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真空吸塑機成型原理,吸塑原理詳細解析

欢乐球吃球官网下载 www.qdsvf.icu 真空吸塑成型的基本原理和相關術語進行介紹,對往后了解成型特性有著重要關系。

一、真空吸塑成型原理

真空吸塑成型工藝(圖2-1)是一種熱成型加工方法。利用熱塑性塑料片材,制造開口殼體制品的一種方法。將塑料片材裁成一定尺寸加熱軟 化,借助片材兩面的氣壓差或機械壓力,使其變形后覆貼在特定的模具輪廓面上,經過冷卻定型,并切邊修整。

真空吸塑成型這種成型方法是依靠真空力使片材拉伸變形。真空力容易實現、掌握與控制,因此簡單真空成型是出現最早,也是目前應用最廣的一 種熱成型方法。



二、無模成型

真空無模成型過程如圖2-2所示,將片材加熱到所需溫度后,置于夾持環上,用壓環壓緊,打開真空泵閥門抽真空,通過光電管控制真空閥調節 真空度,直到片材達到所需的成型深度為止。由于自由真空成型法中制件不接觸任何模具表面,制件表面光澤度高,不帶任何瑕疵。如果塑料本自身是透明的,制件 可以具有最小的光吸收率和透明性,故可用于制造飛機部件如儀器罩和天窗等。

真空無模成型法在成型過程中只能改變制件的拉伸程度和外廓形狀,因此不能成型外型復雜的制件。另外,成型過程中,隨著拉伸程度的增大,最 大變形區(即片材中心)的厚度不斷減小,因此實際生產中拉伸比(H/D)一般應小于75%。

在運用此法進行加工時,操作員必須有熟練的技巧,調節好真空度,以得到符合設計要求的輪廓和尺寸一致的產品。

三、陽模(凸模)和陰模(凹模)成型

對于真空吸塑成型,受熱的材料僅有一面與成型工具相接觸。這樣,材料與模具相接的面就具有與成型模具完全相同表面輪廓。而成型制件的未接 觸面的輪廓和尺寸就只有取決于材料的厚度。根據成型材料與成型模具的接觸面的不同,成型過程可分為陽模和陰模成型。



成型模

單陽模

單陰模

用柱塞協助成型

?允 許牽伸比

>0.5

>1

>1


2-1 不同模具所允許的拉伸比

真空吸塑陽模成型工藝過程如(圖2-4)所示。
本法對于制造壁厚和深度較大的制品比較有利。
制品的主要特點是:與真空陰模成型法一樣,模腔壁貼合的一面質量較高,結構上也比較鮮明細致。壁厚的最大部位在陽模的頂部,而最薄部位在 陽模側面與底面的交界區,該部位也是最后成型的部位,制品側面?;岢魷智I旌屠淙吹奶蹺?,造成條紋的原因在于片材各部分貼合模面的時候有先后之分。先與模 面接觸的部分先被模具冷卻,而在后繼的相關過程中,其牽伸行為較未冷卻的部位弱。這種條紋通常在接近模面頂部的側面處最高。

 

真空吸塑陰模成型工藝過程如圖(圖2-5)所示。
真空陰成型法生產的制品與模腔壁貼合的一面質量較高,結構上也比較鮮明細致,壁厚的最大部位在模腔底部,最薄部位在模腔側面與底面的交界 處,而且隨模腔深度的增大制品底部轉角處的壁就變得更薄。因此真空陰模成型法不適于生產深度很大的制品。



 

對于陽模成型,制件的內尺寸是很精確的, 因為它是與真空吸塑成型工具相接的一面。相反,對于陰模成型,制品的外尺寸是很精確的,因為其外部與真空吸塑成型模具相接觸如(圖2-6)。

