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3）真空定径套的长度一般应大于其他类型定径套的长度，例如，对于直径大于100mm的管材，真空定径套的长度可取4-6倍的管材外径。

2.内径定径

内径定径适用于管材内径尺寸要求准确、圆度要求高的情况。

其工作原理如图7-13所示，定径模芯2直接与机头芯棒3相连接，通过将冷却水通入其内的冷却水道，使从口模中挤出的管坯被冷却定型。

此方法宜于在直角式挤管机头和旁侧式挤管机头中使用，便于定径芯模的冷却水管从芯棒处伸进。

采用内径定径时应注意以下几点：

1）定径套应沿其长度方向带有一定的锥度，锥度在0.6：

100-1.0：

100范围内选取。

2）定径套外径一般取（1.02-1.04）ds（ds为管材内径），稍大于管材内径，使管材内壁紧贴在定径套上，则管壁获得较低的表面粗糙度值。

另外，通过一段时间的磨损也能保证管材内径ds的尺寸公差，提高定径套的寿命。

3）定径套的长度一般取80-300mm，牵引速度较大或管材壁厚较大时取大值，反之取小值。

内径定径常用于内径公差要求高的PE、PP及PA等管材定型。

7.4挤出模设计实例

用于挤出成型的模具称为挤出成型机头，下面是一个250mm组合式硬管机头设计实例。

1.设计要求

大批量生产的250mm硬聚氯乙烯管挤出机头。

2.设计步骤

1）按所需生产率选择挤出机。

经计算选用SJ-120挤出机。

2）计算口模内径及芯棒外径。

口模内径：

D=Ds/K，式中，Ds是硬管外径基本尺寸，K是补偿系数，

芯棒外径：

d=D-2delta，delta=t/K1,t是管壁厚

3）确定过滤板出口处流道直径为120mm。

4）取压缩比epsilong为4，确定分流器支架通道横截面积：

S=epsilong[pai/4（D2-d2）]

5）计算确定其他机头尺寸:

L1、L2、L3、L5

6）确定机头采用组合式结构，以便于加工，采用压缩空气内压法外定径。

7）绘制机头装配图，如图7-14所示。

8）编制机头零件明细表（可参考图7-14所示的各零件名称）

第8章塑料成型工艺及模具设计

除了前面已经叙述的塑料注射成型、压缩成型、压注成型和挤出成型外，塑料还有多种其他的成型方法，如中空吹塑成型、真空吹塑成型、压缩空气成型、发泡成型等。

本章只简单地介绍前三种塑料成型方法。

8.1中空吹塑成型

8.1.1中空吹塑成型工艺概述

中空吹塑成型（简称吹塑）是把加热至高弹态的塑料型坯置于模具内，然后闭合模具，吹入压缩空气，使塑料型坯膨胀紧贴到型腔表面，经过保压冷却定型后开模取出，从而得到一定形状的中空塑件的塑料成型方法。

中空吹塑成型可以获得各种形状与大小的中空薄壁塑料制品，如塑料瓶子、容器、提桶、玩具等。

吹塑制品均用热塑性塑料，最常用的有聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯等，其他还有聚碳酸酯、尼龙、聚苯乙烯、醋酸乙烯酯等。

