第8章 气辅成型模具

第8章气辅成型模具8.1吹塑成型模具8.1.1概述塑料吹塑成型是指用模具和压缩空气吹成塑料中空容器的成型方法。主要用于制造薄壁塑料瓶、桶以及玩具类塑件。用于吹塑成型的模具种类有：挤出吹塑成型模具、注射吹塑成型模具、拉伸吹塑成型模具、共挤出吹塑和共注塑吹塑模具。8.1.2吹塑模具基本结构中空零件以瓶类制品最为典型，其规格和形状也十分繁多。所以，本节将以瓶类制品为例，介绍吹塑成型模具。无论采用何种吹塑方法，所使用的模具结构均为由两个半模组成，图8-1为吹塑模的外观。两个半模各由三部分组成，即：瓶颈部、瓶体部和瓶底部，每个半模都有单独的冷却水通路。图8-1吹塑模具外观1.瓶颈吹塑模瓶颈部是与吹管配合的部位，同时又是形成不同形状瓶颈的部位。瓶颈部的形状依设计方案而异，大致可分为有螺纹瓶颈与无螺纹瓶颈两类。（1）有螺纹瓶颈用于旋上瓶盖的瓶颈。瓶盖可以是塑料的，也可以是金属的。由于普通螺纹在两半模分开时易产生干涉现象，损坏螺纹，所以吹塑瓶颈的螺纹设计成特殊截面形状。塑料瓶螺纹截面形状分为两种。①通用螺纹用于各种塑料瓶口，截面为梯形，螺纹有一圈、一圈半和两圈三种；②修正螺纹用于瓶盖旋紧后有一定内压的瓶口，截面为斜梯形。（2）无螺纹瓶颈用于一次性使用的瓶，瓶口有多种形式。2.瓶底塑料瓶的瓶底均为凹入式，目的是为了能在平面上直立放置，如图8-2所示。也是为了自动灌装液体，在瓶底上做出止转槽的形式。图8-2瓶底的形式3.瓶体瓶体部分为瓶的造型主要部位，依用途不同而设计成各种形状。但无论截面为何种形状，必须能顺利脱模。因为瓶体是制品中最薄的部分，如略有阻碍，则制品脱模后必然变形而成为废品。吹塑模的典型结构如图8-3和图8-4所示。图8-3为用压入法嵌入瓶颈和瓶底嵌件的典型结构；图8-4为用螺钉固定法嵌入瓶颈和瓶底嵌件的典型结构。图8-3吹塑模具（压入式）1-模口嵌件2-模体3-排气槽4-导销5-模底嵌件6-堵头图8-4吹塑模具（螺钉固定式）1，2-模口嵌件3-导销4-排气槽5-模体6-盖板7-冷却水路8，9-模底嵌件8.2.3吹塑模具的设计1.瓶体部的设计（1）分型面一般常见的瓶体截面形状如图8-5。图8-5瓶体截面几何形状与分型（2）排气槽和排气孔瓶体部分在闭模时有大量空气，在吹胀时应尽快地把空气排出，以使瓶体能完整地成型，紧贴于模腔壁上。如果某一局部有空气滞留，外形即不完整而成为废品。最有效的排气法是在分型面上设排气槽，而瓶颈的肩部及瓶底的转角处为容易滞留空气的死角，应设漏斗形排气孔，所有突出部位以及截面突然改变处也应设排气孔。排气槽槽深小于O.1mm，一般用平面磨床精磨而成，槽宽10～25mm,依模具大小而定。每一副模具在分型面上的槽数也依型腔的容积而定，在型腔的两边各开三条以上的排气槽。排气孔的形式依具体情况而异排气孔径为0.6～1.2mm，深25～35mm。（3）型腔表面塑料瓶一般有比较高的外观要求。其表面大致有光泽表面、不反光表面和花纹表面等几种。（4）冷却系统吹塑模的冷却效果直接影响到瓶子的表面质量，所以冷却系统的设计在吹塑中很重要。如果冷却不均匀，吹出的成品表面光泽便有明显的差异。常用的冷却水通道的形式有以下几种。①循环水路的方式(如图8-6)图8-6循环水路方式1-水堵2-阻挡件3-模体4-螺旋板②铸造水路方式(如图8-7)图8-7铸造水路③喷淋冷却方式(如图8-8)图8-8喷淋冷却方式2.瓶颈部的设计瓶颈部是吹塑模的入料和送气吹胀的部位。其类型大致可分为：有螺纹瓶颈、无螺纹瓶颈、大口径瓶颈、自灌注密封瓶颈四类。（1）有螺纹瓶颈吹塑瓶螺纹的成型有两种方法。一是实体螺纹，螺纹截面全部由塑料实体做成，可以用挤出吹塑或注射吹塑成型，制造螺纹阴模时须注意螺纹的起始端和终止端必须设在半模的中央。为了使螺纹能正确连续，两个半模上的瓶颈嵌件必须同时加工。二是薄膜螺纹，一般用于螺距较大，螺纹截面大的瓶，在不需要密封的条件下，可以吹成螺纹，这种螺纹很少采用。