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産品結構工程師也應該懂的吸塑工藝,吸塑資料分享
編輯:AG海底漫游   發布時間:2019-03-22

《專注産品設計有關資料分享》        

資料更新第90篇        

看一次不記得住、建議收藏起來,以後設計上用得着方便拿出來看。        

一、 吸塑設計生産原理 一、真空吸塑成型原理 真空吸塑成型工藝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。将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,使其變形後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zui早,也是目前應用zui廣的一種熱成型方法。        

二、無模成型 真空無模成型過程,将片材加熱到所需溫度後,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zui小的光吸收率和透明 2 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隻能改變制件的拉伸程度和外廓形狀,因此不能成型外型複雜的制件。        

另外,成型過程中,随着拉伸程度的增大,zui大變形區(即片材中心)的厚度不斷減小,因此實際生産中拉伸比(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緻的産品。        

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隻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。        

真空吸塑陽模成型工藝過程。 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緻。壁厚的zui大部位在陽模的頂部,而zui薄部位在陽模側面與底面的交界區,該部位也是zui後成型的部位,制品側面常會出現牽伸和冷卻的條紋,造成條紋的原因在于片材各部分貼合模面的時候有先後之分。先與模面接觸的部分先被模具冷卻,而在後繼的相關過程中,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zui高。        

真空吸塑陰模成型工藝過程。 真空陰成型法生産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緻,壁厚的zui大部位在模腔底部,zui薄部位在模腔側面與底面的交界處,而且随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适于生産深度很大的制品。        

對于陽模成型,制件的内尺寸是很精确的,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确的,因為其外部與真空吸塑成型模具相接觸如。        

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,特别是當模具與夾持框架間的距離很大時,容易産生皺褶。        

② 在角落處容易産生冷卻條紋;        

③ 在凸緣處壁厚不均勻;        

④ 由于側壁斜度不夠而使脫模困難;        

⑤ 在成型區(夾持模框)多腔模具的嵌件和下夾持器之間會産生小的縫隙;        

⑥ 陽模成型模具通常比陰模價格低廉。        

對于陰模制件我們必須注意其 :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适當的加工方法來降低。        

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複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。        

框架式夾緊裝置由上、下兩個框架組成。片材夾在兩個框架之間。框架打開時,下框架一般保持固定狀态。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,都裝有在框架打開範圍内的安全操作裝置。對成型滑移性較大的型坯,要求夾緊力能在比較寬的範圍内調節,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鍊與前後閘的共同作用。 夾緊裝置zui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,輻射表面後溫度傳熱的熱慣性,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闆焊接的圓柱形箱體,底是橢圓形的。蓄氣罐的容量至少應比zui大成型室的容量大一半。真空管路上,必須裝有适當的閥門,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産和發展的要求而定。        

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 為了提高生産效率,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内表面和外表面都冷卻,而且zui好采用内裝冷卻盤管的模具。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。 生産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。用水冷卻雖然生産效率高,但制件内應力較大。        

6.脫模設備        

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。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 8 産生的壓力等于成型材料一側所受到的大氣壓與另一側産生的真空的壓差,所以接觸壓力就取決于空氣壓力和密封度。因此,即使使用zui好的真空泵,随海拔高度的增大,成型壓力也會不斷降低。        

六、成型面積、切入面積、夾持邊緣 夾持框表面内部寬度大小範圍區域的面積被稱為成型面積。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後收縮;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後立即就被切斷,那麼它就不必進行加熱;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。        

七、廢料(邊料)面積和廢料比率        

掌握廢料分寸,對成本核算有着重要意義。成型制品四周的切邊餘量是沒有精确數據的,因為它會由拉伸情況影響。我們利用以下着個案例來分析: 例:計算成型矩形盒高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(即産品尺寸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。        

 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保護物的作用而使切人面積減小;        

9 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)        

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後的片坯面積組成,zui主要是計算經過拉伸後,出制品後還剩餘多少份量的邊料。        

注:裁邊面積—制品的剪口面積 10 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。具體的設計将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,制品收縮後可以脫離模具表面。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。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 。         

十、成型比和牽引比 成型比是指制品的zui大抽拔深度H 與成型面B 之比,或與成型 11 面直徑D 之比。成型比并不能準确反映出牽伸比。        

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。        

牽伸比S = F2/F1 式中F1― 不含夾持邊的zui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:對于幾何形狀非常複雜的模制品,牽伸比可以在zui大牽伸處用一個軟尺很容易地進行測定。        

寬度B 方向的牽伸比 = 卷尺測量尺寸/寬度B :        

B ; c 圓形幾何體的成型比         

成型的牽伸比不宜過大,實際生産中選用牽伸比時不超過1/3為宜,否則轉角、底部的部位将急劇變薄,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,兩側逐漸變薄;陰模成型時,口徑部位過厚兩側延至底部變薄,特别側面與底部的轉角部位zui薄。 牽伸比應控制在一個極限範圍内。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适當增大,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zui終成型壁厚的不規則分布,zui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:        

1. ① 長方形成型制件的壁厚的确定 ,有如下尺寸: a=800mm, b=500mm, c=400mm, L=880mm, B=580mm 13 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 ② 若制件壁厚指定,所需材料的厚度确定平均厚度為s2 = 2mm,那麼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,在這裡我們将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,且随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後收縮。 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。        

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、片材生産條件、成型中的牽伸量、冷卻速度、脫模溫度。        

十三、痕迹、冷卻痕迹、條紋、皺褶 痕迹、冷卻痕迹、條紋和開裂都是制品中常見的缺陷,但是可以通過相應的措施來避免,将在後面的章節裡詳盡講解。        


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