塑料模具设计课件第7章.ppt

第七章气动成型模具,第一节中空吹塑成型模具第二节真空成型模具,第一节中空吹塑成型模具,中空吹塑成型主要用于吹制罐类、瓶类的中空塑料容器，如加仑筒、化工容器、饮料瓶等。如第二章所述，根据成型方法不同，中空吹塑成型分为挤出吹塑成型、注射吹塑成型、多层吹塑成型及片材吹塑成型等。一、中空吹塑件的设计根据中空塑件成型的特点，对塑件的要求主要有吹胀比、延伸比、螺纹、圆角、支承面等方面。1吹胀比吹胀比Br是指塑件最大直径与型坯直径之比，即图7-1中的D与d之比。这个比值的选择，实际上就是在已知产品塑件尺寸的情况下确定型坯的外径。通常吹胀比取24，但多用2，过大会使塑件壁厚不均匀，加工工艺条件不易掌握，但吹胀比越大，则塑件的横向强度越高。,下一页,返回,第一节中空吹塑成型模具,吹胀比表示了塑件径向最大尺寸和挤出机机头口模尺寸之间的关系。当吹胀比确定之后，便可根据塑件的径向最大尺寸及塑件壁厚确定机头型坯口模的尺寸。机头口模与芯棒的间隙可用下式确定：式中口模与芯棒的单边间隙，mm；t塑件壁厚，mm；Br吹胀比，一般取24；修正系数，一般取11.5，它与加工塑料粘度有关，粘度大时取下限。型坯的截面形状一般要求与塑件轮廓大体一致，如吹塑圆形截面的瓶子，型坯截面应是圆形，若吹塑方桶，则型坯最好制成方形截面。,上一页,下一页,返回,第一节中空吹塑成型模具,2延伸比在注射吹塑成型中，塑件的长度与型坯的有效长度之比叫延伸比，如图7-1所示的c与b之比即为延伸比。延伸比确定后，型坯的长度就能确定。实验证明延伸比大的塑件，其纵向的强度就越高。也就是延伸比和吹胀比越大，即壁厚越薄的塑件，塑件的纵向和横向强度越高。为保证塑件的刚度和壁厚，生产中一般取延伸比Sr=（46）/Br。3螺纹吹塑成型的螺纹通常采用梯形或半圆形的截面，而不采用细牙或粗牙螺纹，这是因为后者难以成型。为了便于塑件上飞边的处理，在不影响使用的前提下，螺纹可制成断续状的，即在分型面附近的一段塑件上不带螺纹，如图7-2所示，图b比图a易清理飞边余料。,上一页,下一页,返回,第一节中空吹塑成型模具,4圆角吹塑塑件的侧壁与底部的交接及壁与把手交接等处，不宜设计成尖角，尖角难以成型，这种交接处应采用圆弧过度。在不影响造型及使用的前提下，圆角以大为好，圆角大壁厚则均匀，对于有造型要求的产品，圆角可以减小。5塑件的支承面在设计塑料容器时，应减少容器底部的支承表面，特别要减少结合缝与支承面的重合部分，因为切口的存在将影响塑件的放置平稳。,上一页,下一页,返回,第一节中空吹塑成型模具,二、中空吹塑模具的设计吹塑模通常是对开式的，稍为复杂一些的吹塑模可能需要设计局部或底部侧向分型机构。对于大型挤出吹塑模或连续自动生产的注射吹塑模一般要设置冷却水道，用于对模具的冷却。对于挤出吹塑模，凡需要将多余型坯切除的部位，例如吹塑加仑筒的底部、上部及手把处，塑料药瓶的底部及上部螺纹处等，均要在模具上做出较窄的夹坯口（切口），以便把多余型坯切除。从模具结构和工艺方法上看，吹塑模可分为上吹口和下吹口两类。图7-3所示是典型的上吹口挤出吹塑模具，压缩空气由模具上端吹入模腔。,上一页,下一页,返回,第一节中空吹塑成型模具,图7-4所示是典型的下吹口挤出吹塑模具，使用时料坯套在底部芯轴上，合模后压缩空气自芯轴吹入模腔。