氣動(dòng)成型工藝與模具設(shè)計(jì)

1、2022-2-171第第18章章 氣動(dòng)成型工藝與模具設(shè)計(jì)氣動(dòng)成型工藝與模具設(shè)計(jì) 教學(xué)目的、要求教學(xué)目的、要求： 了解了解氣動(dòng)成型的原理；氣動(dòng)成型的原理； 掌握掌握中空吹塑、盒形制品氣動(dòng)成型的工藝中空吹塑、盒形制品氣動(dòng)成型的工藝過(guò)程及工藝參數(shù)；過(guò)程及工藝參數(shù)； 了解了解氣動(dòng)成型的模具結(jié)構(gòu)。氣動(dòng)成型的模具結(jié)構(gòu)。 重點(diǎn)重點(diǎn)：氣動(dòng)成型的工藝過(guò)程氣動(dòng)成型的工藝過(guò)程2022-2-17218-1 中空吹塑成型工藝及模具設(shè)計(jì) 將將擠出擠出或或注射成形注射成形的的塑料管坯塑料管坯（型坯型坯）趁熱于趁熱于半熔融的類(lèi)橡膠狀半熔融的類(lèi)橡膠狀時(shí)，置于時(shí)，置于模具模具中，中，借助借助氣體壓力氣體壓力使使型坯吹脹型坯吹脹，

2、使其，使其緊貼于模緊貼于模腔壁腔壁上成形，經(jīng)上成形，經(jīng)冷卻脫模冷卻脫模即得即得中空制品中空制品。 可生產(chǎn)各種可生產(chǎn)各種瓶、壺、桶瓶、壺、桶和和兒童玩具兒童玩具等。等。 最常用塑料最常用塑料聚乙烯、聚丙烯、聚聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等，也有用氯乙烯等，也有用聚酰胺、纖維素塑料聚酰胺、纖維素塑料和和聚碳酸酯聚碳酸酯等。等。 2022-2-173一、成型工藝一、成型工藝 可采用可采用注射注射吹塑吹塑或或擠出擠出吹塑吹塑兩種，制坯方式不同，吹塑過(guò)程相同兩種，制坯方式不同，吹塑過(guò)程相同（下圖）（下圖） 擠出擠出吹塑吹塑和和注射注射吹塑吹塑成形工藝成形工藝原理示意圖。原理示意圖。2022-2-174202

3、2-2-1752022-2-176擠出擠出吹塑吹塑工藝過(guò)程工藝過(guò)程1管坯管坯通常通常直接由擠出機(jī)擠出直接由擠出機(jī)擠出，并，并垂掛垂掛在在機(jī)頭機(jī)頭正下方正下方的預(yù)先分開(kāi)的的預(yù)先分開(kāi)的型腔型腔中。中。2當(dāng)當(dāng)下垂的型坯下垂的型坯達(dá)達(dá)合格長(zhǎng)度合格長(zhǎng)度后立即后立即合模合模，并靠，并靠模具的模具的切口切口將將管坯切斷管坯切斷。3從模具從模具分型面的小孔分型面的小孔插入的插入的壓縮空氣吹管壓縮空氣吹管，送入壓縮空氣，使送入壓縮空氣，使型坯吹脹型坯吹脹緊貼模壁而成形。緊貼模壁而成形。4保持空氣壓力保持空氣壓力使制品在使制品在型腔中冷卻定型型腔中冷卻定型后即后即可脫模?？擅撃?。2022-2-177注射注射吹塑吹

4、塑工藝過(guò)程工藝過(guò)程1注射模塑的注射模塑的型坯型坯，冷卻后取出（圖，冷卻后取出（圖1）2吹塑前重新吹塑前重新加熱至加熱至Tg以上以上（圖（圖2）3迅速迅速移入模具移入模具中（圖中（圖3）4吹入吹入壓縮空氣壓縮空氣（圖（圖4）5型坯脹大型坯脹大脫離金屬管，貼于模壁上脫離金屬管，貼于模壁上成型和冷卻成型和冷卻（圖（圖5） 2022-2-178兩者比較：兩者比較： 注射法注射法生產(chǎn)的制品生產(chǎn)的制品飛邊少飛邊少或或完全沒(méi)有完全沒(méi)有，且口，且口部部不需修整不需修整，制品的，制品的尺寸、壁厚精度較高尺寸、壁厚精度較高，加，加工過(guò)程可省切斷操作，但工過(guò)程可省切斷操作，但型坯需重新加熱型坯需重新加熱，熱熱能消耗

