滾塑 成型技術(shù)加工大型PE中空塑料制品的方法

1、滾塑 成型技術(shù)加工大型PE中空塑料制品的方法作者：佚名 文章來源：不詳 點(diǎn)擊數(shù)：1718 摘要:本文概述了滾塑成型的基本原理、工藝特 點(diǎn)和模具設(shè)計(jì)要點(diǎn).研究了用LOM原型覆膜技術(shù)快速精密鑄造滾塑用鑄鋁模的工藝方法,并展望了計(jì)算機(jī)模擬與控制技術(shù)在滾塑成型中的應(yīng)用前景.滾塑成型又稱為旋轉(zhuǎn)成型(Rotational Moulding),它是將定量的粉狀樹脂裝入冷態(tài)的模具中,由滾塑機(jī)帶動(dòng)模具繞兩根互相垂直的轉(zhuǎn)軸進(jìn)行緩慢的公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn),同時(shí)用外加熱源加熱模具,從而 使樹脂粉末熔融并借助自身的重力均勻地涂布于整個(gè)模具內(nèi)腔表面,最后經(jīng)冷卻脫模后得到中空制品的方法1.滾塑成型起源于20世紀(jì)40年代,與傳統(tǒng)的中空

2、塑料制品成型方 法(如注塑、吹塑、熱成型等)相比,滾塑成型在投資成本、裝備制造周期及工藝靈活性等方面的優(yōu)勢是其它成型方法所無法比擬的(見表1)2,3. 因而在國外滾塑成型早已形成工業(yè)化生產(chǎn),近年來更是以1015的年增長率持續(xù)遞增4,成為小批量生產(chǎn)中、大型或超大型全封 閉與半封閉的空心無縫容器的最理想、最經(jīng)濟(jì)、最有效的方法.我國從90年代中期才開始引進(jìn)滾塑成型設(shè)備,有關(guān)滾塑原料、機(jī)械、模具及工藝等方面尚有許多值 得探索與研究的課題.表1滾塑成型與其它成型方法的比較Tab.1Comparison between rotational moulding and other forming metho

3、ds項(xiàng)目滾塑成型注射成型吹塑成型熱成型說明設(shè)備成本×模具成本×滾塑屬無壓成型,對模具材質(zhì)強(qiáng)度要求低成型速度滾塑時(shí)粉料熔融涂布冷卻周期較長成型壓力×滾塑時(shí)粉料僅依靠自身重力成型大批量生產(chǎn)×滾塑的單件生產(chǎn)周期較長,自動(dòng)化程度不高多品種生產(chǎn)×××一臺滾塑機(jī)上可同時(shí)安裝多個(gè)不同的模具制品表面狀態(tài)制品厚度調(diào)整×××滾塑時(shí)只需改變粉料加入量和模具供熱狀態(tài)制品色澤更換××滾塑時(shí)只需調(diào)整粉料顏色并清理模腔大容器成型××帶嵌件成型××滾塑時(shí)可在模具中設(shè)置

4、活動(dòng)嵌件多層復(fù)合成型×滾塑時(shí)可采用不同的材料組合細(xì)口制件成型××滾塑模的分開殼體結(jié)構(gòu)對脫模有利后加工性×注:好或有利;:一般;×:差或不利 1滾塑模具設(shè)計(jì)概要模具是滾塑成型中不可缺少的重要裝備.合理設(shè)計(jì)滾塑模具結(jié)構(gòu)和正確選用模具材料是獲取 表面光潔無氣泡、壁厚均勻無應(yīng)力的優(yōu)質(zhì)制品的首要保證.1.1滾塑模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滾塑模具是一個(gè) 內(nèi)腔形狀與塑料制品外形相符的薄壁殼體.為方便脫模,在制品的最大截面處設(shè)有一個(gè)或多個(gè)分模面,并在分模處設(shè)置有C形夾頭等快速裝夾的卡具,以保證成型過 程中不溢料,成型結(jié)束后又能快速取出制品和重新加料.同時(shí),為了將加熱過程中模

