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1、第6章 气动成型工艺与模具结构 中空吹塑成型工艺与模具结构 6.1真空成型工艺与模具结构 6.2 压缩空气成型工艺与模具结构 6.36.1 中空吹塑成型工艺与模具结构 中空吹塑成型是将处于熔融状态的塑料型坯置于模具型腔内，使压缩空气注入型坯中将其吹胀,使之紧贴于模具型腔壁上，经冷却定型得到与模具型腔完全一致的中空塑件的加工方法。适用于中空吹塑成型的塑料有聚乙烯、聚氯乙烯、纤维素塑料、聚苯乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯等。最常用的是聚乙烯和聚氯乙烯。挤出吹塑成型是成型中空塑件的主要方法，挤出吹塑成型原理如图61所示。首先，由挤出机挤出管状型坯示；截取一段管坯趁热将其放于模具中，在闭合对开式模具的同时夹紧
2、型坯上下两端；然后用吹管通入压缩空气，使型坯吹胀并贴于型腔表壁成型；最后经过保压和冷却定型，便可排出压缩空气并开模取出塑件；挤出吹塑成型所用的设备和模具结构简单，投资少，操作容易，适于多种塑料的中空吹塑成型。但是塑件的壁厚不易均匀，生产效率较低。6.1.1 中空吹塑成型原理和分类 1挤出吹塑成型 2注射吹塑成型 注 射 吹 塑 成 型 的 原 理 如 图62所 示。首 先 注射 机 将 熔 融 塑 料 注 入 注 射 模 内 形 成 管 坯，管 坯 成型 在 周 壁 带 有 微 孔 的 空 心 凸 模 上；接 着 趁 热 移 至吹 塑 模 内；然 后 合 模 并 从 芯 棒 的 管 道 内 通
3、 入 压 缩空 气，使 型 坯 吹 胀 并 贴 于 模 具 的 型 腔 壁 上；最 后经 过 保 压、冷 却 定 型 后 放 出 压 缩 空 气 并 开 模 取 出塑件。注 射 吹 塑 成 型 的 优 点 是 壁 厚 均 匀 且 无 飞 边，不 需 要 后 续 加 工；由 于 注 射 型 坯 有 底，所 以 塑 件底 部 没 有 拼 合 缝，强 度 高，生 产 率 高。但 设 备 与模 具 的 投 资 较 大，这 种 成 型 方 法 多 用 于 小 型 塑 件的大批量生产。3注射拉伸吹塑成型 与 注 射 吹 塑 成 型 相 比，注 射 拉 伸 吹 塑 成 型 增加 了 延 伸 这 一 工 序。
4、注 射 拉 伸 吹 塑 最 典 型 的 产 品是线形聚酯饮料瓶。如 图63所 示 为 用 热 坯 法 注 射 拉 伸 吹 塑 成 型工 艺 过 程。首 先 将 注 射 成 型 的 有 底 型 坯 加 热 到 熔点 以 下 适 当 温 度 后 置 于 模 具 内，然 后 用 拉 伸 杆 进行 轴 向 拉 伸 后 再 通 入 压 缩 空 气 吹 胀 成 型。这 种 成型 方 法 省 去 了 冷 型 坯 的 再 加 热，所 以 节 省 能 源，同 时 由 于 型 坯 的 制 取 和 拉 伸 吹 塑 在 同 一 台 设 备 上进 行，所 以 占 地 面 积 小，生 产 易 于 连 续 进 行，自动化程
5、度高。还有一种是用冷坯法注射拉伸吹塑成型，即将注射好的型坯加热到适宜的温度后再将其置于吹塑模中进行拉伸吹塑的成型方法。采用冷坯法成型时，型坯的注射和塑件的拉伸吹塑成型分别在不同设备上进行。在拉伸吹塑之前，为了补偿型坯冷却散发的热量，需要进行二次加热，以确保型坯的拉伸吹塑成型。这种成型方法的主要特点是设备结构相对较简单。4片材吹塑成型 片 材 吹 塑 成 型 是 最 早 使 用 的 中 空 塑 件成 型 方 法，如 图64所 示。将 压 延 或 挤 出成 型 的 片 材 再 加 热，使 之 软 化，放 入 型腔，合 模 后 在 片 材 之 间 通 入 压 缩 空 气 而 成型出中空塑件。吹 胀
