6第六章 氣動成型工藝與模具結(jié)構(gòu)

第6章氣動成型工藝與模具結(jié)構(gòu)中空吹塑成型工藝與模具結(jié)構(gòu)6.1真空成型工藝與模具結(jié)構(gòu)6.2壓縮空氣成型工藝與模具結(jié)構(gòu)6.3課件制作：袁正東6.1中空吹塑成型工藝與模具結(jié)構(gòu)中空吹塑成型是將處于熔融狀態(tài)的塑料型坯置于模具型腔內(nèi)，使壓縮空氣注入型坯中將其吹脹,使之緊貼于模具型腔壁上，經(jīng)冷卻定型得到與模具型腔完全一致的中空塑件的加工方法。適用于中空吹塑成型的塑料有聚乙烯、聚氯乙烯、纖維素塑料、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。擠出吹塑成型是成型中空塑件的主要方法，原理如圖6－1所示。先由擠出機(jī)擠出管狀型坯示；截取一段管坯趁熱將其放于模具中，在閉合對開式模具的同時(shí)夾緊型坯上下兩端；6.1.1中空吹塑成型原理和分類1．?dāng)D出吹塑成型后用吹管通入壓縮空氣，使型坯吹脹并貼于型腔表壁成型；最后經(jīng)過保壓和冷卻定型，排出空氣并開模取件。

擠出吹塑成型所用的設(shè)備和模具結(jié)構(gòu)簡單，投資少，操作容易，適于多種塑料的中空吹塑成型。但是塑件的壁厚不易均勻，生產(chǎn)效率較低。6.1.1中空吹塑成型原理和分類1．?dāng)D出吹塑成型2．注射吹塑成型

原理如圖6－2所示。首先注射機(jī)將塑料注入注射模內(nèi)形成管坯，管坯成型在周壁帶有微孔的空心凸模上；趁熱移至吹塑模內(nèi)；合模后從芯棒的管道內(nèi)通入壓縮空氣，使型坯吹脹并貼于模具的型腔壁上；最后保壓、冷卻定型后放并開模取出塑件。

6.1.1中空吹塑成型原理和分類2．注射吹塑成型注射吹塑成型的優(yōu)點(diǎn)是壁厚均勻且無飛邊，不需要后續(xù)加工；由于注射型坯有底，所以塑件底部沒有拼合縫，強(qiáng)度高，生產(chǎn)率高。但設(shè)備與模具的投資較大，這種成型方法多用于小型塑件的大批量生產(chǎn)。6.1.1中空吹塑成型原理和分類3．注射拉伸吹塑成型與注射吹塑成型相比，注射拉伸吹塑成型增加了延伸這一工序。注射拉伸吹塑最典型的產(chǎn)品是線形聚酯飲料瓶。如圖6－3所示為用熱坯法注射拉伸吹塑成型工藝過程。首先將注射成型的有底型坯加熱到熔點(diǎn)以下適當(dāng)溫度后置于模具內(nèi)，然后用拉伸桿進(jìn)行軸向拉伸后再通入壓縮空氣吹脹成型。這種成型方法省去了冷型坯的再加熱，所以節(jié)省能源，同時(shí)由于型坯的制取和拉伸吹塑在同一臺設(shè)備上進(jìn)行，所以占地面積小，生產(chǎn)易于連續(xù)進(jìn)行，自動化程度高。6.1.1中空吹塑成型原理和分類還有一種是用冷坯法注射拉伸吹塑成型，即將注射好的型坯加熱到合適的溫度后再將其置于吹塑模中進(jìn)行拉伸吹塑的成型方法。采用冷坯法成型時(shí)，型坯的注射和塑件的拉伸吹塑成型分別在不同設(shè)備上進(jìn)行。在拉伸吹塑之前，為了補(bǔ)償型坯冷卻散發(fā)的熱量，需要進(jìn)行二次加熱，以確保型坯的拉伸吹塑成型。這種成型方法的主要特點(diǎn)是設(shè)備結(jié)構(gòu)相對較簡單。6.1.1中空吹塑成型原理和分類3．注射拉伸吹塑成型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，如圖6－4所示。將壓延或擠出成型的片材再加熱，使之軟化，放入型腔，合模后在片材之間通入壓縮空氣而成型出中空塑件。6.1.1中空吹塑成型原理和分類吹脹比是指塑件最大直徑與型坯直徑之比，在圖6－5中，吹脹比是D與d之比。通常吹脹比取2～4，但多用2。吹脹比過大會使塑件壁厚不均勻，加工工藝條件不易掌握。吹脹比表示了塑件徑向最大尺寸和擠出機(jī)頭口模尺寸之間的關(guān)系。當(dāng)吹脹比確定以后，便可根據(jù)塑件的最大徑向尺寸及塑件的壁厚確定機(jī)頭型坯口模的尺寸。機(jī)頭口模與芯棒的間隙可用下式確定：δ＝αtBr6.1.2中空吹塑成型制件的結(jié)構(gòu)工藝性1．吹脹比2．延伸比

