本文主要的主要研究对象是工业用吸塑托盘。顾名思义,吸塑托盘是指以吸塑工艺加工而成的托盘。本文主要讨论的是厚度在3~12mm的厚片吸塑包装。
本文从生产工艺,材料选择,以及结构设计三个方面对吸塑托盘进行的一定的研究。
吸塑工艺简介
)什么是真空吸塑
真空吸塑是塑料二次加工技术中的一种,属于塑料的热成型范畴,是将热塑性塑料片材加热到粘弹状态,再通过真空吸引,与模具表面贴合,冷却后获得所求形状的成型方法。
下图简要的表示了吸塑的原理。
加热 |
抽真空 |
成型品 |
吸塑工艺的优缺点:
优点:1)模具成本较注塑小,适用与较小批量的生产。
缺点:1)对托盘形状有限制,只可以生产半球型托盘。
2)产品尺寸精度较注塑要差。
吸塑工艺的分类
1)按所用模具分:吸塑模主要有凸模和凹模吸塑2种。
凹模优点:内表面(A面)未与模具接触,所以该表面光洁,适用于冰箱、冷柜的箱胆等用内表面作使用面的部件;另外,在保证内表面尺寸的前提下,板材厚度可减小,从而节约材料,成型也容易。
缺点:模具尺寸参数不易掌握,模具内部尺寸扩大容易,缩小困难,吸塑时还需配置辅助成型工装。
凸模优点:模具尺寸缩小容易,B面光洁,适用于汽车仪表盘等要求B面露在外面的零件。
缺点:材料厚度比凹模成型要厚,材料拉伸大,A面粗糙,而冷柜冰箱内胆,或浴缸等要求A面光洁。
2)按板、片材厚度分:
目前市场上主要有提供两种吸塑加工。一种是厚度在2.5mm以下的吸塑加工,一般用卷材加工成型。另外一种是厚度在3~12mm的,一般用板材加工成型。这两种的加工所用机器不同(见下图),所以在寻找供应商时候要注意辨别对方的生产能力。
真空吸塑成型工序
将塑料板材加热到一定温度,然后将模具内抽真空,通过模具上的小孔形成负压,板材在大气的压力下,贴在模具外壁,冷却后成型。
加料-----------加热--------真空成型------脫離----切斷-----------------獨立裁剪-----成品
冷卻
加料
对于厚片吸塑一般都是手动加料的。
加热
一般来说,板材的加热要均匀。但在局部结构复杂或局部拉伸严重的情况下,要酌情采用不同温度。
a.加热方式
在吸塑过程中,加热过程的能量消耗大概是总能量消耗的80%。所以根据材料,成品规格,生产周期选择最经济的加热方式是十分重要的。
加热方式共有三种:空气对流加热(现在不常用),接触加热、辐射加热。
b.加热温度
成型温度的下限应该以板(片)材在牵引{zd0}的区域内不发白不出现明显的缺陷为度,而上限则是板(片)材不发生降解和不会在夹持架上出现过分下垂的{zg}温度。
为了获得最快的成型周期,通常成型温度都偏于低极限。
同时根据成型要求不同,成型温度也不同。如ABS板从软化到成型温度为127℃~180℃,其随真空度和制品形状而变化,用快速真空成型低牵伸制品时,成型温度在140℃左右,深度较大的牵伸制品温度约为150℃,只有较为复杂的制品才取上限成型温度170℃。
常用塑料热成型温度表
加热时间
加热时间是热成型工艺主要参数之一,在热成型工艺中,片材是在热塑性塑料高弹态的温度范围内拉伸造型的,故成型前必须将片材加热到规定的温度。将板(片)才加热到成型所需的时间称为加热时间,一般约为整个成型工作周期的50%~80%。如何缩短加热时间对热成型生产来说极其重要的。
一般来说,板材越厚,加热时间越长,但加热时间要与加热温度对应,温度低,加热时间长;温度高,加热时间短。此外,加热时间还受材料的热导率的影响。材料的比热容越大,热导率越小者,加热时间就越长。这种变化并不呈线性关系。
成型
a.压力
压力的作用使片材发生形变,但塑料有抵抗形变的能力,其弹性模量随着温度升高而降低。在成型温度下,只有成型压力在材料中引起的应力大于材料在该温度下的弹性模量时,才能使材料发生形变。由于各种塑料的弹性模量不同,对温度的依赖性也不同,所以成型压力随塑料的品种,板(片)材的厚度和成型温度而变化。
b.膜具温度
模具温度是热塑性塑料冷却变硬到可以安全脱模的温度。它一般等于66psi(455kPa)下的热变形温度。膜具温度也是影响板(片)材成型后制品质量的因素。一般来说,板(片)拉伸后{zx0}接触到膜具的部位{zx0}冷却,在抽真空时,该部分拉伸比最小,因而厚度较大,其相邻的部位则拉伸比较大,厚度较小。模温对成型的影响表现在很多方面,模温高时,制品表面光泽度高,轮廓清晰,但成型周期延长。适当的模温还可减少制品的内应力,减少制品拉伸皱痕。
c.冷却脱模
在片材热成型中,为了缩短成型周期,一般都要采用人工冷却的方法。必须将成型制品冷却要变形温度以下才能脱模。冷却不足,制品脱模后会变形,但过分的冷却则在有些情况下常会由于制品收缩而包紧在膜具上,致使脱模困难。
选择吸塑供应商的标准
成型尺寸:成型品{zd0}长宽高。
板材厚度:可加工板材厚度范围。
生产效率:日产量。
可用模具:阴模,阳模。
有否后加工:如打孔,裁切等。