真空吸塑成型基本原理

1、真空吸塑成型根本原理、真空吸塑成型原理真空吸塑成型工艺图2-1是一种热成型加工方法。利用热塑性塑料片材，制造开口壳 体制品的一种方法。将塑料片材裁成一定尺寸加热软化，借助片材两面的气压差或机械压力，使其变形后覆贴在特定的模具轮廓面上，经过冷却定型，并切边修整。真空吸塑成型这种成型方法是依靠真空力使片材拉伸变形。真空力容易实现、掌握与控制，因此简单真空成型是出现最早，也是目前应用最广的一种热成型方法。图2-1根本原理示意图1加热2片材二、 吸塑无模成型真空无模成型过程如图2-2所示，将片材加热到所需温度后，置于夹持环上，用压环压紧，翻开真空泵阀门抽真空，通过光电管控制真空阀调节真空度，直到片材到

2、达所需的成型深度为止。由于自由真空成型法中制件不接触任何模具外表，制件外表光泽度高，不带任何瑕疵。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，故可用于制造飞机部件如仪器罩和天窗等。真空无模成型法在成型过程中只能改变制件的拉伸程度和外廓形状，因此不能成型外型复杂的制件。另外，成型过程中，随着拉伸程度的增大，最大变形区即片材中心的厚度不断减 小，因此实际生产中拉伸比H/D 一般应小于75%。在运用此法进行加工时，操作员必须有熟练的技巧，调节好真空度，以得到符合设计要求 的轮廓和尺寸一致的产品。三、 吸塑阳模凸模和吸塑阴模凹模成型对于真空吸塑成型，受热的材料仅有一面与成型工具相接触。

3、这样，材料与模具相接的面就具有与成型模具完全相同外表轮廓。而成型制件的未接触面的轮廓和尺寸就只有取决于材料的 厚度。根据成型材料与成型模具的接触面的不同，成型过程可分为阳模和阴模成型。图2-3无模真空吸塑成型壁厚分布表2-1不同模具所允许的拉伸比真空吸塑阳模成型工艺过程如图2-4所示。本法对于制造壁厚和深度较大的制品比拟有利。制品的主要特点是：与真空阴模成型法一样，模腔壁贴合的一面质量较高，结构上也比拟 鲜明细致。壁厚的最大部位在阳模的顶部，而最薄部位在阳模侧面与底面的交界区，该部位也是最后成型的部位，制品侧面常会出现牵伸和冷却的条纹，造成条纹的原因在于片材各局部贴合模面的时候有先后之分。先与

4、模面接触的局部先被模具冷却, 较未冷却的部位弱。这种条纹通常在接近模面顶部的侧面处最高。成型模允许牵伸比单阳模单阴模用柱塞协助成型0.511而在后继的相关过程中，其牵伸行为图2-2无模真空吸塑成型装置图2-4阳阴模成型真空吸塑阴模成型工艺过程如图图2-5 所示。真空阴成型法生产的制品与模腔壁贴合的一面质量较高，结构上也比拟鲜明细致，壁厚的最大部位在模腔底部，最薄部位在模腔侧面与底面的交界处，而且随模腔深度的增大制品底部转 角处的壁就变得更薄。因此真空阴模成型法不适于生产深度很大的制品图2-5阴阳模成型对于吸塑阳模成型，制件的内尺寸是很精确的，因为它是与真空吸塑成型工具相接的一面。 相反，对于阴

5、模成型，制品的外尺寸是很精确的， 因为其外部与真空吸塑成型模具相接触如图2-6 。图2-6a阳模成型简图和b阴模成型简图1-厚部位；2-薄部位；3-成品的内尺寸；4-外尺寸对于吸塑阳模制件我们必须注意如下问题：1在使用高的角式模具进行加工时，特别是当模具与夹持框架间的距离很大时，容易产 生皱褶图2-72在角落处容易产生冷却条纹图2-7;3在凸缘处壁厚不均匀图2-7;4由于侧壁斜度不够而使脱模困难；5在成型区夹持模框多腔模具的嵌件和下夹持器之间会产生小的缝隙;6阳模成型模具通常比阴模价格低廉。图2-7阳模制件中的缺陷及其典型特征简图1-冷却痕迹；2-皱褶；3-薄部位；4-厚部位对于吸塑阴模制件我