5、內(nèi)受熱膨脹的空氣以及熔融物料內(nèi)低分子化合物分解產(chǎn)生的大量氣體排出模腔, 滾塑模具必須在模具上蓋或有孔的地方設(shè)置排氣管,以免模具受壓或制品表面起泡.排氣管一般采用薄壁的金屬氟塑料管,管子直徑由制品尺寸和物料性能決定(一 般薄壁制品按每立方米模具體積1012 mm孔徑設(shè)定5),管子長度應(yīng)保證其末端伸入到模腔中心.為避免在旋轉(zhuǎn)時(shí)樹脂粉末從 排氣口溢出,內(nèi)管口要用玻璃絲、鋼絲絨、石墨粉等充填.筆者所面對的滾塑制品是直徑為750 mm、壁厚為10 mm的聚乙烯塑料彎管、三通管以及圓球體、橢球體、立方體、多面體等,各個(gè)制品都有全封閉的、敞口的以及局部開口的多種變化形式.為降低生產(chǎn)成本,模具設(shè) 計(jì)時(shí)盡量做到

6、一模多用,即在模具大結(jié)構(gòu)不變的情況下,通過局部零件的拆換生產(chǎn)出不同樣式的制品.如在圖2所示的模具中,采用氟塑料(F4)或石棉板做成絕 緣隔熱蓋(小孔用堵頭)襯在模具內(nèi)的相應(yīng)位置上,使熔融物料無法粘模,冷卻脫模后就可得到敞口或局部開口的塑料制件;而將此隔熱蓋換成金屬蓋,則可獲得全 封閉制件.1.2模具材料選擇和壁厚設(shè)計(jì)滾塑成型對模具材質(zhì)強(qiáng)度要求不高,但必須具有良好的熱傳導(dǎo)性,并能抵擋頻繁加熱與冷卻過程 中的應(yīng)力交替.顯然低碳鋼、鋁、不銹鋼等都是理想的制模材料.模具殼體的壁厚設(shè)計(jì)按常壓容器的設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行,即從剛度計(jì)算出發(fā),結(jié)合制品厚度、加熱方式及 制模方法等綜合考慮.針對前述滾塑制品的特征,為了保

7、證過渡曲面的成形質(zhì)量,同時(shí)盡可能地降低模具成本,我們在設(shè)計(jì)時(shí)對具有復(fù)雜曲面的管道、 球體等采用了58 mm厚度的鑄造鋁合金(ZL111)模具,而對形狀相對簡單的立方體、多面體等采用了35 mm的不銹鋼板經(jīng)板金加工后焊接而成的模具,在實(shí)際生產(chǎn)中取得了良好的效果.2鑄鋁模的快速精密鑄造用傳統(tǒng)的砂型鑄造生產(chǎn)的鑄件精度低、制模周期長,鑄件表面質(zhì)量更無法達(dá)到滾塑模的要 求,鑄后還需人工打磨拋光.因此,生產(chǎn)滾塑用鑄鋁模就必須采用精密鑄造方法,同時(shí)引入快速制模技術(shù),縮短模具的制造周期.只有這樣,滾塑成型投資少、見效 快的優(yōu)勢才能得以充分顯示.2.1模殼精密鑄造方法現(xiàn)代精密鑄造的工藝方法多種多樣,對于像滾 塑

8、模具這樣尺寸較大且形狀復(fù)雜的單件鑄件采用石膏型或陶瓷型鑄造是非常經(jīng)濟(jì)的.石膏型或陶瓷型鑄造是采用糊狀的石膏或陶瓷漿料代替型砂制造鑄 型的方法,其鑄型表面的光潔程度遠(yuǎn)超出普通砂型,所獲得的滾塑模內(nèi)壁表面粗糙度可達(dá)Ra 0.81.6 m,不需要再加工即可滿足成形的要求.特別是采用石膏型或陶瓷型后,再配合采用熱模差壓澆注法,使鑄鋁合金的流動(dòng)性大大提高,進(jìn)一步減小了滾塑模體的壁 厚,對加快滾塑成型中的熱量傳導(dǎo)、縮短成型周期是十分有利的.2.2快速制模技術(shù)快速制模技術(shù) 即運(yùn)用快速造型技術(shù)RPM(Rapid Prototyping Moulding)制得的原型直接或間接地加工各種金屬模具的方法,是集CAD

9、/CAM、化工、材料和精密機(jī)械等最新成就于一身的高新技術(shù). 目前發(fā)展比較成熟的快速造型方法有激光造型法SLA、薄板層積法LOM、熔絲沉積法FDM和選擇性激光燒結(jié)法SLS等6.在滾 塑模制造中,用經(jīng)過表面覆膜處理的LOM原型代替木模直接制造石膏型、陶瓷型(大件)或由原型經(jīng)硅橡膠模過渡轉(zhuǎn)換得到石膏型、陶瓷型(小件),再用石膏 型、陶瓷型澆注出金屬模具的方法,實(shí)現(xiàn)鑄鋁模的精密鑄造將是十分有利的.LOM(Laminated Object Manufacturing)即薄板層積法,其基本原理首先采用CAD軟件進(jìn)行零件的三維立體造型并轉(zhuǎn)換成STL數(shù)據(jù)格式,隨后根據(jù)工藝要求,按照一定的 厚度對CAD模型進(jìn)行