5、能消耗，生產(chǎn)上受一定限制。，生產(chǎn)上受一定限制。 而而擠出法擠出法型坯型坯生產(chǎn)效率高生產(chǎn)效率高，型坯溫度均勻型坯溫度均勻，熔接縫少，吹塑制品熔接縫少，吹塑制品強(qiáng)度較高強(qiáng)度較高，設(shè)備簡(jiǎn)單設(shè)備簡(jiǎn)單，投投資少資少，對(duì)中空容器的形狀、大小和壁厚允許范，對(duì)中空容器的形狀、大小和壁厚允許范圍較大，適應(yīng)性廣，故圍較大，適應(yīng)性廣，故應(yīng)用較多應(yīng)用較多。 2022-2-179圖圖C）雙向拉伸吹塑雙向拉伸吹塑（注射注射拉伸拉伸吹塑吹塑成形）成形） 在塑坯在塑坯吹塑前吹塑前于于TgTm（或或Tf）間，用）間，用機(jī)械機(jī)械方法（方法（拉伸棒拉伸棒）使型坯先作）使型坯先作軸向拉伸軸向拉伸，繼而，繼而在吹塑中，型坯在吹塑中，型

6、坯徑向尺寸增大徑向尺寸增大，又得，又得橫向拉橫向拉伸伸，這種經(jīng)，這種經(jīng)雙向拉伸雙向拉伸的制品，各種的制品，各種物理機(jī)械物理機(jī)械性能性能，如，如彈性模量彈性模量、屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度，透明性透明性等，等，都得到都得到改善。改善。型坯的拉伸可分型坯的拉伸可分逐步拉伸逐步拉伸和和同時(shí)拉伸同時(shí)拉伸。此外，還有浸軸吹塑成形、多層吹塑成型等。此外，還有浸軸吹塑成形、多層吹塑成型等。2022-2-1710二、工藝過(guò)程的影響因素二、工藝過(guò)程的影響因素 主要有主要有型坯的溫度型坯的溫度、壁厚壁厚、空氣壓力空氣壓力、吹脹比吹脹比、模溫模溫和和冷卻時(shí)間冷卻時(shí)間等。等。對(duì)對(duì)拉伸吹塑成型拉伸吹塑成型的影響因素還有的影響因素

7、還有拉伸倍數(shù)拉伸倍數(shù) 2022-2-17111型坯溫度型坯溫度 關(guān)鍵是關(guān)鍵是控制其控制其溫度溫度，使型坯在吹塑成型時(shí)的，使型坯在吹塑成型時(shí)的粘度粘度能保證型坯在吹脹前的能保證型坯在吹脹前的移動(dòng)移動(dòng)，并在模具移，并在模具移動(dòng)和閉模過(guò)程中保持動(dòng)和閉模過(guò)程中保持一定形狀一定形狀；否則型坯將；否則型坯將變變形、拉長(zhǎng)形、拉長(zhǎng)或或破裂破裂。 對(duì)形狀穩(wěn)定性的影響從對(duì)形狀穩(wěn)定性的影響從兩個(gè)方面兩個(gè)方面表現(xiàn)出來(lái)：表現(xiàn)出來(lái)： 一是熔體一是熔體粘度粘度對(duì)溫度的依賴(lài)性（對(duì)溫度的依賴(lài)性（見(jiàn)下圖見(jiàn)下圖） 二是二是離模膨脹離模膨脹效應(yīng)效應(yīng)2022-2-17122022-2-1713一般一般型坯溫度型坯溫度控制在控制在TgT

