真空吸塑成型基本原理

1、真空吸塑成型基本原理、真空吸塑成型原理真空吸塑成型工藝（圖2-1 ）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。 將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(jī)械壓力，使其變形后覆貼在特定的模具輪廓面上，經(jīng)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(xiàn)、掌握與控制,因此簡單真空成型是岀現(xiàn)最早，也是目前應(yīng)用最廣的一種熱成型方法。圖2-1基本原理示意圖弋破基本裝置1加熱2片材4按實孔 真空通道b形成壓力讓片材破附模具C成型制品、吸塑無模成型真空無模成型過程如圖 2-2所示，將片材加熱到所需溫度后，置于夾持環(huán)上，用壓環(huán)壓

2、緊，打開真空泵閥門抽真空，通過光電管控制真空閥調(diào)節(jié)真空度，直到片材達(dá)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，制件可以具有最小的光吸收率和透明性，故可用于制造飛機(jī)部件如儀器罩和天窗等。真空無模成型法在成型過程中只能改變制件的拉伸程度和外廓形狀，因此不能成型外型復(fù)雜的制件。另外，成型過程中，隨著拉伸程度的增大，最大變形區(qū)（即片材中心）的厚度不斷減 小，因此實際生產(chǎn)中拉伸比（H/D ） 般應(yīng)小于 75%。在運用此法進(jìn)行加工時，操作員必須有熟練的技巧，調(diào)節(jié)好真空度，以得到符合設(shè)計要求 的輪廓和尺寸一致的產(chǎn)品。三、吸塑陽模

3、（凸模）和吸塑陰模（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只有取決于材料的 厚度。根據(jù)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。圖2-2無模真空吸塑成型裝置夾具鎖I夾具觀察住i光貶管接收器光源發(fā)射器光昵控圖2-3無模真空吸塑成型壁厚分布成型模單陽模單陰模用柱塞協(xié)助成型允許牽伸比>0.5>1>1表2-1不同模具所允許的拉伸比真空吸塑陽模成型工藝過程如（圖2-4 ）所示。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

4、成型法一樣，模腔壁貼合的一面質(zhì)量較高，結(jié)構(gòu)上也比較鮮明細(xì)致。壁厚的最大部位在陽模的頂部，而最薄部位在陽模側(cè)面與底面的交界區(qū)，該部位也是最后成型的部位，制品側(cè)面常會岀現(xiàn)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 面的時候有先后之分。先與模面接觸的部分先被模具冷卻，而在后繼的相關(guān)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(cè)面處最高。圖2-4陽（陰）模成型真空吸塑陰模成型工藝過程如圖（圖2-5 ）所示。真空陰成型法生產(chǎn)的制品與模腔壁貼合的一面質(zhì)量較高，結(jié)構(gòu)上也比較鮮明細(xì)致，壁厚的最大部位在模腔底部，最薄部位在模腔側(cè)面與底面的交界處，而且隨模腔深度的增大制品底部轉(zhuǎn)

5、角處的壁就變得更薄。因此真空陰模成型法不適于生產(chǎn)深度很大的制品圖2-5陰邙陽）模成型對于吸塑陽模成型，制件的內(nèi)尺寸是很精確的，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確的，因為其外部與真空吸塑成型模具相接觸如（圖2-6 ）。圖2-6a陽模成型（簡圖）和 b陰模成型（簡圖）1-厚部位；2-薄部位；3-成品的內(nèi)尺寸；4-外尺寸對于吸塑陽模制件我們必須注意如下問題： 在使用高的角式模具進(jìn)行加工時，特別是當(dāng)模具與夾持框架間的距離很大時，容易產(chǎn) 生皺褶（圖2-7） 在角落處容易產(chǎn)生冷卻條紋（圖 2-7）; 在凸緣處壁厚不均勻（圖 2-7）; 由于側(cè)壁斜度不夠而使脫模困

