塑料热成型工艺及模具

塑料热成型工艺及模具第八章本章主要内容第一节概述第二节热成型的基本方法第三节热成型制品的工艺设计第四节热成型的设备及模具设计第五节工艺影响因素及制品的用途第一节概述一、热成型的方法原料为热塑性塑料片材种类繁多热成型工艺和设备的不断改进制品的应用范围越来越大壁溥：片材一般厚度3~5mm面积可以很大：单个制品所用片材面积可达3×9m外形为半壳形，深度有一定限制用途：杯、碟、等日用器皿和医用器皿电子仪表附件、电器外壳等汽车部件、建筑构件、化工设备、雷达罩和飞机舱罩PS、PMMA、PVC、苯乙烯—丁二烯—丙烯晴共聚物、高密度聚乙烯、PP、聚酰胺等片材二、快速发展的原因三、制品的特点四、原料及其制品的用途奔驰公司使用塑料车身2002年，戴姆勒克莱斯勒公司展示了塑料车体的概念车“JeepWilly”。戴姆勒克莱斯勒表示该车“回到原点，在尊重吉普的传统的基础上融进了21世纪的设计和技术”。该车的特征是车身采用碳素纤维塑料制作，与原有材料相比最大可减轻50%的重量和制造成本。车辆重1315kg，使用的材料几乎可以100%回收使用。引擎为1.6升直列4气缸式。热成型的优缺点与注射成型相比较优点：设备投资少、能够制造表面积大的制品缺点：原料（片材）的成本高、制品的后加工多目前热成型与注射模塑发展都很快，当某种制品用这两种方法都可生产时，选择标准是制品的成本。第二节热成型的基本方法利用热塑料的片材作为制造塑料制品的一种方法吸塑热成型高速全自动真空包装机——型号ZXBZ中国广东(港惠)振兴塑胶机械有限公司SE——600×450型塑料气压热成型机系根据Q/NK×02.01——93《塑料气压热成型机》标准而设计制造的。用于各种热塑料片材的热成型加工，特别适用于新颖环保材料BOPS片材的热成型，广泛用于食品、医药、器皿、工艺美术、五金电器等的衬垫、内外包装和日用装饰及其他日用塑料制品的生产。热成型机图片本机主要用于连续高效生产一次性塑料餐饮具，既可用塑料硬片成型也可用塑料降解片材成型，制品有冷饮杯，酸奶杯杯，冰淇淋杯、快餐盒，豆腐盒，方便面碗等，同时也可以生产医药、轻工、纺织、旅游、玩具等行业有关塑料包装制品。北京盛安机电设备开发公司基本方法一、差压成型真空成型（阴模真空成型、阳模覆盖成型）气压成型二、柱塞助压成型三、回吸成型四、凹凸模对压成型（对模成型）五、双片热成型一、差压成型夹持框将夹片夹紧→加热→移开加热器→差压使片材下垂→贴合→冷却→吹出→修整→制品1、产生差压的方法真空成型0.07~0.09MPa加压成型（气压成型）0.35MPa2、阴模差压成型的特点结构比较鲜明，精细的部位是与模面贴合的一面，光洁程度较高成型时，凡片材与模面在贴合时间上愈后的部位，其厚度愈小3、不用模型的差压成型4、阳模真空成型（覆盖成型）(1)阳模顶入片材或片材扣覆在模具上——扣紧——在模底抽气——片材与模面完全贴合——冷却、修整——制品(2)特点与模面贴合的一面表面质量高，结构鲜明细致壁厚的最大部位——模具的顶部最薄的部位——模具侧面与底面的交界区侧面常出现牵伸和冷拉的条纹制品的质量依赖于模具的温度、覆盖的速度和抽气的速率二、柱塞助压成型（凹模）1、柱塞助压真空成型、柱塞助压气压成型、气胀柱塞助压真空成型2、制品特点厚度分布较均匀制品质量取决于柱塞和片材的温度及柱塞的下降速度三、回吸成型（凸模成型）1、回吸成型真空回吸成型气胀真空回吸成型推气真空回吸成型2、制品特点厚度较均匀结构可以较复杂四、凸凹模对压成型（对模成型）采用两个彼