真空吸塑成型基本原理

1、真空吸塑成型基本原理、真空吸塑成型原理真空吸塑成型工藝（圖2-1 ）是一種熱成型加工方法。利用熱塑性塑料片材，制造開(kāi)口殼 體制品的一種方法。 將塑料片材裁成一定尺寸加熱軟化，借助片材兩面的氣壓差或機(jī)械壓力，使其變形后覆貼在特定的模具輪廓面上，經(jīng)過(guò)冷卻定型，并切邊修整。真空吸塑成型這種成型方法是依靠真空力使片材拉伸變形。真空力容易實(shí)現(xiàn)、掌握與控制，因此簡(jiǎn)單真空成型是出現(xiàn)最早，也是目前應(yīng)用最廣的一種熱成型方法。圖2-1基本原理示意圖1加熱2片材二、吸塑無(wú)模成型真空無(wú)模成型過(guò)程如圖 2-2所示，將片材加熱到所需溫度后，置于夾持環(huán)上，用壓環(huán)壓緊，打開(kāi)真空泵閥門(mén)抽真空，通過(guò)光電管控制真空閥調(diào)節(jié)真空度，直

2、到片材達(dá)到所需的成型深度為止。由于自由真空成型法中制件不接觸任何模具表面，制件表面光澤度高，不帶任何瑕疵。如果塑料本自身是透明的，制件可以具有最小的光吸收率和透明性，故可用于制造飛機(jī)部件如儀器罩和天窗等。真空無(wú)模成型法在成型過(guò)程中只能改變制件的拉伸程度和外廓形狀，因此不能成型外型復(fù)雜的制件。另外，成型過(guò)程中，隨著拉伸程度的增大，最大變形區(qū)（即片材中心）的厚度不斷減 小，因此實(shí)際生產(chǎn)中拉伸比（H/D ） 一般應(yīng)小于 75%。在運(yùn)用此法進(jìn)行加工時(shí)，操作員必須有熟練的技巧，調(diào)節(jié)好真空度，以得到符合設(shè)計(jì)要求 的輪廓和尺寸一致的產(chǎn)品。三、吸塑陽(yáng)模（凸模）和吸塑陰模（凹模）成型對(duì)于真空吸塑成型，受熱的材料

3、僅有一面與成型工具相接觸。這樣，材料與模具相接的面就具有與成型模具完全相同表面輪廓。而成型制件的未接觸面的輪廓和尺寸就只有取決于材料的 厚度。根據(jù)成型材料與成型模具的接觸面的不同，成型過(guò)程可分為陽(yáng)模和陰模成型。圖2-2無(wú)模真空吸塑成型裝置圖2-3無(wú)模真空吸塑成型壁厚分布成型模允許牽伸比單陽(yáng)模單陰模用柱塞協(xié)助成型>0.5>1>1表2-1 不同模具所允許的拉伸比真空吸塑陽(yáng)模成型工藝過(guò)程如（圖2-4 ）所示。本法對(duì)于制造壁厚和深度較大的制品比較有利。制品的主要特點(diǎn)是：與真空陰模成型法一樣，模腔壁貼合的一面質(zhì)量較高，結(jié)構(gòu)上也比較 鮮明細(xì)致。壁厚的最大部位在陽(yáng)模的頂部，而最薄部位在陽(yáng)模

4、側(cè)面與底面的交界區(qū)，該部位也是最后成型的部位，制品側(cè)面常會(huì)出現(xiàn)牽伸和冷卻的條紋，造成條紋的原因在于片材各部分貼合模而在后繼的相關(guān)過(guò)程中，其牽伸行為面的時(shí)候有先后之分。先與模面接觸的部分先被模具冷卻, 較未冷卻的部位弱。這種條紋通常在接近模面頂部的側(cè)面處最高。圖2-4陽(yáng)（陰）模成型真空吸塑陰模成型工藝過(guò)程如圖（圖2-5 ）所示。真空陰成型法生產(chǎn)的制品與模腔壁貼合的一面質(zhì)量較高，結(jié)構(gòu)上也比較鮮明細(xì)致，壁厚的最大部位在模腔底部，最薄部位在模腔側(cè)面與底面的交界處，而且隨模腔深度的增大制品底部轉(zhuǎn) 角處的壁就變得更薄。因此真空陰模成型法不適于生產(chǎn)深度很大的制品圖2-5陰（陽(yáng)）模成型對(duì)于吸塑陽(yáng)模成型，制件的