圖 2-6a 陽模成型(簡圖)和b 陰模成型(簡圖)
1-厚部位;2-薄部位;3-成品的內尺寸;4-外尺寸
 

對于陽模制件我們必須注意如下問題:
① 在使用高的角式模具進行加工時,特別是當模具與夾持框架間的距離很大時,容易產生皺褶(圖2-7)
② 在角落處容易產生冷卻條紋(圖2-7);
③ 在凸緣處壁厚不均勻(圖2-7);
④ 由于側壁斜度不夠而使脫模困難;
⑤ 在成型區(夾持??潁┒嗲荒>叩那都拖錄諧制髦浠岵〉姆煜?;
⑥ 陽模成型模具通常比陰模價格低廉。

圖2-7 陽模制件中的缺陷及其典型特征(簡圖)
1-冷卻痕跡;2-皺褶;3-薄部位;4-厚部位
 

對于陰模制件我們必須注意其(圖2-8) :厚的邊緣;均勻的邊緣厚度;薄的角隅;單陰模有很好的脫模性;陰模模具通常比陽模價格高。 但是,對于每一種情況之中的不利影響都可以通過采用適當的加工方法來降低。

圖2-8 陰模制件的典型特征
1-均勻的邊緣;2-薄的角隅
 


四、機器基本裝置

1.夾緊設備
塑料片材成型時,片材被固定在夾緊裝置上。在真空吸塑成型的通用型機和復合型的熱成型機上多采用便于固定各種尺寸片材的夾緊裝置。有的是 整個成型機配一套夾緊框架。

夾緊裝置可分為兩類:一類是框架式,另一類是分瓣式??蚣蓯郊薪糇爸糜繕?、下兩個框架組成。片材夾在兩個框架之間??蚣艽蚩?,下框架一 般保持固定狀態。各種類型單工位成型機上框架的下部直接固定在成型室上。用手裝型坯和成品取出的手動和半自動成型機上,當框架尺寸很大時,都裝有在框架打 開范圍內的安全操作裝置。對成型滑移性較大的型坯,要求夾緊力能在比較寬的范圍內調節,為此,采用兩個包膠輥,用彈簧相互壓緊,并配有壓力調節裝置。連續 拉片成型機的夾緊是兩邊拉鏈與前后閘的共同作用。
夾緊裝置最好采用自動控制,以期動作迅速,可有助于提高制件質量和效率。

2.加熱設備
熱塑性塑料片材和薄膜的真空吸塑成型過程,主要工序之一就是片材加熱,讓片材軟化成可塑性的設備。電加熱的持續時間和質量取決于加熱器的 結構,輻射表面后溫度傳熱的熱慣性,片材與加熱器間的距離,輻射能吸收系數,加熱器表面的特性以及材料的熱物理性能。常用的加熱器有電加熱器、晶體輻射器 和紅外線加熱器。

3.真空設備
真空系統由真空泵、儲氣罐、閥門、管路以及真空表等組成,在真空成型中常采用單獨機型真空泵,此種泵的真空度應達到0.07~0.09 Mpa(520mmHg)以上。儲氣罐一般是用薄鋼板焊接的圓柱形箱體,底是橢圓形的。蓄氣罐的容量至少應比最大成型室的容量大一半。真空管路上,必須裝 有適當的閥門,以控制真空窄容量。
真空泵的轉動功率由成型設備的大小和成型速度決定,較大或成型速度較快的設備常用大至2~4KW的。真空中央系統的大小視工廠具體生產和發展的要求而定。

4.壓縮空氣設備
氣動系統可由成型機自身帶有壓縮機、儲氣罐、車間主管路集、閥門等組成。成型機需要壓力為0.6~0.7MPa的壓縮空氣,各種真空吸塑 成型機廣泛采用活塞式空氣壓縮機。也可以用大型的螺旋式空氣壓縮機整廠供給。
壓縮空氣除大量應于成型外,還有當一部分用于脫模、初制品的外冷卻和操縱模具框架和運轉片材等機件動作的動力。

