热成型工艺

前言热成型工艺的定义热成型类型热成型模具设计PVC包装盒成型模具设计在市场上，热成型产品越来越多，例如杯、碟、食品盘、玩具、帽盔，以及汽车部件、建筑装饰件、化工设备等。热成型与注射成型比较，具有生产效率高、设备投资少和能制造表面积较大的产品等优点。用于热成型的塑料主要有PS、PVC、PE、PP、PET和纤维素（如硝酸纤维素、醋酸纤维素等）塑料，也用于工程塑料（如ABS树脂、PC）。热成型方法有多种,但基本上都是以真空、气压或机械压力三种方法为基础加以组合或改进而成的。近年来，热成型已取得新的进展，例如从挤出片材到热成型的连续生产技术。将热塑性塑料片材加工成各种制品的一种较特殊的塑料加工方法。片材夹在框架上加热到软化状态，在外力作用下，使其紧贴模具的型面，以取得与型面相仿的形状。冷却定型后，经修整即成制品。•采用真空是受热软的片材紧贴模具表面而成型。但抽真空所造成的差压不大，只用于外形简单的制品。真空热成型•采用压缩空气或蒸汽压力，迫使受热软化的片材，紧贴于磨具表面而成型。由于差压比真空成型打，可制造外形较复杂的制品。气压成型•用柱塞或阳模将受热片才进行部分预拉伸，再用真空或气压进行成型，可制的深度大、壁厚分布均匀的制品。柱塞辅助真空成型•将受热软化的片材放在配对的阴、阳模之间，借助接写的压力成型。成型压力更大，可用于指导外形复杂的制品，但模具费用较高。凹凸模对压成型•片材加热至温度不超过树脂熔点，是材料保持在固体状态下成型。用于ABS、PP、高分子量HDPE。制件刚性、强度等高于一般热成型产品。固相成型•凉片材叠合在一起，中间吹气，可制大型中控制件。双片材热成型1.模具结构设计•1.1抽气孔的大小和位置•1.2型腔尺寸•1.3模具圆角、内凹角的斜度•1.4型腔粗糙度•1.5压缩空气成型密封孔•1.6边缘密封结构•1.7加热冷却装置2.模具材料的选择•2.1非金属模•2.2金属模真空成型模具必须设计抽气孔,抽气孔的大小应适合成型容器的需要。对流动性好的塑料,抽气孔要小一些;对流动性差的塑料,抽气孔应大些。抽气孔的尺寸与片材及其厚度有关。表1列出了一些典型片材所需的抽气孔尺寸。抽气孔的数目通常为每100cm2表面开设11~65个孔。（1）拉引深度对于直接真空成形而言，深度对宽度之比不可超过0.5：1。若是包模真空成形，则深度对宽度比不应超过1：1。对于有柱塞辅助、滑动环或逆拉式之成形法，则其比率可超过1：1，甚至达2：1。然而，一般来说，浅深度的还是比高深度的较易成形并且较佳之均匀肉厚，如下图所示。直接真空成形：Dmax＝0.5W。包模真空成形：Dmax＝1W。柱塞辅助，滑动环或逆拉式法Dmax＞1W到将近2W。（2）塑料的收缩率真空成型模具必须考虑塑料的收缩率,收缩量的50%是塑件从模具中取出时产生的,25%是取出后在室温下1h内产生的,其余的25%是在取出后的24h内产生的。影响收缩率的因素很多,精确计算比较困难。最好先用石膏模型试出产品,测得其准确收缩率,然后以此作为设计型腔的依据。常见塑件的收缩率见表2。模具应避免锐角。在多数情况下,圆角半径的最小值应等于板材厚度,但不得小于1·5~3mm。为了使制品能方便地取出,模具边壁上应具倾斜角以利塑件的取出。母模内的塑件只须要较小的倾斜角即可取出，这是因为塑件在冷却时会收缩较易脱模。对大部份之材料而言，用母模成形之塑品，其边壁倾斜角至少要有1/4°；若是公模，则至少须要1°以上（如下图所示）。但有个例外，那就是当塑件仍具微温时，小的内凹槽极易从母模内弹出而脱模，如图6(c)，最典型的材料为PE或软质PVC。真空成型模具表面粗糙度太高对脱模有不利影响,因为真空成型模具一般没有顶出装置,而只靠压缩空气脱模。若表面粗糙度太高,容器容易粘附在模具上,造成脱模困难。因此,真空成型模具的表面粗糙度要求不能太高,最好在表面加工之后,用磨料来打砂或进行喷砂处理。压缩空气成型模具的型腔与真空成型模具的型腔基本相同,其特点是在模具边缘上设置型刃,其形状和尺寸见图7。