6、们必须注意其图2-8:厚的边缘；均匀的边缘厚度；薄的角隅；单阴模有很好的脱模性；阴模模具通常比阳模价格高。但是，对于每一种情况之中的不利影响都可以通过采用适当的加工方法来降低。图2-8阴模制件的典型特征1-均匀的边缘；2-薄的角隅四、吸塑机器根本装置1.夹紧设备塑料片材成型时，片材被固定在夹紧装置上。 在真空吸塑成型的通用型机和复合型的热成 型机上多采用便于固定各种尺寸片材的夹紧装置。有的是整个成型机配一套夹紧框架夹紧装置可分为两类：一类是框架式，另一类是分瓣式。框架式夹紧装置由上、下两个框架组成。片材夹在两个框架之间。框架翻开时，下框架一般保持固定状态。各种类型单工位成型机上框架的下部直接固

7、定在成型室上。用手装型坯和成品取出的手动和半自动成型机上，当框架尺寸很大时，都装有在框架翻开范围内的平安操作装置。对成型滑移性较大的型坯，要求夹紧力 能在比拟宽的范围内调节，为此，采用两个包胶辗，用弹簧相互压紧，并配有压力调节装置。连 续拉片成型机的夹紧是两边拉链与前后闸的共同作用。夹紧装置最好采用自动控制，以期动作迅速，可有助于提高制件质量和效率。2.吸塑加热设备热塑性塑料片材和薄膜的真空吸塑成型过程，主要工序之一就是片材加热，让片材软化成可塑性的设备。电加热的持续时间和质量取决于加热器的结构，辐射外表后温度传热的热惯性， 片材与加热器间的距离，辐射能吸收系数，加热器外表的特性以及材料的热物

8、理性能。常用的加热器有电加热器、晶体辐射器和红外线加热器。3.吸塑真空设备真空系统由真空泵、储气罐、阀门、管路以及真空表等组成，在真空成型中常采用单独机 型真空泵，此种泵的真空度应到达0.070.09 Mpa( 520mmHg)以上。储气罐一般是用薄钢板焊接的圆柱形箱体，底是椭圆形的。蓄气罐的容量至少应比最大成型室的容量大一半。真空 管路上，必须装有适当的阀门，以控制真空窄容量。真空泵的转动功率由成型设备的大小和成型速度决定，较大或成型速度较快的设备常用大至24KW的。真空中央系统的大小视工厂具体生产和开展的要求而定。4.吸塑压缩空气设备气动系统可由成型机自身带有压缩机、储气罐、车间主管路集、

9、阀门等组成。成型机需要压力为0.60.7MPa的压缩空气，各种真空吸塑成型机广泛采用活塞式空气压缩机。也可以用大型的螺旋式空气压缩机整厂供应。压缩空气除大量应于成型外，还有当一局部用于脱模、初制品的外冷却和操纵模具框架和运转片材等机件动作的动力。5.吸塑冷却设备为了提高生产效率，真空吸塑成型制品脱模前常需进行冷却。理想的情况是制件与模具接触的内外表和外外表都冷却，而且最好采用内装冷却盘管的模具。对于非金属模具，如木材、石膏、玻璃纤维增强塑料、环氧树脂等模具，因无法用水冷，可改用风冷，并可另加水雾来冷却真 空吸塑成型制件的外外表。生产中假设采用自然冷却可以获得退火制件，有利于提高制件的耐冲击性。

10、用水冷却虽然生产效率高，但制件内应力较大。6.吸塑脱模设备脱模是将制品移出模外，通常无论是凹模还是凸模，多数场合是由于制品冷却收缩而贴紧模具，所以通过真空吸引孔或向相反方向吹风使之脱模。尤其对于脱模斜度小的或有凹模的模具，同时使用脱模机构顶撞或震荡脱模。7.吸塑控制设备控制系统一般包括对真空吸塑成型成型、整饰等过程中包括仪器、仪表、管道、阀门各个参数和动作进行控制。控制方式有手动、电气-机械自动控制、电脑控制等，具体选用要根据最初投资人工费、技术要求、原料费用、生产和维修设备费用等因素综合考虑。五、吸塑有效成型压力除了成型温度、模具温度和牵伸作用的影响外，真空吸塑成型制件的成型精度还主要依赖于

