第8章 氣輔成型模具

1、第第8章章 氣輔成型模具氣輔成型模具8.1 吹塑成型模具吹塑成型模具8.1.1 概述概述v 塑料吹塑成型是指用模具和壓縮空氣吹成塑料中空容器的成型方法。主要用于制造薄壁塑料瓶、桶以及玩具類塑件。用于吹塑成型的模具種類有：擠出吹塑成型模具、注射吹塑成型模具、拉伸吹塑成型模具、共擠出吹塑和共注塑吹塑模具。 8.1.2 吹塑模具基本結(jié)構(gòu)吹塑模具基本結(jié)構(gòu)v中空零件以瓶類制品最為典型，其規(guī)格和形狀也十分繁多。所以，本節(jié)將以瓶類制品為例，介紹吹塑成型模具。無論采用何種吹塑方法，所使用的模具結(jié)構(gòu)均為由兩個(gè)半模組成，圖8-1為吹塑模的外觀。兩個(gè)半模各由三部分組成，即：瓶頸部、瓶體部和瓶底部，每個(gè)半模都有單獨(dú)的

2、冷卻水通路。圖8-1 吹塑模具外觀1.瓶頸瓶頸 v 吹塑模瓶頸部是與吹管配合的部位，同時(shí)又是形成不同形狀瓶頸的部位。瓶頸部的形狀依設(shè)計(jì)方案而異，大致可分為有螺紋瓶頸與無螺紋瓶頸兩類。v（1）有螺紋瓶頸 用于旋上瓶蓋的瓶頸。瓶蓋可以是塑料的，也可以是金屬的。由于普通螺紋在兩半模分開時(shí)易產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，損壞螺紋，所以吹塑瓶頸的螺紋設(shè)計(jì)成特殊截面形狀。塑料瓶螺紋截面形狀分為兩種。v通用螺紋 用于各種塑料瓶口，截面為梯形，螺紋有一圈、一圈半和兩圈三種；v修正螺紋 用于瓶蓋旋緊后有一定內(nèi)壓的瓶口，截面為斜梯形。 v（2）無螺紋瓶頸 用于一次性使用的瓶，瓶口有多種形式。2.瓶底瓶底v塑料瓶的瓶底均為凹入式，

3、目的是為了能在平面上直立放置，如圖8-2所示。也是為了自動灌裝液體，在瓶底上做出止轉(zhuǎn)槽的形式。圖8-2 瓶底的形式3.瓶體瓶體v 瓶體部分為瓶的造型主要部位，依用途不同而設(shè)計(jì)成各種形狀。但無論截面為何種形狀，必須能順利脫模。因?yàn)槠矿w是制品中最薄的部分，如略有阻礙，則制品脫模后必然變形而成為廢品。v吹塑模的典型結(jié)構(gòu)如圖8-3和圖8-4所示。圖8-3為用壓入法嵌入瓶頸和瓶底嵌件的典型結(jié)構(gòu)；圖8-4為用螺釘固定法嵌入瓶頸和瓶底嵌件的典型結(jié)構(gòu)。圖8-3 吹塑模具（壓入式） 1-?？谇都?2-模體 3-排氣槽 4-導(dǎo)銷 5-模底嵌件 6-堵頭圖8-4 吹塑模具（螺釘固定式） 1，2-?？谇都?3-導(dǎo)銷

4、4-排氣槽 5-模體 6-蓋板 7-冷卻水路 8，9-模底嵌件8.2.3 吹塑模具的設(shè)計(jì)吹塑模具的設(shè)計(jì)v1.瓶體部的設(shè)計(jì)瓶體部的設(shè)計(jì)v （1）分型面v一般常見的瓶體截面形狀如圖8-5。圖8-5 瓶體截面幾何形狀與分型v（2）排氣槽和排氣孔v 瓶體部分在閉模時(shí)有大量空氣，在吹脹時(shí)應(yīng)盡快地把空氣排出，以使瓶體能完整地成型，緊貼于模腔壁上。如果某一局部有空氣滯留，外形即不完整而成為廢品。v最有效的排氣法是在分型面上設(shè)排氣槽，而瓶頸的肩部及瓶底的轉(zhuǎn)角處為容易滯留空氣的死角，應(yīng)設(shè)漏斗形排氣孔，所有突出部位以及截面突然改變處也應(yīng)設(shè)排氣孔。排氣槽槽深小于O.1mm，一般用平面磨床精磨而成，槽寬1025mm,