5.冷卻設備
為了提高生產效率,真空吸塑成型制品脫模前常需進行冷卻。理想的情況是制件與模具接觸的內表面和外表面都冷卻,而且最好采用內裝冷卻盤管 的模具。對于非金屬模具,如木材、石膏、玻璃纖維增強塑料、環氧樹脂等模具,因無法用水冷,可改用風冷,并可另加水霧來冷卻真空吸塑成型制件的外表面。
生產中若采用自然冷卻可以獲得退火制件,有利于提高制件的耐沖擊性。用水冷卻雖然生產效率高,但制件內應力較大。

6.脫模設備
脫模是將制品移出模外,通常無論是凹?;故峭鼓?,多數場合是由于制品冷卻收縮而貼緊模具,所以通過真空吸引孔或向相反方向吹風使之脫模。
尤其對于脫模斜度小的或有凹模的模具,同時使用脫?;茍プ不蛘鸕賜涯?。

7.控制設備
控制系統一般包括對真空吸塑成型成型、整飾等過程中包括儀器、儀表、管道、閥門各個參數和動作進行控制??刂品絞接惺侄?、電氣-機械自動 控制、電腦控制等,具體選用要根據最初投資人工費、技術要求、原料費用、生產和維修設備費用等因素綜合考慮。


五、有效成型壓力
除了成型溫度、模具溫度和牽伸作用的影響外,真空吸塑成型制件的成型精度還主要依賴于熱制件與模具之間的有效接觸壓力。 模具在預牽伸的過程中會產生一定的接觸壓力(圖2-9a )。而制品成型時,若在接觸處抽真空或者使用柱塞的機械壓力,又就會產生一定的成型壓力。這也就是說接觸處的有效壓力是牽伸產生的接觸壓力和由真空或柱塞 的機械壓力產生的成型壓力之和。對于其他的區域,成型材料在預成型之后未與模具相接觸,有的甚至阻礙牽伸。這些區域其有效接觸壓力等于成型壓力和成型材料 成型時產生的反向壓力之差(圖2-9)。

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圖2-9 由材料的成型壓力和反向壓力之和得出有效成型壓力的簡圖
a 和b 陽模;c 和d 陰模 (+)模具面積,在該面積區域材料的有效成型壓力因接觸壓力而增加;(-)模具面積,在該面積區域有效成型壓力因成型材料的反向壓力而降低


對于模壓成型(陽模)通常的成型壓力:大面積模制件0.2 ~ 0.3MPa ( 2 ~3bar ) ;小的制件高達0.7MPa ( 7bar )。???? 對于真空成型,成型壓力較低,且主要取決于的大氣壓力。???? 在海拔高度為。時,當使用高質量的真空泵時,模塑壓力可達到約0.O98MPa ( 0 . 98bar )。???? 由于真空產生的壓力等于成型材料一側所受到的大氣壓與另一側產生的真空的壓差,所以接觸壓力就取決于空氣壓力和密封度。因此,即使使用最好的真空泵,隨海 拔高度的增大,成型壓力也會不斷降低(圖2-10)。

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六、成型面積、切入面積、夾持邊緣
夾持框表面內部寬度大小范圍區域的面積被稱為成型面積(圖2-11)。切人面積就是指在成型過程中發生牽伸的區域的面積。它依賴于制件的規格,而與夾持邊 緣是否需要加熱無關。???? 應用如下:成型材料未受熱的區域(如未受熱的夾持邊緣)不收縮,而成型的部分則在成型后收縮;但是不同收縮的區域會造成模塑物的變形。
對于實際應用的意義:若制件的夾持邊緣在脫模后立即就被切斷,那么它就不必進行加熱;若夾持邊緣留在制件上(無修邊成型過程),夾持邊就必須加熱到材料的 Tg以上。

圖2-10 成型機器的海拔高度對真空成型中的空氣壓力的影響
 

 

七、廢料(邊料)面積和廢料比率
掌握廢料分寸,對成本核算有著重要意義。成型制品四周的切邊余量是沒有精確數據的,因為它會由拉伸情況影響。我們利用以下著個案例來分 析:
例:計算成型矩形盒(如圖2-12)高200mm ,模具底面積(430x950) mm2,制品在模具底平面四周延伸10mm邊位剪切(即產品尺寸440x960mm2),若用料片坯面積(610x1200) mm2 ,夾持邊緣四邊各20mm,求此種情況時的廢料比。