在注射吹塑成型中，塑件的長度與型坯的有效長度之比為延伸比，在圖6－5中，延伸比是c與b之比。圖中有螺紋的瓶頸部分在注射吹塑成型時(shí)作為夾持口，不參加吹塑變形。

延伸比確定后，就可確定型坯的長度。實(shí)驗(yàn)證明，延伸比越大的塑件，塑件的縱向和橫向強(qiáng)度越高。在生產(chǎn)中，一般取延伸比Sr＝（4～6）/Br。6.1.2中空吹塑成型制件的結(jié)構(gòu)工藝性3．螺紋吹塑成型的塑件上的螺紋，通常采用梯形或圓形截面，而不采用細(xì)牙或粗牙螺紋。6.1.2中空吹塑成型制件的結(jié)構(gòu)工藝性因?yàn)榧?xì)牙或粗牙螺紋難以成型。為了便于清理塑件上的飛邊，在不影響使用的前提下，螺紋可制成斷續(xù)狀，即在分型面附近的一段塑件上不帶螺紋，如圖6－6所示，圖（a）比圖（b）更容易清理飛邊。4．圓角吹塑件的側(cè)壁與底部的交接及壁與把手交接等處，不允許設(shè)計(jì)成尖角，因?yàn)榧饨请y以成型，而應(yīng)設(shè)計(jì)成圓弧過渡。在不影響造型及使用的前提下，圓角以大為好，圓角大則壁厚均勻，對于有造型要求的塑件，圓角可以減小。6.1.2中空吹塑成型制件的結(jié)構(gòu)工藝性5．塑件的支承面在設(shè)計(jì)塑料容器時(shí)，應(yīng)減少容器底部的支承表面，特別要減少結(jié)合縫與支承面的重合部分，因?yàn)榍锌诘拇嬖趯⒂绊懰芗胖闷椒€(wěn)。如圖6－7所示，圖（b）比圖（a）設(shè)計(jì)得合理。6.1.2中空吹塑成型制件的結(jié)構(gòu)工藝性6．脫模斜度和分型面由于吹塑成型不需要凸模，所以脫模斜度即使為零也能脫模。但是表面帶有皮革紋的塑件，脫模斜度必須在1/15以上。吹塑成型模具的分型面一般設(shè)在塑件的側(cè)面。對于矩形截面的容器，為了避免壁厚不均勻，有時(shí)將分型面設(shè)在對角線上。6.1.2中空吹塑成型制件的結(jié)構(gòu)工藝性吹塑模通常是對開式的，大型擠出吹塑?；蜻B續(xù)自動生產(chǎn)的注射吹塑模要設(shè)置冷卻水道，用于對模具的冷卻。從模具的結(jié)構(gòu)及工藝方法分上吹口和下吹口兩類。6.1.3中空吹塑成型模具的結(jié)構(gòu)圖6－8所示為典型的上吹口擠出吹塑模具；圖6－9所示為典型的下吹口擠出吹塑模具。使用時(shí)型坯套在芯軸上，合模后壓縮空氣從芯軸吹入模腔。1．夾坯口

夾坯口也稱為切口，模具在閉合將型坯封口并將余料切除，因此在模具的相應(yīng)部位要設(shè)置夾坯口。

例如吹塑加侖桶的底部、上部及手把之處，塑料藥瓶的底部及上部螺紋處等，均要在模具上做出夾坯口以切除多余材料。6.1.3中空吹塑成型模具的結(jié)構(gòu)