5、依模具大小而定。每一副模具在分型面上的槽數(shù)也依型腔的容積而定，在型腔的兩邊各開三條以上的排氣槽。排氣孔的形式依具體情況而異排氣孔徑為0.61.2mm，深2535mm。v（3）型腔表面v塑料瓶一般有比較高的外觀要求。其表面大致有光澤表面、不反光表面和花紋表面等幾種。v（4）冷卻系統(tǒng)v 吹塑模的冷卻效果直接影響到瓶子的表面質(zhì)量，所以冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在吹塑中很重要。如果冷卻不均勻，吹出的成品表面光澤便有明顯的差異。常用的冷卻水通道的形式有以下幾種。 循環(huán)水路的方式(如圖8-6) 圖8-6 循環(huán)水路方式1-水堵 2-阻擋件 3-模體 4-螺旋板鑄造水路方式(如圖8-7)圖8-7 鑄造水路噴淋冷卻方式(如

6、圖8-8) 圖8-8 噴淋冷卻方式2.瓶頸部的設(shè)計(jì)瓶頸部的設(shè)計(jì)v瓶頸部是吹塑模的入料和送氣吹脹的部位。其類型大致可分為：有螺紋瓶頸、無螺紋瓶頸、大口徑瓶頸、自灌注密封瓶頸四類。v （1）有螺紋瓶頸v吹塑瓶螺紋的成型有兩種方法。一是實(shí)體螺紋，螺紋截面全部由塑料實(shí)體做成，可以用擠出吹塑或注射吹塑成型，制造螺紋陰模時(shí)須注意螺紋的起始端和終止端必須設(shè)在半模的中央。為了使螺紋能正確連續(xù)，兩個(gè)半模上的瓶頸嵌件必須同時(shí)加工。二是薄膜螺紋，一般用于螺距較大，螺紋截面大的瓶，在不需要密封的條件下，可以吹成螺紋，這種螺紋很少采用。v成型螺紋時(shí)，由于瓶坯直徑大于瓶口直徑，所以在兩個(gè)半模合模后要夾住瓶坯而把無用的多余

7、料切斷。這就要求螺紋陰模具有能切斷余斷的作用，稱為切口。切口的截面形狀如圖8-9所示。切口有一段平面b，其后做成能容納余料的空間，空間與切口的連接處成角。為了使螺紋的分型面上少留余料，b的尺寸應(yīng)盡量小，根據(jù)瓶頸直徑的大小，可以做成b=0.08O.12mm,角為20。圖8-9 螺紋切口v（2）無螺紋瓶頸v不采用螺紋瓶蓋的一次性用瓶，多做成無螺紋的瓶頸。瓶頸嵌件的做法與有螺紋瓶頸基本相同，不過由于沒有螺紋，分型面上的余料痕要求可以放寬。v （3）大口徑瓶頸v瓶頸直徑與瓶體直徑之差很少。這種瓶頸需要和瓶體同時(shí)吹成，在模具上另設(shè)吹口板。吹口板到瓶口的一部分，在開模前被切掉。v（4）自灌注密封瓶頸v這種

