第十章气压成型模具设计简介.ppt
第十章 气压成型模具简介,气压成型主要包括吹塑成型（正压）、真空成型（负压）及其综合成型。它们均属热塑性塑料 成型。气压成型的特点是利用简单的成型设备获得大尺寸的塑料制品，生产费用低，生产效率高，是一种较为经济的成型方法。,10-1 吹塑模具设计,吹塑成型又称中空成型，主要用于吹塑塑料瓶、罐、管和薄膜等制品。按成型方法不同，分为注射吹塑成型、延伸吹塑等。,一.分类.挤出吹塑,2.注射吹塑,1-准备 2-注射成形 3-注射模开启4-吹塑成形5-制品脱模 6-制品,.延伸吹塑,1、吹胀比 型坯直径与塑料最大直径之比，f。一般 f=2：1 4：1,如是挤出吹塑可由吹胀比确定挤出口模的尺寸：,二.吹塑制品设计,式中,f,f,一般要求：型坯断面形状与制品的外形轮廓相似，以便获得壁厚均匀的制品。,3、制品的斜度：一般原则，最小斜度：1/边；推荐斜度：2/边。,2、延伸比：塑件的长度与型坯之比，SR。为保证制品的强度、壁厚，一般SR BR=4-6。,4、圆角：如果不是厚壁制品，不要将制品设计成尖角或尖边的形状。对圆柱形制品，边缘的圆弧半径应不小于制品直径的1/10。对矩形制品,圆弧半径大于0.15倍的模具型腔深度.5、螺纹：（1）螺纹的精度一般不超过3级精度；（2）螺距一般不小于0.75mm，螺距大对模具制造及产品均有好处；（3）长度一般为直径的2倍，需长螺纹时壁厚应增加，且要计算收缩量。,6、收缩率：,7、支承面：强度、外观等方面考虑,横向、纵向收缩率的比较：,三.模具设计（以挤出吹塑为例）1.夹坯口,吹塑成型模闭合时应将多余的坯料切去，夹坯刃口就是为完成此任务而设置的。,夹坯刃口的角度和宽度对制品的质量影响很大。如角度和宽度过大可能会造成不易切去余料并且会在制品上留下较大的料把或凹坑而使制品报废。,一般 hmin=0.38通常:0.512.5mm;大型容器:23mm。(美)Norman C.Lee吹塑成型技术 中取 h=0.10.3,2.余料槽 在上下夹坯刃口附近开设余料槽以容纳余料，它的大小应跟据夹持后的余料宽度、厚度确定，以模具能够严密闭合为准。,4.冷却管道 为缩短制品在模具内的冷却时间并保证制品各个部位均匀冷却。冷却管道应根据壁厚进行布置。如塑料瓶口部位一般比较厚，就应加强此处的冷却。,3.排气孔（排气槽）型坯吹涨前将原有气体排出。排气孔:0.5-1;(存气多）排气槽:0.05mm.（分型面）,5.吹管 通入气体的管道。,10-2(10-3)真空、压缩空气成型模设计,真空吸塑 压缩空气成型真空与压缩空气联合成型对模压制成型 等都属热成型。,热成型：将板、片材热压成半封闭盒形件的成 型方法。,成型工艺：先将板、片材加热软化后，迅速移至成型模，利用真空（吸塑）、或压缩空气（气压成型）、或模具直接加压，使之成型并冷却，切边后即可获得薄壳状敞口制品。,一.应用范围：材料有PVC、PE、PP、PS、PMMA、PA、PC、PET等；产品有商品包装壳；一次性 杯、碟、盘、碗；冰箱内胆、桌面、车船和飞机内衬、建筑装饰品等。,热成型特点：成型制品规格范围宽。可成型特厚、特薄、特大、特小的制品，如模具直接加压热成型制品壁厚达20mm，真空吸塑一次性水杯壁厚仅0.1mm，成型面积大可达（39）m2，小至药丸、针头的包装。,热成型特点（续）：产品应用范围广。目前已遍及工业、农业、交通、电子、日用等领域。设备和模具投资少，成型效率高。设备、模具造价低，成型压力低、一模多腔生产效率很高（饮水杯20000只/小时）。缺点：难以成型带侧凹、侧孔及窄筋很深的制品。,1、阴模真空成型：利用单一凹模成型制品，是应用最广的热成型方法。,二.工艺特点、分类,特点：制品外表面精度高，但壁厚均匀性差，边缘厚底部薄，只能用于深度不大的制品。,2、阳模真空成型：利用单一凸模成型制品。,特点：制品内形精度高，成型收缩率会降低，壁厚均匀性差，底部厚边缘薄；生产PP、PS制品壁厚均匀性较好。