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圖2-11 成型面積和切人面積 a 對于陽模成型,成型面積等于切人面積;
b 在陽模成型中由于附加的?;の锏淖饔枚骨腥嗣婊跣?;
c 在陰模成型中規定的加工切人面積
L · B-成型區域;Ll · B1-切人面積;?-夾持邊緣;
E-陽模成型中牽伸起始處(壁厚發生變化)

圖2-12 矩形盒用料制品簡圖(右邊為裁邊后的成品圖)
AB-模具底面,C-高度,L1和L2-模具延伸到片坯邊緣的長度,D-夾持邊緣


片材的廢料由夾持邊緣面積和經成型拉伸裁出制品后的片坯面積組成,最主要是計算經過拉伸后,出制品后還剩余多少份量的邊料。

注:裁邊面積—制品的剪口面積
根據此公式計算:
成型/型腔面積= [(610-20x2)(1200-20x2)]/{(430x950+430x200x2+950x200x2)+ [(610-20x2)(1200-20x2)- 430x950]} = 66120/1174720 = 0.056
廢料面積= 0.056x[(610-20x2)(1200-20x2)-440x960]+[610x1200-(610-20x2)(1200-20x2)]
= 142353.2 mm2
廢料比率 = 142353.2/(610x1200) = 0.194或19.4%


八、排氣面、排氣孔、排氣槽、槽口
在真空吸塑成型加工過程中,為了除去塑料材料與模具之間所存留的氣體,模具必須是能排氣的或有足夠的排氣孔或排氣槽;這可以使空氣通過抽 氣裝置(或轉移)快速的除去。具體的設計將在模具設計章節詳細介紹。


九、脫模斜度
對于陽模成型,制品會收縮而緊貼在模具上,而對于單腔陰模成型,制品收縮后可以脫離模具表面。為了能夠脫模,模具側面必須具有一定的傾斜 度。在脫模方向上,模具側面的傾角被稱為脫模斜度(見圖2-13)。脫模斜度應該取得盡可能大。脫模斜度越大,脫模越快,成型周期越短,而且在脫模的過程 中制品變形的可能性小。單陽模和單陰模的脫模斜度一般為:a=3o~5o ;對于收縮率<0.5%的和慢速脫模a > 0.50 。

????????圖2-13 脫模斜度
a單陽模; b 單陰模



十、成型比和牽引比
成型比(圖2-14)是指制品的最大抽拔深度H 與成型面B 之比,或與成型面直徑D 之比。成型比并不能準確反映出牽伸比。成型比可根據圖2-14 得到。

成型面積:L · B ,當L > B (長方形模制品) 成型比:H :B (長方形)或H :D (圓形模制品) 牽伸比是指模件修邊前的表面(不含夾持邊),與成型面積之比,其結果根據圖2-15。
牽伸比S = F2/F1
式中F1― 不含夾持邊的最初成型材料面積;
F2― 制品的模塑面積
測定實際牽伸比的技巧:對于幾何形狀非常復雜的模制品,牽伸比可以在最大牽伸處用一個軟尺很容易地進行測定(見圖2-16 )??磯?strong>B 方向的牽伸比 = 卷尺測量尺寸/寬度B?