夾坯口的形狀和尺寸如圖6－10所示，夾坯區(qū)的深度h可選擇型坯厚度尺寸的2～3倍，夾坯口的斜角α選擇15°～45°，切口的寬度b對于小型吹塑?？扇?～２mm，對于中、大型吹塑?？扇。病磎m。2．余料槽

余料槽的作用是儲存被夾坯口切除的余料，以免余料被夾在分型面上，影響塑件的尺寸和形狀。6.1.3中空吹塑成型模具的結(jié)構(gòu)

余料槽通常設(shè)置在夾坯口的兩側(cè)，如圖圖6－8、圖6－9所示。余料槽的大小應(yīng)依據(jù)型坯被夾持后余量的寬度和厚度來確定，以模具能嚴(yán)密閉合為準(zhǔn)。3．排氣孔槽

模具合模后，型腔呈封閉狀態(tài)。在吹脹坯型時(shí)，應(yīng)考慮吹脹坯型時(shí)模具內(nèi)原有氣體的排除問題。如果排氣不良會使塑件表面出現(xiàn)斑紋、麻坑，以及成型不完整等缺陷。所以，吹塑模應(yīng)該設(shè)置一定數(shù)量的排氣孔。

排氣孔一般開設(shè)在型腔的凹坑、尖角處以及最后貼模的地方，排氣孔的直徑通常取0.5～１mm。此外，在分型面上開設(shè)寬度為10～20mm、深度為0.03～0.05mm的排氣槽也是排氣的主要方法。6.1.3中空吹塑成型模具的結(jié)構(gòu)4．模具的冷卻中空吹塑成型時(shí)，模具溫度一般應(yīng)控制在20～50℃，對于大型模具，可以采用箱式冷卻，即在型腔背后銑出一個(gè)空槽，再用一塊板蓋上，中間加上密封件。對于小型模具，可以開設(shè)冷卻水通道進(jìn)行冷卻。6.1.3中空吹塑成型模具的結(jié)構(gòu)5．模具表面粗糙度中空吹塑成型時(shí)氣壓不大，而且是二次成型，因此對型腔粗糙度的要求比注射模要求低。模具表面不過分光滑可以儲存微量空氣，反而會有利于脫模，所以通常用噴砂的方法處理模具的型腔。6.1.3中空吹塑成型模具的結(jié)構(gòu)

吹塑模的型腔部分一般用鋁合金制造，這是因?yàn)榇邓艹尚偷哪Ｇ粔毫Σ淮?，通常多?.2～0.7MPa，而且鋁合金具有良好的熱傳導(dǎo)性能，而且可以采用鑄造成型、重量也輕。但是，在吹口及夾坯口等處應(yīng)選用鋼材進(jìn)行模具鑲拼。鋁合金雖然有許多優(yōu)點(diǎn)，但因其硬度低，耐磨性差，會影響模具壽命。

6.1.4中空吹塑成型模具的材料

近年來隨著吹塑技術(shù)的不斷發(fā)展，在大批量生產(chǎn)中，采用碳素鋼與合金結(jié)構(gòu)鋼制造吹塑模的情況也越來越多。6.2真空成型工藝與模具結(jié)構(gòu)真空成型是把熱塑性塑料板、片固定在模具上，用輻射加熱器進(jìn)行加熱至軟化溫度，然后用真空泵把板材或片材和模具之間的空氣抽掉，從而使板材或片材貼在模腔上而成型。冷卻后，借助壓縮空氣使塑件從模具中脫出。適用于真空成型的塑料有聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚乙烯等。

凹模真空成型是一種最常用、最簡單的成型方法，如圖6－11所示，把塑料板固定并密封在模腔的上方，將其加熱至軟化然后移開加熱器，在型腔內(nèi)抽真空，塑料板就貼在凹模型腔上，由抽氣孔通入空氣將成型好的塑件吹出。用這種方法成型的塑件外表面尺寸精度高，一般用于成型深度不大的塑件。如果塑件深度很大時(shí)，特別是小型塑件，其底部轉(zhuǎn)角處就會明顯變薄。6.2.1真空成型原理和分類1．凹模真空成型

凸模真空成型如圖6－12所示。被夾緊的塑料板在加熱器下加熱軟化，接著軟化的塑料板下移，象帳篷似的覆蓋在凸模上，最后抽真空，塑料板緊貼在凸模上成型。在凸模真空成型過程中，由于冷的凸模首先與板料接觸，所以其底部稍厚。這種成型方法多用于有凸起形狀的薄壁塑件，成型得到的塑件的內(nèi)表面尺寸精度較高。2．凸模真空成型