刀尖应比模具平面高,高出部分的高度h为片板厚度δ加上0.1mm,即h=δ+0.1mm。切刀与模具之间应该有0·25~0·5mm的间隙,以利于排除型腔中的空气。由于大多数之热成形品为镶板状，缺乏刚性，所以常须做成波浪形或浮花型以补强之，如透明之PS盛肉盘（下图所示）。有时对于在只是小量的生产时，用较厚的板材以增加刚性会比加工成波浪形所须的工具费，来的更具经济效益。如果产品之功能上允许的话，些微的曲线，做成盘状，或做成拱状之表面可用以增加平坦断面之挺性及刚性。为了阻止外面的空气进入真空室,在塑料板片与模具接触部分的边缘应设置密封装置。目前塑料板片的加热多采用电阻丝加热、红外线灯加热和石英管加热器加热。对于不同塑料板材的成型温度,一般是通过调节加热器和板材之间的距离来达到,距离可以在80~120mm范围内调节。加热器的功率计算如下:N=K·F式中：N为加热功率,W;K为加热系数,W/cm2;F被加热片材的面积,cm2。不同片材的加热系数K值列于表3。常见的非金属模有木模、石膏模和塑料模。木模:凡组织紧密、不易变形、不易断裂的木料,均可选作模具材料。但这种模具的生产批量以不超过1000个为宜。石膏模:石膏模制作方便,价格便宜,但其强度较差。为了增加石膏模的强度,可在石膏中加入10%~30%的水泥,并放置一些纵横交叉的铁丝,以延长其使用寿命。石膏模的生产批量一般不超过5万个。塑料模:塑料模容易加工,生产周期短,修正和修理都很方便,且耐腐蚀、质量轻。因此适合于批量较大的容器生产。常用的塑料模材料有环氧树脂、酚醛树脂和聚脂。适合于长期、高速生产的模具材料无疑是金属。铜因其造价高而很少采用;铝容易加工、质量轻、耐腐蚀性好且耐用,因而大批量生产时大多选用铝模。在铝模表面镀一层铜或铬,可大大增加其耐磨性。在生产50万个制品后,其表面还不会出现明显被磨损的痕迹。PVC包装盒的形状和基本尺寸材料为PVC压延片材,厚度为1.0mm。盒左端深20mm,右端深12mm,为了合盖方便,在2个盒之间有1个R=5mm、深2mm的圆弧连接。脱模斜度为10°,盒长180mm,宽155mm。制品要求外表面光滑,无成型气孔痕迹。模具采用两部分的结构形式;上部分是成型部分,模具的型腔布置在这里;下部分为冷却部分,冷却水道布置在其中,两部分之间是抽真空的空气通道。模具结构1.上模体（凹模）2.通气孔3.排气通道4.密封隔板5.螺钉6.O型密封圈7.O型密封圈8.冷却水道9.下模体10.制品加强筋11、冷却水接头螺纹12.抽真空通道13.固定螺钉模具成型部分就是模具成型制品外形的型腔即上模体(凹模)1材料：易加工，导热性好。一般有木材、硬石膏、陶瓷烧结物、环氧树脂、铝合金、低碳钢等。本模具选用材料为铝合金。在型腔设计过程中,主要考虑通气孔2的位置、数量和模具的表面粗糙度。聚氯乙稀(PVC)片材成型时,模具表面粗糙度应不大于Ra=0.8μm。凹模上通气孔的直径要根据加工的材料而定,对于PVC(聚氯乙稀),一般直径取1.0~1.2mm,过大会在制品表面留下吸气孔的痕迹。孔的位置一般开设在底部、隅角部、凹陷处和制件表面花纹较复杂处,孔的间距一般为10~12mm,如果发现吸胀不足时,孔的数目可以增加。对于排气通道3的设计,主要就是将所有的通气孔在凹模的背面开槽连接起来,使在抽真空时凹模内的气体能够很快地吸掉,其形式如下图所示。注意,不能将模具的边缘开通,否则会漏气,影响成型效果。密封隔板4的作用就是将上模体与下模体分开,防止下模体的冷却水溢出进入上模体,影响成型。所以在用O型密封圈密封的同时,最好在接触面上涂上一层防水胶水,使密封的效果更好。密封隔板材料为铝板。下模体9的作用就是冷却上模体,并且将模具内的空气尽快排出,使制品的形状准确,定型快速,并且尽可能减少制件脱模收缩。其设计要点是冷却水腔内部尽可能光滑,使冷却水尽可能快地流出。一般冷却水可以接普通自来水,也可以用处理的冷水(4~10℃),这样可以使模具冷却效果更好,水压一般为0.4~0.6MPa。