8、f(Tm )之間，偏向之間，偏向Tf（Tm）一側(cè)。一側(cè)。2022-2-17142吹氣壓力和充氣速度吹氣壓力和充氣速度 塑料品種、成型溫度不同塑料品種、成型溫度不同空氣壓力也不一樣，空氣壓力也不一樣，一般在一般在0.20.7Mpa間：間：粘度低粘度低，易變形（如聚酰胺）取，易變形（如聚酰胺）取低值低值；粘度高粘度高，模量大（如聚碳酸酯）取，模量大（如聚碳酸酯）取高值高值。薄壁、大容積薄壁、大容積制品制品較高壓力較高壓力；厚壁、小容積厚壁、小容積制品制品較低壓力較低壓力； 最合適最合適壓力壓力成型后外形、花紋、文字成型后外形、花紋、文字等表露清晰。等表露清晰。2022-2-1715 充氣速度充氣速

9、度（空氣的容積流率）盡可能（空氣的容積流率）盡可能大大一些一些好好吹脹時(shí)間吹脹時(shí)間制品制品厚度均勻，表面較好厚度均勻，表面較好， 但但速度過(guò)大也不利速度過(guò)大也不利，一是空氣進(jìn)口處會(huì)出現(xiàn)真，一是空氣進(jìn)口處會(huì)出現(xiàn)真空空型坯內(nèi)陷，吹脹時(shí)，型坯內(nèi)陷，吹脹時(shí)，形成橫隔膜片形成橫隔膜片； 其次，口模部分的型坯可能被極快的氣流拖斷其次，口模部分的型坯可能被極快的氣流拖斷吹塑失敗吹塑失敗。2022-2-17163吹脹比吹脹比 制品的尺寸制品的尺寸和和型坯尺寸型坯尺寸之比，即型坯吹脹的之比，即型坯吹脹的倍數(shù)倍數(shù) 型坯尺寸、重量一定時(shí)，制品尺寸愈大，吹脹比型坯尺寸、重量一定時(shí)，制品尺寸愈大，吹脹比愈大愈大吹脹比吹

10、脹比節(jié)約材料節(jié)約材料（但壁厚（但壁厚成型困難，強(qiáng)度、成型困難，強(qiáng)度、剛度剛度）吹脹比過(guò)小吹脹比過(guò)小塑料消耗塑料消耗、制品有效容積、制品有效容積、壁厚、壁厚、冷卻時(shí)間冷卻時(shí)間，成本成本一般吹脹比一般吹脹比=24倍。倍。2022-2-17174模具溫度模具溫度不能不能控制控制過(guò)低過(guò)低，因?yàn)?，因?yàn)槔鋮s過(guò)早冷卻過(guò)早形變困難形變困難，制，制品輪廓、花紋不清楚；品輪廓、花紋不清楚；模溫過(guò)高模溫過(guò)高冷卻時(shí)間冷卻時(shí)間、周期、周期如果冷卻程度不夠，則易引起制品脫模變形、如果冷卻程度不夠，則易引起制品脫模變形、收縮率大、表面無(wú)光等。收縮率大、表面無(wú)光等。模溫的高低模溫的高低，應(yīng)根據(jù)，應(yīng)根據(jù)種類(lèi)種類(lèi)來(lái)確定，來(lái)確定，

11、Tg較高較高者，者，較高模溫較高模溫，相反則降低模溫。，相反則降低模溫。2022-2-17185冷卻時(shí)間冷卻時(shí)間較長(zhǎng)較長(zhǎng)，防止因產(chǎn)生，防止因產(chǎn)生彈性回復(fù)彈性回復(fù)作用引起作用引起制品形變制品形變。占成形周期占成形周期1/32/3，視品種和形狀而定，視品種和形狀而定，如如（下圖）（下圖）聚乙烯聚乙烯導(dǎo)熱率較差，冷卻時(shí)間較長(zhǎng)。導(dǎo)熱率較差，冷卻時(shí)間較長(zhǎng)。2022-2-1719冷卻時(shí)間冷卻時(shí)間制品外觀(guān)規(guī)整、表面圖紋清晰、制品外觀(guān)規(guī)整、表面圖紋清晰、質(zhì)量?jī)?yōu)良。質(zhì)量?jī)?yōu)良。但對(duì)但對(duì)結(jié)晶型結(jié)晶型冷卻時(shí)間冷卻時(shí)間結(jié)晶度結(jié)晶度、韌性、透、韌性、透時(shí)度時(shí)度且且生產(chǎn)周期生產(chǎn)周期、效率、效率2022-2-1720三、吹塑