注射吹塑模具因吹塑时型坯完全置入吹塑模的模腔内，故不需制出夹坯口（切口），只需制出型坯的固定装置。吹塑模具的设计要点如下：（1）夹坯口（切口）在吹塑成型模具闭合时应将多余的坯料切去。夹坯口的主要作用是切除余料，同时在吹胀以前它还起着在模内夹持和封闭型坯、缩口和缩颈的作用。其中，口部夹坯口需要与吹管共同作用才能切断型坯，吹管在制品口部还兼起挤压的作用，如图7-5所示，夹坯区的深度h为选择型坯厚度尺寸的23倍。切口的斜角选择1545，切口的宽度b对于小型吹塑模可取12mm，对于大、中型吹塑模可取24mm。b值太小，会削弱对型坯的夹持能力，还可能导致型坯在吹塑前塌落或塑件成型后夹持部分熔接缝厚度减弱、甚至开裂等问题；b值太大又可能产生无法切断或模腔无法紧密闭合等问题。,上一页,下一页,返回,第一节中空吹塑成型模具,（2）余料槽型坯在夹坯口的切断作用下，会有部分多余的塑料坯被切除下来，它们将由余料槽容纳。余料槽通常设置在夹坯切口左右两侧，如图7-2所示，其大小按型坯被夹持后余料的宽度和厚度确定，并以模具能严密闭合为准。（3）排气孔槽在型坯吹胀过程中，模腔表壁和型坯之间的空气应能随着型坯胀大而被快速、流畅地排出模腔。否则，这些空气将会影响型坯贴靠模腔成型，并导致制品出现斑纹、麻坑和几何轮廓不清晰（充模不足）等缺陷。为了解决排气问题，吹塑模中必须设置一定数量的排气孔，而且排气孔还应位于模具内空气最容易储留的部位和制品难以贴模的地方。排气孔直径通常取0.51.0mm，并以制品不出现气孔痕迹为限。此外，在分型面上也可开设宽度为1020mm，深度为0.030.05mm的排气槽或利用各种嵌件的间隙进行排气。当然，排气槽和排气孔最好在试模后根据成型的实际情况而开设。,上一页,下一页,返回,第一节中空吹塑成型模具,（4）模具的冷却模具冷却是保证中空吹塑工艺正常进行、保证产品外观质量和提高生产率的重要因素。中空吹塑成型时，模具温度一般应控制在2050。对于大型模具，可以采用箱式冷却，即在型腔背后铣一个空槽，再用一块板盖上，中间加上密封件。对于小型模具可以开设冷却水道，通冷却水。（5）模具的表面粗糙度中空吹塑成型时气压不大，而且是二次成型，因此对型腔粗糙度的要求比注射模要低。模具表面不过分光滑可以储存微量空气，反而有利于脱模。对于不同塑料和不同表面要求的制品，模具型腔表面的要求是不同的。吹塑制品外表面一般都要求艺术造型，如图案、皮纹、绒纹、文字等。其加工方法有喷砂、照相腐蚀、刻字等。吹塑高透明的塑料制品，型腔应抛光、镀铬。,上一页,下一页,返回,第一节中空吹塑成型模具,（6）模具材料吹塑模的型腔部分一般用铝合金制造，这是因为一方面吹塑成型的模腔压力不大，通常多为0.20.7MPa，而另一方面铝合金具有良好的热传导性能，而且可以采用铸造成型，重量也轻。但是，在吹口及夹坯口等处应选用钢材进行模具镶拼。铝合金虽然有许多优点，但因其硬度低，耐磨性差等对模具寿命有影响的缺点也是显而易见的。近年来随着吹塑技术的不断发展，对吹塑制件的形状和尺寸精度要求越来越高，所以在大批量生产中，采用碳素钢与合金结构钢制造吹塑模的情况也越来越多。