11、热制件与模具之间的有效接触压力。？?？模具在预牵伸的过程中会产生一定的接触压力图2-9ao而制品成型时，假设在接触处抽真空或者使用柱塞的机械压力，又就会产生一定的成型压力。这也就是说接触处的有效压力是牵伸产生的接触压力和由真空或柱塞的机械压力产生的成型压力之和。对于其他的区域，成型材料在预成型之后未与模具相接触，有的甚至阻碍牵伸。 这些区域其有效接触压力等于成型压力和成型材料成型时产生的反向压力之差图2-9 。图2-9由材料的成型压力和反向压力之和得出有效成型压力的简图a和b阳模；c和d阴模+ 模具面积，在该面积区域材料的有效成型压力因接触压力而增加；-模具面积，在该面积区域有效成型压力因成型

12、材料的反向压力而降低对于模压成型阳模通常的成型压力：大面积模制件0.20.3MPa 23bar ；小的制件高达0.7MPa 7bar。?对于真空成型，成型压力较低，且主要取决于的大气压力。?在海拔高度为。时，当使用高质量的真空泵时，模塑压力可到达约0.O98MPa 0 . 98bar。?由于真空产生的压力等于成型材料一侧所受到的大气压与另一侧产生的真空的压差，所以接触压力就取决于空气压力和密封度。因此，即使使用最好的真空泵，随海拔高度的增大，成型压力也会不断降低图2-10。六、吸塑成型面积、切入面积、夹持边缘夹持框外表内部宽度大小范围区域的面积被称为成型面积图2-11 。切人面积就是指在成型过

13、程中发生牵伸的区域的面积。它依赖于制件的规格，而与夹持边缘是否需要加热无关。？?？应用如下：成型材料未受热的区域如未受热的夹持边缘不收缩，而成型的局部那么在成型后收缩； 但是不同收缩的区域会造成模塑物的变形。对于实际应用的意义：假设制件的夹持边缘在脱模后立即就被切断，那么它就不必进行加热；假设夹持边缘留在制件上无修边成型过程，夹持边就必须加热到材料的Tg以上。图2-10成型机器的海拔局度对真空成型中的空气压力的影响10002000300040005000海拔高度/ mm七、吸塑废料边料面积和废料比率掌握废料分寸，对本钱核算有着重要意义。成型制品四周的切边余量是没有精确数据的，因为它会由拉伸情况

14、影响。我们利用以下着个案例来分析：例：计算成型矩形盒如图2-12高200mm，模具底面积430 x950 mm2,制品在模具底平面四周延伸10mm边位剪切即产品尺寸440 x960mm2,假设用料片坯面积610 x1200 mm2，夹持边缘四边各20mm,求此种情况时的废料比。图2-11成型面积和切人面积a对于阳模成型，成型面积等于切人面积；b在吸塑阳模成型中由于附加的保护物的作用而使切人面积减小；c在阴模成型中规定的加工切人面积L B-成型区域；Ll B1-切人面积；？-夹持边缘；E-阳模成型中牵伸起始处壁厚发生变化图2-12矩形盒用料制品简图右边为裁边后的成品图I 9 g 7 6 50&a

15、mp;o oaO oo o QO壹wFrtbarO I MPaAB-模具底面，C-高度，L1和L2-模具延伸到片坯边缘的长度，D-夹持边缘片材的废料由夹持边缘面积和经成型拉伸裁出制品后的片坯面积组成，最主要是计算经过拉伸后，出制品后还剩余多少份量的边料。注：吸塑裁边面积一制品的剪口面积根据此公式计算：成型/型腔面积=(610-20 x2)(1200-20 x2)/(430 x950+430 x200 x2+950 x200 x2)+(610-20 x2)(1200-20 x2)- 430 x950) = 66120/1174720 =0.056废料面积=0.056x(610-20 x2)(12