成型螺纹时，由于瓶坯直径大于瓶口直径，所以在两个半模合模后要夹住瓶坯而把无用的多余料切断。这就要求螺纹阴模具有能切断余断的作用，称为切口。切口的截面形状如图8-9所示。切口有一段平面b，其后做成能容纳余料的空间，空间与切口的连接处成角θ。为了使螺纹的分型面上少留余料，b的尺寸应尽量小，根据瓶颈直径的大小，可以做成b=0.08～O.12mm,θ角为20°。图8-9螺纹切口（2）无螺纹瓶颈不采用螺纹瓶盖的一次性用瓶，多做成无螺纹的瓶颈。瓶颈嵌件的做法与有螺纹瓶颈基本相同，不过由于没有螺纹，分型面上的余料痕要求可以放宽。（3）大口径瓶颈瓶颈直径与瓶体直径之差很少。这种瓶颈需要和瓶体同时吹成，在模具上另设吹口板。吹口板到瓶口的一部分，在开模前被切掉。（4）自灌注密封瓶颈这种特殊瓶子是用来装某些药品用的(如杀虫剂等)，在吹塑成型后，即由吹管中的注入管把液体灌入瓶内，然后在瓶颈部加温并挤压，使它完全密封起来。图8-10瓶颈板结构的两种形式。图8-10瓶口的校正与切断3.瓶底部的设计瓶底部的形状依瓶的用途及灌装方法的不同而异，大致有：浅凹人式瓶底、深凹入式瓶底、有止转沟的瓶底。挤出吹塑瓶底成型方法与注射吹塑瓶底成型方法不同。（1）挤出吹塑时瓶底的成型挤出吹塑的瓶坯为管形，在吹胀前要将管形瓶坯夹在两个半模之间。底部的成型是先由瓶底的切口处剪断。瓶底切口由两个半模各构成其一半。可以用两块整瓶底板做成，也可以用嵌件。在产量大时，以用嵌件为好，便于更换，如图8-11所示。图8-11嵌入式瓶底模瓶底切口设计的适当与否，直接影响到瓶底部的融合质量。如图8-12(a)切口角度合适，瓶底缝融合良好，图8-12(b)切口角度不合适，瓶底缝融合不够好。图8-12瓶底缝的融合情况（2）注射吹塑时瓶底的成型注射吹塑时，瓶坯是由瓶底部进料注射成的。塑料熔体由瓶坯模的瓶底部注入，在瓶口部成型螺纹。瓶坯模也是由两个半模合成，其底部为注射瓶坯时的浇口。有些特殊形状的瓶底，在做成瓶坯时已经将它预制而成。注射吹塑的瓶底不存在切除余料问题，所以无须做出切口。4.注射吹塑的芯杆注射吹塑时，瓶坯模的凸模即为芯杆，芯杆同时又是吹胀时的吹管。芯杆的长度、直径，与瓶坯设计有关系。而瓶坯的尺寸又与瓶体的直径、容积、吹胀比有关系。典型的芯杆如图8-13所示。图8-13芯杆8.2真空成型模具8.2.1真空成型的特点及成型工艺真空成型是将塑料板材加热至软化温度，再用真空泵把板材与模具型面所构成之封闭空腔内的空气抽取干净后，借助大气压力使板材发生塑性胀形变形(表面积增大、厚度减薄)，并贴靠在模具型面上，变形成为塑件的加工方法。成型冷却后借助压缩空气从模具内脱出塑件。真空成型的主要优点就是设备简单，生产效率高，能加工大尺寸薄壁塑件，尤其是吸塑字在牌匾广告制作方面应用越来越广泛。其成型方法有很多种，下面简单介绍型腔真空成型，型芯真空成型，采用凹、凸模先后抽真空成型等三种主要的真空成型方法。1．型腔真空成型如图8-14所示，板材被固定在型腔上方，为了防止空气从板材外面进入到型腔中间，在板材固定处要安放密封圈。图8-14型腔真空成型2．型芯真空成型型芯真空成型如图8-15所示，图（a）所示为被夹紧的塑料板材在加热器下软化；图（b）所示为板材加热后随框架一起下降(或型芯上升)并使板材包在型芯上的情况；图（c）所示为抽真空后塑料板材覆盖在型芯上成型时的情况。图8-15型芯真空成型3．采用凹、凸模先后抽真空成型采用凹、凸模先后抽真空成型如图8-16所示。图8-16采用凹、凸模先后抽真空成型8.2.2真空成型模具设计要点1.模具的结构设计(1)型腔尺寸真空成型型腔尺寸的计算方法与注射模相同，但不必像注射模那样精确。真空成型塑件的收缩量，大约有50%是塑件从模具中取出时产生的，25%是取出后保持在室温下1h内产生的，其余25%是在以后8～24h内产生的。