注射吹塑模具与挤出吹塑模具基本相同，但前者不需设置夹料口刃，因为其型坯长度及形状已由型坯模具确定。,上一页,返回,第二节真空成型模具,一、真空成型的分类真空成型按其成型的特点可分为普通抽真空成型和延伸抽真空成型两大类。（1）普通抽真空成型普通抽真空成型是指仅仅采用凹模和凸模中的任何一个模具举行抽真空成型的工艺方法。凹模抽真空成型的塑件外表面精度较高，但另一方面因成型时是把塑件片板固定在模具上加热，因而固定部分的塑件厚度接近于片板的原始厚度，而弯曲变形部分的壁厚就变得较薄，故成型塑件的壁厚均匀性差些。如果塑件的内腔很深，特别是小型塑件，其底部拐角处就会变得更薄，因此凹模抽真空成型仅适于深度不大的塑件成型。,下一页,返回,第二节真空成型模具,凸模抽真空成型时，片板是悬空在模具上方进行加热的，这样就避免了加热的片材与冷的凸模过早地接触而粘附在凸模上，使塑件的均匀性变差，因此，用凸模抽真空成型的塑件壁厚均匀性比用凹模抽真空要好一些，但先与凸模接触之处的壁厚总是要略厚一些。底部有凸起形状以及型腔较深的塑件，适用于凸模抽真空成型。真空成型的塑件，其内表面的精度比较高。采用多型腔的凹模抽真空成型比用同样个数的凸模抽真空成型更经济，因为凹模型腔之间的间距可以进一些，即用同样面积的片材可以加工更多的塑件。,上一页,下一页,返回,第二节真空成型模具,由于凹模抽真空成型片材可固定在模具上加热，操作简单，再加上其比凸模抽真空成型更经济，所以在成型方法选择时尽量先选择凹模抽真空成型法，当凹模抽真空成型法成型确有困难时再选择凸模抽真空成型法，有时也先进行简单工艺试验再确定成型方法。（2）延伸抽真空成型对于普通抽真空方法成型困难且要求壁厚比较均匀的深型腔塑件，可以采用延伸抽真空成型。延伸抽真空成型是指在片材加热后的成型过程中使其先延伸，然后再成型。延伸方法有凸模延伸法（凸模抽真空成型）、柱塞延伸法（凹模抽真空成型）和压缩空气延伸法。,上一页,下一页,返回,第二节真空成型模具,图7-6所示为凸模延伸法抽真空成型。夹紧框架1把热塑性塑料片材固定到模具上，用橡胶垫3密封，加热器11在把片材加热至软化状态后移开，同时活动凸模5上升使片材延伸并包在凸模上，然后通过管接头抽真空成型。成型塑件冷却后，停止抽真空，并使活动凸模下降，从模具上取下塑件。二、塑件设计真空成型对于塑件的几何形状、尺寸精度、塑件的深度与宽度之比、圆角、脱模斜度、加强肋等都有具体要求。1塑件的几何形状和尺寸精度用真空成型方法成型塑件，塑料处于高弹态，成型冷却后收缩率较大，很难得到较高的尺寸精度。塑件通常也不应有过多的凸起和深的沟槽，因为这些地方成型后会使壁厚太薄而影响强度。,上一页,下一页,返回,第二节真空成型模具,2塑件深度与宽度（或直径）之比塑件深度与宽度之比成为引伸比，引伸比在很大程度上反映了塑件成型的难易程度。引伸比越大，成型越难。引伸比和塑件的均匀程度有关，引伸比过大会使最小壁厚处变得非常薄，这时应选用较厚的塑料片材来成型。引伸比还和塑料的品种有关，成型方法对引伸比也有很大影响。一般采用的引伸比为0.51，最大也不应超过1.5。3圆角真空成型塑件的转角部分应以圆角过渡，并且圆弧半径应尽可能大，最小不能小于板材的厚度，否则塑件在转角处容易发生厚度减薄以及应力集中的现象。