6.2.1真空成型原理和分類凹凸模先后抽真空成型如圖6－13所示。首先把塑料板緊固在凹模上加熱軟化，然后通過凸模吹入壓縮空氣，而凹模抽真空使塑料板鼓起，最后凸模向下插入鼓起的塑料板中并且從中抽真空，同時(shí)凹模通入壓縮空氣，使塑料板貼附在凸模的外表面而成型。用這種方法成型的塑件壁厚比較均勻，適用于成型深型腔塑件。3．凹凸模先后抽真空成型

6.2.1真空成型原理和分類吹泡真空成型如圖6－14所示。先將塑料板緊固在凹模模框上，并用加熱器對其加熱，待塑料板加熱軟化后移開加熱器，壓縮空氣通過模框吹入把塑料板吹鼓后將凸模頂起，停止吹氣，凸模抽真空，塑料板緊貼附在凸模上成型。這種成型方法的特點(diǎn)與凹凸模先后抽真空成型基本類似。4．吹泡真空成型

6.2.1真空成型原理和分類柱塞延伸法真空成型如圖6－15所示。先將固定于凹模上的塑料板加熱至軟化，用柱塞將塑料板推下，軟化的塑料板由于柱塞的推力和型腔內(nèi)封閉的空氣移動而延伸，然后凹模抽真空而成型。

這種成型方法使塑料板在成型前先延伸，壁厚變形均勻，用于成型深型腔塑件。但在塑件上會殘留有柱塞痕跡。5．柱塞延伸法真空成型6.2.1真空成型原理和分類帶有氣體緩沖裝置的真空成型如圖6－16所示，這是柱塞和壓縮空氣并用的形式。6．帶有氣體緩沖裝置的真空成型

6.2.1真空成型原理和分類

把塑料板加熱后和模架一起輕輕地壓向凹模，然后向凹模腔吹入壓縮空氣，把加熱的塑料板吹鼓，多余的氣體從板材與凹模的縫隙中逸出，這時(shí)板材就處于兩個(gè)空氣緩沖層之間，柱塞逐漸下降，最后柱塞內(nèi)停吹壓縮空氣，凹模抽成真空，塑料板貼附在凹模型腔上成型，同時(shí)柱塞升起。

這種方法成型出的塑件壁厚較均勻并且可以成型較深的塑件。6．帶有氣體緩沖裝置的真空成型

6.2.1真空成型原理和分類

采用真空成型的塑料在處于高彈狀態(tài)，成型壓力較小，因此成型冷卻收縮率較大，所以塑件很難得到較高的尺寸精度。塑件在形狀上不應(yīng)有過多的凸起和較深的溝槽，因?yàn)檫@些地方成型后會使該處壁厚太薄而影響強(qiáng)度。6.2.2真空成型制件的結(jié)構(gòu)工藝性1．塑件幾何形狀與尺寸精度塑件深度與寬度之比稱為引伸比。引伸比反映了塑件成型的難易程度，即引伸比越大，塑件成型越困難。引伸比與塑件厚度的均勻程度有關(guān)，引伸比過大會使最小壁厚變得非常薄，這時(shí)應(yīng)選較厚的塑料板材或片材來成型。引伸比還和塑料的品種、成型方法有很大關(guān)系，引伸比一般采用0.5～1，最大也不應(yīng)超過1.5。2．引伸比真空成型的塑件在角落處容易發(fā)生壁厚變薄及應(yīng)力集中現(xiàn)象，所以轉(zhuǎn)角處應(yīng)以圓角過渡，并且圓角半徑應(yīng)盡可能大，最小不能小于塑料片材的厚度。3．圓角6.2.2真空成型制件的結(jié)構(gòu)工藝性與其他模具一樣，真空成型也需要脫模斜度。塑件的斜度范圍一般為1°～4°，斜度大不僅脫模容易，而且也能使壁厚不均勻的狀況得到改善。4．脫模斜度真空成型的塑件在最薄弱的截面上應(yīng)該設(shè)置加強(qiáng)肋，這樣可以減少型坯的厚度，縮短加熱時(shí)間，降低塑件成本。加強(qiáng)肋應(yīng)該沿著塑件外形或面的方向配置。5．加強(qiáng)肋6.2.2真空成型制件的結(jié)構(gòu)工藝性真空成型模具的型腔尺寸要考慮塑料的收縮率，其計(jì)算方法與注射模型腔尺寸的計(jì)算方法相同。