6、比 是 指 塑 件 最 大 直 径 与 型 坯 直 径 之 比，在 图75中，吹 胀 比 是D与d之 比.。这 个 比 值 实 际上 就 是 在 已 知 产 品 塑 件 尺 寸 的 情 况 下 确 定 型 坯 的外 径。通 常 吹 胀 比 取24，但 多 用2。吹 胀 比 过 大会使塑件壁厚不均匀，加工工艺条件不易掌握。吹 胀 比 表 示 了 塑 件 径 向 最 大 尺 寸 和 挤 出 机 头口 模 尺 寸 之 间 的 关 系。当 吹 胀 比 确 定 以 后，便 可根 据 塑 件 的 最 大 径 向 尺 寸 及 塑 件 的 壁 厚 确 定 机 头型 坯 口 模 的 尺 寸。机 头 口 模 与
7、芯 棒 的 间 隙 可 用 下式确定：t Br 6.1.2 中空吹塑成型制件的结构工艺性 1吹胀比 2延伸比 在 注 射 吹 塑 成 型 中，塑 件 的 长 度 与 型 坯 的 有效 长 度 之 比 为 延 伸 比，在 图75中，延 伸 比 是c与b之 比。图 中 有 螺 纹 的 瓶 颈 局 部 在 注 射 吹 塑 成 型 时作 为 夹 持 口，不 参 加 吹 塑 变 形。延 伸 比 确 定 后，就 可 以 确 定 型 坯 的 长 度。实 验 证 明，延 伸 比 越 大的 塑 件，塑 件 的 纵 向 和 横 向 强 度 越 高。在 生 产 中，一般取延伸比Sr（46）/Br。3螺纹 吹 塑 成
8、 型 的 塑 件 上 的 螺 纹，通 常 采 用梯 形 或 圆 形 截 面，而 不 采 用 细 牙 或 粗 牙 螺纹，这 是 因 为 细 牙 或 粗 牙 螺 纹 难 以 成 型。为 了 便 于 清 理 塑 件 上 的 飞 边，在 不 影 响 使用 的 前 提 下，螺 纹 可 制 成 断 续 状，即 在 分型 面 附 近 的 一 段 塑 件 上 不 带 螺 纹，如 图66所示，图（a）比图（b）更容易清理飞边。4圆角 吹 塑 件 的 侧 壁 与 底 部 的 交 接 及 壁 与 把手 交 接 等 处，不 允 许 设 计 成 尖 角，因 为 尖角 难 以 成 型，而 应 设 计 成 圆 弧 过 渡。
9、在 不影 响 造 型 及 使 用 的 前 提 下，圆 角 以 大 为 好，圆 角 大 则 壁 厚 均 匀，对 于 有 造 型 要 求 的 塑件，圆角可以减小。5塑件的支承面 在 设 计 塑 料 容 器 时，应 减 少 容 器 底 部的 支 承 外 表，特 别 要 减 少 结 合 缝 与 支 承 面的 重 合 局 部，因 为 切 口 的 存 在 将 影 响 塑 件放 置 平 稳。如 图67所 示，图（b）比 图（a）设计得合理。6脱模斜度和分型面 由于吹塑成型不需要凸模，所以脱模斜度即使为零也能脱模。但是外表带有皮革纹的塑件，脱模斜度必须在1/15以上。吹塑成型模具的分型面一般设在塑件的侧面。对
10、于矩形截面的容器，为了防止壁厚不均匀，有时将分型面设在对角线上。吹 塑 模 通 常 是 对 开 式 的，对 于 大 型 挤 出吹 塑 模 或 连 续 自 动 生 产 的 注 射 吹 塑 模 一 般 要设置冷却水道，用于对模具的冷却。从模具的结构及工艺方法上看，吹塑模可分为上吹口和下吹口两类。图68所示为典型的上吹口挤出吹塑模具，压缩空气由模具上端吹入模腔；图69所示为典型的下吹口挤出吹塑模具，使用时，型坯套在底部芯轴上，合模后压缩空气从芯轴吹入模腔。6.1.3 中空吹塑成型模具的结构 1夹坯口 夹 坯 口 也 称 为 切 口，挤 出 吹 塑 过 程 中，模 具在 闭 合 的 同 时 需 将 型
11、 坯 封 口 并 将 余 料 切 除，因 此在 模 具 的 相 应 部 位 要 设 置 夹 坯 口。例 如 吹 塑 加 仑桶 的 底 部、上 部 及 手 把 之 处，塑 料 药 瓶 的 底 部 及上 部 螺 纹 处 等，均 要 在 模 具 上 做 出 较 窄 的 夹 坯 口（切 口），以 便 把 多 余 型 坯 切 除。瓶 底 夹 坯 口 的形 状 和 尺 寸 如 图610所 示，夹 坯 区 的 深 度h可 选择 型 坯 厚 度 尺 寸 的23倍，夹 坯 口 的 斜 角选 择1545，切 口 的 宽 度b对 于 小 型 吹 塑 模 可 取1mm，对于中、大型吹塑模可取mm。2余料槽 余 料 槽