8、特殊瓶子是用來裝某些藥品用的(如殺蟲劑等)，在吹塑成型后，即由吹管中的注入管把液體灌入瓶內(nèi)，然后在瓶頸部加溫并擠壓，使它完全密封起來。圖8-10瓶頸板結(jié)構(gòu)的兩種形式。圖8-10 瓶口的校正與切斷3.瓶底部的設(shè)計(jì)瓶底部的設(shè)計(jì)v瓶底部的形狀依瓶的用途及灌裝方法的不同而異，大致有：淺凹人式瓶底、深凹入式瓶底、有止轉(zhuǎn)溝的瓶底。v 擠出吹塑瓶底成型方法與注射吹塑瓶底成型方法不同。v （1）擠出吹塑時(shí)瓶底的成型v擠出吹塑的瓶坯為管形，在吹脹前要將管形瓶坯夾在兩個(gè)半模之間。底部的成型是先由瓶底的切口處剪斷。瓶底切口由兩個(gè)半模各構(gòu)成其一半?？梢杂脙蓧K整瓶底板做成，也可以用嵌件。在產(chǎn)量大時(shí)，以用嵌件為好，便于更

9、換，如圖8-11所示。圖8-11 嵌入式瓶底模v瓶底切口設(shè)計(jì)的適當(dāng)與否，直接影響到瓶底部的融合質(zhì)量。如圖8-12(a)切口角度合適，瓶底縫融合良好，圖8-12(b)切口角度不合適，瓶底縫融合不夠好。圖8-12 瓶底縫的融合情況v（2）注射吹塑時(shí)瓶底的成型v注射吹塑時(shí)，瓶坯是由瓶底部進(jìn)料注射成的。塑料熔體由瓶坯模的瓶底部注入，在瓶口部成型螺紋。瓶坯模也是由兩個(gè)半模合成，其底部為注射瓶坯時(shí)的澆口。有些特殊形狀的瓶底，在做成瓶坯時(shí)已經(jīng)將它預(yù)制而成。注射吹塑的瓶底不存在切除余料問題，所以無須做出切口。4.注射吹塑的芯桿注射吹塑的芯桿 v注射吹塑時(shí)，瓶坯模的凸模即為芯桿，芯桿同時(shí)又是吹脹時(shí)的吹管。芯桿的

10、長度、直徑，與瓶坯設(shè)計(jì)有關(guān)系。而瓶坯的尺寸又與瓶體的直徑、容積、吹脹比有關(guān)系。v典型的芯桿如圖8-13所示。 圖8-13 芯桿8.2 真空成型模具真空成型模具v8.2.1 真空成型的特點(diǎn)及成型工藝真空成型的特點(diǎn)及成型工藝v 真空成型是將塑料板材加熱至軟化溫度，再用真空泵把板材與模具型面所構(gòu)成之封閉空腔內(nèi)的空氣抽取干凈后，借助大氣壓力使板材發(fā)生塑性脹形變形(表面積增大、厚度減薄)，并貼靠在模具型面上，變形成為塑件的加工方法。成型冷卻后借助壓縮空氣從模具內(nèi)脫出塑件。v 真空成型的主要優(yōu)點(diǎn)就是設(shè)備簡單，生產(chǎn)效率高，能加工大尺寸薄壁塑件，尤其是吸塑字在牌匾廣告制作方面應(yīng)用越來越廣泛。其成型方法有很多種

11、，下面簡單介紹型腔真空成型，型芯真空成型，采用凹、凸模先后抽真空成型等三種主要的真空成型方法。v1型腔真空成型型腔真空成型v如圖8-14所示，板材被固定在型腔上方，為了防止空氣從板材外面進(jìn)入到型腔中間，在板材固定處要安放密封圈。 圖8-14 型腔真空成型v2型芯真空成型型芯真空成型v型芯真空成型如圖8-15所示，圖（a）所示為被夾緊的塑料板材在加熱器下軟化；圖（b）所示為板材加熱后隨框架一起下降(或型芯上升)并使板材包在型芯上的情況；圖（c）所示為抽真空后塑料板材覆蓋在型芯上成型時(shí)的情況。圖8-15 型芯真空成型v3采用凹、凸模先后抽真空成型采用凹、凸模先后抽真空成型v采用凹、凸模先后抽真空成