5、內(nèi)尺寸是很精確的，因?yàn)樗桥c真空吸塑成型工具相接的一面。 相反，對(duì)于陰模成型，制品的外尺寸是很精確的， 因?yàn)槠渫獠颗c真空吸塑成型模具相接觸如（圖 2-6 ）。圖2-6a陽(yáng)模成型（簡(jiǎn)圖）和 b陰模成型（簡(jiǎn)圖）1-厚部位；2-薄部位；3-成品的內(nèi)尺寸；4-外尺寸對(duì)于吸塑陽(yáng)模制件我們必須注意如下問(wèn)題： 在使用高的角式模具進(jìn)行加工時(shí)，特別是當(dāng)模具與夾持框架間的距離很大時(shí)，容易產(chǎn) 生皺褶（圖2-7） 在角落處容易產(chǎn)生冷卻條紋（圖 2-7）; 在凸緣處壁厚不均勻（圖 2-7）; 由于側(cè)壁斜度不夠而使脫模困難； 在成型區(qū)（夾持?？颍┒嗲荒＞叩那都拖聤A持器之間會(huì)產(chǎn)生小的縫隙; 陽(yáng)模成型模具通常比陰模價(jià)格低廉

6、。圖2-7陽(yáng)模制件中的缺陷及其典型特征（簡(jiǎn)圖）1- 冷卻痕跡；2-皺褶；3-薄部位；4-厚部位對(duì)于吸塑陰模制件我們必須注意其（圖2-8）:厚的邊緣；均勻的邊緣厚度；薄的角隅；單陰模有很好的脫模性；陰模模具通常比陽(yáng)模價(jià)格高。但是，對(duì)于每一種情況之中的不利影響都可以通過(guò)采用適當(dāng)?shù)募庸し椒▉?lái)降低。圖2-8陰模制件的典型特征1-均勻的邊緣；2-薄的角隅四、吸塑機(jī)器基本裝置1 .夾緊設(shè)備塑料片材成型時(shí)，片材被固定在夾緊裝置上。在真空吸塑成型的通用型機(jī)和復(fù)合型的熱成 型機(jī)上多采用便于固定各種尺寸片材的夾緊裝置。有的是整個(gè)成型機(jī)配一套夾緊框架夾緊裝置可分為兩類(lèi)：一類(lèi)是框架式，另一類(lèi)是分瓣式?？蚣苁綂A緊裝置由

7、上、下兩個(gè)框架組成。片材夾在兩個(gè)框架之間?？蚣艽蜷_(kāi)時(shí)，下框架一般保持固定狀態(tài)。各種類(lèi)型單工位成型機(jī)上框架的下部直接固定在成型室上。用手裝型坯和成品取出的手動(dòng)和半自動(dòng)成型機(jī)上，當(dāng)框架尺寸很大時(shí)，都裝有在框架打開(kāi)范圍內(nèi)的安全操作裝置。對(duì)成型滑移性較大的型坯，要求夾緊力 能在比較寬的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，為此，采用兩個(gè)包膠輾，用彈簧相互壓緊，并配有壓力調(diào)節(jié)裝置。連 續(xù)拉片成型機(jī)的夾緊是兩邊拉鏈與前后閘的共同作用。夾緊裝置最好采用自動(dòng)控制，以期動(dòng)作迅速，可有助于提高制件質(zhì)量和效率。2 .吸塑加熱設(shè)備熱塑性塑料片材和薄膜的真空吸塑成型過(guò)程，主要工序之一就是片材加熱，讓片材軟化成可塑性的設(shè)備。電加熱的持續(xù)時(shí)間和質(zhì)量

8、取決于加熱器的結(jié)構(gòu)，輻射表面后溫度傳熱的熱慣性， 片材與加熱器間的距離，輻射能吸收系數(shù)，加熱器表面的特性以及材料的熱物理性能。常用的加熱器有電加熱器、晶體輻射器和紅外線加熱器。3 .吸塑真空設(shè)備真空系統(tǒng)由真空泵、儲(chǔ)氣罐、閥門(mén)、管路以及真空表等組成，在真空成型中常采用單獨(dú)機(jī) 型真空泵，此種泵的真空度應(yīng)達(dá)到0.070.09 Mpa( 520mmHg )以上。儲(chǔ)氣罐一般是用薄鋼板焊接的圓柱形箱體，底是橢圓形的。蓄氣罐的容量至少應(yīng)比最大成型室的容量大一半。真空 管路上，必須裝有適當(dāng)?shù)拈y門(mén)，以控制真空窄容量。真空泵的轉(zhuǎn)動(dòng)功率由成型設(shè)備的大小和成型速度決定，較大或成型速度較快的設(shè)備常用大至24KW 的。真

