热成型的基本方法

    塑料热成型的方法是很多的，按照生产制品类型的不同和如何改变操作方式以期有利于生产的原因，热成型方法可以有很多的变化。不过，不管变化的形式有多少(现在约有几十种)，归根结底总是由几个基本方法或略加改进而组成的。

    本文是按照成型的动力和模具来分类的。按成型动力可分为模压成型和差压成型两大类，前者的成型动力是机械压力，后者是气体压力，也有借助于液体压力的。根据气体的差压是大于还是小于一个大气压，又分为加压成型和真空成型；根据成型模具，可以分为单阳模、单阴模、对模、无模等几种方法。根据附属设备乃至操作方法的差异，还可以派生出其他成型方法，如柱塞辅助成型等，但是无论如何变化，都离不开上述几种基本模型。

第一节模压成型

    模压成型又称机械拉伸成型，是采用单模(单阳模或单阴模)或对模的形式，借助外加机械压力或自重，将塑料板(片)材塑制成各种制件的成型方法。阳模指模具的形状是凸形的，阴模指模具的形状是凹形的，模具只成型制品一面，另一面暴露在空气中，它不同于一次成型加工的压制成型。此法基本可适用于所有的热塑性塑料。适合制作形状简单、尺寸精度不高的制件。主要有单阳模成型、单阴模成型、对模成型、复合模成型等方法。

    一、单阳模成型

    单阳模成型又称凸模成型或弯曲成型、垂制成型。它是将加热软化的塑料板(片)材用机械力使其弯曲成一定形状的成型方法。

    例如，一般制作直径大于lm的圆筒体的制件，都采用一般弧形拼接的方法，而弧形板常采用单阳模成型方法来制作。

    凡金属板(片)材的加工设备，如曲柄压机、弯折机、滚柱、折缝和卷边等设备皆可用于塑料板(片)材的单阳模成型。由于大多数热塑性塑料具有塑性记忆的特性，所以将其弯曲成所具有的开状后，制件必须保持在夹具上，直至冷却。

    单阳模成型模具通常由阳模、拉伸环、压边圈等组成，如图3—1和图3—2所示。模具可用木材、钢材等材料制作。若用钢制模具，表面应覆盖隔热材料(如棉布)，以防板材冷却过快。拉伸环的棱角应有较大的圆弧半径(≥10～12mm)和很低的粗糙度，阳模和拉伸环之间的间隙，比材料厚度大15％～20％。阳模进入拉伸环的深度，一般比图纸要求的深度大1～1.5mm。对聚氯乙烯制件，在冷却到40～50'C后，阳模方可退出。

    厚度和直径都较小的制件，可借夹具手工压制，对厚度和直径都较大的制件，需用压机。

    根据制件的具体情况，还可采用图3—3所示的成型方法。

    这种成型方法大量用于加工造型比较简单、较大型的生产批量不很大的产品。现在，有机玻璃和硬质聚氯乙烯的加工还在大量采用这种方法。

    二、单阴模成型

    单阴模成型又称凹模成型。

    对于直径大于1m的圆筒体，也可采用单阴模成型方法。如图3-4所示。

    三、对模成型

    对模成型(见图3—5)的模具，由阳模、阴模、夹具及其他附件共同组成。就像冲压金属制品一样，上的阴阳模两模具之(片间，启将加热塑动压机，使阴、阳二模合)材加料板持于压机拢，把板(片)材强制地挤入模具加压，形成模具型腔的轮廓，冷却后脱模，即得制件。

    此法能生产尺寸和外形轮廓都很精确和结构上较为复杂的制件，但产品存有严重的模具痕迹。适用于拉伸强度高的、不透明的塑料板(片)材的加工，用来制造小型盒子或类似的其他容器。

    四、复合模压成型

    对某些制件，还可以采用复合模压成型的方法，如图图3—6所示。

    第二节差压成型

    差压成型又称压差成型，是热成型中最简单的成型方法，采用单模(阳模或阴模)或对模，也可以不用模具，在气体差压的作用下，使加热至软的塑料板、板(片)材紧贴模面，冷却后制成各种制品的成型方法。差压成型又可分为真空成型和加压成型两种。

    无论是真空成型还是加压成型，都是将塑料板(片)材放在加热器与模具之间，夹在框架上，使板(片)材与模具型腔密封并经受热软化，用真空或压缩空气使板(片)材两面产生压差而成型的方法，又称简易成型。二者的区别是当塑料板(片)材软化后，压成所要求的形状时，如果排除模具和材料间隙中存在的空气(抽真空)，依靠大气压力使材料紧贴模具成型就是真空成型；如果使用高于大气压的压缩空气或同时抽真空成型则为加压成型。