,3、气压成型：利用压缩空气加压成型制品，因成型压力可达0.3-0.4MPa，成型速度快，约为真空成型的3倍，制品与模具贴合面光洁度高，花纹、转角等清晰准确。,特点：成形周期短，较真空成型短3倍以上。加热板直接与塑料板才接触加热，加热效率高，加热时间短，制品尺寸精度高，细小部分再现性好，光泽、透明性也好.缺点是模具造价高，且需成本贵的专用设备。,4、柱塞辅助真空成型：阴模真空成型前先用柱塞推压片材，使之产生很大的预变形，之后吸塑成型。,特点：制品壁厚均匀性较好，适用于较深腔制品成型；柱塞表面应用软质绝热材料包裹，如毛毯等。,5、气压预拉伸凹模真空成型：可避免柱塞真空成型时易在制品表面留下痕迹的缺陷，它先将片板吹胀后成型。,制品壁厚均匀性有很大改善,6、气压预拉伸凸模真空成型：也是先将片板吹胀后成型。,7、凸凹模对压成型：采用凸凹模对压的机械力完成片材成型。,特点：制品形状和尺寸精度较高；壁厚较均匀；适用于结构较复杂的制品，可在制品表面成型出花纹图案等。,8、钢模与硅橡胶模对压成型：只加工凸模或凹模，另一部分用硅橡胶代替，也可在钢模上局部嵌入硅胶块，以成型局部的细微形状或花纹。,特点：硅橡胶模可减化模具结构，方便制造。,三.热成型制品结构设计,1、几何形状设计,制品特征：开口宽阔、深度浅、流线形外廓、形状简单的半封闭壳形制品；制品上不能有侧凹、侧孔；当侧凹深度超过10mm时需采用瓣合模结构，以便脱模。,增强刚度结构：薄壁壳形件应避免大平面设计,尽量 改为拱形、凸凹形；在制品上加筋、脊或增加花纹图案；增加凸缘结构。,2、脱模斜度和转角,脱模斜度：一般在0.5-4范围内选取。阴模成型脱模斜度取1/120-1/60，阳模成型脱模斜度应更大，取1/30-1/20。斜度越大，壁厚越均匀。,转角：制品上的圆角一般不小于壁厚的3-5倍，过小则不易成型，壁厚也不均匀；过大则会削弱制品的刚度。,3、引伸比和展开倍率,热成型板片材的变形程度可用引伸比和展开倍率表示；引伸比：制品深度和直径之比即H/D，对于聚烯烃H/D一般不大于1.5，而聚氨酯弹性体和熔体强度特别好的塑料可达4以上。,展开倍率x：指制品的表面积与夹持部位内原料片材的表面积之比。硬PVC:x=3;ABS:x=5-7；PC:x=3-5。压缩空气成型比真空成型的展开倍率高50%。,已知制品的壁厚和展开倍率，便可推算出坯料片材的厚度；坯料片材厚度一般为1-5mm，最小0.1mm，最大不超过8 mm，大批量可定制片材，小批量可按表8-2-1选取。,四.热成型模具结构设计,1、热成型模具材料,热成型模不受太大的外力，故模具以选容易加工材料为宜。木材：使用木质比较细、有中等硬度的材质，其优点是质量轻、不传热，缺点是容易吸湿膨胀，尺寸精度不易保证；硬石膏：用铸造法可方便制造凹模，铸成后要经过三天左右才能彻底干燥，用于容积小的多腔模为宜；,陶瓷：用于制造形状简单的凹模；环氧树脂：可用环氧树脂混以一定比例的铝粉，用浇铸法制造形状比较复杂的多腔凹模；铝合金：一般用铝铜镁合金加工较大尺寸的凹模或用铸造法制造小型凹模；低碳钢：一般不用钢材，但对形状特别复杂的制品，可用钢材制造。,2、真空热成型模具设计,（1）抽气孔设计：孔径：取决于塑料品种及片材的厚度，应能保证迅速抽气又不致在制品表面留下抽气孔痕迹；通常取0.5-1.0mm，最大不得超过片材厚度50%。（P245）,孔位：位于模具型面的最低点及角隅处，尤其轮廓复杂处，必须有足够的抽气点。,（1）抽气孔设计（续1）,孔间距：抽气孔应均布，大平面间距30-40mm内，小平面（或弧面）间距20-30mm；孔密度：简单型腔为300-500个/m2；复杂型腔1500-2500个/m2；同一副模具所有抽气孔直径应相同。孔结构：一般为阶梯孔，成型面端为小孔，深3-5mm，后段则扩成大孔；为快速抽气，还可在型面上开真空缝。,型腔成型尺寸：应考虑成型收缩率和模具制造误差。,（2）型腔成型尺寸计算,成型收缩误差：模内占50%；脱模后1小时内占25%；其余为脱模后24小时后产生的。