1、1,普通高等教育“十二五”规划教材,杨永顺 主编,塑料成型工艺与模具设计,2,概念：通过气体的压力，使高弹状态的塑料坯料在模具中产生塑性变形而成为制品。 类型： 1.按动力源可分为 1）压缩空气吹塑成型； 2）真空吸塑成型； 2.按坯料和制品的形状特点可分为 1）中空容器吹塑成型，将挤出成型的管坯或注射成型的带底管坯吹胀成中空容器。 2）盒形制品气动成型：将挤出成型的板、片坯胀成盒形制品。,简介,第19章 气动成型工艺与模具设计,19.1 中空吹塑成型工艺与模具设计,19.2 盒形制品的气动成型,3,19.1 中空吹塑成型工艺与模具设计,4,5,吹塑成型的基本过程是：制造所要求的型坯，把型坯夹

2、持固定到模具中，通入压缩空气吹胀型坯，使其紧贴模腔成为塑件；在压力下使塑件在模内充分地冷却，然后放出制品内的压缩空气，开启模具，取出塑件。 用途：可以获得各种形状和大小的中空薄壁塑料制品，在日用工业中应用十分广泛。 方法：常用挤吹、注吹、挤拉吹成型工艺。,19.1.1 中空吹塑成型原理及工艺,6,挤吹成型 注吹成型 挤拉吹成型,方法：,获得各种形状和大小的中空薄壁塑料制品，在日用工业中应用十分广泛。,用途：,19.1.1 中空吹塑成型原理及工艺,7,(1) 原理：,挤吹成型,图19-1 挤吹成型 a)型坯入模 b)闭模 c)吹气、保压、冷却定型 d)放气后脱模 1挤出机头 2吹塑模 3管状型坯

3、 4压缩空气吹管 5制品,19.1.1 中空吹塑成型原理及工艺,8,挤吹成型设备较简单； 型坯从机头流出后可直接引入吹塑模成型，不需二次加热，生产效率较高； 坯料温度均匀，容易变形，制品应力小，强度较高； 在型坯下垂进入吹塑模时会出现壁厚减薄和不均匀，使得制品壁厚不易控制; 在封底和切断时会产生余料和拼缝，从而影响材料利用率和制品质量;,(2) 特点：,挤吹成型,19.1.1 中空吹塑成型原理及工艺,9,图19-2 注吹成型 a)注射 b)型坯入模 c)吹气、保压、冷却定型 d)放气后脱模 1空心凸模 2注射模 3型坯 4吹塑模 5制品,(1) 原理：,2.注吹成型,19.1.1 中空吹塑成型

4、原理及工艺,10,注吹成型不需要封底和切断工序，但增加一套注射模； 注射型坯不存在下垂问题，故制品壁厚较均匀、重量差小、外形美观，后续修整量小； 因需要型坯从注射模向吹塑模的转移过程，期间还需对其二次加热。因此，生产投资大、生产效率低、能源消耗较高。,19.1.1中空吹塑成型原理及工艺,(1) 特点：,2.注吹成型,(2) 用途：,大批量生产。,19.1.1 中空吹塑成型原理及工艺,11,图19-3 注拉吹成型 a)注射型坯 b)型坯加热 c)拉伸 d)吹塑 e)取出制品 1冷却水2冷却水道3分流道4瓣合螺纹型环 5、6电热丝7拉伸芯棒（兼吹管）8压缩空气,19.1.1中空吹塑成型原理及工艺,

5、(1) 原理：,2.注拉吹成型,在注吹成型的基础上，增加了型坯拉伸工序。,19.1.1 中空吹塑成型原理及工艺,12,图19-4 拉伸吹塑设备示意图 1可动型芯2上模固定板3注射装置 4可动下模板5固定下模板6油缸7转盘,19.1.1中空吹塑成型原理及工艺,(2) 拉吹设备：,2.注拉吹成型,19.1.1 中空吹塑成型原理及工艺,13,坯料温度较高时容易吹胀成型，制品外形轮廓清晰，但坯料在转移位置时易变形破坏。 料温较低时，坯料在转移时不易变形，但其胀型能力较差，胀型时塑料内部会产生较大的应力，从而影响制品强度和外观。 因此，挤吹时型坯温度应在高弹态范围内取偏上温度；而在注吹时，应保证型坯转移

