浅谈内外饰成型工艺

汽车工程研究院二零一一年三月浅谈内外饰成型工艺目录第一章注塑成型工艺第二章热成型工艺第三章吹塑成型工艺第四章发泡成型工艺第五章模压成型工艺第六章搪塑成型工艺第七章挤塑成型工艺第一章注塑成型工艺注塑成型（InjectionMolding）是指受热融化的材料由高压射入模腔，经冷却固化后，得到成形品的方法。该方法适用于形状复杂部件的批量生产，是重要的加工方法之一。一、注塑成型定义1、注塑成型机的工作原理注塑机的工作原理与打针用的注射器相似，它是借助螺杆（或柱塞）的推力，将已塑化好的熔融状态（即粘流态）的塑料注射入闭合好的模腔内，经固化定型后取得制品的工艺过程。注射成型是一个循环的过程，每一周期主要包括：定量加料—熔融塑化—施压注射—充模冷却—启模取件。取出塑件后又再闭模，进行下一个循环。二、注塑成型设备2、注塑成型机的主要组成注塑车间现场：注塑设备简图注塑机大体可分为两种类型：卧式注塑机和立式注塑机卧式注塑机立式注塑机3、注塑成型机的分类1、注塑成型模具的定义三、注塑成型模具中文名称：注射模英文名称：injectionmould定义：由注射机的螺杆或活塞，使料筒内塑化熔融的塑料，经喷嘴、浇注系统，注入型腔，固化成形所用的模具。•两板模•三板模•热流道两板模(Two-PlateMolds)三板模(Three-PlateMolds)2、注射模的分类采用热流道的两板模3、注射模的组成1、粗分注射模由动模和定模两大部分组成。定模部分安装在注射机的固定模板上。动模部分安装在注射机的移动模板上。2、细分注射模由以下八大部分组成：（1）成型零部件（组成型腔的零件）（2）浇注系统（3）导向与定位机构（4）侧向分型与抽芯机构（5）推出机构（也称脱模机构）（6）温度调节系统（加热和冷却系统）（7）排气系统（8）支撑零部件定模板定模安装板模脚支撑板上顶出板下顶出板导柱回位销动模板动模安装板爆炸模式标准两板模结构注射模结构透视图注射模剖视图4、注射模动作原理注塑口定模动模充填、保压、冷却完毕型腔面开模顶出产品成型产品模具、产品分离合模（进入下一循环）动画效果两板模动画三板模动画5、热流道模具5.1定义热流道模具是利用加热装置使流道内熔体始终不凝固的模具。因为它比传统模具成形周期短，而且更节约原料，所以热流道模具在当今世界各工业发达国家和地区均得到极为广泛的应用。5.2工业应用领域热流道模具在电子，汽车，医疗，日用品，玩具，包装，建筑，办公设备等各工业部门都得到广泛应用。热流道注射成型法于20世纪50年代问世，经历了一段较长时间地推广以后，其市场占有率逐年上升，80年代中期，美国的热流道模具占注射模具总数的15%~17%，欧洲为12%~15%，日本约为10%。但到了90年代，美国生产的塑料注射模具中热流道模具已占40%以上，在大型制品的注射模具中则占90%以上。在汽车零件中应用到热流道成型的产品有：仪表板、副仪表板、门护板、保险杠等大型塑料件5.3应用范围热流道模具已被成功地用于加工各种塑料材料。如PP，PE，PS，ABS，PBT，PA，PSU，PC，POM，LCP，PVC，PET，PMMA，PEI，ABS/PC等。任何可以用冷流道模具加工的塑料材料都可以用热流道模具加工。用热流道模具制造的零件最小的在0.1克以下。最大的在30公斤以上。应用极为广泛灵活。右图为1出24无浇口热流道管胚模具5.4热流道模具的优缺点5.4.1优点：a、缩短制件成型周期因没有浇道系统冷却时间的限制，制件成型固化后便可及时顶出。许多用热流道模具生产的薄壁零件成型周期可在5秒钟以下。b、节省塑料原料在纯热流道模具中因没有冷浇道，所以无生产费料。c、减少废品，提高产品质量在热流道模具成型过程中，塑料熔体温度在流道系统里得到准确地控制。塑料可以更为均匀一致的状态流入各模腔，其结果是品质一致的零件。热流道成型的零件浇口质量好，脱模后残余应力低，零件变形小。d、消除后续工序，有利于生产自动化制件经热流道模具成型后即为成品，无需修剪浇口及回收加工冷浇道等工序。