    差压成型具有如下特点：产品在结构上凹凸轮廓比较鲜明；把要求精细的部位放在与模具贴合的一面，则可获得较高的外形尺寸精度及良好的光洁表面；成型过程中，板(片)材产生双向拉伸，产品强度较高。

    差压成型在成型与使用过程中的注意事项如下。

    ①板(片)材要在相当窄小的温度范围内均匀预热，若受热不均，就得不到造型尺寸精确的制品，板(片)材两面的温差要在6℃以下。

    ②为防止制品成型后产生弹性回复(如容器的口径变大和高度变小)，应尽力减小制品和模具的间隙，也就是使成型用板(片)材与模具间隙c与其厚度t之比c／t保持在1以下，并要保持一定的脱模斜度(3°以上)。选材也很重要，一般纵向弹性系数大的塑料，其制品的弹性恢复很小，如ABS、聚碳酸酯等。

    ③差压成型的制品在使用时，若环境温度太高，有可能恢复原形。例如聚碳酸酯，加热至130℃，只有8％以下的复原率；加热至160℃；则复原60％；加热至174℃，则完全复原(220℃就开始熔融了)。

    下面分别就差压成型的几个主要类型做一介绍。

    一、真空成型

    所谓真空成型，是指依靠真空泵将模具与加热的热成型板 (片)材之间抽成真空状态，造成板(片)材上下产生压差，从而使板(片)材紧紧贴附在模具表面成型的方法。真空成型可分为单阳模(凸模)、单阴模(凹模)、无模等几种形式。

    1．单阳模真空成型

    单阳模真空成型又称凸模真空成型，覆盖真空成型或包模真空成型。其工艺过程是塑料板(片)材用夹框夹紧后加热，抽真空的小孔开在凸模型面上，板(片)材软化后，夹框下移或凸模上移，使板(片)材被拉伸，至夹框与凸模周边接触而密封后，凸模抽真空，压差使板(片)材贴附在凸模表面上成型。经冷却定型、吹气脱模、修整后得到制件。其工艺过程如图3—7所示。

    在电冰箱中大量使用的ABS板材、高抗冲聚苯乙烯板材的热成型基本上均是采用的单阳模真空成型方法。

    2．单阴模真空成型

    单阴模真空成型又称凹模真空成型、直接成型或简易成型。其工艺过程是板(片)材夹持在凹模顶上，凹模底部型腔上开有抽真空的小孔，凹模既是真空室，又是成型腔。板(片)材受热软化后，凹模抽真空，大气压与真空的压力差使板(片)材被拉伸而紧贴在凹模型腔上成型，冷却定型后，吹气脱模，经修整即得制件。单阴模真空成型的工艺过程如图3—8所示。

    3．无模成型

    不用模具的真空成型称无模成型，又称自由成型。此成型方法适用于吹制各种罩形体。

    不用模具时，板(片)材就夹持在抽空柜上。成型时，抽空或加压只进行到一定程度即可停止，由直观或光电管控制。由这种方法制成的制品，形状都成半球装的罩形体，其表面十分光泽且不带任何瑕疵。如果所用塑料是透明的，其光学性能几乎可以不发生变化，故常用于制造飞机部件、仪器罩和天窗等。

    其成型工艺过程如图3—9自由真空成型所示。

    无模成型对拉伸环的要求，与单阳模模压成型相同。其成型过程是将板(片)材加热到所需温度后，置于拉伸环上，用压环压紧，然后接通真空泵。所需的拉伸深度，以时间和真空度作为参数，由人工通过观察窗控制或用光电管等自动控制。

    在运用此法进行加工时，操作者必须有熟练的技巧，调整好真空度，以得到符合设计要求的轮廓和尺寸一致的产品。

    拉伸速度应尽可能快，以防板(片)材冷却，也可在适当部位安装加热器，借以补充散失的热量。

    按照真空度开口的不同形状，可以制得相应各种形状的制件。

    此法最大的特点是不存在板(片)材与模具接触的问题，因而制品表面光滑，不带任何痕迹。这对于加工要求、光学性能和外观良好的制品(如飞机的防风罩等)具有特殊的价值。因为板 (片)材两面均暴露于空气中，故制品的冷却是均匀的。但此法只能成型形状简单、尺寸要求不高的产品，所以其应用局限性较大。