吹塑用的塑料要求用流动性差一些、熔融指数较小的塑料。

吹塑的方法很多，但都包括塑料型坯制造和吹胀两个不可缺少的基本阶段。

根据这两个阶段进行的具体方法和过程不同，吹塑成型工艺可分为挤出吹塑、注射吹塑、注射拉深吹塑、制坯与吹塑分开加工成型、多层吹塑五种形式。

1.挤出吹塑成型

这种方法是成型中空塑料制品的主要方法，也是最简单、最方便、最原始的中空吹塑成型形式。

图8-1所示为该方法的成型工艺过程。

由挤出机挤出熔融的型坯，将型坯引入对开的模具（图b）；

将模具闭合（图c）；

向型腔内通入压缩空气，使其膨胀附着型腔壁而成型，然后保压（图d）；

最后经冷却定型，便可排出压缩空气并开模取出塑件（图e）。

这种成型方法，优点是设备与模具的结构简单、投资少、易操作，适合多种塑料的中空吹塑成型；

缺点是型坯厚度不易均匀，制品需后加工去除毛刺、飞边，且生产效率低。

2.注射吹塑成型

这种方法是用注射机在注射模中制成型坯，然后把热型坯移入中空吹塑模具中进行中空吹塑。

工艺过程如图8-2所示：

注射型坯（图a）；

型芯与型坯一起移入吹塑模内，型芯为空心并在壁上带有孔（图b）；

从芯棒中通入压缩空气并吹胀型坯贴于型腔内壁上（图c）；

经保压、冷却定型后释放压缩空气，开模取出制品（图d）。

经过注射吹塑成型的制品壁厚均匀，无飞边，不需后加工，由于注射型坯有底，因此底部没有拼合缝，强度高，生产效率高；

但是设备与模具费用高，多用于小型制品的大批量生产。

3.注射拉深吹塑成型

这种方法是在注射吹塑法增加一道拉深工序，适用于深腔制品。

即把注射成型的型坯趁热拉深，延长后再进行吹塑，图8-3所示为工艺过程示意图。

其中图8-3a是注射型坯，图8-3b是拉深型坯，图8-3c为吹塑型坯，图8-3d为塑件脱模。

4.制坯与吹塑分开加工成型

这种方法也称冷坯成型法，属于二次成型加工。

它是用注射、挤出或压延等方法先预制好所需要的型坯，吹塑时把预制型坯再进行加热，然后进行吹塑。

这种加工方法简单，可将制坯与吹塑分别在两个不同的地方进行。

如片材吹塑就用这种方法，事先将片材压好裁好，吹塑是再将其型坯加热，然后进行吹塑，如图8-4所示。

5.多层吹塑成型

多层吹塑成型是先用注射法或挤出法制出多层型坯，然后进行吹塑，生产出来的制品壁是由多层不同塑料构成。

这种方法可以利用各种材料的特点，通过材料的组合，改善容器的性能。

例如单独使用聚乙烯，由于气密性较差，其容器制品不能盛装带有香味的食品；

而聚氯乙烯的气密性优于聚乙烯，可采用外层为聚氯乙烯、内层为聚乙烯的容器，气密性好而无毒。

多层吹塑成型方法分为共挤出吹塑法和多段注射法。

一般采用前者，其原理是将来自多台挤出机的不同种类的塑料熔体，通过复合坯管机头挤出两层或多层的复合坯管，之后再进入吹塑模具，吹塑出中空多层容器，多层吹塑模具结构与一般吹塑模具基本相同。

多层吹塑的关键是各层间的熔接质量和接缝强度，这与塑料种类、层数及层厚比有关，尤其是对壁厚均匀的复合坯管至关重要。

8.1.2中空吹塑成型的模具结构

挤出吹塑模具的结构比较简单。

一般由两块对开分型的半模（哈夫块）组成。

两半模分别用螺钉安装在吹塑机的安装座板上，一般为定模，另一边为动模，通过吹塑机的开闭合模机构进行开合，由设置在两半模上的导向机构（如导柱和导套）进行导向，如图8-5所示。

由于吹塑制品均为罐类容器，根据容器的一般通性，上口有螺纹或翻边按扣，可配上盖子，中腰部是容器的主体，底部为带沿口的增强肋，作为摆放的支撑点。

因此模具结构也由上口、中腰和底部三大部分组成，一般设计成三部分组合式。

由于上口部和底部一般均需要设切口，它是切除料坯余料用的。

上口的螺纹不是吹塑成型的，而是在吹嘴1与螺纹镶件2闭模时挤压成型的，如图8-6所示。

但也有把吹嘴安在模具下面的，如图8-7所示为下吹式模具结构。

对于注射吹塑中空成型模和注射拉深吹塑中空成型模，由于它的型坯的上口部位螺纹直接由注射成型，其型坯又是不通孔，因此它的吹塑模具既无上口成型螺纹和切口，也无底部切口装置，模具更为简单。

但由于它是多工位、多型腔，精度、位置度要求高，故模具加工费用比较高。

8.1.3中空吹塑成型的模具设计特点

中空吹塑成型模具的设计主要包括型坯尺寸的确定、夹坯刃口的确定、余料槽的布置、排气孔的开设以及冷却管道的安排等，现将其设计要点分述如下。

1.型坯尺寸

塑料制品最大直径与型坯直径的比值称为吹胀比，吹胀比f可表示为f=D/d，式中，D是制品最大直径，d是型坯直径。

吹胀比要适当，过大容易造成制品厚度不均匀，根据经验，通常取吹胀比f=2-4.