12、 的 作 用 是 储 存 被 夹 坯 口 切 除 的 余 料，以 免 余 料 被 夹 在 分 型 面 上，影 响 塑 件 的 尺 寸 和 形状。余 料 槽 通 常 设 置 在 夹 坯 口 的 两 侧，如 图 图68、图69所 示。余 料 槽 的 大 小 应 依 据 型 坯 被 夹 持后 余 量 的 宽 度 和 厚 度 来 确 定，以 模 具 能 严 密 闭 合为准。3排气孔槽 模 具 合 模 后，型 腔 呈 封 闭 状 态。在 吹 胀 坯 型时，应 考 虑 吹 胀 坯 型 时 模 具 内 原 有 气 体 的 排 除 问题。如 果 排 气 不 良 会 使 塑 件 外 表 出 现 斑 纹、麻 坑，
13、以 及 成 型 不 完 整 等 缺 陷。所 以，吹 塑 模 应 该 设 置一 定 数 量 的 排 气 孔。排 气 孔 一 般 开 设 在 型 腔 的 凹坑、尖 角 处 以 及 最 后 贴 模 的 地 方，排 气 孔 的 直 径通 常 取0.5 mm。此 外，在 分 型 面 上 开 设 宽 度 为1020mm、深 度 为0.030.05mm的 排 气 槽 也 是 排气的主要方法。4模具的冷却 中 空 吹 塑 成 型 时，模 具 温 度 一 般 应 操 作在2050，对 于 大 型 模 具，可 以 采 用 箱 式冷 却，即 在 型 腔 背 后 铣 出 一 个 空 槽，再 用 一块 板 盖 上，中
14、间 加 上 密 封 件。对 于 小 型 模 具，可以开设冷却水通道进行冷却。5模具外表粗糙度 中空吹塑成型时气压不大，而且是二次成型，因此对型腔粗糙度的要求比注射模要求低。模具外表不过分光滑可以储存微量空气，反而会有利于脱模，所以通常用喷砂的方法处理模具的型腔。吹塑模的型腔局部一般用铝合金制造，这是因为一方面吹塑成型的模腔压力不大，通常多为0.20.7MPa，而另一方面铝合金具有良好的热传导性能，而且可以采用铸造成型、重量也轻。但是，在吹口及夹坯口等处应选用钢材进行模具镶拼。铝合金虽然有许多优点，但因其硬度低，耐磨性差，会影响模具寿命。近年来随着吹塑技术的不断开展，在大批量生产中，采用碳素钢与
15、合金结构钢制造吹塑模的情况也越来越多。6.1.4 中空吹塑成型模具的材料 6.2 真空成型工艺与模具结构 真空成型是把热塑性塑料板、片固定在模具上，用辐射加热器进行加热至软化温度，然后用真空泵把板材或片材和模具之间的空气抽掉，从而使板材或片材贴在模腔上而成型。冷却后，借助压缩空气使塑件从模具中脱出。适用于真空成型的塑料有聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚乙烯等。凹模真空成型是一种最常用、最简单的成型方法，如图611所示，把塑料板固定并密封在模腔的上方，将加热器移到塑料板上方将塑料板加热至软化，然后移开加热器，在型腔内抽真空，塑料板就贴在凹模型腔上，冷却后由抽气孔通入压缩空气将成型好的塑件吹出。用这种方法成
16、型的塑件外外表尺寸精度高，一般用于成型深度不大的塑件。如果塑件深度很大时，特别是小型塑件，其底部转角处就会明显变薄。6.2.1 真空成型原理和分类1凹模真空成型 凸模真空成型如图612所示。被夹紧的塑料板在加热器下加热软化，接着软化的塑料板下移，象帐篷似的覆盖在凸模上，最后抽真空，塑料板紧贴在凸模上成型。在凸模真空成型过程中，由于冷的凸模首先与板料接触，所以其底部稍厚。这种成型方法多用于有凸起形状的薄壁塑件，成型得到的塑件的内外表尺寸精度较高。2凸模真空成型 凹凸模先后抽真空成型如图613所示。首先把塑料板紧固在凹模上加热，塑料板软化后将加热器移开，然后通过凸模吹入压缩空气，而凹模抽真空使塑料