12、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1.組合式結(jié)構(gòu)組合式結(jié)構(gòu)2.嵌鑲式結(jié)構(gòu)嵌鑲式結(jié)構(gòu)2022-2-172118-2 盒形制品的氣動(dòng)成型 利用利用熱塑性塑料熱塑性塑料的的板材板材或或片材片材作為作為原原料料來(lái)制造盒形制品的一種方法。來(lái)制造盒形制品的一種方法。 在在Tg至至Tf間間加熱軟化加熱軟化，片材一邊受熱，片材一邊受熱，一邊延伸，一邊延伸，施加壓力施加壓力，使其，使其緊貼模具緊貼模具的的型面，取得型面，取得與型面相仿與型面相仿的形樣，的形樣，冷卻定冷卻定型型和和修整修整后即得制品。后即得制品。 2022-2-1722 壓力壓力主要是靠板材兩面的主要是靠板材兩面的氣壓氣壓差差（抽真空抽真空和和吹壓縮空氣吹壓縮空氣），

13、也），也有借助于有借助于機(jī)械力機(jī)械力或或液壓力液壓力。2022-2-1723特點(diǎn)特點(diǎn)制品壁厚不大，制品壁厚不大，板材板材厚度一般是厚度一般是 12毫米，毫米，制品的厚度還小制品的厚度還小。 制品的種類(lèi)繁多，從制品的種類(lèi)繁多，從日用器皿日用器皿到到電子儀表電子儀表外殼外殼、玩具、玩具、雷達(dá)罩雷達(dá)罩、立體地圖、立體地圖、人體頭人體頭象模型象模型等。等。 氣動(dòng)成型加工氣動(dòng)成型加工塑料塑料有有聚氯乙烯聚氯乙烯、 聚乙烯聚乙烯、ABS、聚甲基丙烯酸甲酯聚甲基丙烯酸甲酯、高密度、高密度 聚乙烯、聚乙烯、聚酰胺聚酰胺、聚碳酸酯聚碳酸酯等。等。2022-2-1724 與與注射成形注射成形比較，此法具有比較，此

14、法具有生產(chǎn)效率生產(chǎn)效率高高，方法簡(jiǎn)單方法簡(jiǎn)單、設(shè)備投資少設(shè)備投資少，能夠制造，能夠制造表面積較大的制品表面積較大的制品等優(yōu)點(diǎn)，等優(yōu)點(diǎn)， 其其缺點(diǎn)缺點(diǎn)為原料（板材）為原料（板材）成本高成本高和制品和制品后加工工序多后加工工序多等。等。 2022-2-1725一、氣動(dòng)成型原理及工藝過(guò)程一、氣動(dòng)成型原理及工藝過(guò)程 最常應(yīng)用最常應(yīng)用的的差壓成形差壓成形（包括（包括真空成真空成形形、加壓成形加壓成形） 1差壓成形差壓成形（見(jiàn)下圖見(jiàn)下圖） 產(chǎn)生差壓有產(chǎn)生差壓有兩種方法兩種方法：真空成形真空成形 壓力成形壓力成形2022-2-17262022-2-1727差壓成形是差壓成形是最簡(jiǎn)單最簡(jiǎn)單的一種；制品的一種；