有利于生产自动化。5.4.2缺点：a、模具成本上升热流道元件价格比较贵，热流道模具成本可能会大幅度增高。b、热流道模具制作工艺设备要求高热流道模具需要精密加工机械作保证。热流道系统与模具的集成与配合要求极为严格，否则模具在生产过程中会出现很多严重问题。如塑料密封不好导致塑料溢出损坏热流道元件中断生产，喷嘴镶件与浇口相对位置不好导致制品质量严重下降等。c、操作维修复杂与冷流道模具相比，热流道模具操作维修复杂。如使用操作不当极易损坏热流道零件，使生产无法进行，造成巨大经济损失。对于热流道模具的新用户，需要较长时间来积累使用经验。5.5热流道模具的构成：a、热流道板（MANIFOLD）b、喷嘴（NOZZLE）c、温度控制器d、辅助零件热流道分流板热流道分流板模具图（保险杠）实例一：保险杠模具（动模部分）实例二：保险杠模具数字模型01T字型热流道板安装油缸实例三：保险杠模具数字模型02实例四：仪表板本体模具数字模型实例五：中控面板模具数字模型实例六：后保险杠及其模具后保险杠后保险杠模具定模部分动模部分热流道板1、确定脱模斜度时应注意的要点：①在不影响塑件使用的前提下，脱模角度应尽量取大②塑件表面粗糙，比如产品表面设计皮纹，则角度增大，一般皮纹深度每0.03mm增加1度。③塑件壁厚较大时，脱模斜度取大些④精度要求高的塑件，应取较小的脱模角度⑤斜度的方向。内孔以小端为准，满足图样尺寸要求，斜度向扩大方向取得；外形则以大端为准，满足图样要求，斜度向偏小方向取得。四、设计考虑要素2、制品壁厚基本原则——均匀壁厚，一般的原则就是能够利用最少的壁厚，完成最终产品所须具备的功能。最理想的壁厚分布无疑是切面在任何一个地方都是均一的厚度。决定壁厚的主要因素﹕1、结构强度是否足够2、能否抵脱模力3、能否均匀分散所受的冲击力4、有埋入件时﹐能否防止破裂﹐熔合线是否会影响强度5、成形孔部位的熔合线是否会影响強度6、尽可能肉厚均匀﹐以防止产生缩水7、棱角及肉厚较薄部分是否会阻碍材料流动﹐从而引起充填不足1、可减省物料以致减省生产成本.2、保留和原来设计相若的刚性、强度及功用。3、消取因厚薄不均引致的内应力增加及齿冠部份收缩引致整体齿轮变形的情况发生。大部份厚胶的设计可通过使用加强筋及改变横切面形状来取代。加强筋的作用：(1)在不加大制品壁厚的条件下，增强制品的强度和刚性，以节约塑料用量，减轻重量，降低成本。(2)可克服制品壁厚差带来的应力不均所造成的制品歪扭变形。(3)便于塑料熔体的流动，在塑件本体某些壁部过薄处为熔体的充满提供通道。3、加强筋热塑性塑料加强筋的典型尺寸：布置原则：①加强筋设在受力大、易变形的部位，分布尽量均匀。②避免局部壁厚过大,防止材料堆积，造成产品缩水。③尽量沿着塑料流向布置，以降低充模阻力,减少底部的应力。圆角对于成型产品的设计会有以下影响:(1)圆角使得成形品提高強度以及降低应力。(2)尖锐转角的消除,自动地降低了龟裂的可能性,就是提高对突然的震动或冲击的抵抗力。(3)塑胶的流动状态将被极大的改善,圆形的转角,使得塑胶能够均匀,没有滞留现象以及较少应力的流入模穴内所有的断面,並且改善成形品断面的密度的均匀性。(4)模具强度获得改善，以避免模具内尖锐的转角,造成应力集中,导致龟裂,特別是对于需要热处理或受力较高的部分,圆弧转角更为重要。建议R最小为0.5mm,最佳圆角设计为R/T=0.6,超过这点后，R即使再增加，也只能小部分减少应力集中现象。内圆角R=0.5T外圆角R=1.5T4、Boss柱设计要求：对于螺孔凸台的情形，应使柱厚度不得大于料厚的一半（外观件），凸台孔内径应由螺钉的咬合力来决定，一半为螺纹的公称直径的0.8左右。(1)一般孔、浅孔，模塑成型。(2)深孔，先模塑出孔的一部分深度，其余孔深用机械加工（如钻孔）获得。(3)小径深孔（如孔径d＜1.5mm），机械加工。(4)小角度倾斜孔、复杂型孔，采用拼合型芯成型，避免用侧抽芯。