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第十八周第一讲目的和要求：了解挤出管材的定径和冷却内容以及设计实例，简单了解其他塑料成型方法（中空吹塑成型、真空吹塑成型、压缩空气成型）、注射成型新技术的设计内容（热流道系统成型、热固性塑料注射成型、共注射成型、气体辅助注射成型、发泡成型、BMC注射成型、反应注射成型、叠层式模具、注射模CAD/CAE/CAM）。重点难点：注射成型新技术的设计内容中的热流道系统成型和注射模CAD/CAE/CAM。7.3.2管材的定径和冷却为了使管材获得较低的表面粗糙度值、准确的尺寸和几何形状，管材离开口模时必须立即定径和冷却，由定径套来完成。经过定径套定径和初步冷却后的管材进入水槽继续冷却。管材一般用外径定径和内径等径两种方法。1.外径定径外径定径适用于管材外径尺寸要求高、外表面粗糙度值要求低的情况。由于目前管材标准多以外径为基本尺寸，故外径定径法使用得较多。它是通过使管坯外表面在压力作用下雨定径套内壁紧密贴合的方法来达到定径的目的。按照压力产生方式的不同，外径定径又分为内压法和真空法两种。（1）内压法外定径如图7-11所示，在管材内部通入压缩空气（预热、压力约为0.02-0.10MPa），为保持压力，可用浮塞堵住以防漏气，浮塞用绳索系于芯模上。定径套的内径的长度一般根据经验和管材直径来确定，见表7-6.1）当管材直径Ds40mm,定径套长度L10Ds,定径套内径d(0.8%-1.2%)Ds。2）当管材直径Ds100mm时，定径套长度L=（3-5）Ds,定径套内径尺寸不小于口模内径。（2）真空法外定径其产生压力的方式如图7-12所示，在定径套内壁2上某些区域加工很多小孔，用于抽真空，借助真空吸附力使管材3外表面紧贴在定径套内壁上。其冷却方式是在定径套外壁1、内壁2的夹层中通入冷却水，在进行真空吸附过程的同时管坯被冷却硬化。真空法的定径装置比较简单，管口不必堵塞，应用广泛，但需要一套抽真空设备。该法常用于生产小型管材。真空定径套生产时与机头口模应有20-100mm的距离，使从口模中流出的管材先离模膨胀和一定程度的空冷收缩后，再进入定径套中冷却定型。1）定径套内的真空度一般要求在53-66kPa，真空孔径在0.6-1.2mm范围内选择，与塑料粘度和管壁厚度有关，当粘度大或管壁厚度大时，孔径取大值，反之取小值。2）真空定径套的内径见表7-73）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、L56）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、