9、空中央系統(tǒng)的大小視工廠具體生產(chǎn)和發(fā)展的要求而定。4 .吸塑壓縮空氣設(shè)備氣動(dòng)系統(tǒng)可由成型機(jī)自身帶有壓縮機(jī)、儲(chǔ)氣罐、車(chē)間主管路集、閥門(mén)等組成。成型機(jī)需要壓力為0.60.7MPa的壓縮空氣，各種真空吸塑成型機(jī)廣泛采用活塞式空氣壓縮機(jī)。也可以用大型的螺旋式空氣壓縮機(jī)整廠供給。壓縮空氣除大量應(yīng)于成型外，還有當(dāng)一部分用于脫模、初制品的外冷卻和操縱模具框架和運(yùn)轉(zhuǎn)片材等機(jī)件動(dòng)作的動(dòng)力。5 .吸塑冷卻設(shè)備為了提高生產(chǎn)效率，真空吸塑成型制品脫模前常需進(jìn)行冷卻。理想的情況是制件與模具接觸的內(nèi)表面和外表面都冷卻，而且最好采用內(nèi)裝冷卻盤(pán)管的模具。對(duì)于非金屬模具，如木材、石膏、玻璃纖維增強(qiáng)塑料、環(huán)氧樹(shù)脂等模具，因無(wú)法用水

10、冷，可改用風(fēng)冷，并可另加水霧來(lái)冷卻真 空吸塑成型制件的外表面。生產(chǎn)中若采用自然冷卻可以獲得退火制件，有利于提高制件的耐沖擊性。用水冷卻雖然生產(chǎn)效率高，但制件內(nèi)應(yīng)力較大。6 .吸塑脫模設(shè)備脫模是將制品移出模外，通常無(wú)論是凹模還是凸模，多數(shù)場(chǎng)合是由于制品冷卻收縮而貼緊模具，所以通過(guò)真空吸引孔或向相反方向吹風(fēng)使之脫模。尤其對(duì)于脫模斜度小的或有凹模的模具，同時(shí)使用脫模機(jī)構(gòu)頂撞或震蕩脫模。7 .吸塑控制設(shè)備控制系統(tǒng)一般包括對(duì)真空吸塑成型成型、整飾等過(guò)程中包括儀器、儀表、管道、閥門(mén)各個(gè)參數(shù)和動(dòng)作進(jìn)行控制?？刂品绞接惺謩?dòng)、電氣-機(jī)械自動(dòng)控制、電腦控制等，具體選用要根據(jù)最初投資人工費(fèi)、技術(shù)要求、原料費(fèi)用、生產(chǎn)

11、和維修設(shè)備費(fèi)用等因素綜合考慮。五、吸塑有效成型壓力除了成型溫度、模具溫度和牽伸作用的影響外，真空吸塑成型制件的成型精度還主要依賴(lài)于熱制件與模具之間的有效接觸壓力。？?？模具在預(yù)牽伸的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一定的接觸壓力（圖2-9a ） o而制品成型時(shí)，若在接觸處抽真空或者使用柱塞的機(jī)械壓力，又就會(huì)產(chǎn)生一定的成型壓力。這也就是說(shuō)接觸處的有效壓力是牽伸產(chǎn)生的接觸壓力和由真空或柱塞的機(jī)械壓力產(chǎn)生的成型壓力之和。對(duì)于其他的區(qū)域，成型材料在預(yù)成型之后未與模具相接觸，有的甚至阻礙牽伸。 這些區(qū)域其有效接觸壓力等于成型壓力和成型材料成型時(shí)產(chǎn)生的反向壓力之差（圖2-9 ）。圖2-9由材料的成型壓力和反向壓力之和得出有效

12、成型壓力的簡(jiǎn)圖a 和b陽(yáng)模；c和d陰模（+ ）模具面積，在該面積區(qū)域材料的有效成型壓力因接觸壓力而增加；（-）模具面積，在該面積區(qū)域有效成型壓力因成型材料的反向壓力而降低對(duì)于模壓成型（陽(yáng)模）通常的成型壓力：大面積模制件 0.20.3MPa （ 23bar ）；小的制件高達(dá)0.7MPa （ 7bar ）。?對(duì)于真空成型，成型壓力較低，且主要取決于的大氣壓力。?在海拔高度為。時(shí)，當(dāng)使用高質(zhì)量的真空泵時(shí)，模塑壓力可達(dá)到約 0.O98MPa （ 0 . 98bar ）。?由于真空產(chǎn)生的壓力等于成型材料一側(cè)所受到的大氣壓與另一側(cè)產(chǎn)生的真空的壓差，所以接觸壓力就取決于空氣壓力和密封度。因此，即使使用最好的