6、时不变形的情况下，尽量采用高弹态范围内的较高温度。,（1） 坯料温度,19.1.2 中空吹塑成型工艺参数,14,吹塑模温通常可在20 50间选取； 过低时坯料在模具夹口处温度下降较快，影响型坯胀型，并导致制品表面出现斑纹和光亮度变差； 过高时冷却定型时间长，生产率低，且制品的成型收缩大，尺寸和形状精度低。 一般来讲，塑料的玻璃化温度较高时，模温可取较高值，反之则取较低值。,19.1.2中空吹塑成型工艺参数,（2）模具温度,19.1.2 中空吹塑成型工艺参数,15,是指吹塑成型所用的压缩空气压力。 通常取0.20.7MPa（对于注拉吹成型可取0.31.0MPa）。 对于厚壁、大容器、表面带有花纹

7、图案及螺纹的中空制品，以及粘度与弹性模量较大的塑料，吹塑压力应取较大值。,19.1.2中空吹塑成型工艺参数,（3）吹塑压力和吹塑速度,1) 吹塑压力：,19.1.2 中空吹塑成型工艺参数,16,是指型坯的吹胀变形速度。 其大小取决于通入型坯的压缩空气的流量。 吹塑速度应尽量取较大值，以利于获取壁厚均匀、表面光亮的制品，生产率也可以提高。 但吹塑速度过大时，会在型坯入口处因空气流速过大而形成局部真空，发生内陷，使制品形成横隔膜片，无法保证成型质量；还会因拉力过大容易使型坯在模具夹坯刃口处拉断，导致废品产生。,19.1.2中空吹塑成型工艺参数,（3）吹塑压力和吹塑速度,2) 吹塑速度：,19.1.

8、2 中空吹塑成型工艺参数,17,是指制品径向最大尺寸与型坯径向尺寸之比，用BR表示。 对于尺寸和形状完全相同的型坯，吹胀比越大，可成型的制品尺寸越大，壁越薄，材料利用率越高，但壁太薄时影响制品的强度和刚度。 吹胀比的选择与制品和型坯的尺寸、形状以及塑料品种等因素有关，一般取2 4，特殊情况下也可取5 7。,（4）吹胀比,19.1.2 中空吹塑成型工艺参数,18,在注射拉伸吹塑中，制品长度与型坯长度之比称为延伸比，用SR表示。 此值与吹胀比一起影响制品性能。延伸比大的制品，其取向结构显著，强度高，透明性好，气密性好，但太大时因制品的壁厚太薄而失去使用价值。 生产中一般取SRBR=4-6为宜。,（

9、5）延伸比,19.1.2 中空吹塑成型工艺参数,19,设计吹塑模具时，所选用成型设备的锁模力应为吹塑成型时所形成的开模力的1.2 1.3倍。 P（1.2 1.3）p1F （19-1） 式中，P 锁模力（KN）； p1 吹胀力(KN/cm2)； F 塑件在模具分型面上的投影面积(cm2)。,（6）锁模力,19.1.2 中空吹塑成型工艺参数,20,通常为瓣合式，分型面竖直放置。大型吹塑模可以设冷却水道，挤吹模的模口部分应做成较窄的切口，以便切断型坯。,1.结构特点,19.1.3 吹塑模具结构设计,21,1)上吹模具 压缩空气由模具上端吹入模腔。,图19-5 上吹模具结构图 1口部镶块 2型腔 3、

10、8余料槽4底部镶块5紧固螺钉 6导柱（孔）7冷却水道,2.结构类型,按进气位置分：,19.1.3 吹塑模具结构设计,22,图19-6下吹模具结构图 1螺钉 2型腔 3冷却水道 4底部镶块 5、7余料槽 6导柱（孔）,2)下吹模具 压缩空气自芯轴吹入。,2.结构类型,按进气位置分：,19.1.3 吹塑模具结构设计,23,(1)组合式结构 整体由口板1、腹板2和底板5组合而成。 口板和底板用钢材制造，腹板用铝合金或其他材料制成。 三板之间通过螺钉和圆销紧固。 两半片间由导柱导向。 冷却水道开设在腹板上。,2.结构类型,按组合方式分：,图19-7 组合式吹塑模 1口板2腹板3对合面4水嘴 5底板6导