当吹胀比f确定后，便可采用如下经验公式计算挤出机机头的口模缝隙（成型机头口模与芯棒之间的间隙）。

b=ksf式中，b是机头的口模缝隙；

s是制品厚度；

k是修正系数，一般取1.0-1.5，对于粘度大的塑料，k取小值。

一般要求型坯横截面形状与制品外形轮廓相似。

例如，若吹塑圆形横截面的瓶子，型坯应为圆管形状；

若吹塑方桶，则型坯应为方管形状。

这样做的目的是使型坯各部位塑料的吹胀比一致，从而使制品壁厚均匀。

另外，还要注意塑料的收缩率，对于尺寸精度要求不高的容器类塑料制品，成型收缩率对制品的影响不大；

但对于有刻度的定量容器瓶类和有螺纹的制品，要注意收缩率对制品精度的影响。

2.夹坯刃口

挤出吹塑模模底部分的作用是挤压、封接型坯尾部，切去余料，并要求不留明显痕迹，同时保证塑件底部具有一定厚度。

图8-8所示为模底部分结构示意图。

图8-8中夹坯刃口2及余料槽1为模底部分的关键部位。

夹坯刃口宽度b值的选取要适当，过小会减少塑件接合缝的厚度，从而影响接合强度，甚至出现图8-8b所示的裂缝缺陷。

一般对于小型塑件b值取1-2mm，对于大型塑件b值取2-4mm。

余料槽的作用是容纳剪切下来的余料，通常开设在刃口后面的分型面上，其单边深度（h/2）常取型坯壁厚的80%-90%.夹角alfa常取30-90°

，随夹坯刃口宽度增大而增大，较小的alfa角有利增加结合缝的塑料量，提高接合缝强度。

3.余料槽

夹坯刃口所切去的余料若落在模具的分型面上将影响模具的闭合，为此在上、下刃口附近应开设余料槽以容纳余料。

余料槽大小应根据型坯夹持后余料的宽度和厚度来确定，以模具能够闭合严密为准。

4.排气孔

吹塑模排气不良会使塑件表面产生斑纹、麻坑及成型不完整等缺陷，影响制品质量。

由于吹塑模两半模合模面的平面度较高和表面粗糙度值低，而且没有推杆，因此不能像注射模那样利用合模面间隙或推杆配合间隙排气，必须另设排气槽或排气孔，或者利用模具嵌件间隙排气。

排气的部位应选在空气最易储留及型坯最后吹胀贴膜的部位，如模具型腔的角部、凹坑处。

有时也可开设在分型面上，排气孔直径通常为0.5-1.0mm.

5.冷却管道

为了缩短制品在模具内的冷却时间并保证制品的各个部位都能均匀冷却，模具冷却管道应根据制品各部位的壁厚进行布置。

例如，塑料瓶口部位一般比较厚，在设计冷却管道时就应加强瓶口部位的冷却。

6.型腔表面加工

对许多吹塑制品的外表面都有一定的质量要求，有的要雕刻文字图案，有的要做成镜面、绒面、皮革纹面等，因此，要针对不同的要求对型腔表面采用不同的加工方式，如采用喷砂处理将型腔表面做成绒面，采用镀铬抛光处理将型腔表面做成镜面，采用电化学腐蚀处理将型腔表面做成皮革纹面等。