13、真空泵，隨海拔高度的增大，成型壓力也會(huì)不斷降低（圖 2-10 ）。六、吸塑成型面積、切入面積、夾持邊緣夾持框表面內(nèi)部寬度大小范圍區(qū)域的面積被稱(chēng)為成型面積（圖2-11 ）。切人面積就是指在成型過(guò)程中發(fā)生牽伸的區(qū)域的面積。它依賴(lài)于制件的規(guī)格，而與夾持邊緣是否需要加熱無(wú)關(guān)。？?？應(yīng)用如下：成型材料未受熱的區(qū)域（如未受熱的夾持邊緣）不收縮，而成型的部分則在成型后收縮； 但是不同收縮的區(qū)域會(huì)造成模塑物的變形。對(duì)于實(shí)際應(yīng)用的意義：若制件的夾持邊緣在脫模后立即就被切斷，那么它就不必進(jìn)行加熱；若夾持邊緣留在制件上（無(wú)修邊成型過(guò)程），夾持邊就必須加熱到材料的Tg以上。圖2-10成型機(jī)器的海拔局度對(duì)真空成型中的空

14、氣壓力的影響tbarO I MPaI 9 g 7 6 5 0 &o oaO oo o Q O 壹 w>Fr10002000300040005000海拔高度/ mm七、吸塑廢料（邊料）面積和廢料比率掌握廢料分寸，對(duì)成本核算有著重要意義。成型制品四周的切邊余量是沒(méi)有精確數(shù)據(jù)的，因?yàn)樗鼤?huì)由拉伸情況影響。我們利用以下著個(gè)案例來(lái)分析：例：計(jì)算成型矩形盒（如圖2-12）高200mm，模具底面積（430x950） mm2 ,制品在模具底平面四周延伸 10mm 邊位剪切（即產(chǎn)品尺寸440x960mm2）,若用料片坯面積（610x1200） mm2，夾持邊緣四邊各 20mm ,求此種情況時(shí)的廢料比

15、。圖2-11 成型面積和切人面積a對(duì)于陽(yáng)模成型，成型面積等于切人面積；b在吸塑陽(yáng)模成型中由于附加的保護(hù)物的作用而使切人面積減??；c 在陰模成型中規(guī)定的加工切人面積L B-成型區(qū)域；Ll B1-切人面積；？-夾持邊緣；E-陽(yáng)模成型中牽伸起始處（壁厚發(fā)生變化）圖2-12矩形盒用料制品簡(jiǎn)圖（右邊為裁邊后的成品圖）AB- 模具底面，C-高度，L1和L2-模具延伸到片坯邊緣的長(zhǎng)度，D-夾持邊緣片材的廢料由夾持邊緣面積和經(jīng)成型拉伸裁出制品后的片坯面積組成，最主要是計(jì)算經(jīng)過(guò)拉伸后，出制品后還剩余多少份量的邊料。注：吸塑裁邊面積一制品的剪口面積根據(jù)此公式計(jì)算：成型/型腔面積=(610-20x2)(1200-2

16、0x2)/(430x950+430x200x2+950x200x2)+(610-20x2)(1200-20x2)- 430x950) = 66120/1174720 =0.056廢料面積=0.056x(610-20x2)(1200-20x2)-440x960+610x1200-(610-20x2)(1200-20x2)=142353.2 mm2廢料比率 =142353.2/(610x1200) =0.194 或 19.4 %八、吸塑排氣面、排氣孔、排氣槽、槽口在真空吸塑成型加工過(guò)程中，為了除去塑料材料與模具之間所存留的氣體，模具必須是能排氣的或有足夠的排氣孔或排氣槽；這可以使空氣通過(guò)抽氣裝置（