6、難； 在成型區(qū)（夾持?？颍┒嗲荒＞叩那都拖聤A持器之間會產(chǎn)生小的縫隙; 陽模成型模具通常比陰模價格低廉。圖2-7陽模制件中的缺陷及其典型特征（簡圖）1- 冷卻痕跡；2-皺褶；3-薄部位；4-厚部位對于吸塑陰模制件我們必須注意其（圖2-8）: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適當(dāng)?shù)募庸し椒▉斫档汀D2-8陰模制件的典型特征四、吸塑機(jī)器基本裝置1 夾緊設(shè)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(jī)和復(fù)合型的熱成 型機(jī)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(jī)配一套夾

7、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?？蚣苁綂A緊裝置由上、下兩個框架組成。片材夾在兩個框架之間?？蚣艽蜷_時，下框架一般保持固定狀態(tài)。各種類型單工位成型機(jī)上框架的下部直接固定在成型室上。用手裝型坯和成品取岀的手動和半自動成型機(jī)上，當(dāng)框架尺寸很大時，都裝有在框架打開范圍內(nèi)的安全操作裝置。對成型滑移性較大的型坯，要求夾緊力 能在比較寬的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，為此，采用兩個包膠輥，用彈簧相互壓緊，并配有壓力調(diào)節(jié)裝置。連 續(xù)拉片成型機(jī)的夾緊是兩邊拉鏈與前后閘的共同作用。夾緊裝置最好采用自動控制，以期動作迅速，可有助于提高制件質(zhì)量和效率。2 吸塑加熱設(shè)備熱塑性塑料片材和薄膜的真空吸塑成型過程，主要

8、工序之一就是片材加熱，讓片材軟化成可塑性的設(shè)備。電加熱的持續(xù)時間和質(zhì)量取決于加熱器的結(jié)構(gòu)，輻射表面后溫度傳熱的熱慣性， 片材與加熱器間的距離，輻射能吸收系數(shù)，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 吸塑真空設(shè)備真空系統(tǒng)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(jī)型真空泵，此種泵的真空度應(yīng)達(dá)到0.070.09 Mpa( 520mmHg )以上。儲氣罐一般是用薄鋼板焊接的圓柱形箱體，底是橢圓形的。蓄氣罐的容量至少應(yīng)比最大成型室的容量大一半。真空 管路上，必須裝有適當(dāng)?shù)拈y門，以控制真空窄容量。真空泵的轉(zhuǎn)動功率由成型設(shè)備的大

9、小和成型速度決定，較大或成型速度較快的設(shè)備常用大至24KW 的。真空中央系統(tǒng)的大小視工廠具體生產(chǎn)和發(fā)展的要求而定。4 吸塑壓縮空氣設(shè)備氣動系統(tǒng)可由成型機(jī)自身帶有壓縮機(jī)、儲氣罐、車間主管路集、閥門等組成。成型機(jī)需要壓力為0.60.7MPa的壓縮空氣，各種真空 吸塑成型機(jī) 廣泛采用活塞式空氣壓縮機(jī)。也可以用大型的螺旋式空氣壓縮機(jī)整廠供給。壓縮空氣除大量應(yīng)于成型外，還有當(dāng)一部分用于脫模、初制品的外冷卻和操縱模具框架和運轉(zhuǎn)片 材等機(jī)件動作的動力5 吸塑冷卻設(shè)備為了提高生產(chǎn)效率，真空吸塑成型制品脫模前常需進(jìn)行冷卻。理想的情況是制件與模具接觸的內(nèi)表面和外表面都冷卻，而且最好采用內(nèi)裝冷卻盤管的模具。對于非金

10、屬模具，如木材、石膏、玻璃纖維增強(qiáng)塑料、環(huán)氧樹脂等模具，因無法用水冷，可改用風(fēng)冷，并可另加水霧來冷卻真 空吸塑成型制件的外表面。生產(chǎn)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。用水冷卻雖然生產(chǎn)效率高，但制件內(nèi)應(yīng)力較大。6 吸塑脫模設(shè)備脫模是將制品移岀模外，通常無論是凹模還是凸模，多數(shù)場合是由于制品冷卻收縮而貼緊模具，所以通過真空吸引孔或向相反方向吹風(fēng)使之脫模。尤其對于脫模斜度小的或有凹模的模具，同時使用脫模機(jī)構(gòu)頂撞或震蕩脫模。7 吸塑控制設(shè)備控制系統(tǒng)一般包括對真空吸塑成型成型、整飾等過程中包括儀器、儀表、管道、閥門各個 參數(shù)和動作進(jìn)行控制?？刂品绞接惺謩印㈦姎?機(jī)械自動控制、電