17、板鼓起，最后凸模向下插入鼓起的塑料板中并且从中抽真空，同时凹模通入压缩空气，使塑料板贴附在凸模的外外表而成型。用这种方法成型的塑件壁厚比较均匀，适用于成型深型腔塑件。3凹凸模先后抽真空成型 吹泡真空成型如图614所示。首先将塑料板紧固在凹模模框上，并用加热器对其加热，待塑料板加热软化后移开加热器，压缩空气通过模框吹入把塑料板吹鼓后将凸模顶起，停止吹气，凸模抽真空，塑料板紧贴附在凸模上成型。这种成型方法的特点与凹凸模先后抽真空成型基本类似。4吹泡真空成型 柱塞延伸法真空成型如图615所示。首先将固定于凹模上的塑料板加热至软化状态，接着移开加热器，用柱塞将塑料板推下，这时凹模里的空气被压缩，软化的
18、塑料板由于柱塞的推力和型腔内封闭的空气移动而延伸，然后凹模抽真空而成型。这种成型方法使塑料板在成型前先延伸，壁厚变形均匀，主要用于成型深型腔塑件。但是在塑件上会残留有柱塞痕迹。5柱塞延伸法真空成型 带有气体缓冲装置的真空成型如图616所示，这是柱塞和压缩空气并用的形式。把塑料板加热后和模架一起轻轻地压向凹模，然后向凹模腔吹入压缩空气，把加热的塑料板吹鼓，多余的气体从板材与凹模的缝隙中逸出，这时板材就处于两个空气缓冲层之间，柱塞逐渐下降，最后柱塞内停吹压缩空气，凹模抽成真空，塑料板贴附在凹模型腔上成型，同时柱塞升起。这种方法成型出的塑件壁厚较均匀并且可以成型较深的塑件。6带有气体缓冲装置的真空成
19、型 采用真空成型的塑料在处于高弹状态，成型压力较小，因此成型冷却收缩率较大，所以塑件很难得到较高的尺寸精度。塑件在形状上不应有过多的凸起和较深的沟槽，因为这些地方成型后会使该处壁厚太薄而影响强度。6.2.2 真空成型制件的结构工艺性1塑件几何形状与尺寸精度 塑件深度与宽度之比称为引伸比。引伸比在很大程度上反映了塑件成型的难易程度，即引伸比越大，塑件成型越困难。引伸比与塑件厚度的均匀程度有关，引伸比过大会使最小壁厚变得非常薄，这时应选较厚的塑料板材或片材来成型。引伸比还和塑料的品种、成型方法有很大关系，引伸比一般采用0.51，最大也不应超过1.5。2引伸比 真空成型的塑件在角落处容易发生壁厚变薄
20、及应力集中现象，所以转角处应以圆角过渡，并且圆角半径应尽可能大，最小不能小于塑料片材的厚度。3圆角 与其他模具一样，真空成型也需要脱模斜度。塑件的斜度范围一般为14，斜度大不仅脱模容易，而且也能使壁厚不均匀的状况得到改善。4脱模斜度 真空成型的塑件在最薄弱的截面上应该设置加强肋，这样可以减少型坯的厚度，缩短加热时间，降低塑件本钱。加强肋应该沿着塑件外形或面的方向配置。5加强肋 真空成型模具的型腔尺寸要考虑塑料的收缩率，其计算方法与注射模型腔尺寸的计算方法相同。影响塑件尺寸精度的因素较多，除了型腔的尺寸精度、成型方法外，还与成型温度、模具温度和塑件原材料的品种等有关，因此要预先较精确地计算出收缩
21、率是困难的。如果生产的批量较大、尺寸的精度要求又较高，最好先用石膏模型做抽真空成型的工艺试验，测出其收缩率，并以此作为计算模具型腔尺寸的依据。6.2.3 真空成型模具的结构 1型腔尺寸 抽 气 孔 的 大 小 要 适 合 成 型 塑 件 的 需 要，一 般情 况 下，对 于 流 动 性 好、厚 度 薄 的 塑 料 板 材，抽气 孔 要 小 些，反 之 可 大 些。一 般 常 用 的 抽 气 孔 直径 是0.51mm，最 大 抽 气 孔 直 径 尺 寸 不 应 超 过 板材厚度的50。抽气孔的位置应位于塑料板材最后贴模的地方，孔间距要视成型塑件的形状和大小而定。对于小型塑件，抽气孔的间距可在20
