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第1页 塑料件成型方法简介 2006 12 22 第2页 前言塑料成型工艺 需要研究塑料的材料流动性 收缩率 成型方法 进胶点 注塑压 涉及多方面的内容 塑料零件的设计者有必要了解这些 产品设计首先要保证的是零件的使用 塑料件也不例外 在满足使用的前提条件下 由塑料产品工程师确定零件的成型方式 至于塑件制造 成型等其他具体的工艺参数完全可以由相应的模具商来选择确定 但是零件结构设计得不合理必然要导致成型工艺的复杂化 甚至有可能导致零件制造成本的放大化 我们了解成型工艺的目的在于如何使零件生产制造更方便 如何使零件的制造成本尽可能的低 在此我只简要地介绍一下用于塑料件成型的方法 主要介绍各种塑料模具的特点 培训目标1 了解各种塑料成型方法的特点 2 掌握塑料零件设计时的一些必要的注意点 譬如脱模方向 分模线 3 了解一些塑料模具相关的专业术语 便于日后能够更好地与模具商交流 第3页 常见的塑料件成型方法注塑 注射 常规注射发泡注射BMC注射共注射模 多色注射 反应注射注塑 气辅注塑 吹塑吹塑吸塑压塑 模压 板材加热模压模具加热模压 SMC模压 挤塑搪塑 汽车上的塑料零件通常采用的成型方式采用注塑成型的有 轿车外装饰件 前 后 保险杠 前格栅 水箱护栅 保险杠格栅 保险杠护条 防擦条 车门防擦条 车门外后视镜外壳 车灯灯罩 灯体外壳 前围上盖板装饰板 别名 通风盖板 前围格栅 车身侧包围下饰板 轮眉饰条 轮眉侧围防泥板 加油管护板 后牌照灯饰条 车尾 车顶 扰流板 别名 尾翼 车徽LOGO 车尾标致 字 等等 轿车内装饰件 仪表板本体 仪表板上盖板 仪表板侧盖板 大杂物箱本体 大杂物箱盖 中控面板 各种空调风口框架 格栅 叶片 CD机面板 空调控制器面板 组合仪表罩 组合仪表透明罩 外壳 副仪表板本体 前 后 门内饰板本体 前 后 门上内饰板 车门开关面板 车门关门拉手 车门开启手柄 各类内饰装饰条 A柱上内饰板 A柱下内饰板 B柱上内饰板 B柱下内饰板 C柱内饰板 D柱内饰板 行李箱内饰板 前 后 门槛护板 尾门槛护板 尾门 上下左右 内饰板 等等 卡车外装饰件 前围面罩 前格栅 侧扰流罩 轮罩护板 脚踏板护板 等等 附件 洗涤液壶 洗涤器喷嘴 助力油壶 空调机外壳 等等 车前和车尾的吸能缓冲泡沫是采用发泡注射模成型的 某些仪表板是采用分层发泡注射模成型的 某些车型的门内饰板采用了气体辅助注塑成型法 第4页 采用吹塑成型的有 空调风管 等等采用吸塑成型的有 轮罩挡泥板 发动机挡泥板 车底挡泥板 别名 阻风板 导流板 等等 某些车门内饰上饰板采用真空吸附的方法吸附覆皮 采用板材加热压塑成型的有 顶蓬 地毯 三箱轿车的后行李箱侧内饰板 等等 采用模具加热压塑成型的有 汽车中常用的是SMC方式 主要有 卡车的前保险杠 顶盖 顶导流罩 等等 采用挤塑成型的有 各种等截面的密封条或者管路 不等截面的需要分段挤出成型 然后用接口模连接起来 常见于各种橡胶密封条 也有少量PVC弹性饰条 搪塑 在汽车中不常见 常见于各种薄壁封闭塑件 如儿童玩具 第5页 注塑成型 重点1 通用注塑机简图 又称啤 音 别 机 第6页 1 注塑机 2 公模侧 3 母模侧 4 进料斗 5 电机 2 常规注射模的模具结构 二板模 三板模 第7页 上图所示为二板模的典型结构 图示1 为上固定板2 为母模板 3 为公模板 4 为导柱 5 上顶针板 6 为下顶针板 7 下固定板 8 模脚 第8页 二板模三维外形图 第9页 而一套模具又分为公模侧和母模侧 如下图所示 