,上一页,下一页,返回,第二节真空成型模具,4斜度和普通模具一样，真空成型也需要有脱模斜度，斜度范围在1o4o，斜度大不仅脱模容易，也可使壁厚的不均匀程度得到改善。5加强肋真空成型件通常是大面积的盒形件，成型过程中板材还要受到引伸作用，底角部分变薄，因此为了保证塑件的刚度，应在塑件的适当部位设计加强肋。,上一页,下一页,返回,第二节真空成型模具,6塑件片材的大小为了把塑料片材夹持到模具上，片材应在所有方向上留有余量。片材的某一方向上的线性尺寸为：式中L片材某一方向所需的尺寸，mm；A塑件某一方向上的线性尺寸，mm；s成型塑料的收缩率；B夹持余量。,上一页,下一页,返回,第二节真空成型模具,三、模具设计1模具的结构设计（1）型腔尺寸真空成型模具的型腔尺寸同样要考虑塑料的收缩率，其计算方法与注射模型腔尺寸计算相同。真空成型制品的收缩量，大约有50%是制品从模具中取出时产生的，25%是取出后保持在室温下1小时内产生的，另外的25%是在以后的8到24小时内产生的，用凹模成型的制品比用凸模成型的制品，其收缩量要大25%50%。影响制品尺寸精度除了型腔的尺寸精度外，还与成型温度、模具温度等有关，因此要预先精确地确定收缩率是困难的。如果生产批量比较大，尺寸精度又要求较高，最好先用石膏模试制产品，测得其收缩率，以此为设计模具型腔的依据。,上一页,下一页,返回,第二节真空成型模具,（2）抽气孔的设计真空成型的抽气孔设计是模具设计的关键。抽气孔的大小应适合成型塑料制品的需要，通常，流动性好、厚度薄的塑料板材，抽气孔要小些；反之可大些。总之，必须满足在很短时间内将空气抽出，又不致于在制品上留下抽气孔痕迹。一般抽气孔直径为0.51mm，最大不超过塑料板材厚度的50%。抽气孔的位置，通常位于坯料最后与模具接触的部位，即模具型腔或型芯的最低点及拐角处。对于小型制品，孔距可在2030mm之间选取；对于大型制品，孔距应适当增加，除轮廓复杂之处，抽气孔可适当密一些。,上一页,下一页,返回,第二节真空成型模具,（3）加热与冷却模具温度对制品质量及生产率都有影响。模温过低，塑料坯料与模具一接触就会冷却产生冷斑，或产生内应力以至出现裂纹；模温过高，则坯料可能粘附在模具上使制品脱模时产生变形，而且延长了生产周期。模温应与成型塑料的工艺性能相适应，因此模温应控制在一定的范围内，一般为50oC左右，可用电热丝加热，也可用红外线灯加热，电热丝温度可达350450oC左右，通常通过调节加热器与片材之间的距离来控制成型温度，常采用的距离为80120mm。模具的冷却方式可用风冷或水冷，水冷又可分为喷雾式和模内开冷却槽的方式。,上一页,下一页,返回,第二节真空成型模具,（4）边缘密封结构为了使型腔外面的空气不进入真空室，在塑料板与模具接触的边缘应设置密封装置。（5）型腔表面粗糙度一般真空成型的模具都没有顶出装置，而靠压缩空气脱模，如果真空成型模具的表面粗糙度太低时，可能会出现塑料板粘附在型腔表面上不易脱模，因此真空成型模具的表面粗糙应当较高，其表面加工后，最好进行喷砂处理。,上一页,下一页,返回,第二节真空成型模具,2模具材料因为真空成型压力低，磨损小，所以对模具材料的要求不严格，选择范围较宽。制造模具的材料有非金属与金属两大类。常用的非金属材料有木材、