,（2）型腔成型尺寸计算,成型收缩率：与成型工艺条件关系很大，片材成型温度越低，收缩率越大，但过高成型温度收缩率也会增加。收缩率可查表8-3-2,成型温度与收缩率关系：每种材料均有最佳成型温度，在此区间收缩率最小；如PVC为120-130，ABS为90-150等。,（2）型腔成型尺寸计算（续1）,引伸比与尺寸收缩的关系：每种材料均有最佳引伸比，如PVC为0.5，而ABS为0.3-0.9。,（2）型腔成型尺寸计算（续2）,真空成型模具表面需保持一定的粗糙度，过于光洁的表面不利于排气，通常型面加工达Ra0.8m(或Ra1.6m）后再经喷砂处理或麻纹化；但高光亮透明制品型面应抛光处理。,（3）型腔表面粗糙度,为达到较高的真空度，以获得良好的成型效果，应防止空气沿片材周边泄露进抽气室，需在片材夹持装置或片材边缘设置密封垫（如橡胶垫等），并保持一定的接触压应力。,（4）边缘密封设计,片材加热方式：有热板直接接触加热与辐射对流加热。板厚大于2mm的片材应采用双面同时加热；加工厚度大于2mm的PP、PE板和大于6mm的ABS、PVC板应在烘箱内预热，以提高成型速度。,（5）加热与冷却,红外加热：单面加热时加热器应放在片材下方，利用热空气上升对流提高加热效率；双面加热时下方热源温度应比上方低，下方功率约为上方的50-80%；,（5）加热与冷却（续1）,远红外加热：加热器能发出5.6-1000m的电磁波，许多塑料对此波长有很好的吸收带，如ABS、PVC、PMMA等，其加热效率很高，且对片材有较好的穿透作用，使片材受热均匀。它比高频微波加热投资省、占地小，对人和环境无危害，节电约3050%。常用远红外加热器：有电热棒、电热板、陶瓷石英电热器、红外灯及表面涂有SiC的远红外加热板。,（5）加热与冷却（续2）,不同塑料所需加热功率密度：见表8-3-3,冷却：小型制品多用风冷，大型制品在型腔壁内设冷却水道，模温不宜过低，以免制品上产生冷斑。视塑料种类不同，模具温度可控制在50-60之间。,3、压缩空气热成型模具,（1）排气孔和吹气孔设计 排气孔径：与真空成型一样采用0.5-1.0mm，厚片和流动性较差的片材可采用较大孔，但一般不超过1/3-1/2板厚。吹气孔径：可比排气孔径大些，但应使气体均匀分布，不能集中于某处，以免造成温度不匀和受力差异。,（2）型刃设计及其安装型刃作用：在模具型腔的边缘设有型刃，成型过程中可同时切除余料，并压紧片材密封制品周边。尺寸：型刃太锋利或太钝均不可；通常型刃应有0.1-0.15 mm 宽的刃口端面，棱角以R0.05mm圆弧过渡，其外侧应有20-30斜面以保证型刃的强度，提高寿命。,型刃材料：常用弹簧钢，硬度HRC45-52，应比与其对压的金属面板硬度低10-20%，以免损伤面板。,（2）型刃设计及其安装（续1）间隙：型刃与型腔间应 有0.25-0.5mm的间隙，作为空气通路，并有利 于模具的安装与调整。高度：型刃顶端应比成 型板表面高出0.1mm，避免片材直接接触加热 器，造成缺陷。,（2）型刃设计及其安装（续2）型刃安装精度：型刃端面与加热器面板间应有很好的平面度和平行度，其误差应小于0.02mm。误差补偿：型刃使用后会发生变形，造成平行度误差过大，可在型刃下设置橡胶缓冲垫，弥补变形产生的误差；单位长度型刃的承受900N/cm 的载荷。,（2）型刃设计及其安装（续3）压机锁模力计算：由成型面积、压缩空气压力和模具边框所需压力来决定；使用的压缩空气压力一般为0.4MPa。,式中 F锁模力，N；p压缩空气压力，Pa；A热成型制品受压面积，m2。,压缩空气热成型模示例 流程：夹紧片材 型腔吹低压空气 面板加热 上模通压缩空气成型 冷却 上模下压，切边 下模吹气制品脱模,真空热成型模示例 流程：夹紧片材 加热 拉伸 真空吸塑成型 冷却，切边 下模顶出制品,思考题,热成型模与中空成型模的应用范围有何不同？,采用何手段可使热成型制品壁厚更加均匀？,热成型模具材料如何选用？,
