吸塑設(shè)計(jì)及其制造注意點(diǎn)課件

吸塑設(shè)計(jì)及其制造注意點(diǎn)

吸塑設(shè)計(jì)一.真空吸塑成型原理03二、無(wú)模成型04三.陽(yáng)模（凸模）和陰模（凹模）成型06四，機(jī)器基本裝置12五、有效成型壓力18六、成型面積、切入面積、夾持邊緣20七、廢料（邊料）面積和廢料比率21八、排氣面、排氣孔、排氣槽、槽口24九、脫模斜度25十、成型比和牽引比26十一、壁厚計(jì)算、吸塑成型制件30十二、吸塑成型制件的收縮和變形33十三、痕跡、冷卻痕跡、條紋、皺褶357/26/2023Page2

一.真空吸塑成型原理真空吸塑成型工藝（圖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7/26/2023Page3圖1：基本原理示意圖

二、無(wú)模成型真空無(wú)模成型過(guò)程如圖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。7/26/2023Page4圖2：無(wú)模真空吸塑成型裝置

無(wú)模成型真空無(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。7/26/2023Page5圖3：無(wú)模真空吸塑成型壁厚分布

三.陽(yáng)模（凸模）和陰模（凹模）成型對(duì)于真空吸塑成型，受熱的材料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。7/26/2023Page6陽(yáng)模成型

真空吸塑陽(yáng)模成型工藝過(guò)程如圖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，而在后繼的相關(guān)過(guò)程中，其牽伸行為較未冷卻的部位弱。這種條紋通常在接近模面頂部的側(cè)面處最高。7/26/2023Page7圖4：陽(yáng)模成型

陰模成型真空吸塑陰模成型工藝過(guò)程如圖（圖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。7/26/2023Page8圖5：陰模成型

陽(yáng)模和陰膜的對(duì)比對(duì)于陰模成型，制件的內(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)于陽(yáng)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7/26/2023Page91-厚部位；2-薄部位；3-成品的內(nèi)尺寸；4-外尺寸圖6：a陽(yáng)模成型（簡(jiǎn)圖）和b陰模成型（簡(jiǎn)圖）

對(duì)于陽(yáng)模制件注意如下問(wèn)題①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7)②在角落處容易產(chǎn)生冷卻條紋（圖7)；③在凸緣處壁厚不均勻（圖7)；④由于側(cè)壁斜度不夠而使脫模困難；⑤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；⑥陽(yáng)模成型模具通常比陰模價(jià)格低廉。

7/26/2023Page101-冷卻痕跡；2-皺褶；3-薄部位；4-厚部位

圖7：陽(yáng)模制件中的缺陷及其典型特征對(duì)于陰模制件注意如下問(wèn)題厚的邊緣；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。

7/26/2023Page11圖8：陰模制件中的缺陷及其典型特征1-均勻的邊緣；2-薄的角隅

四.機(jī)器基本裝置（1）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)包膠輥，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。7/26/2023Page122．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。7/26/2023Page13機(jī)器基本裝置（2）機(jī)器基本裝置（3）3．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0.07~0.09Mpa（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2~4KW的。真空中央系統(tǒng)的大小視工廠具體生產(chǎn)和發(fā)展的要求而定。7/26/2023Page14機(jī)器基本裝置（4）

4．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0.6~0.7MPa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。7/26/2023Page15機(jī)器基本裝置（5）5．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。7/26/2023Page16機(jī)器基本裝置（6）6．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．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)和維修設(shè)備費(fèi)用等因素綜合考慮。7/26/2023Page17五、有效成型壓力（1）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9a）。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）。7/26/2023Page18圖9：由材料的成型壓力和反向壓力之和得出有效成型壓力的簡(jiǎn)圖

有效成型壓力（2）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0.2～0.3MPa(2～3bar)；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。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）。7/26/2023Page19圖10：成型機(jī)器的海拔高度對(duì)真空成型中的空氣壓力的影響六、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.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)。7/26/2023Page20圖11：成型面積和切人面積圖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；f-夾持邊緣；

E-陽(yáng)模成型中牽伸起始處（壁厚發(fā)生變化）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,夾持邊就必須加熱到材料的軟化溫度。7/26/2023Page21七、廢料（邊料）面積和廢料比率（1）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。

7/26/2023Page22廢料（邊料）面積和廢料比率（2）圖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：裁邊面積—制品的剪口面積7/26/2023Page23圖12矩形盒用料制品簡(jiǎn)圖廢料（邊料）面積和廢料比率（3）成型/型腔面積=[(610-20x2)(1200-20x2)]/{(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)]=142353.2mm2

廢料比率=142353.2/(610x1200)=0.194或19.4％7/26/2023Page24成型面積裁邊面積夾持邊緣面積八、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（或轉(zhuǎn)移）快速的除去。7/26/2023Page25九、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（圖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。7/26/2023Page26圖13脫模斜度a單陽(yáng)模；b單陰模

十、成型比和牽引比（1）成型比（圖14）是指制品的最大抽拔深度H與成型面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。7/26/2023Page27圖14成型比a和b不同幾何體的成型比H：B;c圓形幾何體的成型比

十、成型比和牽引比（2）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15。7/26/2023Page28圖15用于計(jì)算壁厚的制件尺寸十、成型比和牽引比（3）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

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，牽伸比可以在最大牽伸處用一個(gè)軟尺很容易地進(jìn)行測(cè)定（見(jiàn)圖16）。寬度B方向的牽伸比=卷尺測(cè)量尺寸／寬度B7/26/2023Page29圖16某塑件寬度B方向的牽伸比十、成型比和牽引比（4）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。7/26/2023Page30十一、壁厚計(jì)算、吸塑成型制件（1）當(dāng)未成型材料的厚度已知時(shí)，我們可以粗略地估計(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±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·s1=F2·s2

從而：s2=F1/F2·s1

式中V1―不含夾持邊緣的材料體積；

V2―熱成型制件的體積；

F1―不含夾持邊緣的材料面積；

F2―制件表面積；s1―原材料厚度；s2―制件壁厚。

7/26/2023Page31十一、壁厚計(jì)算、吸塑成型制件（2）

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，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=1550400mm2F1/F2=0.3292，F(xiàn)2/F1=3.0376對(duì)于原材料厚度s1=4mm,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0.9～1.7mm之間s2act=s2±30%=1.3mm±0.4mm≈0.9～1.7mm7/