11、腦控制等，具體選用要根據(jù)最初投資人工費、技術(shù)要求、原料費用、生產(chǎn)和維修設(shè)備費用等因素綜合考慮。五、吸塑有效成型壓力除了成型溫度、模具溫度和牽伸作用的影響外，真空吸塑成型制件的成型精度還主要依賴于熱制件與模具之間的有效接觸壓力。？?？模具在預(yù)牽伸的過程中會產(chǎn)生一定的接觸壓力（圖2-9a）。而制品成型時，若在接觸處抽真空或者使用柱塞的機(jī)械壓力，又就會產(chǎn)生一定的成型壓力。這也就是說接觸處的有效壓力是牽伸產(chǎn)生的接觸壓力和由真空或柱塞的機(jī)械壓力產(chǎn)生的成 型壓力之和。對于其他的區(qū)域，成型材料在預(yù)成型之后未與模具相接觸，有的甚至阻礙牽伸。這些區(qū)域其有效接觸壓力等于成型壓力和成型材料成型時產(chǎn)生的反向壓力之差（

12、圖2-9 ）。圖2-9由材料的成型壓力和反向壓力之和得岀有效成型壓力的簡圖a 和b陽模；c和d陰模（+ ）模具面積，在該面積區(qū)域材料的有效成型壓力因接觸壓 力而增加；（-）模具面積，在該面積區(qū)域有效成型壓力因成型材料的反向壓力而降低對于模壓成型邙陽模）通常的成型壓力：大面積模制件0.20.3MPa （ 23bar ）；小的制件高達(dá)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。？?在海拔高度為。時，當(dāng)使用高質(zhì)量的真空泵時，模塑壓力可達(dá)到約 0.O98MPa （ 0 . 98bar ）。？?由于真空產(chǎn)生的壓力等于成型材料一側(cè)所受到的大氣壓與另一側(cè)產(chǎn)生的真

13、空的壓差，所以接觸壓力就取決于空氣壓力和密封度。因此，即使使用最好的真空泵，隨海拔高度的增大，成型壓力也會不斷降低（圖2-10 ）。六、吸塑成型面積、切入面積、夾持邊緣夾持框表面內(nèi)部寬度大小范圍區(qū)域的面積被稱為成型面積（圖2-11 ）。切人面積就是指在成型過程中發(fā)生牽伸的區(qū)域的面積。它依賴于制件的規(guī)格，而與夾持邊緣是否需要加熱無關(guān)。？?？應(yīng)用如下：成型材料未受熱的區(qū)域（如未受熱的夾持邊緣）不收縮，而成型的部分則在成型后收縮； 但是不同收縮的區(qū)域會造成模塑物的變形。對于實際應(yīng)用的意義：若制件的夾持邊緣在脫模后立即就被切斷，那么它就不必進(jìn)行加熱；若夾Tg以上持邊緣留在制件上（無修邊成型過程），夾持

14、邊就必須加熱到材料的圖2-10成型機(jī)器的海拔高度對真空成型中的空氣壓力的影響I g g 7 6 5 o0-0 o a u oo o o o £s、±rlbar=O I MPa七、吸塑廢料（邊料）面積和廢料比率掌握廢料分寸，對成本核算有著重要意義。成型制品四周的切邊余量是沒有精確數(shù)據(jù)的，因為它會由拉伸情況影響。我們利用以下著個案例來分析：例：計算成型矩形盒（如圖2-12）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（即產(chǎn)品尺寸440x960mm2），若用料片坯面積（610x1200） mm2，夾持邊緣四邊各 20mm ，求此