10、分層,生成二維截面信息,再與加工參數(shù)相結(jié)合生成零件的層面加工信息,用此信息來控制激光束對涂有熱融膠的薄片材料(紙、塑料薄膜或 復(fù)合材料等)進(jìn)行逐層切割和粘結(jié),最終層層堆積生成三維實(shí)體原型7.但是,由薄層材料堆積而成的原型,表面不夠光潔,特別是曲面部 分實(shí)際上呈階梯形,若用此原型代替木模直接制造石膏型或陶瓷型將增加起模阻力;而且在灌注石膏或陶瓷漿料后,原型吸附了漿料中的水分,起模更加困難,甚至 可能破壞原型.因此需對LOM原型表面進(jìn)行覆膜處理(即在原型表面覆蓋一層高分子薄膜)后再用于制造石膏或陶瓷型,不僅可使起模輕松便利,也延長了原型的 使用壽命.3滾塑加工的計(jì)算機(jī)模擬與控制技術(shù)滾塑加工時(shí)的各項(xiàng)

11、工藝條件對制件質(zhì)量起著舉足輕重的作用.長期以來生產(chǎn)中靠經(jīng)驗(yàn)來確定 塑料粉末顆粒的大小與形狀、模具旋轉(zhuǎn)速度、加熱溫度與時(shí)間及冷卻時(shí)間等工藝參數(shù),帶有一定的盲目性和偶然性,需在實(shí)際的成型過程中不斷地嘗試與修正,既耗 時(shí)又費(fèi)力.進(jìn)入90年代以后,世界各國紛紛開始了滾塑成型的計(jì)算機(jī)模擬與控制技術(shù)的研究,主要著眼于PE(聚乙烯)磨粉工藝控制、成型工藝控 制及粉料和熔體的流動(dòng)與熱傳導(dǎo)模擬等,目前比較成熟的軟件有ROTOLOG 、ROHEAT等.其基本思想是在滾塑模內(nèi)不同位置上設(shè)置一系列長短不一的熱電偶,適時(shí)測量模腔內(nèi)部各點(diǎn)的實(shí)際溫度,由計(jì)算機(jī)自動(dòng)繪制模內(nèi)塑料熔體的溫度 曲線,并且比照依據(jù)流變理論所建立的熔

12、體理想成型曲線,自動(dòng)地調(diào)整不同樹脂、不同模具壁厚狀況下的爐留期、冷卻期和成型周期8等 工藝參數(shù),從而為實(shí)施滾塑成型的在線控制打下了基礎(chǔ).4結(jié) 束 語滾塑成型是生產(chǎn)大型中空塑料制品最經(jīng)濟(jì)而有效的方法.要在國內(nèi)推廣應(yīng)用滾塑成型,就必 須吸收國外的先進(jìn)技術(shù),開發(fā)更多更好的滾塑原料,提高滾塑設(shè)備的自動(dòng)化水平,縮短模具設(shè)計(jì)與制造周期.本文所提出的用LOM原型覆膜技術(shù)實(shí)現(xiàn)滾塑用鑄鋁模 的快速精密鑄造的方法只是簡化模具制造過程、縮短模具制造周期的一項(xiàng)措施.相信隨著現(xiàn)代材料工業(yè)和機(jī)械制造與自動(dòng)化技術(shù)的不斷進(jìn)步,滾塑成型技術(shù)在我國也 會(huì)得到飛速的發(fā)展.作者簡介：姚勤 (1963),女,江蘇鹽城人,講師,主要從事

13、沖壓模和塑料模的研究.作者單位：(上 海大學(xué) 機(jī)械電子工程學(xué)院, 上海 200072)參考文獻(xiàn):1 Crawford R J. Rotational moulding of plastics M. England:RSP, 1993.13.2唐麗明,徐定宇.滾塑成型進(jìn)展 J.塑料加工應(yīng)用,1997,(1):3541.3戴贊明. 塑料制品的旋轉(zhuǎn)成型技術(shù)及其發(fā)展 J.湖南化工,1997,27(1):1113.4Rahner S. The latest trend: rotational moulding J. Kunststoffe Plast Europe, 1998, 88(1):69.5龔瀏澄,等.塑料成型加工實(shí)用手冊 M.北京:北京科學(xué)技術(shù)出版