1、吸塑培训、 技术现状随着全球市场一体化的形成，中国逐步参与全球化产业分工与合作的局面已 经形成。家电产业在最近十几年有了蓬勃发展。然而，面对原材料成本增加和市场竞争的白热化，如何保证即提高了产品质量，又不增加成本或一定意义上降低成本，成为众多企业追求的目标。真空吸塑成型因其成本低、生产效率高和能 够制造表面积较 大等优点得到了快速发展，但是目前国内外学者研究还很少，大多是有关模具结构设计和工 艺的经验分析与介绍。二、真空成型的应用技术（1）吸塑成形在冰箱(柜)制造中的应用冰箱吸塑模是真空成型模的一种，它是把热塑性塑料板或片材（如 ABS、HIPS 等）进行固定，并用辐射加热的方法进行加 热，当
2、加 热到塑料软化的温度后，对塑料中心位置进行吹气，使之形成一个中空的气泡，然后模具套入塑料气泡内，再用真空泵通过抽真空的方法将板材和模具之间的空气抽掉，借大气的 压力，使板材 紧贴在模具上而成型，经过冷却保压，最后借助吹人压缩空气使模具从内胆中脱出。（2）但目前在吸塑零件的设计制造中存在几个难点需要克服：a）产品结构设计师无法确认什么样的设计具有良好的成形性能，b）模具设计师也只能根据以往的经验进行定性评判，在模具制作完成后，逐步修改设计和模具，有时最终的零件可能与 设计师当初的思路相差较远 。c）无法对板材成形中的缺陷（如：起皱、开裂）进行预判，延长新产品研制周期。d）模具温度控制系统（冷却
3、水路）的设计和真空孔的分布及孔的大小无合理依据，根据经验开设，与实际成形结果有偏差，无法保证优化效果。e）侧凹形状的实现，采用气缸带动滑块结构，如何做到气缸反推力的精确 计算。由于成型过程影响因素很多，如板材的厚度、温度、模具的温度、抽真空气压的大小、真空孔的位置大小、冷却时间的 长短等都影响着产品质量。整个过程主要依赖经验（3）吸塑成型在客车行业的应用随着交通网络的迅速发展，客 车的需求量不断增长，同 时对 客车的安全、舒适性的要求也不断提高。内饰件的美观、豪华也就成了高档豪华客车的重要 标志之一。 内饰件主要是指塑料件，其成型工艺有注塑、吸塑、吹塑、 挤塑等。注塑成型生产效率高、成型的产品
4、精度高、可成型复杂的零件，但模具投入 费用大、 产品更新慢、零件尺寸受到成型机的规格限制，因此，注塑成型在客车上的应用主要是 仪表板、空 调出风口等复 杂零件以及要求有精确配合的零件。吸塑成型则模具投入费 用小、适合大尺寸零件生 产、适合更新换代快的产品，但尺寸精度不高，生产效率低。由于客车内饰是以大的覆盖件为主，精度要求不高，且客车本身的产量就不高，一个车型一般年 产几百台左右，加上客 户经常 对车内部配置提出各种要求，零件尺寸和外观或多或少发生变更，因此吸塑工 艺在客车的内 饰件上用得比较多。吸塑成型按工艺可分为板材吸塑和软质表皮吸塑两种。吸塑用的材料主要是丙 烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS
5、）板材，有小部分零件用有机玻璃（PMMA）板材。客 车 的驾驶室左右两侧的内板、顶部内板、后部内板以及一些电器箱盖板及其他盖板用的都是 ABS 板材成型。现在还有一种趋势就是用复合 ABS 板材代替一般 ABS 板材，复合 ABS 板材就是在板材上加一层发泡的聚丙烯或聚氯乙烯材料，一起 滚压成带 皮纹或手感像真皮的板材。要求透明的仪表台的音响盖板，要求防老化的车身外的透气格栅 ，一般用的是都有机玻璃成型。软质表皮吸塑工艺主要用在客车仪表台上，基体一般是玻璃钢件（FRP），在玻璃钢件上开吸气孔吸表皮，表皮的材料主要有聚氯乙烯加发泡聚丙烯（PVC/PPF ）复合材料。 （3）真空吸塑在包装上应用真