第10页 上图表示注射模在地上放置时的状态 图中上半部分为母模侧 下半部分为公模侧 在成形时母模侧是固定在注塑机机台上不动的所以也叫固定侧 而公模侧在成形完成时会通过注塑机的开模系统运动而运动从而打开模具所以公模侧也叫可动侧 当模具打开后注塑机的顶出系统通过顶棍推动顶针板从而顶出制品 请注意模具在注塑机上是前后方向安装的 顶棍是前后方向运动的 所以母模又称前模或者定模 公模又称后模或者动模 第11页 下面演示在塑件成型时的模具运动过程 如图所示 模具是前后方向装在注塑机上的 图示为合模状态 第12页 图示为开模状态 第13页 图示为顶出产品状态 第14页 模具通过定位环定位在注塑机台上 用螺丝锁紧 在合模时 顶出板是通过回位针和弹簧来进行复位的 即模具可以自动回位 第15页 下面通过三维立体模型展示开模过程 第16页 开模 推出制品 顶棍退开 再次合模 一模四腔模具动模侧内部结构图 第17页 第18页 如产品上有倒勾时 需使用滑块或斜顶来进行抽芯 滑块的作动过程如下图所示 下图为合模状态 第19页 下图为开模状态 第20页 如倒扣位于产品内部则需做斜顶 下图所示为斜顶的作动过程 图示为合模状态 第21页 图示为开模时的状态 第22页 图示为开模顶出时的状态 由图示可见斜顶既起脱倒扣的作用同时也起顶出的作用 第23页 下图所示为斜顶的行程S1为脱倒扣行程 S2为顶出行程 S1等于脱倒扣所需的行程加1 3mm 所以在设计塑件内部倒扣结构时要检验周围的间隙是否足够满足脱倒扣行程 另外 斜顶的顶面宽度一般不小于脱倒扣行程的2倍 如图 第24页 三板模 三板模就是在上固定板和母模板之间加了一块水口板 即剥料板 且导柱也和二板模不同 如下图所示 第25页 一般来说三板模分三次开模 图示为第一次开模 第一次开模时当注塑机的机头和机尾之间压力减小 剥料板和母模板之间就会通过弹性橡胶或弹簧来自动弹开 第26页 然后模具随着注射机的开模系统继续运动开动母模板和公模板 同时剥料板和母模板之间也继续打开 如下图示 第27页 当公模板和母模板 剥料板和母模板之间完全打开后通过小拉杆的推动作用从而打开固定板和剥料板 如图示 第28页 由上面可知模具第一次开模为剥料板和母模板之间 第二次开模为公模板和母模板之间 第三次开模为上固定板和剥料板之间 最后是通过顶出板顶出产品 模具在第一次开模时的主要作用是切断进胶 第三次开模是剥动料头 以做便于拿出料头 注 上述过程是公母模板之间使用拉板的开模过程 如果使用锁模器 则二 三次开模顺序相反 普通注射模总结 不论二板式还是三板式注塑模具 他们在成型塑件时都是前后方向开模的 其他的斜滑块 斜顶等抽芯机构全部依附于这个主脱模方向 所以我们在设计注塑成型的零件时 要首先确定零件的主脱模方向 所有的拔模角都要以此方向为基准确定 产品设计时应该使尽可能多的特征沿主脱模方向能够成型 分模线即公模和母模的分界线 分模线的确定原则是首先要保证外观面及装车后的外观总体效果 分模线两侧的拔模方向是相反的 外观面应该设计得尽量简洁 使塑件能够留在动模一侧 相关术语 CAVITY 定模 母模 阴模 前模 CORE 动模 公模 阳模 后模 顶针 顶杆 顶梢 顶块 顶方 斜滑块 行位 斜顶 斜方 司筒 第29页 3 结构发泡注射模结构发泡注射模在主体上与普通注射模没有什么区别 只是使用的注塑材料中添加有发泡剂 其一 低压法 注射熔胶时只填充模腔的80 左右 然后由发泡剂作用发泡膨胀填充满整个型腔 充模时高压高速 主要靠注模压保证充模的物料均匀 另外要求发泡剂发泡膨胀迅速 成品件外表面粗糙 其二 高压二次开模法 要求注塑机具备二次移动模板的机构 