11、柱7固定螺钉8水道 9安装螺钉,19.1.3 吹塑模具结构设计,24,图19-8 压入式结构 1模口嵌件2模体3排气槽4导销 5模底嵌件6堵头,2.结构类型,按组合方式分：,(2)镶嵌式结构 模体采用铝合金，在其口部和底部嵌入钢件。 在模体上加工出冷却水道； 两半模的对合由导销保证。,19.1.3 吹塑模具结构设计,25,图19-9 螺钉固定式结构 1、2模口嵌件3导销4分型面5模体 6盖板7冷却水道8、9模底嵌件,2.结构类型,按组合方式分：,(2)镶嵌式结构 在模体上铸造出冷却水道，后面由盖板6把水道封闭； 两半模的对合由导销保证。,19.1.3 吹塑模具结构设计,26,（1）夹坯口 用于

12、将型坯封口和切除余料。 H =（23）t =15 45， L=12mm，小型吹塑件 L=24mm，大型吹塑件,图19-10中空吹塑模具夹料区 1夹料区2夹坯口（切口）3型腔4模具,3.设计要点,19.1.3 吹塑模具结构设计,27,（2）余料槽 容纳多余的塑料。 余料槽通常设置在夹坯口的两侧，如图19-5和图19-6所示，其大小应依型坯夹持后余料的宽度和厚度来确定，以模具能严密闭合为准。,3.设计要点,19.1.3 吹塑模具结构设计,28,（3）排气孔槽 排气孔 应放在模具型腔的凹坑及最后贴模的地方。直径常取0.51mm。 排气槽 在分型面上，宽度为1020mm、深度为0.030.05mm （

13、4）模具的冷却 对于小型模具可以开设冷却水道，通水冷却。 对于大型模具，可以在型腔背后铣一个空槽，以板盖及密封件封闭，构成截面尺寸较大的箱式冷却水路。,3.设计要点,19.1.3 吹塑模具结构设计,29,（5）模具分型面应使其配合严密，从而使塑件上的分型线细微难辨。必要时可以减小接触面的宽度。 （6）模具型腔在塑件外表面上常常设计有图案、文字、容积刻度等，有的塑件还要求表面为镜面、绒面、皮革面等，而这些往往取决于模腔表面的加工状态，因此设计模具时应预先考虑到模腔表面的加工质量。,3.设计要点,19.1.3 吹塑模具结构设计,19.2 盒形制品的气动成型,30,31,概念： 利用气体的压力使塑料

14、板材或片材坯料（以下统称板材）通过模具将其转变为盒形制品的成型方法。 分类： 真空成型 气压成型,简介,32,概念： 用真空泵将塑料板材与模具型面所构成的封闭空腔抽成真空，借助于大气压力使加热到高弹态的板材发生塑性胀型，并贴紧模具型面而成为塑料制品的加工方法称为真空成型。 特点： 设备比较简单、成本低、生产率高、制件轻而薄、美观透明。,1.真空成型原理及工艺过程,19.2.1 真空成型,33,用途： 1）适用于热塑性塑料，如聚乙烯、聚氯乙烯、ABS、聚甲基丙烯酸甲酯等。 2）各类包装衬垫、壳、匣、盆等盒形制品。 3）能加工大型薄壁塑件，不宜成型不同壁厚及带嵌件的塑件。,1.真空成型原理及工艺过

15、程,19.2.1 真空成型,34,1.真空成型原理及工艺过程,分类： 按板材胀型时的吸附方向分： 凹模真空成型 凸模真空成型 双向真空成型,19.2.1 真空成型,35,工艺过程： a.将热塑性塑料板固定在成型模具上，用辐射加热器将坯料加热至软化温度； b.在模具内抽真空，使软化的坯料紧贴于模具型面而成型，并在模中充分冷却、定型，脱出塑件。,1.真空成型原理及工艺过程,19.2.1 真空成型,36,特征：板材紧贴于凹模型面。 特点：塑件外表面精度较高。 用途：用于成型深度不大的塑件，否则在型腔底部拐角处制品壁厚会显著变薄。,1.真空成型原理及工艺过程,1）凹模真空成型：,图19-11 凹模真空

16、成型 1辐射加热器2塑料板材 3凹模4压环,19.2.1 真空成型,37,特征：板材紧贴于凸模型面。,图19-12 凸模真空成型 1辐射加热器2压环 3塑料板材4凸模,1.真空成型原理及工艺过程,2）凸模真空成型：,特点：内部形状尺寸较准确。 由于凸模顶面与板材间的摩擦作用，凸模成型时常出现底部厚、侧壁薄的现象。 用途：生产深度较大的 薄壁塑件(高径比 可达11.5)。,19.2.1 真空成型,38,特点：模具上既有凸模又有凹模。,图19-13 双向真空成型 1凸模2塑料板材3辐射加热器 4压环5凹模,1.真空成型原理及工艺过程,3）双向真空成型：,成型过程： a.先将板材夹持固定于凹模上端，