影響塑件尺寸精度的因素較多，除了型腔的尺寸精度、成型方法外，還與成型溫度、模具溫度和塑件原材料的品種等有關(guān)，因此要預(yù)先較精確地計(jì)算出收縮率是困難的。

如果生產(chǎn)的批量較大、尺寸的精度要求又較高，最好先用石膏模型做抽真空成型的工藝試驗(yàn)，測出其收縮率，并以此作為計(jì)算模具型腔尺寸的依據(jù)。6.2.3真空成型模具的結(jié)構(gòu)1．型腔尺寸抽氣孔的大小要適合成型塑件的需要，一般情況下，對于流動性好、厚度薄的塑料板材，抽氣孔要小些，反之可大些。一般常用的抽氣孔直徑是0.5～1mm，最大抽氣孔直徑尺寸不應(yīng)超過板材厚度的50％。抽氣孔的位置應(yīng)位于塑料板材最后貼模的地方，孔間距要視成型塑件的形狀和大小而定。對于小型塑件，抽氣孔的間距可在20～30mm之間選取，而對大型塑件則應(yīng)適當(dāng)增加間距。在塑件輪廓復(fù)雜的地方，抽氣孔的位置可適當(dāng)?shù)匕才诺妹芤恍?．抽氣孔6.2.3真空成型模具的結(jié)構(gòu)真空成型模具的表面粗糙度的要求與吹塑成型模具表面粗糙度的要求相類似，一般也是表面加工好以后進(jìn)行噴砂處理。3．型腔表面粗糙度6.2.3真空成型模具的結(jié)構(gòu)在抽真空成型時(shí)，為了使型腔外面的空氣不進(jìn)入真空室，在塑料板材與模具接觸的邊緣應(yīng)該設(shè)置密封裝置。對平直分型面，將塑料板材與模具接觸面進(jìn)行密封比較容易，而對于曲面或折面分型面，密封會有一定的難度。4．邊緣密封結(jié)構(gòu)6.2.3真空成型模具的結(jié)構(gòu)對于真空成型的塑料板材，通常采用電阻絲或紅外線加熱，其中電阻絲加熱的溫度可達(dá)350～450℃。不同塑料板材所需的成型溫度也不同，一般是通過調(diào)節(jié)加熱器和板材之間的距離來實(shí)現(xiàn)，通常采用的調(diào)節(jié)距離為80～100mm。塑件的冷卻一般不僅僅依靠與模具接觸后的自然冷卻，要增設(shè)風(fēng)冷或水冷裝置加速冷卻。風(fēng)冷設(shè)備簡單，只要用壓縮空氣噴即可。水冷可采用噴霧式，或在模內(nèi)開設(shè)冷卻水道通水冷卻。5．加熱、冷卻裝置6.2.3真空成型模具的結(jié)構(gòu)

對于試制或小批量生產(chǎn)，可選用木材或石膏作為模具材料。木材易于加工，易于修改，但容易變形，表面粗糙度差，這將影響塑件的表面質(zhì)量。

6.2.4真空成型模具的材料1．非金屬材料

用環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂制作塑料真空成型模具，加工容易、生產(chǎn)周期短、修整方便，而且強(qiáng)度較高，相對于木材、石膏等材料制成的真空成型模具而言，適合于批量較大的塑件的生產(chǎn)。金屬材料適合于制作大批量、高效率生產(chǎn)的真空成型模具，常用的金屬有鋁、銅、鋅合金等，其中鋁合金的導(dǎo)熱性能好，容易加工，不易生銹和被腐蝕，所以使用最多。2．金屬材料

6.2.4真空成型模具的材料6.3壓縮空氣成型工藝與模具結(jié)構(gòu)壓縮空氣成型過程是借助空氣的壓力，將加熱軟化的塑料板壓入型腔而成型的方法。壓縮空氣成型的工藝過程如圖6－17所示。壓縮空氣成型原理與真空成型