6、空吸塑包装被称为无容器包装，可大量 节省包装的原辅 材料，减少包装 废弃物，符合全球大力倡导的适度和减量包装的要求。真空吸塑包装是 20 世纪 80 年代发展起来的包装新技术和新材料，这种新技 术和新材料，开始用于 对药片、药丸、卫生丸、糖块等固体小件进行包装。随着塑料软包装逐 渐兴起，真空吸塑包装的 应用更加广泛。近年来，在我国真空吸塑包装开始用于对小型电器产品的包装。很多大型家 电 的包装都是将包装的上下部分用硬包装支撑固定，外部则使用高 强度的透明塑料膜。 许多小型家 电如刻录机、DVD、 EVD 等产品的包装都开始采用真空吸塑包装，它针对的是只需护 其棱角，不必整体包装的商品，并以纸制
7、型材作为其护边、护角、护顶、护底等防护包装材料，从而使其环保、成本、商业促销等都得以综合体现，开辟了包装减量化的新途径。真空吸塑包装的主要优点是，节省原辅材料、重量轻、运输方便、密封性能好，符合 环保绿色包装的要求；能包装任何异形产品，装箱无需另加缓冲材料；被包装产品透明可见，外形美 观，便于销售，并适合机械化、自 动化包装，便于现代化管理、节省人力、提高效率。三真空成型方法及其特点真空成型方法主要有凹模真空成形、凸模真空成形、凹凸模先后抽真空成形、吹泡真空成形、辅助凸模真空成形和带 有气体缓冲装置的真空成形等方法。1）凹模真空成形：首先将塑料板材置于模具上方将其四周固定，并进行加热软 化，然
8、后在模具下方抽真空，抽出板材与模具之间空隙中的空气，使软化的板材紧密地粘合在模具上，当逐 渐冷却后，在从模具下方冲入空气，取出塑件，如图 1 所示。凹模成形法成形的塑件外表面尺寸精度 较高，一般用于成形深度不大的塑件。如果塑件深度很大时，特 别是小型塑件，其底部会明显变薄。多型腔的凹模真空成形比相同个数的凸模真空成形 节省原料，因为凹模模腔间距较近，同样面积的塑料板，可以加工出很多的塑件。2）凸模真空成形 ：对于要求底部厚度不减薄的吸塑件，可以用凸模真空成形。其原理是首先将被加紧的塑料板材在加热器下加热软化，当加 热后的片材首先接触凸模 时，即被冷却而失去减薄能力，当材料继续向下移动，一直到完
9、全与凸模接触；然后抽真空开始，边缘及四周都由减薄而成形，如图 2 所示。凸模真空成形多用于有凸起形状的薄壁塑件，成型塑件的内表面尺寸精度较高。3）凹凸模先后抽真空成形 其原理是首先将塑料板材紧固在凹模上加热，软化后将加热器移开，然后通过凸模吹入 压缩空气，而凹模抽真空使塑料板鼓起，最后凸模向下插入鼓起的塑料板中并且从中抽真空，同时凹模通入压缩空气，使塑料板贴附在凸模的外表面而成形，如图 3 所示。该方法由于将软化了的塑料板吹鼓，使板材延伸后再成形，故壁厚比较均匀，可用于成形深型腔塑件。图 1 凹模真空成形 图 2 凸模真空成形 图 3 凹凸模先后抽真空成形4）吹泡真空成形 有些要求壁厚大致均匀