7.挤出吹塑模具还需与型坯挤出机头配套

型坯挤出机头结构与挤管机头类似。

从结构上考虑，以采用螺旋式型坯机头所获得的型坯性能较好，因为塑料熔体沿螺旋槽压缩并产生回转流动，能具有较好的熔合性，对吹塑有利。

8.2真空吸塑成型

8.2.1真空吸塑成型概述

真空吸塑成型简称为真空成型。

成型时先将塑料片材固定在夹具上，置于专用的真空成型机内，利用电加热的辐射热进行加热。

把片材烤软化；

由设备上夹紧装置将片材、夹具、模具压紧，将塑料片材覆盖在模具上，使型腔成为密封体。

然后，用真空泵把型腔内空气抽掉，且借助大气压力的作用使片材紧密地吸附在型腔内并与型腔壁贴在一起。

冷却成型后，打开压紧夹具，将贴在型腔内的制品取出。

真空成型制品一般为精度不高的外包装体，如食品盒，五金工具、儿童玩具的外包装壳体，以及一次性快餐盒之类，也可成型冰箱等家电的内衬件，片材厚度一般可达2mm。

8.2.2真空吸塑成型模具结构

真空成型一般有凹模和凸模吸塑两大类，因此模具结构就是一片凹模或一片凸模，结构非常简单。

1.凹模真空成型模具

图8-9所示为凹模真空成型模具。

图a是将片材夹紧压住加热；

图b为抽真空成型；

图c为冷却后吹气脱模取出制品。

凹模真空成型易用于外表面精度较高、成型深度不大的制品，不宜成型小而深的薄壁制品。

对于成型小而浅的制品，应设计成一模多腔，型腔的间隔要排列紧凑，要求有较大的脱模斜度，而且拐角处均应呈圆弧状。

2.凸模真空成型模具

凸模真空成型宜于成型塑件的内表面尺寸较为精确的塑料制品。

图8-10所示为凸模真空成型模具，图a是夹住片材加热；

图b是将加热后夹紧片材压紧在模具上；

图c为抽真空成型。

3.采用凹凸模先后抽真空成型

采用凹凸模先后抽真空成型法如图8-11所示。

其成型过程如下：

1）先将塑料板材夹持在凹模上加热，软化后再将加热器移开，如图8-11a所示。

2）在凹模中抽真空，从凸模吹入少量压缩空气，将软化了的塑料板材吹鼓，如图8-11b所示。

3）再从凸模中抽真空，从凹模吹入压缩空气，使塑料板材附着在凸模的外表面上成型如图8-11c所示。

由于塑料板材经历吹鼓的过程，板材拉深后再成型，因此用这种成型法得到的制品壁厚比较均匀。

这种成型法主要用于成型较深的制品。

除了上述三种形式以外，还有在此基础演变的形式，如吹泡真空成型、辅助凸模真空成型和带有气体缓冲装置的真空成型等方法。

8.2.3真空吸塑成型模具设计要点

1.模具的尺寸精度

影响制品尺寸变化的因素很多，如成型温度、模具温度、冷却时间等，因此要预先精确确定某一制品的收缩率是十分困难的。

如果生产批量大、尺寸精度要求又高，最好先用石膏模型试制出产品，测得其收缩率，以此作为设计型腔尺寸的依据。

真空成型模具的凸模或凹模，都应具有足够的脱模斜度，凹模的脱模斜度一般为0.5°

-1.0°

，凸模的脱模斜度一般为2°

-3°

。

面积的圆角半径可取塑料板材厚度，圆角半径R过小会引起弯角处的应力集中，甚至于无法成型。

2.模具的表面粗糙度

模具成型面的表面粗糙度约为Ra1.6微米。

由于真空成型模具都没有推出机构，全靠压缩空气脱模，因此成型面的表面粗糙度值不能太低，否则塑料板材粘附在型腔表面无法脱模。

在这种情况下即使装有推出机构，制品脱模后也容易变形。

真空成型的成型表面最好用磨料打毛或进行喷砂处理，因为打毛或喷砂后的型腔表面在成型时可储存一部分空气，避免了真空吸附现象。

3.模具材料

真空成型所使用的模具材料，因受外力不大无特殊要求，一般采用易加工的材料，如木质较细的中等硬度木材、硬石膏、环氧树脂加一定比例铅粉浇铸、铝合金；