22、30mm之间选取，而对大型塑件则应适当增加间距。在塑件轮廓复杂的地方，抽气孔的位置可适当地安排得密一些。2抽气孔 真空成型模具的外表粗糙度的要求与吹塑成型模具外表粗糙度的要求相类似，一般也是外表加工好以后进行喷砂处理。3型腔外表粗糙度 在抽真空成型时，为了使型腔外面的空气不进入真空室，在塑料板材与模具接触的边缘应该设置密封装置。对平直分型面，将塑料板材与模具接触面进行密封比较容易，而对于曲面或折面分型面，密封会有一定的难度。4边缘密封结构 对 于 真 空 成 型 的 塑 料 板 材，通 常 采 用 电 阻 丝或 红 外 线 加 热，其 中 电 阻 丝 加 热 的 温 度 可 达350450。不
23、 同 塑 料 板 材 所 需 的 成 型 温 度 也 不 同，一般 是 通 过 调 节 加 热 器 和 板 材 之 间 的 距 离 来 实 现，通常采用的调节距离为80100mm。塑 件 的 冷 却 一 般 不 仅 仅 依 靠 与 模 具 接 触 后 的自 然 冷 却，要 增 设 风 冷 或 水 冷 装 置 加 速 冷 却。风冷 设 备 简 单，只 要 用 压 缩 空 气 喷 即 可。水 冷 可 采用喷雾式，或在模内开设冷却水道通水冷却。5加热、冷却装置 对 于 试 制 或 小 批 量 生 产，可 选 用 木 材 或 石 膏作 为 模 具 材 料。木 材 易 于 加 工，易 于 修 改，但 容
24、易 变 形，外 表 粗 糙 度 差，这 将 影 响 塑 件 的 外 表 质量。用 环 氧 树 脂、酚 醛 树 脂 制 作 塑 料 真 空 成 型 模具，加 工 容 易、生 产 周 期 短、修 整 方 便，而 且 强度 较 高，相 对 于 木 材、石 膏 等 材 料 制 成 的 真 空 成型模具而言，适合于批量较大的塑件的生产。6.2.4 真空成型模具的材料 1非金属材料 金属材料适合于制作大批量、高效率生产的真空成型模具，常用的金属有铝、铜、锌合金等，其中铝合金的导热性能好，容易加工，不易生锈和被腐蚀，所以使用最多。2金属材料 6.3 压缩空气成型工艺与模具结构 压缩空气成型过程是借助空气的压
25、力，将加热软化的塑料板压入型腔而成型的方法。压缩空气成型的工艺过程如图617所示。压缩空气成型原理与真空成型相似，不同之处在于前者主要依靠压缩空气成型塑件，而后者主要依靠抽真空吸附成型塑件。在真空成型时，很难到达对板材施加0.1 MPa以上的成型压力。而用压缩空气成型，可以对板材施加1 MPa以上的成型压力。此外，压缩空气成型采用加热板（可固定在上模座上）对模内板材加热，以及采用型刃切除塑件周边余料，所以能够成型厚度较大的板材，且塑件精度、外表质量通常也比真空成型好。6.3.1 压缩空气成型原理和分类 压 缩 空 气 成 型 模 具 的 结 构 如 图618所 示。它与 真 空 成 型 模 具
26、 在 结 构 上 的 主 要 不 用 点 在 于：压缩 空 气 成 型 模 具 上 增 加 了 型 刃，塑 件 成 型 后 可 在模 具 上 把 余 料 切 断；加 热 板 是 模 具 的 组 成 局 部，可 以 与 塑 料 板 材 接 触 加 热，加 热 效 果 好，加 热 时间短。6.3.2 压缩空气成型模具 1压缩空气成型模具的结构 压 缩 空 气 成 型 也 可 分 为 凹 模 成 型 和 凸 模 成 型两 大 类。凸 模 成 型 消 耗 板 材 多 并 且 不 易 安 装 切 边装 置，所 以 相 对 采 用 较 少，所 以，压 缩 空 气 成 型主要采用凹模成型。压 缩 空 气 成
27、 型 的 塑 件 的 壁 厚 不 宜 太 大，因 为塑 件 的 壁 厚 增 大，塑 料 板 材 的 厚 度 就 越 大，需 要的 成 型 压 力 就 越 大，供 压 设 备 费 用 也 会 随 之 增 大。通 常 塑 料 片 材 的 厚 度 不 超 过8mm，一 般 在15mm范围内选用。谢谢观看/欢送下载BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES.BY FAITH I BY FAITH