10、的吸塑件，也可以用吹泡真空成形，模具结构如图 4 所示，用置于密闭相中的凸模成形。首先将板材加 热 ，然后向密闭箱内送压缩空气，把片材向上吹涨，再将凸模升起，与片材之间形成密闭状态；最后由凸模上的真空孔抽真空，利用外面的大气压力使它成形。 该成形法是预先把片材各部同 时减薄，使最后成形 时塑件的厚度大体一致。5）辅助凸模真空成形 首先将固定于凹模的塑料板加热至软化状态，接着移开加热器，用辅助凸模将塑料板材推下， 这凹模里的空气被压缩， 软化的塑料板由于 辅助凸模的推力和行抢内封闭的空气移动而延伸，然后凹模抽真空成形，如图 5 所示。6）压缩空气成形法 将板材加热后，将其 张紧在模具上，从上压板
11、通入压缩空气（6-8kg/cm2）,使软化的片材 紧贴在模具上冷却定型，如图 6 所示。该方法一般用于形状复杂的容器，其优点是成形速度快，在成形过程中还能完成制品的切 边工作。图 4 吹泡真空成形 图 5 辅助凸模真空成形 图 6 压缩空气成形法目前，我公司针对冰箱内胆箱体和 门体，采用吹泡真空成形方法， 该方法优点是板材吹胀的过程中得到拉伸，延展性好，成型壁厚相对均匀，另外便于成形拉伸比相 对较大的冷藏室和冷冻室内胆。冰箱的箱体内壳是冰箱的主要零部件，它是用 ABS、H1PS 等塑料板材在真空成型机上吸塑成型的。箱体内壳的生产 是冰箱生产的一道关键工序，其质量的好坏严重影响冰箱的外观质量与内
12、部附件的装配。箱体内壳的成型方式分为凸模 (型芯)成型与凹模( 型腔)成型，凸模(型芯) 成型就是工件包覆在模具外边成型，凹模 (型腔)成型就是工件贴覆在模具的内侧成型。在国际上，欧美的冰箱企业大多数采用凸模(型芯) 成型，而日本的企业则多采用凹模(型腔)成型 。我国冰箱厂家起步时大多引进的是欧洲技术，所以绝大多数采用凸模( 型芯)成型。凸、凹模成型优缺点如下所述：（1）凸模成型优点：1）模具由加工中心整体加工，尺寸精度容易保证 ，发泡模易配修；2）箱体内壳的功能表面贴覆模具，功能尺寸稳 定。缺点：1）外观表面直接贴覆模具，模具表面粗糙度要求局； 2）成烈厚度差距大，需用板材较厚，工件成本高；
13、3）不易成烈 较复杂形状。（2）凹模成型优点：1）模具分片加工，设备 要求低，加工成本低； 2）模具不直接接触外 观表面，光洁度要求低；3）厚薄比较均匀，需用板材 较薄，工件成本低； 4）成型有 辅助凸模帮忙，易于成型复杂形状。缺点：1）功能尺寸与成型后的厚度有关，受成型参数的影响大； 2）发泡模不易修配；3）模具板式拼接，配合要求高。4真空吸塑成型常见质量缺陷内衬主要有壁厚分布不均匀所形成的局部偏薄的缺陷，另外 热成型制品还有折皱或折叠、局部不清晰、变形、翘曲、收缩不均匀等常见缺陷。 局部偏薄 ：板材厚薄不均匀；加热百分数设定不平衡；吹泡高度不适当；成型动作不配合；模具温度太低；产品结构设计
14、不合理及模具问题。 折皱或折叠：温度太高；吹泡太高；真空上模压柱塞动作不协调；模具设计不合理；产品设计不合理。 细部小清晰 ：板材温度太低；模具温度太低；真空不足。 变形翘曲 ： 脱模时机掌握不好；模温太高；脱模力太大。 收缩不均匀：模温太高；冷却不充分；各部位厚度分布不均。冰箱吸塑模作为冰箱行业产品开发周期中的重要一环， 对新产品投放市场的速度影响很大，另外，自身质量的好坏也 严重影响着冰箱的质量。四、成型材料特性材料包括材料性能和板材尺寸，有关材料性能的评价共有十多 项，包括 :相对密度、熔体流动速率、冲击强度(常温、低温) 、拉伸强度、断裂伸 长率、弯曲强度、剪切强度、硬度、热变形温度、