只对于形状复杂的塑件，才采用低碳钢。

4.抽气孔设计

真空成型模具的抽泣孔径一般为0.5-1mm。

孔的位置一般设在底部、隅角部、凹陷部、孔的数目不宜过多，当发现有吸塑不足的地方，可以在此处增补气孔。

5.加热与冷却

通常采用电阻加热器或红外线辐射灯对需要真空成型的板材进行加热。

电阻丝温度较高，通常采用调节加热器与塑料板材之间的距离来控制板材的成型温度。

板材的成型温度应在玻璃化转变温度Tg与软化温度Tf之间选择。

在实际成型过程中，板材从加热到成型之间因工序周转有短暂的时间间隔，板材会因散热、冷却而降低温度，特别是较薄的板材散热速度就更快，所以板材加热时应尽可能采用较高的温度，在生产中一般由试验来最后确定。

模具温度对制品的质量和生产率都有影响。

模温过低，板材成型时易产生冷斑甚至开裂；

模温过高，塑料板材易粘附在型腔上难以脱模，而且生产周期也长。

一般真空成型模具的温度应控制在50℃左右，并采用风冷或水冷装置加速模具内制品的冷却，在模具内开设冷却回路是最常用的冷却方法。

8.3压缩空气成型

8.3.1压缩空气成型概述

压缩空气成型也称气压成型。

其原理与真空吸塑相似，区别在于用压缩空气代替抽真空后的大气压力。

成型压力比吸塑大，一般为0.3-0.8MPa。

其优点是成型速度快，周期短，加热时间短，成型时可切边，塑件尺寸精确，复印性好。

成型料板厚一般1-5mm，最大可达8mm以上。

8.3.2压缩空气成型模具结构

1.压缩空气成型模具结构

如图8-12所示，它与真空成型模具不同点是：

增加了模具型刃，因此塑件成型后在模具上就可将余料切除；

加热板作为模具的一部分，塑料板直接接触加热板，因此加热速度快。

2.成型过程

如图8-13所示。

图8-13a是将塑料板材置于加热板与凹模之间，固定加热板；

图8-13b是板材加热时型腔内通入微量气压，使板材紧贴加热板加热；

图8-13c是板材被烤软化，加热板通入压缩空气，下面模具型腔排气，板材被气压成型；

图8-13d是加热板下降，型刃就切除边缘余料；

图8-13e是模具开启并从型腔底部及侧面吹入压缩空气，使模具冷却脱模。

8.3.3压缩空气成型模具设计要点

压缩空气成型时，其模具的受力比真空成型模要大，所以模具材料一般采用碳素钢、工具钢及铜、铝合金等强度较高的材料。

模具虽然没有抽空小孔，但也应设进气孔和排气孔。

凸模成型的脱模斜度每边2-5°

；

凹模成型的脱模斜度取1°

-2°

，并需要在模具边缘设置切边装置，该切边装置叫型刃，如图8-14所示。

型刃不宜太钝，但又不能太锋利，常用的型刃是把顶端削平h=0.10-0.15mm，以R0.05mm的圆弧与两侧面相连。

型刃的角度以20°

-30°

为宜，它的间端必须比型腔的端面高，其高度应是板材的厚度加+-0.1mm。

成型时，放在凹模型腔端面上的板材与加热板之间就能形成间隙，此间隙可使板材在成型期间不与加热板接触，避免板材过热造成制品缺陷。

第九章注射成型新技术

9.1热流道系统成型

热流道浇注系统与普通浇注系统的形式不同。

一般模具的浇注系统由主流道、分流道、冷料穴和浇口四部分组成，塑件每次注射成型后浇注系统也跟着凝固。

这种情况下不但浪费塑料原料，而且也使每次的注射成型周期增加。

所谓热流道浇注系统，就是采用对流道进行绝热或加热的办法来保持从注射机喷嘴到浇口之间的塑料呈熔融状态，在开模时只需取出塑件不需取出浇注系统凝料，故称热流道浇注系统。