当熔融塑料填满模腔后 瞬间移动模板 模具打开一小段距离使芯层发泡 这样制作的泡沫塑料发泡率是可调的 其三 双组分 夹芯 注射法 注射机采用双料斗 单喷嘴进料方式成型 先将第一种熔胶注入模腔 模板退开设定距离 然后将可发泡的第二种熔胶注入模腔 再次注入少量第一种熔胶将第二种熔胶完全包围 当模腔完全注满后模板退开一段距离 以便芯层发泡 普力马仪表板采用了局部双组分发泡结构 在成型发泡区域时只需要发泡的局部区域做一个可动滑块即可 注意 发泡剂靠生成气体而形成发泡层 所以模具上要设计排气孔排出多余气体 常用于发泡的塑料有 PS ABS PE PP 等等 第30页 冲填熔胶一次开模 发泡成型二次开模 下图显示了二次开模法结构发泡模的开模过程 下图是普力马仪表板主体 中央的粉色区域局部发泡 第31页 4 BMC注射模前面所述的普通注射模主要针对的是热塑性塑料的注塑成型 下面将要讲述的BMC注射模是针对热固性塑料的成型的 与普通注射模最大的不同点在于 其他注射模都是需要加冷却水以便熔融塑胶尽快固化成型的 BMC注射模却需要保证模具温度在140 170 而进料斗的温度反而要保持在30 60 左右 主要原因是BMC 块状玻璃纤维增强塑料 属于热固性塑料的一种 加热才能固化 又要保证在塑料进入模腔之前不能固化 关于热塑性塑料与热固性塑料的区别将会在下次的培训中详解 第32页 第33页 5 共注射模分为多色多模注射成型 多色单模分层注射成型 多色单模混色注射成型 注意不论哪一种多色共注射模 每种材料的进料斗都是分开有多个 多色多模注射成型要求注塑机能够装上多套模具 旋转工作台 一个产品共用同一个公模和多套母模 任意两套母模与公模之间的间隙不等 当公模和第一套母模合模注完一种材料后 开模但不顶出塑料制品 工作台旋转 塑料制品与公模一起再与第二套母模合模注入下一种材料 直到所有的配色材料全部注射完毕 冷却定型后再顶出塑料成品件 多色单模分层注射成型类似于结构发泡模的二次开模法 只是熔融塑胶中没有添加发泡剂 二次开模只是为了注入下一种熔融塑胶 多色单模混色注射成型与普通注射模几乎相同 只是进料喷嘴是特制的 两种熔融塑胶混合后同时注入模腔 而且材料的配比是可以调整的 第34页 6 反应注射模是一种广义的多色单模混色注射模 两种材料熔融后可以发生化学反应从而固化成型 所以一定要保证化学反应在模腔内进行 进料喷嘴内部设有分流道 或者两种材料就是通过多个流道进入模腔内部 每个流道的注射速度和注射压都可以单独调整 某些反应注射的过程中会生成气体 故也要设计排气孔 塑料可以是多种成分共混发生化学反应制成的 举一个简单的例子以证明 大家在高中化学课中都做过一个试验 酚醛实验 酚醛树脂基塑料又称电木 多用于各种电灯开关 插座等 第35页 7 注塑 气辅简称气辅成型 主要针对塑件产品需要两边同时保证相邻的两个外观面但又会导致局部材料过厚的情形 或者局部需要增加厚度以增加强度的情形 属于一种夹芯注射 但这个夹芯是气体 通常是N2 一般会出现在模具的中央 需要增加进气装置 某些可能需要设置排气和溢料回收装置 原理是利用了大截面处紧贴模腔的部分会先于内部固化 在内部没有固化的时候利用高压气体将内部填充 防止由于内外冷却速度不同导致的表面缩痕 常见于门内饰板 见下页图 普力马后背门侧内饰板 由于脱模方向与侧壁之间夹角是锐角 但又要保证两个外观面 由于边界较长而且扭曲 使用滑块的方案显然不现实 所以只有采用气辅成型 第36页 普力马后背门侧内饰板 第37页 8 注塑 吹塑其实这种成型方法汽车零件中不常见 类似于气辅成型 但气辅不需要将零件吹膨胀成薄壁 