15、软化点、线膨胀系数、 导热率、流变性能、耐化学性、耐环境应力开裂及老化性能(光老化、 热老化)等。板材尺寸分为厚度和宽度两方而。板材厚度增加，一般来说，制品平均厚度要厚一些，制品最大厚度也增加，但制品壁厚均匀性则与板材温度均匀性有关，板材温度均匀性又与加热区域设置及加热速度有关。 宽度尺寸影响制品 侧面厚度，一般地 说，适当增加边宽，可以有效地提高制品 侧面厚度分布均匀性，但是增加了边料回收比例。另外，真空成型材料不仅有国 产和进口之间的差异， 还有不同批次之 间的差异，对比分析这些差异可能对成形质量造成的影响和生产前需要调节的工艺设备参数。五、成型过程几何约束研究 制件设计1）适当增加拔模斜
16、度 ：由于箱胆在真空成型过程中，自身 产生一种抱紧力，致使脱模困难，所以内胆和模具设计时必须要有拔模斜度。拔模斜度 过小，不易脱模，废品率高，生产效率低；拔模斜度过大，不但影响美观，而且附件与内胆装配 时，配合不好。2）适当增加 R 圆角或将楞边倒角：箱胆各主要棱边 R 圆角愈大，愈有利于成型。其成型效率和成品率大大提高。3）内胆筋槽形状的优化设计 ：内胆筋槽宽度过窄，深度过深，都不利于成型。其宽深比有一个设计原则，即宽/ 深2:1,所以设计产品时，应尽量增大筋槽 宽度，减小筋槽深度。一般情况下，我们要是将筋槽深度定为 5-6，则其宽度应为 10-15 比较合适。另外如果将筋的底部平面改为斜面
17、，会利于成型，同时支撑强度亦会大大改善。4）拉深比的确定：拉深比是指箱胆成型后总表面积比上参与成型的板材表面之和，通常情况下，此值在 3-3.5 范围内，成型后产品厚薄差异不会太大，有利于保 证产 品质量。5）内胆边缘尺寸：胆边是指基本上不参与拉深变形的四周平面，成型前后厚度 变化不大。但其 宽度尺寸对成型过程及其装配效果有一定影响。胆边宽度尺寸过小，不利于成型，会导致平面拉斜;胆边宽度尺寸过大，装配发泡后会 变形，出 现凹凸不平现象。所以内胆边缘平面的宽度尺寸定为 25-30mm 比较合适。6）内胆后背面壁厚要求：内胆后背面要粘贴蒸发器或蒸发板，其厚度有 严格的要求，必须保证在 0.5-1.
18、3mm 范围内。壁厚太厚，影响蒸发器与箱内空间冷量交换速度，容易造成不停机现象；壁厚太薄，发泡后后背波浪不平，内藏管道印痕明显，不但影响外 观，同时也影响到蒸发器与内胆的贴附质量。内胆后背面壁厚只有保证 在规定的范围内，才能使箱内空间处于最佳的制冷运行状态。7）关于内胆冲孔 ：内胆成型后，大多还要进行一系列必要的冲孔工序，才能投人使用。而冲孔的大小、形状和位置是否合理，对成品率、模具寿命等有一定的影响。8）收缩比的确定：塑料真空成型后都有一定量的收缩，所以在模具 设计时 就应当考虑到这一点。 对模具尺寸进行补偿。9）真空孔 ：箱内胆真空成型模具都有一定数量的真空孔，真空的大小及合理布置有利于产
19、品的成型和脱模。内胆壁厚时，孔径可作大一些；内胆壁薄时，孔径可作小一些；排气孔径不能大于壁厚的 1/2，目前该方面的工作还主要依赖经验。六、成型过程约束力冰箱类产品在真空成型过程中有吹鼓、拉深和抽真空三个 阶段。吹鼓 阶段是指塑料板材在高温状态下，受从模具真空孔内吹出气体压力的作用下上鼓，它主要是为了使板材在等气压压力下做均匀延伸，有利于保 证壁厚均匀；涉及该阶段的 约束力主要有吹鼓气压大小、吹鼓时间，以及压边框对板材的 压紧力，另外 还有塑料板材温度。拉深阶段是指当板材吹鼓高度到达设定值以后，模具以一定速度上移，模具与板材接触后对吹鼓的板材有一个往上拉深的过程，涉及该过程的约束力主要是拉深速