12、型如圖8-16所示。圖8-16 采用凹、凸模先后抽真空成型8.2.2 真空成型模具設(shè)計(jì)要點(diǎn)真空成型模具設(shè)計(jì)要點(diǎn)v1.模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)v (1)型腔尺寸 真空成型型腔尺寸的計(jì)算方法與注射模相同，但不必像注射模那樣精確。真空成型塑件的收縮量，大約有50%是塑件從模具中取出時(shí)產(chǎn)生的，25%是取出后保持在室溫下1h內(nèi)產(chǎn)生的，其余25%是在以后824h內(nèi)產(chǎn)生的。一般來說，在型腔上成型的塑件比型芯上成型的塑件收縮量大25%50%，這是因?yàn)樵谛颓簧铣尚偷乃芗谌〕銮熬彤a(chǎn)生了收縮，而在型芯上成型的塑件取出以前無法產(chǎn)生收縮。 v 影響塑件尺寸變化的因素很多，如成型溫度、模具溫度、冷卻時(shí)間等。v(2)

13、型腔表面粗糙度 一般真空成型模具都沒有推出裝置，依靠壓縮空氣脫模。如果表面粗糙度值太大，塑料會粘附在型腔表面上不易脫模。因此，型腔表面粗糙度值不能太大，一般取Ra=1.6m。真空成型的成型表面最好用磨料打毛或進(jìn)行噴砂處理，因?yàn)樵诔尚蜁r(shí)型腔表面可以儲存一部分空氣從而避免真空吸附現(xiàn)象。v (3)脫模斜度 真空成型的凹凸模都應(yīng)該有一定斜度，型腔的脫模斜度約為0.51.0；型芯的斜度一般為23，同時(shí)模具的圓角半徑應(yīng)大于或等于板料厚度值以避免彎角處應(yīng)力集中。v(4)抽氣孔的設(shè)計(jì) 真空成型時(shí)，模內(nèi)氣體必須快速從抽氣孔中排出。對于流動性好、成型溫度低的塑料，抽氣孔直徑可設(shè)計(jì)得小一些。既保證在短時(shí)間內(nèi)將空氣抽

14、出，又不要留下抽氣孔痕跡。一般常用抽氣孔直徑是0.51mm，最大不超過板料厚度的5%。v抽氣孔的位置應(yīng)位于板材最后貼靠模具的地方，如圖8-17所示?？组g距視塑件大小而定，對于小型塑件，孔間距可在2030mm之間選取，大型塑件可適當(dāng)增加距離。圖8-17 抽氣孔的位置v(5)邊緣密封結(jié)構(gòu) 為使型腔外面的空氣不進(jìn)入真空室，在塑料板材與模具接觸的邊緣處應(yīng)設(shè)置密封裝置。v(6)加熱冷卻裝置 對于板材的加熱通常采用電阻絲和紅外線。電阻絲溫度較高，通常采用調(diào)節(jié)加熱器和塑料板材之間距離的方法來控制成型溫度。在生產(chǎn)中一般由試驗(yàn)確定其具體值。2.模具材料模具材料v真空成型模具在強(qiáng)度上不受大的外力，所以可以采用容易

15、加工的材料。v（1）木材v（2）硬石膏v（3）陶瓷燒結(jié)物v（4）環(huán)氧樹脂v（5）鋁合金v（6）低碳鋼 8.2.3 真空吸塑模的主要部件設(shè)計(jì)真空吸塑模的主要部件設(shè)計(jì)v1.凹模凹模v 絕大多數(shù)吸塑都是用凹模成型的?，F(xiàn)代的吸塑機(jī)工作面積可達(dá)700mm1000mm，可以一次成型幾十個(gè)同樣的塑件。凹模是由多個(gè)單腔模排列組合成的。為了保證各個(gè)凹模之間的相對位置精度(因?yàn)樵谙乱徊角羞厱r(shí)必須尺寸準(zhǔn)確)，其外形尺寸精度及形位精度要求較高，同時(shí)高度的偏差也必須很小。用石膏或木材制造時(shí)往往達(dá)不到要求。v 凹模的表面是成型塑件外形的，用于成型聚氯乙烯片材時(shí)，表面粗糙度應(yīng)不大于Ra0.8m。而用于聚苯乙烯片材時(shí)，表面粗