15、種情況時的廢料比。圖2-11 成型面積和切人面積a對于陽模成型，成型面積等于切人面積；b在吸塑陽模成型中由于附加的保護(hù)物的作用而使切人面積減小；c在陰模成型中規(guī)定的加工切人面積L B-成型區(qū)域；LI B1-切人面積；?-夾持邊緣；E-陽模成型中牽伸起始處（壁厚發(fā)生變化）圖2-12矩形盒用料制品簡圖（右邊為裁邊后的成品圖）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(jīng)成型拉伸裁岀制品后的片坯面積組成，最主要是計算經(jīng)過拉伸后，出制品后還剩余多少份量的邊料。注：吸塑裁邊面積一制品的剪口面積根據(jù)此公式計算：成型/型腔面積=(610-20x2)

16、(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、吸塑排氣面、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

17、過抽氣裝置（或轉(zhuǎn)移）快速的除去。具體的設(shè)計將在模具設(shè)計章節(jié)詳細(xì)介紹。九、吸塑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，制品收縮后可以脫離模具表面。為了能夠脫模，模具側(cè)面必須具有一定的傾斜度。在脫模方向上，模具側(cè)面的傾角被稱為脫模斜度（見圖 2-13 ）。脫模斜度應(yīng)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v 0.5 %的和慢速脫模 a > 0.50 。圖2-13脫模斜度a 單陽模；b單陰模十、吸塑成型比和牽引比成型比（圖2-14 ）是指制品的最大抽拔深

18、度H與成型面B之比，或與成型面直徑 D之比。成型比并不能準(zhǔn)確反映岀牽伸比。成型比可根據(jù)圖2-14 得到。吸塑成型面積：L B ,當(dāng)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，其結(jié)果根據(jù)圖2-15。牽伸比S = F2/ F1式中F1 不含夾持邊的最初成型材料面積；F2 制品的模塑面積測定實際牽伸比的技巧：對于幾何形狀非常復(fù)雜的模制品，牽伸比可以在最大牽伸處用一個軟尺很容易地進(jìn)行測定（見圖2-16 ）。寬度B方向的牽伸比= 卷尺測量尺寸/寬度B圖2-14 成型比a和b不同幾何體的成型比H :

19、B ; c 圓形幾何體的成型比圖2-15用于計算壁厚的制件尺寸圖2-16 某塑件寬度B方向的牽伸比1 - 軟尺測量成型的牽伸比不宜過大，實際生產(chǎn)中選用牽伸比時不超過 1/3為宜，否則轉(zhuǎn)角、底部的 部位將急劇變薄，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(cè)逐漸變薄；陰模成型時，口徑部位過厚兩側(cè)延至底部變薄，特 別側(cè)面與底部的轉(zhuǎn)角部位最薄。牽伸比應(yīng)控制在一個極限范圍內(nèi)。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適當(dāng)增大，如果采取柱塞協(xié)助成型，牽伸比可以更大些。十一、吸塑壁厚計算、吸塑成型

20、制件當(dāng)未成型材料的厚度已知時，我們可以粗略地估計岀吸塑成型制件的厚度。由于制件的設(shè)計壁厚和最終成型壁厚的不規(guī)則分布，最終的計算結(jié)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 si = F2 s2從而：s2 = F1/F2 si式中VI 不含夾持邊緣的材料體積；V 2 熱成型制件的體積；F 1 不含夾持邊緣的材料面積；F 2 制件表面積；si 原材料厚度；S2 制件壁厚。壁厚計算示例：1. 長方形成型制件的壁厚的確定根據(jù)圖3-21，有如下尺寸：a= 800mm, b=500mm, c= 400mm, L=880mm, B=580mm用這些數(shù)據(jù)計算面積和面積比得：F1 = L B = 510400mm2F2 = L B + 2bc + 2ac =1550400 mm2F1/F2 =0.3293? F2/F1 =3.0367對于原材料厚度 s1=4 mm,且厚度均勻分布的成型制件，其壁厚：s2 = F1/F2s1 = 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0.91.7mm 之間s2act = s2 ± 30% = 1.3mm± 0.4mm 0.91.7mm若制件壁厚指定，所需材料