20、度，另外还要考 虑模具温度以及板料和模具接触过程中摩擦问题。抽真空阶段是指当模具上移到极限位置后，真空泵以较快的速度将密闭模具型腔内气体抽真空，板材与模具表面间气体通过真空孔被抽出，形成负压，从而使板材紧贴模具表面。该过程约束力有抽真空气 压大小、抽真空 时间 ，大气压力，以及该阶段模具温度。当三个阶段完成以后，产品开始 进入冷却阶段，冷却主要包括模体内冷却水冷（维持模温）和外部风冷，当冷却到一定程度后，往模具内吹气，使产品脱离模具取出产品。由于该阶段对产品质量影响较微，不予考 虑。七、温度场对成型质量的影响 规律在真空成型过程中，温度场 分布对最终制件的厚度分布有 显著的影响， 实际加工中常
21、利用这个特点进行局部区域加热来使在等温条件下难成形的部分成形。因此对真空成形过程的温度场进行准确的分析,对优化塑料板材热成形工艺、获 得壁厚较均匀的制件有着指导意义。八、工艺参数对成型质量的影响 规律影响塑料板材成型的主要因素包括板材温度、模具温度、吹胀用气压的大小、预拉伸的高度、模具的移动速度、抽真空气压大小及时间、板材与模具接触时的摩擦条件、冷却时间及各因素的相互影响都会对制品厚度分布产生影响。具体参数介绍如下：1）模具温度 ：模温是影响厚度分布的主要因素。一般地说，板材拉伸以后最先接触到模具的部位最先冷却下来，在上模及抽真空时该 部位拉伸最小，因而厚度 较 高。其相邻的部位则往往拉伸要大
22、一些，厚度较低。模温对成型的影响表现在很多方而:模温高，制品光泽高、清晰度高，可以控制折皱，但周期延长;适当的模温还可以减少制品应力，减少制品拉伸皱痕;模温还对成型品的收缩有一定影响。复杂 的模具可以采用不同的部位控制不同的模温，以适应产品结构和成型周期的需要。模温采用水或油做介质进行控制。2）板材加热温度：采用真空成型方法加工冰箱内胆时，对加热温度有严格的要求。加热不足会造成局部抽真空不到位，加热过量会造成表而麻点、局部皱折等缺陷。所以选择适宜的加热温度非常重要。HIPS, ABS 的适宜成型温度应该是 130- 180。成型温度随真空度和制品形状而 变化，用快速真空成型低拉伸比制品时，温度
23、稍低 ;拉伸比高的产 品，温度提高；只有较为复杂的制品才取上限温度。3) 预拉伸高度 ：比如在阳模的真空成型时，预 拉伸不足，上模太快及抽真空太快，容易造成制品 顶部过后及两侧过薄；预拉伸太高及抽真空太慢， 则结果刚好相反，因此合适的预拉伸（吹胀）高度特别重要。在阳模成型时视制品 结构特点，一般在阳模高度的 1/2-3/4。阳模真空成型时吹泡高度顶部尺寸与制品底部要求尺寸相符即可。4）模具移动速度 ：模具动作由液压、气压或者伺服 马达驱动，模具运行速度可以分级进行控制，一般选择先快后慢方式，速度调节在 200-1 000 mm/ s。模具 动作快慢必须与预拉伸速度相配合，太慢板材温度降低不利于成型，太快可能造成板材撕裂。5）抽真空气压大小及时间的确定：抽真空快慢应与板材温度及上模动作相配合，一定条件下可以控制一些小的缺陷，优化厚度分布。一般情况下宜选择 100%真空，而在上模动作及加热单元控制上做调整，这样可以保证快而好的成型效果。真空 时间的长短与成型制品容 积大小及成型方式(阴模、阳模)有关。真空时间长，制品的尺寸稳定性会提高。除以上所述外，板材与模具的接触界定、冷却时间的长短都会影响产品质量。工艺参数对产品质量起决定作用。 工程院2010-1-5