16、00-20 x2)-440 x960+610 x1200-(610-20 x2)(1200-20 x2)=142353.2 mm2废料比率=142353.2/(610 x1200) =0.194或19.4 %八、 吸塑排气面、排气孔、排气槽、槽口在真空吸塑成型加工过程中，为了除去塑料材料与模具之间所存留的气体，模具必须是能排气的或有足够的排气孔或排气槽；这可以使空气通过抽气装置或转移快速的除去。具体的设计将在模具设计章节详细介绍。九、 吸塑脱模斜度对于阳模成型，制品会收缩而紧贴在模具上，而对于单腔阴模成型，制品收缩后可以脱离模具外表。为了能够脱模，模具侧面必须具有一定的倾斜度。在脱模方向上，模

17、具侧面的倾角被称为脱模斜度见图2-13 。脱模斜度应该取得尽可能大。脱模斜度越大，脱模越快，成型周期越短，而且在脱模的过程中制品变形的可能性小。单阳模和单阴模的脱模斜度一般为：a=3o -5o;对于收缩率 0.50。图2-13脱模斜度a单阳模；b单阴模十、吸塑成型比和牵引比成型比图2-14是指制品的最大抽拔深度H与成型面B之比，或与成型面直径D之 比。成型比并不能准确反映出牵伸比。成型比可根据图2-14得到。吸塑成型面积：L B,当L B长方形模制品成型比：H : B长方形或H :D圆形模制品牵伸比是指模件修边前的外表不含夹持边，与成型面积之比，其结果根据图2-15。牵伸比S = F2/ F1

18、式中F1不含夹持边的最初成型材料面积；F2制品的模塑面积测定实际牵伸比的技巧：对于几何形状非常复杂的模制品，个软尺很容易地进行测定见图2-16。宽度B方向的牵伸比=卷尺测量尺寸/宽度图2-14成型比a和b不同几何体的成型比H : B ; c圆形几何体的成型比图2-15用于计算壁厚的制件尺寸图2-16某塑件宽度B方向的牵伸比成型的牵伸比不宜过大，实际生产中选用牵伸比时不超过1/3为宜，否那么转角、底部的部位将急剧变薄，甚至成型不了。成型时，造成制品厚薄不均的主要原因是片材各局部所受的拉伸情况不同，一般来说，阳模成型时，易造成顶部过厚，两侧逐渐变薄；阴模成型时，口径部位过厚两侧延至底部变薄，特 别

19、侧面与底部的转角牵伸比可以在最大牵伸处用一部位最薄。型时拉伸比可以适当增大，如果采取柱塞协助成型，牵伸比可以更大些。十一、吸塑壁厚计算、吸塑成型制件当未成型材料的厚度时，我们可以粗略地估计出吸塑成型制件的厚度。由于制件的设计壁厚和最终成型壁厚的不规那么分布，最终的计算结果要考虑士30%的壁厚分布。对于这种计算，必须假定材料的体积在整个成型的过程中保持不变。因而有如下成立：V1 = V2这样：F1 si = F2 s2从而：s2 = F1/F2 si式中VI一不含夹持边缘的材料体积；V 2热成型制件的体积；F 1一不含夹持边缘的材料面积；F 2制件外表积；s1原材料厚度；s2制件壁厚。壁厚计算例

20、如：1. 长方形成型制件的壁厚确实定根据图3-21,有如下尺寸：a= 800mm, b=500mm, c = 400mm, L=880mm, B=580mm用这些数据计算面积和面积比得：F1 = L B = 510400mm2F2 = L B + 2bc + 2ac = 1550400 mm2F1/F2 =0.3293? F2/F1 =3.0367对于原材料厚度s1=4 mm,且厚度均匀分布的成型制件，其壁厚：s2 = F1/F2 s1 = 0.3292X4mm = 1.32mm由于成型制件的壁厚的波动不均一，实际上制品的厚度分布在0.91.7mm之间s2act = s2士30% = 1.3mm士0.4mm0.91.7mm假设制件壁厚指定，所需材料的厚度确定根据图3-21中所示的制件的平均厚度为牵伸比应控制在一个极限范围内如果采用单阴模成型时牵伸