热流道浇注系统在工业发达国家应用较为普遍，而且相关元件已经标准化。

我国近年来对这种新技术也在推广应用，同时不断完善和发展。

9.1.1热流道系统成型的特点

1.热流道成型的优点

1）基本可实现无废料加工，节约原料。

2）省去除浇注系统凝料、修整塑件、破碎回收料等工序，因而节省人力，提高了生产率，降低成本，简化设备，缩短成型周期。

3）省去除浇注系统凝料的工序，开模取塑件依次循环连续进行生产，尤其是对针点浇口模具，可以避免采用三板式模具，避免采用顺序分型脱模机构。

另外，操作简化，有利于实现生产过程自动化。

4）由于浇注系统的熔体在生产过程中始终处于熔融状态，不仅浇注系统畅通，压力损失小，可以实现多点浇口、一模多腔和大型模具的低压注射，还有利于压力传递，从而克服因补塑不足所导致的制件缩孔、凹陷等缺陷，改善应力集中产生的翘曲变形，提高了塑件质量。

5）由于开模时不取出浇注系统的凝料，可缩短模具的开模行程，提高了设备对深腔塑件的适应能力。

2.热流道成型的缺点

1）模具的设计和维护较难，故障较多。

2）成型准备时间长，模具费用高，小批量生产时效果不大。

3）对制品形状和使用的塑料有限制。

4）对于多型腔模具，采用热流道成型技术难度较高。

9.1.2热流道系统的分类和结构

热流道模具按保持流道温度的方式不同分类，可以分为绝热式流道模具和加热式流道模具两大类。

1.绝热式流道

绝热式流道的特点是主流道和分流道都很粗大，以致在不另外加热的情况下流道中心部分塑料在连续注射时来不及凝固仍保持熔融状态，从而让塑料熔体能顺利地通过它进入型腔，达到连续注射而无需取出流道凝料的要求。

由于不进行流道的辅助加热，其中的塑料容易固化，因此要求注射成型周期短，并仅限于聚乙烯和聚丙烯的小型制品。

当注射机停止生产时，要清除凝料才能再次开机，所以在实际生产中采用较少。

2.加热式流道

加热式流道与绝热式流道的区别在于具有加热元件。

由于在流道的附近或中心设有加热元件，所以从注射机喷嘴出口到浇口附近的整个流道都处于高温状态，使流道中的塑料维持熔融状态。

在停机后一般不需要打开模具取出流道凝料，再开机时，只需加热流道达到要求温度时即可。

与绝热式流道相比，它适应的塑料品种较广。

（1）单型腔主流道加热式这种形式最常见的是采用点浇口进料的所谓延伸式喷嘴，即将普通喷嘴加长能与浇口接触。

该结构又分为塑料绝热和空气绝热两种。

图9-1所示为塑料层绝热的延伸式喷嘴。

图9-1中延伸式喷嘴2与模具浇口套4之间有一环形接触面（图9-1A处），它既起密封作用，又是模具的承压面，但该环形面积不宜过大，以减少传热。

喷嘴的球面与模具间留有很小的半圆形间隙，此间隙当初次注射时即被塑料所充满，从而起到绝热作用。

浇口附近的间隙约为0.5mm，其余的间隙为0.75-1.0mm（不超过1.5mm），浇口直径为0.75-1.0mm的点浇口。

由于绝热间隙存料，故不适用于热稳定性差、容易分解的塑料。

图9-2所示为空气绝热的延伸式喷嘴。

喷嘴通过直径0.75-1.0mm，长1.0mm左右的点浇口直接将塑料熔体注入型腔。

为了减少喷嘴头部的散热，尽量减少喷嘴与模具的接触面，同时在喷嘴四周与浇口衬套留有约1.0mm的间隙，以起到空气绝热作用。

此外，由于喷嘴尖端接触处的型腔壁很薄，为防止被喷嘴顶坏变形，在喷嘴与浇口套间也设有环形支承面。

（2）多型腔主流道加热式这类模具的流道既有主流道，又有分流道，其横截面多为圆形，直径为5-12mm。

因为主、分流道做在一块板上，因此，这块板称为热流道板。

该板设有加热装置。

按热流道板加热方法的不同，可分为外加热式和内加热式多型腔热流道模具；

若按绝热情况不同可分为半绝热式喷嘴和全绝热式喷嘴热流道模。

图9-3所示为半绝热式喷嘴多型腔热流道注射模。

热流道板中开设有加热孔道，孔内插入管式加热器（电热棒），使流道内的塑料始终保持熔融状态。

热流道喷嘴用导热性优良、强度高的