17、或轉(zhuǎn)移）快速的除去。具體的設(shè)計(jì)將在模具設(shè)計(jì)章節(jié)詳細(xì)介紹。九、吸塑脫模斜度對(duì)于陽(yáng)模成型，制品會(huì)收縮而緊貼在模具上，而對(duì)于單腔陰模成型，制品收縮后可以脫離模具表面。為了能夠脫模，模具側(cè)面必須具有一定的傾斜度。在脫模方向上，模具側(cè)面的傾角被稱(chēng)為脫模斜度（見(jiàn)圖 2-13 ）。脫模斜度應(yīng)該取得盡可能大。脫模斜度越大，脫模越快，成型周期越短，而且在脫模的過(guò)程中制品變形的可能性小。單陽(yáng)模和單陰模的脫模斜度一般為：a=3o -5o ;對(duì)于收縮率< 0.5 %的和慢速脫模 a > 0.50。圖2-13脫模斜度a 單陽(yáng)模；b單陰模十、吸塑成型比和牽引比成型比（圖2-14 ）是指制品的最大抽拔深度 H與

18、成型面B之比，或與成型面直徑 D之 比。成型比并不能準(zhǔn)確反映出牽伸比。成型比可根據(jù)圖2-14 得到。吸塑成型面積：L B ,當(dāng)L > B （長(zhǎng)方形模制品）成型比：H : B （長(zhǎng)方形）或 H :D （圓形模制品）牽伸比是指模件修邊前的表面（不含夾持邊），與成型面積之比，其結(jié)果根據(jù)圖2-15。牽伸比S = F2/ F1式中F1不含夾持邊的最初成型材料面積；F2制品的模塑面積牽伸比可以在最大牽伸處用一測(cè)定實(shí)際牽伸比的技巧：對(duì)于幾何形狀非常復(fù)雜的模制品，個(gè)軟尺很容易地進(jìn)行測(cè)定（見(jiàn)圖2-16 ）。寬度B方向的牽伸比= 卷尺測(cè)量尺寸/寬度圖2-14 成型比a和b不同幾何體的成型比 H : B ;

19、c 圓形幾何體的成型比圖2-15用于計(jì)算壁厚的制件尺寸圖2-16 某塑件寬度B方向的牽伸比成型的牽伸比不宜過(guò)大，實(shí)際生產(chǎn)中選用牽伸比時(shí)不超過(guò)1/3為宜，否則轉(zhuǎn)角、底部的部位將急劇變薄，甚至成型不了。成型時(shí)，造成制品厚薄不均的主要原因是片材各部分所受的拉伸情況不同，一般來(lái)說(shuō)，陽(yáng)模成型時(shí)，易造成頂部過(guò)厚，兩側(cè)逐漸變??；陰模成型時(shí)，口徑部位過(guò)厚兩側(cè)延至底部變薄，特 別側(cè)面與底部的轉(zhuǎn)角部位最薄。牽伸比應(yīng)控制在一個(gè)極限范圍內(nèi)如果采用單陰模成型時(shí)牽伸比通常不超過(guò)0.5 ;采用單陽(yáng)模成型時(shí)拉伸比可以適當(dāng)增大，如果采取柱塞協(xié)助成型，牽伸比可以更大些。十一、吸塑壁厚計(jì)算、吸塑成型制件當(dāng)未成型材料的厚度已知時(shí)，我

20、們可以粗略地估計(jì)出吸塑成型制件的厚度。由于制件的設(shè)計(jì)壁厚和最終成型壁厚的不規(guī)則分布，最終的計(jì)算結(jié)果要考慮士30 %的壁厚分布。對(duì)于這種計(jì)算，必須假定材料的體積在整個(gè)成型的過(guò)程中保持不變。因而有如下成立：V1 = V2這樣：F1 si = F2 s2從而：s2 = F1/F2 si式中VI 一不含夾持邊緣的材料體積；V 2熱成型制件的體積；F 1 一不含夾持邊緣的材料面積；F 2制件表面積；s1原材料厚度；s2制件壁厚。壁厚計(jì)算示例：1. 長(zhǎng)方形成型制件的壁厚的確定根據(jù)圖3-21 ,有如下尺寸：a= 800mm, b=500mm, c = 400mm, L=880mm, B=580mm用這些數(shù)據(jù)計(jì)算面積和面積比得：F1 = L B = 510400mm2F2 = L B + 2bc + 2ac = 1550400 mm2F1/F2 =0.3293? F2/F1 =3.0367對(duì)于原材料厚度 s1=4 mm,且厚度均勻分布的成型制件，其壁厚：s2 = F1/F2 s1 = 0.3292X4mm = 1.32mm由于成型制件的壁厚的波動(dòng)不均一，實(shí)際上制品的厚度分布在0.91.7mm 之間s2act = s2 士 30% = 1.3mm 士 0.4mm0.91.7mm若制件壁厚指定，所需材料的厚度