16、糙度應(yīng)不小于Ra0.8m，最好用噴砂處理。因?yàn)榫郾揭蚁┤菀渍掣皆诎寄１砻娌灰酌摮觥 凹模上的氣孔直徑依所加工的材料而異，用于聚氯乙烯吸塑成型時(shí)，直徑取1.2mm，而用于其他材料時(shí)，為了避免在塑件上留下吸氣孔痕跡，以0.8mm以下為宜?？椎奈恢茫话阍O(shè)在凹模底部、突出部、凹陷部；孔的數(shù)目不宜過多，發(fā)現(xiàn)吸脹不足時(shí)，可以再增加。v2.凸模凸模v 凸模形狀簡單的可用木材，外部涂以清漆。比較大的可以用鋁，外表面貼以法蘭絨隔熱。用凸模成型時(shí)，凸?？梢杂铆h(huán)氧樹脂澆鑄，或用鋁合金表面涂以環(huán)氧樹脂漆。v 3.切邊模切邊模v吸塑機(jī)的切邊工序是在吸塑成型之后將塑件移位切斷。切斷余料時(shí)，所用模具為簡單沖裁模。大形吸

17、塑件也可以在吸塑的同時(shí)切邊。模具結(jié)構(gòu)如圖8-18所示。圖(a)為拉伸位置，圖(b)為吸塑成型位置，圖(c)為切邊工作位置，圖(d)為脫模位置。圖8-18 同時(shí)切邊的吸塑模8.3 壓縮空氣成型模具壓縮空氣成型模具v831 成型工藝及其特點(diǎn)成型工藝及其特點(diǎn)v塑件成型過程是將塑料板材置于加熱板和凹模之間，固定加熱板，如圖8-19a所示；這時(shí)，塑料板材只被輕輕地壓在模具刃口上，然后，在加熱板抽出空氣的同時(shí)，從位于型腔底部的空氣口向型腔中送入空氣，使被加工板材緊貼加熱板，如圖8-19b所示；這樣塑料板很快被軟化，達(dá)到適合于成形的溫度。這時(shí)加強(qiáng)從加熱板送出的空氣，使塑料板材逐漸貼緊模具。與此同時(shí)，型腔內(nèi)的

18、空氣通過其底部的通氣孔迅速排出，最后使塑料板緊貼模具，如圖8-19c所示；待板材冷卻后，停止從加熱板噴出壓縮空氣，再使加熱板下降，對塑件進(jìn)行切邊，如圖8-19d所示；在加熱板回升的同時(shí)，從型腔底部送人空氣使塑件脫模后，取出塑件，如圖8-19e所示。圖8-19 壓縮空氣成形工藝過程832 壓縮空氣成型模具壓縮空氣成型模具v1壓縮空氣成型模具結(jié)構(gòu)壓縮空氣成型模具結(jié)構(gòu)v圖8-20所示是壓縮空氣成型用的模具結(jié)構(gòu)，它與真空成型模具的不同點(diǎn)是增加了模具型刃，因此塑件成形后，在模具上就可將余料切除。另一不同點(diǎn)是加熱板作為模具結(jié)構(gòu)的一部分，塑料板直接接觸加熱板，因此加熱速度快。圖8-20壓縮空氣成型模具1-壓縮空氣管 2-加熱棒 3-加熱板 4-熱空氣室 5-面板 6-空氣孔 7-型刃 8-凹模 9-底板 10-通氣孔2模具設(shè)計(jì)要點(diǎn)模具設(shè)計(jì)要點(diǎn)