此扣合的单模来成型特点复制性和尺寸准确性较好结构可以复杂些，甚至可以刻花、刻字厚度的分布依赖于制品的样式五、双片热成型两片材在半合模的框架上夹紧、加热吹针插入两片材之间送气打开两半合模的抽气门进行抽气，使片材贴合于两半合模内特点：成型快、壁厚均匀、可以制作双色和厚度不同的制品抽气门第三节热成型制品的工艺设计一、几何形状设计开口宽阔、深度浅、流线型外廓、形状简单的半壳形制品一般不应有侧孔、侧凹，当侧凹深度超过10mm需考虑采用瓣合式模具结构为了增强薄壁件的刚强度，侧壁可采用凹凸条纹，但起伏不宜太大，数量不应太密，以防成型时壁被拉得太薄脱模斜度：0.50~40阴模成型脱模斜度取1/120~1/60阳模成型取1/30~1/20制件圆角半径不小于壁厚的3~5倍二、高径比、引伸比和展开倍率DHopaAARoilllR高径比：深度和直径的比值展开倍率（面积引伸比）线性引伸比三、废料比率的计算成型圆筒件的片坯废料比率计算已知：被成型的圆筒深315mm，圆底直径440mm，若侧边须留剪切余量50mm，计算片坯废料比率（1）选用正方形片坯：边长440+2×50正方形片坯面积（440+2×50）2=291600mm2圆筒的底面积π×4402/4=152053mm2被剪切的废料比率（291600-152053）/291600=48%（2）选用圆形片坯：直径440+2×50圆形片坯面积π×（440+2×50）2/4=229022mm2被剪切的废料比率（229022-152053）/229022=33%四、成型件的壁厚计算圆锥壳体上壁厚分布计算已知：片材厚t0=2.5mm，成型花盆R=35mm，底r=22.5mm，盆高L=67mm面积引伸比制品平均壁厚t=t0/Ra=0.69壁厚沿深度L的分布为H——圆锥的锥顶高度（H=R·tanα)R——敞口半径r——圆台底半径6.3)()(2222RrrRLrRRa1sec))(2cos1(HLHtto壁厚沿深度L的分布盆底L=67mmt=0.2mm0.00.51.01.52.01112131415161第四节热成型的设备及模具一、热成型设备夹持、加热、成型、冷却、脱模1、设备分类（1）按自动化程度分手动设备：全部人工操作半自动设备：夹持和脱模由人工完成，其余由设备自动完成全自动设备：全部由设备自动完成（2）按供料方式分分批进料：多用于生产大型制件、原料为不易成卷的厚型片材连续进料：通常用于生产薄壁小型的制件2、设备的加热系统(1)片材的加热方法热板的传导：用油、电、过热水和蒸汽等供热红外线的辐照烘箱预热：较厚的片材(2)初制品的冷却方法内冷：通过金属模具的冷却使初制品冷却外冷：风冷或空气——水雾法3、设备的夹持系统上、下两个机架上机架受压缩空气操纵，均衡地将片材压在下机架上，压力可调，0.5~5吨。夹持的片材应有可靠的气密性，且夹持框架大多能在垂直或水平方向移动。4、真空系统压机上附有自给的抽空设备520mmHg设备数量较多的工厂采用集中抽空系统5、压缩空气系统用于成型、脱模、初制品的冷却、操纵模具和框架的运动及运转片材分：自给式和集中两种形式二、模具1、模具材料：木材、石膏、塑料、铝、钢试制产品：硬木或石膏产量不大：塑料高产量或高质量：铝、钢、锌合金2、阴、阳模的选择单模成型：制品表面质量较好的是与模面接触的一面采用多槽模成型：最好用阴模，结构紧凑、脱模容易、可防塑件起皱成型尺寸计算成型尺寸计算Lm=(L+LㆍScp)±δzLm—凸模或凹模的径向尺寸，mmL—制品名义尺寸，mmScp—塑料凸模