(5)薄壁孔、中心距精度高的孔（孔系），采用模具冲孔，以简化塑模结构。根据孔径与孔深度的不同，孔可用下述方法成型：5、孔五、注塑件常见缺陷及解决方案凹缩飞边烧焦分层起皮银纹熔接痕1、注塑件常见缺陷2.1凹缩凹缩是指制件在壁厚处表面下凹的现象。形成原因：a、注塑压力或保塑压力多低；b、保压时间或冷却时间过低；c、熔体温度或模温过高；d、制件结构设计不当。解决方案：1）结构：a、在易出现凹痕的表面进行波纹状处理；b、减小制件厚壁尺寸，尽量减小厚径比，相邻壁厚比应控制在1.5-2，并尽量圆滑过渡；c、重设加强筋、沉孔和Boss柱的厚度，推荐控制他们的厚度在基本壁厚的40%-80%。2）成型工艺：a、增加注塑压力和保压压力；b、增加浇口尺寸或改变浇口位置。2.2飞边飞边是指在模具分型面或顶杆等部位出现多余的塑料。形成原因：a、合模力不足；b、模具存在缺陷；c、成型条件不合理；d、排气系统设计不当。2、缺陷原因分析及解决方案解决方案：1）模具：a、合理设计，保证合模时能够紧闭；b、检查排气孔尺寸；c、清洁模具表面。2）注塑机：设置适当大小吨位的注塑机。3）成型工艺：a、增加注塑时间，降低注塑速度；b、降低料筒温度和喷嘴；c、降低注塑压力和保压压力。2.3熔接痕熔接痕是指两股料流相遇熔接而产生的表面缺陷。原因分析：制件中如果存在孔、嵌件或多浇口注塑模式或制件壁厚不均，均可能产生熔接痕。解决方案：1）材料：增加塑料熔体的流动性。2）模具结构：a、改变浇口的位置；b、增设排气槽、溢料槽。3）成型工艺：a、增加熔体温度；b、降低脱模剂的使用量。2.4短射短射是指模具型腔不能被完全充满的一种现象。形成原因：a、产品设计不合理；b、模温、料温或注塑压力和速度过低；c、原料塑化不均；d、排气不良；e、原料流动性不足；f、浇口尺寸太小解决方案：1）材料：选用流动性更好的。2）模具：a、更改浇口位置，保证填充薄壁之前先填充厚壁；b、增加浇口数量，减少流程比；c、增加流道尺寸，减少流动阻力；d、重设排气口的位置、尺寸及数量。3）产品结构：优化产品的结构设计。原理是两个半开空心体的１次成型品与模具一起滑动，闭后，向其接合面注射２次树脂以使其接合，从而获得空心体。模具滑移注射成型是为空心体结构的注射成型而开发的一种新的成型技术。1、二次注塑五、知识拓展双色注射成型是在非空心结构中将２种树脂层叠在一起。模具应有油压缸驱动的滑移机构。注射筒分为２头式（２种材料）。2、双色注塑模具双色注塑：在双色注塑机上，在同一生产周期内向专门的注塑模内同时/先後注射不同颜色/种类的原料，使产品具有不同的外观/性能。但因其在设备和模具的巨大投资而逐渐被二次注塑取代。二次注塑：就是注塑零件为嵌件的嵌件注塑，主要应用於机械性能和外观要求较高的零件，材料选择是该工艺的关键。3、比较第二章热成型工艺一、热成形(vacuumforming)定义:热成形就是将热塑性板片加热至其软化点，藉抽真空、空气压力、重力及机械力使之成形于母模或公模内，再冷却、脱模、修剪而成。此加工方式亦称真空成形或压差成型，因为最常用的方式是抽真空而使塑板与模面贴合来成形。顶棚基材PU外覆低档针织面料针刺无纺毡地毯各种针刺地毯加硬质纤维板复合材料仪表板ABS/PVC蒙皮真空吸塑立柱装饰板采用ABS板材热压成型门板纤维板复合蒙皮材料热压PVC/ABS蒙皮发泡工艺与PC/ABS骨架复合PVC蒙皮/PP-T20骨架吸塑工艺复合常见的热成型有以下几种：1、真空成型2、气压热成型3、对模热成型4、柱塞助压成型在汽车内外饰上较为常见的热成型是真空成型及对模热成型。二、热成形分类直接真空成形又称凹模成形：常用母模如图加热方法气体传热加热（蒸汽和热空气加热）液体传导加热（油、水、过热水加热）辐射加热（红外线和微波辐射加热）使用材料：ABS、PS、PVC、PU三、直接真空成形真空成形示意图真空成形产品对模热成型：将热塑性板片加热软化后，再以上下两模对合加压而成形。此法可得较精确的成品尺寸及光滑表面。模具通