使用了注塑可以避免单纯的吹塑精度不高的缺点 举例 可乐瓶 下图是可乐瓶注塑吹模示意图 主动吹气法成型 第38页 吹塑成型吹塑成型的成型机理就是让气体作为型芯 膨胀的气体将熔态塑胶压紧在模具侧壁 最终形成封闭 或者筒状封闭 的薄壁零件 这种气芯可以实现注塑模不能实现的各种扭曲的变截面的内芯 而且只需要外侧壁的模具 成本可以大大降低 由于内部气压很高 为了防止气芯压力过大将表面吹破 模具上要设计放气装置 缺点就是外表面的质量不高 而且不能成型很精确的尺寸 通常不能成型较小的R角 通常情况下普通吹塑方式制成的塑件的厚度为1 0 1 5mm 不能太薄也不能太厚 吹塑零件通常要在边界留出裕量 便于手工剪除非功能性部分 下面简要介绍空调风管的成型过程 熔胶筒状进料将下端封闭合模成型 第39页 吸塑成型与吹塑相同的是模具体上要开孔安装气针 所不同的是吹塑模的气针是平衡气压向外放气的 但吸塑模的气针是用来从模腔内向外主动抽气的 因此吸塑模中的塑料制品必须压紧在模具开模线上 以保证在抽气时塑料制品能够很好地贴附在模具壁上 同样吸塑模制品的表面质量不高 制品的尺寸精度也不易保证 不易成型较小的R角 吸塑成型的零件也是薄壁制品 首先加热使薄壁板材软化 然后放入模具中压紧四周边界 最后模具背面气针抽气从而成型 吸塑零件在压合边界也要留出剪除的裕量 部分简易的吸塑模只有一边模腔 甚至可以是泥土胎膜 所以制造同样的制品 吸塑模的成本比用注塑模的办法节省大约80 针对门饰板这种外观要求较高的零件常采用真空吸附的办法贴合覆皮 这种办法对模具的密封性要求较高 否则覆皮不能很好贴附 这种时候可以有两侧模腔 其一增加模具的密封性 其二减少吸附点 只吸附边界部位和容易变形脱落或者会影响外观的地方 没有吸附的地方可以靠两侧模腔压合 举例 福美来二代的门内饰板 第40页 下面简要介绍轮罩挡泥板的成型过程 第41页 模压成型1 板材加热模压成型将板材加热使其软化 然后用两侧模具将板材压塑成型 注意 热压模也同样要求加热软化后的薄壁塑料板材的四周边界要先压紧在模具开模线上 然后上下合模将零件压制成型 某些车底挡泥板也是采用吸塑成型的 通常采用这种办法成型的模具 凸模在下 凹模在上 顶蓬 地毯等零件也是采用热压成型的 通常这种零件有两部分压合而成 薄壁塑料板材和较厚的无纺布或者毡类材料 2 模具加热模压成型常见的典型例子就是SMC模压成型 SMC属于玻璃纤维增强塑料的一种 属于热固性塑料 所以模具温度需要保证在140 170 压制时先在模具凹模一侧铺上一层塑料原材料 再铺上一层玻璃纤维 然后再铺上一层塑料原材料将玻璃纤维完全包裹进去 最后凸凹模合模将需要的部分压制到预定厚度 多余的部分裁去 通常采用这种办法成型的模具 凹模在下 凸模在上 常见的采用这种成型工艺的零件有 卡车的保险杠 第42页 挤塑成型挤塑模又称口型挤出模 常用于橡胶密封条的成型 特点就是等截面 所以模具相对很简单 只有一个成型截面的口型腔 门密封条的截面是很复杂的而且是各段变化的 但是截面相同的部分就可以采用口型挤出模成型 将成型后的各段裁到需要的长度放入接口模具中成型转接角部分 最后再将整个密封条加热重整形到需要的形状 根据各个工厂的生产工艺不同 某些工厂可以将热整形工序放在接口工序之前完成 搪塑成型搪塑也会像吹塑或者吸塑一样制出薄壁塑件 但不同的吹塑和吸塑所用的熔态材料都仅只是软化胶着状态 并不真正是流态熔胶 除了 注塑 吹塑 和 真空吸附 外 吹塑和吸塑方式不能形成较好的表面外观 搪塑方式因为使用了流态熔胶 可以制成有较好表面外观的塑料制品 在此不做详细介绍 仅只介绍一种类似于离心铸造的搪塑 第43页 以上 谢谢