或凹模成型收缩率δz—模具制造公差，凹模取正，凸模取负模具PVCPEABSPC抗冲击PS取向PS凸模0.1~0.51.0~5.00.4~0.80.4~0.70.5~0.80.5~0.6凹模0.5~0.93.0~6.00.5~0.90.5~0.80.8~1.00.6~0.8制件成型收缩率/%（教材P424表8-3-2）模具表面的粗糙度高度抛光的模具→制品表面光洁闷光的模具→无光泽的制品4、牵伸比模槽深度与宽度的比值（1）单个阳模成型时牵伸比1（2）阴模成型牵伸比≤0.5（3）柱塞成型＞15、圆弧、斜度及气孔（1）模面上用圆弧代替棱角和隅角（2）模壁上设置斜度以便脱模凹模0.50~10凸模20~30（3）模具中开设气孔以进、出气φ0.3~1.5mm，抽气孔最大直径不得超过片材厚度（4）布置在片材最后与型面接触的部位，即型面的最低点及角隅处（5）同一模具抽气孔直径应相同抽气孔的数目N=Q/vAQ——气体体积流量v——抽气孔的气体流速，理性抽气流速v=300m/sA——抽气孔截面积计算抽气孔例子需抽吸真空的圆柱型腔2.8×10-2m3，抽气孔直径D=0.8mm，要在10s内完成吸塑成型，求抽气孔的数目。抽气孔面积：A=πD2/4=π（0.8×10-3）2/4=0.5×10-6m2型腔体积流量Q=V/t=2.8×10-2/10=2.8×10-3m3/sN=Q/(vA)=18.7=19孔6、型刃设计及安装刃口端面宽0.1~0.15mm以R0.05mm的圆弧与两侧面圆滑过渡材料：弹簧钢硬度HRC45~52比对压的金属面板硬度低10%~20%型刃顶端凸出的高度比型板的厚度高出0.1mm第五节工艺影响因素及制品的用途一、工艺过程及影响因素1、加热：将片材加热到成型温度（50%~80%成型时间）（1）力求片材厚薄均匀，以防温度不均造成内应力（2）加热厚片材最好采用双面加热、预热或高频加热（3）片材在夹持架上出现下垂是因为热膨胀和熔融流动2、成型（1）厚度均匀性各部分的牵伸比（用花板遮蔽、模具上通气孔的合理分布）牵伸的快慢、抽气或鼓气的速率、模具、框架、柱塞的移动速率（尽量快）（2）各向上的性能各向的牵伸不同会造成各向异性3、冷却脱模冷却不足：制品脱模后变形过分冷却：制品收缩包紧在模具上，脱模困难二、热成型常用的几种塑料及其用途1、氯乙烯类（1）硬聚氯乙烯：较高的稳定性和抗冲性能，优良的抗化学腐蚀性能、低吸水性，防燃性能好，但易发黑应用：浮凸地图、帽盔、小型容器、化工设备（2）软聚氯乙烯：成型温度较低应用：垫子、皮夹2、烯烃类：成型温度高，制品因次稳定性较好、韧性高、无毒、能抗御多种化学药品的腐蚀应用：耐沸水的厨房用具、玩具、小型建筑构件和包装容器3、苯乙烯：非定向的PS成型后切边比较困难，不宜用于热成型。双轴定向的PS用于热成型时所用框架必须结实以防片材热收缩而发生意外。应用：透明的小型包装容器、文件保存盒、护罩PS泡沫塑料：短时保温容器ABS：飞机、汽车和某些设备的部件、冷藏货车的衬材、机器的掩护罩、货运箱4、丙烯酸酯类：PMMA特点：透光性好、抗冲性高、能抗光的老化应用：飞机舱罩、灯罩、天花板5、纤维素类：醋酸纤维素片应用：透明的包装容器和陈列样品的容器6、工程塑料特点：稳定性和韧性优良、良好的透明性、机械性能和热性能应用：PC：飞机、仪表的部件、医疗器皿、照明部件及包装容器PA：包装鱼、肉等食品定向的聚对苯二甲酸已二酯：电器配件思考题1热成型的工艺过程2热成型的几种基本方法3热成型中阴阳模的选择原则4热成型制品的设计要点