    真空成型具有设备简单、价格低廉、模具结构简单、制造方便、成型工艺操作简便、设备维修保养要求较低等优点。

    二、加压成型

    加压成型也称气压成型或压缩空气成型。它是依靠空气压缩机将受热软化的塑料板(片)材加压、拉伸，使其紧贴在模具表面，冷却定型后成为制品的成型方法。

    上述真空成型，由于真空泵所能形成的真空度不足o.1MPa (1atm)，而工业上所能达到的真空度仅为0.069～0.088MPa，实际差压仅为0.01—0.03MPa，所以，真空成型成型板(片)材较厚或制件形状复杂的制品，成型压力就嫌不足，会造成制件成型不良，轮廓不清，甚至根本无法成型。若采用加压成型因空气压缩机的压力很容易达到0.3～0.6MPa，一般即使取0.35MPa，差压约0.25MPa，也可以实现较厚板(片)材及形状复杂制件的成型。而且气压成型速度快，约为真空成型的3倍以上。故在下述情况下，应选用加压成型：(a)成型制件较高(模具深度较大)；(b)制件表面具有精细花纹或带加强筋：(c)制件角隅部分为锐角；(d)材料的拉伸强度较大(如双向拉伸聚苯乙烯、有机玻璃、聚碳酸酯等)；(e)制件生产批量大。

    但是，加压成型设备的锁模力，通常要达到零点几兆帕，以便承受压缩空气的总压力。所以对机械和模具的要求较高，价格较贵。

    加压成型可分为单阳模(凸模)、单阴模(凹模)、对模和无模等形式。

    1．单阳模成型

    单阳模成型的气压成型装置．如图3-10所示。

    将已预热好的板(片)材快速压紧后，由9通人压缩空气，将板(片)材预成型．并使成型深度超过阳模6的高度．再用柱塞8从预成型板(片)材下面升起阳模．冷却后，预成型板(片)材便紧包在阳模上．成为最后形状。这种办法可减少壁厚的不均匀程度。

    2．单阴模成型

    单阴模成型工艺过程是板(片)材用夹框夹紧在凹模上，凹模是成型面，凹模底部型面上开有小孔，板(片)材被密封在中间，此时从压板的孔中通入压缩空气，板(片)材受压而被拉伸，紧贴在凹模型面上成型，成型过程中，凹模内原有的空气从凹模底部小孔排出，冷却定型后，从凹模底部小孔鼓人空气脱模，经修整后得到制件。

    单阴模加压成型的模具及工作状况如图3—11所示。在图3—11中，(a)，(b)，(c)，(d)为成型过程中的各个阶段，(e)为加压切边。

    3．对模成型

    对模成型与前述各种方法不同，这种方法如图3—12所示。

    它是采用两个彼此相合的单模，也就是配对的单模来成型的。成型时先将板(片)材用框架夹持于两模之间并用可以移动的加热器对板(片)材进行加热，当已被加热到足够温度时，移去加热器并将两模合拢。合拢时上模或下模的升降通常由液压机操纵，而在合拢过程中，板(片)材与模具间的空气则由设置在模具上的气孔向外排出。经冷却、脱模和修整后，板(片)材即转为制品。

    阴模一般采用弹性材料，用这种方法，可以在制件底部压出各种图案。制件的抛物线形状，可以用压缩空气来调节。此法也可以制成与阳模一样形状的制件。

    4．无模成型

    无模气压成型的优点，与自由真空成型相同，其装置如图3-13所示。

    板(片)材夹持在具有通气孔的平板上。成型时，加压只进行到一定程度即可停止，由直观或光电管控制。由这种方法制成的制品，形状都成半球装的罩形体，其表面十分光泽且不带任何瑕疵。如果所用塑料是透明的，其光学性能几乎可以不发生变化，故常用于制造飞机部件、仪器罩和天窗等。

    对拉伸环的要求，与单阳模模压成型相同。在拉伸环和支撑环内，可安装加热元件，以免板(片)材温度急剧下降，一般能预热至70～80℃即可。通人的压缩空气，可以事先预热至50—60℃，成型压强视模具和设备的耐压强度决定，可在0.02～0.034MPa的范围内选择。

    在成型过程中，板(片)材放置要迅速，一般应在1～1.5min内完成，以免冷却。在生产大型制件时，为方便板(片)材装放机械化，可将装置呈倾斜状态安装。

    差压成型是热成型中最简单的成型方法，其制件存在诸多特点，例如，制件与模壁贴合的一面，可得到光滑平整的表面；制件形状和尺寸精度较高；制件表面光泽度好，透明材料成型后可得到透明制件等。但差压成型也存在着制件壁厚不均匀的缺点，所以为了改善制品的均匀度问题．实际生产中，往往采用先将板(片)材拉伸，再用真空或气压成型等综合的热成型方法。

    压缩成型与真空成型特性的比较见表3—1
                           表3-1压缩成型与真空成型特性比较