第二章 真空吸塑成型基本原理和术语

第二章真空吸塑成型基本原理和术语

本章将就真空吸塑成型的基本原理和相关术语进行介绍,对往后了解成型特性有着重要关系。

一、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 基本原理示意图

二、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,打开真空泵阀门抽真空，通过光电管控制真空阀调节真空度,直到片材达到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表面，制件表面光泽度高，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、阳模（凸模)和阴模（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。这样，材料与模具相接的面就具有与成型模具完全相同表面轮廓。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2-2无模真空吸塑成型装置

图2－3 无模真空吸塑成型壁厚分布

成型模单阳模单阴模用柱塞协助成型

允许牵伸比＞０.５＞1>1

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较有利。

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，结构上也比较鲜明细致。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部分贴合模面的时候有先后之分。先与模面接触的部分先被模具冷却，而在后继的相关过程中，其牵伸行为较未冷却的部位弱。这种条纹通常在接近模面顶部的侧面处最高。

图2－4 阳模成型

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，结构上也比较鲜明细致，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 阴模成型

对于阳模成型，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2-7)

②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

对于阴模制件我们必须注意其(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、机器基本装置

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。框架打开时,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,都装有在框架打开范围内的安全操作装置。对成型滑移性较大的型坯,要求夹紧力能在比较宽的范围内调节，为此,采用两个包胶辊，

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.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，辐射表面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,加热器表面的特性以及材料的热物理性能。常用的加热器有电加热器、晶体辐射器和红外线加热器。

3.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,此种泵的真空度应达到0．07～0.０９

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2~4KW的。真空中央系统的大小视工厂具体生产和发展的要求而定。

4．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、阀门等组成。成型机需要压力为０．6~０.7MPa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给。

压缩空气除大量应于成型外,还有当一部分用于脱模、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．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表面和外表面都冷却，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表面。