圖2-14 成型比 a 和b 不同幾何體的成型比H :B ; c 圓形幾何體的成型比

圖2-15 用于計算壁厚的制件尺寸

圖2-16 某塑件寬度B 方向的牽伸比
1 -軟尺測量

?成型的牽伸比不宜過大,實際生產中選用牽 伸比時不超過1/3為宜,否則轉角、底部的部位將急劇變薄,甚至成型不了。
成型時,造成制品厚薄不均的主要原因是片材各部分所受的拉伸情況不同,一般來說,陽模成型時,易造成頂部過厚,兩側逐漸變??;陰模成型 時,口徑部位過厚兩側延至底部變薄,特別側面與底部的轉角部位最薄。
牽伸比應控制在一個極限范圍內。如果采用單陰模成型時牽伸比通常不超過0.5;采用單陽模成型時拉伸比可以適當增大,如果采取柱塞協助成型,牽伸比可以更 大些。

 

十一、壁厚計算、吸塑成型制件
當未成型材料的厚度已知時,我們可以粗略地估計出吸塑成型制件的厚度。由于制件的設計壁厚和最終成型壁厚的不規則分布,最終的計算結果要 考慮±30%的壁厚分布。對于這種計算,必須假定材料的體積在整個成型的過程中保持不變。
因而有如下成立:V1 = V2
這樣:F1·s1 = F2·s2
從而: s2 = F1/F2·s1
式中 Vl ― 不含夾持邊緣的材料體積;
????????V2 ― 熱成型制件的體積;
????????F1 ― 不含夾持邊緣的材料面積;
????????F2 ― 制件表面積; s1 ― 原材料厚度; s2 ― 制件壁厚。
壁厚計算示例:

長方形成型制件的壁厚的確定
根據圖3-21,有如下尺寸:
a=800mm, b=500mm, c=400mm, L=880mm, B=580mm
用這些數據計算面積和面積比得:
F1 = L · B = 510400mm2
F2 = L · B + 2bc + 2ac = 1550400 mm2
F1/F2 = 0.3293???? F2/F1 = 3.0367
對于原材料厚度s1=4mm, 且厚度均勻分布的成型制件,其壁厚:
s2 = F1/F2·s1 = 0.3292X4mm = 1.32mm
由于成型制件的壁厚的波動不均一,實際上制品的厚度分布在0.9~1.7mm之間
s2act = s2±30% = 1.3mm±0.4mm ≈ 0.9~1.7mm

若制件壁厚指定,所需材料的厚度確定

根據圖3-21中所示的制件的平均厚度為s2 = 2mm,那么所需原材料的厚度應該是多少?
如下是材料厚度的計算結果:
s1 = F1/F2·s2 = 3.0376X2mm = 6.075mm
由于制件壁厚分布不規則,所選材料的厚度應比計算值增加30%:
s1act = 6.075+30% ≈ 8mm
十二、吸塑成型制件的收縮和變形
在片材章節我們已經介紹過材料的縮水問題,在這里我們將借助吸塑成型制件進行解說。
1.收縮
在冷卻階段成型模具和施加真空,避免模塑件的尺寸發生變化,然而一旦脫模,制件就會發生尺寸變化,且隨時間的增大變化就越大。
這些尺寸變化就是所謂的收縮,它包括加工過程的中的收縮和后收縮。
影響收縮情況的還與成型模具結構有關,在成型過程中陽模比陰模收縮小,如圖2-17:

 

2.變形
變形就是制品的形狀偏離原先形狀的設計。如在圓形模具上成型的制件變成了橢圓形。與模具水平面相接的模塑件的成型表面,在脫模成為三維尺寸的制品時,往往 會發生變形,如發生扭曲或者翹曲。
收縮和變形的原因密不可分的,兩者都與以下因素有關:片材原料、片材生產條件、成型中的牽伸量、冷卻速度、脫模溫度。

圖2-17 左為陽模成型和右為陰模成型的制品縮水情況



十三、痕跡、冷卻痕跡、條紋、皺褶
痕跡(圖2-18)、冷卻痕跡(圖2-19)、條紋和開裂(圖2-20)都是制品中常見的缺陷,但是可以通過相應的措施來避免,將在后面的章節里詳盡講 解。 ?

圖2-18 透明制品上的排氣孔痕跡

圖2-19 a 陽模制品上的冷卻痕跡和b 圖3-18a 的A - A 斷面

圖2-20條紋和開裂
a 陽模制品上的條紋;b 陽模制品上的開裂
 


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