一般来说，在型腔上成型的塑件比型芯上成型的塑件收缩量大25%～50%，这是因为在型腔上成型的塑件在取出前就产生了收缩，而在型芯上成型的塑件取出以前无法产生收缩。影响塑件尺寸变化的因素很多，如成型温度、模具温度、冷却时间等。(2)型腔表面粗糙度一般真空成型模具都没有推出装置，依靠压缩空气脱模。如果表面粗糙度值太大，塑料会粘附在型腔表面上不易脱模。因此，型腔表面粗糙度值不能太大，一般取Ra=1.6μm。真空成型的成型表面最好用磨料打毛或进行喷砂处理，因为在成型时型腔表面可以储存一部分空气从而避免真空吸附现象。(3)脱模斜度真空成型的凹凸模都应该有一定斜度，型腔的脱模斜度约为0.5°～1.0°；型芯的斜度一般为2°～3°，同时模具的圆角半径应大于或等于板料厚度值以避免弯角处应力集中。(4)抽气孔的设计真空成型时，模内气体必须快速从抽气孔中排出。对于流动性好、成型温度低的塑料，抽气孔直径可设计得小一些。既保证在短时间内将空气抽出，又不要留下抽气孔痕迹。一般常用抽气孔直径是0.5～1mm，最大不超过板料厚度的5%。抽气孔的位置应位于板材最后贴靠模具的地方，如图8-17所示。孔间距视塑件大小而定，对于小型塑件，孔间距可在20～30mm之间选取，大型塑件可适当增加距离。图8-17抽气孔的位置(5)边缘密封结构为使型腔外面的空气不进入真空室，在塑料板材与模具接触的边缘处应设置密封装置。(6)加热冷却装置对于板材的加热通常采用电阻丝和红外线。电阻丝温度较高，通常采用调节加热器和塑料板材之间距离的方法来控制成型温度。在生产中一般由试验确定其具体值。2.模具材料真空成型模具在强度上不受大的外力，所以可以采用容易加工的材料。（1）木材（2）硬石膏（3）陶瓷烧结物（4）环氧树脂（5）铝合金（6）低碳钢8.2.3真空吸塑模的主要部件设计1.凹模绝大多数吸塑都是用凹模成型的。现代的吸塑机工作面积可达700mm×1000mm，可以一次成型几十个同样的塑件。凹模是由多个单腔模排列组合成的。为了保证各个凹模之间的相对位置精度(因为在下一步切边时必须尺寸准确)，其外形尺寸精度及形位精度要求较高，同时高度的偏差也必须很小。用石膏或木材制造时往往达不到要求。凹模的表面是成型塑件外形的，用于成型聚氯乙烯片材时，表面粗糙度应不大于Ra0.8μm。而用于聚苯乙烯片材时，表面粗糙度应不小于Ra0.8μm，最好用喷砂处理。因为聚苯乙烯容易粘附在凹模表面不易脱出。凹模上的气孔直径依所加工的材料而异，用于聚氯乙烯吸塑成型时，直径取1.2mm，而用于其他材料时，为了避免在塑件上留下吸气孔痕迹，以0.8mm以下为宜。孔的位置，一般设在凹模底部、突出部、凹陷部；孔的数目不宜过多，发现吸胀不足时，可以再增加。2.凸模凸模形状简单的可用木材，外部涂以清漆。比较大的可以用铝，外表面贴以法兰绒隔热。用凸模成型时，凸模可以用环氧树脂浇铸，或用铝合金表面涂以环氧树脂漆。3.切边模吸塑机的切边工序是在吸塑成型之后将塑件移位切断。切断余料时，所用模具为简单冲裁模。大形吸塑件也可以在吸塑的同时切边。模具结构如图8-18所示。图(a)为拉伸位置，图(b)为吸塑成型位置，图(c)为切边工作位置，图(d)为脱模位置。图8-18同时切边的吸塑模8.3压缩空气成型模具8．3．1成型工艺及其特点塑件成型过程是将塑料板材置于加热板和凹模之间，固定加热板，如图8-19a所示；这时，塑料板材只被轻轻地压在模具刃口上，然后，在加热板抽出空气的同时，从位于型腔底部的空气口向型腔中送入空气，使被加工板材紧贴加热板，如图8-19b所示；这样塑料板很快被软化，达到适合于成形的温度。这时加强从加热板送出的空气，使塑料板材逐渐贴紧模具。与此同时，型腔内的空气通过其底部的通气孔迅速排出，最后使塑料板紧贴模具，如图8-19c所示；待板材冷却后，停止从加热板喷出压缩空气，再使加热板下降，对塑件进行切边，如图8-19d所示；在加热板回升的同时，从型腔底部送人空气使塑件脱模后，取出塑件，如图