15、制品特點(diǎn)特點(diǎn)： 制品制品結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)上上比較鮮明和精細(xì)部位比較鮮明和精細(xì)部位是與模面貼合是與模面貼合的一面，而且的一面，而且光潔度也較高光潔度也較高。成形時(shí)，凡片材與模面成形時(shí)，凡片材與模面愈后貼合愈后貼合的部位，其的部位，其厚厚度愈小度愈小。模具模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通常，通常只有陰模只有陰模（也有不用模（也有不用模具）。具）。制品表面光澤好，并不帶任何瑕疵，材料原來(lái)制品表面光澤好，并不帶任何瑕疵，材料原來(lái)的的透明性透明性在成形后在成形后不發(fā)生變化不發(fā)生變化。 2022-2-17282覆蓋成形覆蓋成形 基本上和基本上和真空成形相同真空成形相同，所，所不同不同是所用是所用模具模具只有凸模只有凸模，

16、借助于，借助于液壓系統(tǒng)的推力液壓系統(tǒng)的推力，將凸模頂入由將凸模頂入由框架夾持框架夾持且且已加熱的片材已加熱的片材中。中。 也可用也可用機(jī)械力移動(dòng)框架機(jī)械力移動(dòng)框架，將，將片材扣復(fù)在片材扣復(fù)在模具模具上，然后再上，然后再抽真空抽真空使使片材包復(fù)于模具片材包復(fù)于模具上而成形，經(jīng)上而成形，經(jīng)冷卻、脫模、修整冷卻、脫模、修整即得制品。即得制品。2022-2-17292022-2-17303柱塞助壓成形柱塞助壓成形（柱塞輔助成形柱塞輔助成形） 柱塞助壓真空成形柱塞助壓真空成形柱塞助壓氣壓成形柱塞助壓氣壓成形真空法真空法先用夾持框?qū)⑾扔脢A持框?qū)⑵钠木o夾在緊夾在凹模凹模上，并用上，并用加熱器加熱器將片材

17、加熱至足夠溫度，將片材加熱至足夠溫度，用用柱塞柱塞將熱軟的片材將熱軟的片材壓入模具型腔壓入模具型腔，借，借真空抽吸真空抽吸把片材把片材拉離拉離柱塞，并柱塞，并貼附模具貼附模具型腔型腔內(nèi)壁。（內(nèi)壁。（見(jiàn)下圖見(jiàn)下圖）2022-2-17312022-2-1732氣壓法氣壓法過(guò)程過(guò)程與真空法相似與真空法相似 當(dāng)柱塞將片材壓入模具型腔后，隨即當(dāng)柱塞將片材壓入模具型腔后，隨即通入壓通入壓縮空氣縮空氣，將片材，將片材吹制成形吹制成形（見(jiàn)下圖見(jiàn)下圖）柱塞壓片材柱塞壓片材的速度的速度越快越好越快越好，片材經(jīng)真空抽吸或，片材經(jīng)真空抽吸或壓縮空氣吹壓，壓縮空氣吹壓，柱塞立即抽回柱塞立即抽回。 2022-2-1733

18、注注：為得到：為得到厚度更均勻厚度更均勻的制品，可采用（的制品，可采用（見(jiàn)下圖見(jiàn)下圖）氣脹柱塞助壓真空成形氣脹柱塞助壓真空成形（或（或氣脹柱塞助壓氣壓成形氣脹柱塞助壓氣壓成形），），特別適合于特別適合于大型深度拉伸制品大型深度拉伸制品的制作，如冰箱的內(nèi)箱等。的制作，如冰箱的內(nèi)箱等。2022-2-17344回吸成形回吸成形 真空回吸成形（真空回吸成形（見(jiàn)下圖見(jiàn)下圖）氣脹真空回吸成形（氣脹真空回吸成形（見(jiàn)下圖見(jiàn)下圖）推氣真空回吸成形（推氣真空回吸成形（見(jiàn)下圖見(jiàn)下圖）2022-2-17352022-2-17365對(duì)模成形對(duì)模成形（見(jiàn)下圖見(jiàn)下圖）片材在兩模之間片材在兩模之間加熱加熱移加熱器移加熱器，將兩片合攏，片材，將兩片合攏，片材與模具間的與模具間的空氣空氣由設(shè)置在模具上的由設(shè)置在模具上的氣孔氣孔向