17、并用可移动辐射器对板材加热，如图a；,19.2.1 真空成型,b.材软化后移去加热器，然后在下模内微抽真空，并通过上模吹入少量压缩空气，使板材下凹，如图b；,1.真空成型原理及工艺过程,3）双向真空成型：,图19-13 双向真空成型 1凸模2塑料板材3辐射加热器 4压环5凹模,成型过程：,19.2.1 真空成型,1.真空成型原理及工艺过程,3）双向真空成型：,图19-13 双向真空成型 1凸模2塑料板材3辐射加热器 4压环5凹模,成型过程：,c.凸模下行插入下凹的塑料板中，然后切换真空抽气与压缩空气入口位置，使板材将贴附凸模型面而成型，如图c。,19.2.1 真空成型,41,特点： 与凸模真空

18、成型法相比，塑件壁厚不均程度可得到改善。 用途： 成型深腔塑件。,1.真空成型原理及工艺过程,3）双向真空成型：,19.2.1 真空成型,42,a)料温： 成型时一般用红外线加热器加热到高弹态。 料温升高，板材塑性变形能力大，变形抗力小，可以成型出几何轮廓清晰的塑件； 料温过高会使板材强度急剧下降，导致板材过早断裂，无法达到预定的变形程度。,2.真空成型工艺参数,（1）成型温度：,19.2.1 真空成型,43,b)模温： 模温高有利于板材贴模成型，但冷却时间增加，生产率低，而且塑件容易粘附于模具导致脱模困难； 模温低，生产率高，但塑件表面易出现冷斑甚至裂纹，壁厚也会不均匀。 表19-1列出了几

19、种真空成型板材的加热温度和模具温度供参考。,2.真空成型工艺参数,（1）成型温度：,19.2.1 真空成型,44,2.真空成型工艺参数,（1）成型温度：,表19-1 真空成型的板材加热温度和模具温度,19.2.1 真空成型,45,概念： 变形程度用高径比表示，即塑件高度与径向尺寸的比值。其数值通常取0.51。 影响因素： 板材在热态下的强度和所允许的厚度减薄率。其值越高，则许可使用的高径比大，反之则小。 成型方法 凹模真空成型不能使用过大的高径比；而凸模真空成型的高径比可取1甚至1.5。,2.真空成型工艺参数,（2）变形程度：,19.2.1 真空成型,46,真空成型取决于模具抽取真空的速度，压

20、缩空气成型则取决于压缩空气的流速。 成型温度高，宜用较快速度成型； 大尺寸制品宜用慢速成型。 （4）成型压力 对于凹模或凸模真空成型，相对成型压力一般为0.1MPa，辅以压缩空气时，其压力通常取0.30.4MPa。 塑料的相对分子质量比较大，板材较厚或成型温度较低时，均需用较大的成型压力。,2.真空成型工艺参数,（3）成型速度：,19.2.1 真空成型,47,（1）脱模斜度 因盒形制品刚度较小，脱模困难，应考虑足够的脱模斜度。 通常，凹模可取0.51.5，凸模取2 3。 （2）最小圆角半径 应为板材厚度，太小将会引起弯角处应力集中，甚至无法成型。,3.真空成型模具设计要点,19.2.1 真空成

21、型,48,（3）粗糙度 模腔表面粗糙度Ra=0.8m，太大时影响制品质量，太小时制品容易与型面粘附。一般是先将模腔表面加工到较小粗糙度，再对其进行打砂或喷砂，以形成均匀微沟或微坑储存微量空气。 （4）密封为了获取真空，必须设置压环使板材与模具型面间密封，并使其有足够的压紧力。,3.真空成型模具设计要点,19.2.1 真空成型,49,（5）抽气孔 孔径：取0.51.5mm，主要受板材厚度和材料影响，具体可按表19-2选取。 要求：气孔的大小既要保证迅速抽出板材与模具间的空气，又要保证成型后制品表面不留气孔痕迹。 抽气孔应设置在板材最后与型面贴合的部位，如型面的凹坑、角隅或轮廓复杂处。 孔间距：,3.真空成型模具设计要点,小型制品，气孔间距可取2030mm； 大型制品，此间距可适当增大。,19.2.1 真空成型,5