王工講解中空模具產(chǎn)品設(shè)計的{1.中空成形亦稱吹壓成形，顧名思意就是制成中空形狀的熱塑品。2.若是將中空成形與射出成形相比，則中空成形適合：3.若再欲深入之比較，則有以下幾點：4.中空模具設(shè)計；5.冷卻系統(tǒng)；6.模穴與分模線；7.接合刃與夾斷料；8.收縮與尺寸公差；更多中空知識進入www.da0574.com；舜龍重慶模具設(shè)計培訓；
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其主要制程可分為下列之步驟。
1.中空成形亦稱吹壓成形，顧名思意就是制成中空形狀的熱塑品。
其主要制程可分為下列之步驟。
(a) 將塑料熔融，經(jīng)螺桿擠壓成中空之型胚(parison)。
(b) 型胚垂落于分成兩半之模具中，再將模具閉合。
(c) 將壓縮空氣注入于型胚中，充脹型胚而與模具貼合。
(d) 吹脹之產(chǎn)品冷卻后脫模。
(e) 修整毛邊，即得成品。重慶中空模具設(shè)計培訓
上述之制法亦稱押出中空成形(extrusion-blow-molding)，另外一種常見的為射出中空成形(injection-blow-molding)，其法為利用射出成形在心蕊吹針上形成型胚且瓶頸也一起成形，然后型胚連同吹針傳送到吹模模具內(nèi)，再經(jīng)由吹針貫入空氣將型胚脹滿整個模穴，*轉(zhuǎn)至頂出站而得成品
至于押吹與射吹成形。
2.若是將中空成形與射出成形相比，則中空成形適合：
a.大型品，厚肉品。
b.可為雙層壁構(gòu)造。
c.多種少量。
射出成形適合：
a.較小型品，薄肉品。
b.精密成形。
c.大量生產(chǎn)。（重慶模具培訓）
3.若再欲深入之比較，則有以下幾點：
(a) 強度上：以同重量或同體積來比較，中空成形品絕對比射出成形品為強。
(b) 加工溫度：中空成形之成形加工溫度較低，對收縮、翹曲、凹痕及熱裂解之傾向較小。
(c) 使用原料：射出成形須使用流動性較佳的原料，若是加了玻纖，則容易產(chǎn)生應力。
(d) 應力集中：中空成形之壓力約在4～5kgf/cm2間，為射出成形的1％，所以幾乎無應力集中之現(xiàn)象。
(e) 模具設(shè)備成本：因射出成形為高壓成形，所須之模具際較強且精密，故成本極高。而中空成形為低壓成形，所用模具可為鋁、鋅、或鋁合金。
中空成形之成形周期極短，以制造一個175毫升(6-OZ)之容器而言，其成形周期可在12秒內(nèi)。若有8個模穴的話，則每一小時可制出2400個產(chǎn)品，且可加裝自動切離邊料設(shè)備以省卻人工處理成本。
4.中空模具設(shè)計
1)制造材料
a.鐵與鋼材：
屬機械功能的，如安裝、導引、滑動、夾斷、切割、打孔等部位所須之組配件以鋼材為主。安裝平臺與桿可用一般工具鋼制造，而導銷與襯套等導引裝置則*以表面處理過之硬化鋼制造。嵌入物因型胚被夾斷時須緊閉模具而產(chǎn)生環(huán)繞應力，所以*以抗磨耗性鋼料制造之。吹壓心軸、校正心軸及吹針，可用一般之工具鋼來制造。
在正常情況下，鋼制中空成形模具之使用壽命為一千萬次以上，但對有嵌入物之模具，應定時的整修，以使型胚得以利落的分離。（重慶模具培訓）
b.鋁及鋁合金：
其特性為比重低、導熱度高、耐候性與抗化學性佳。它們會形成一層保護層膜，以扺抗氧化。高耐熱處理之鋁合金材料(70/75)，因為機械加工性極佳，所以常被用于中空成形之模具。
c.鈹銅合金：
適用于須熱傳導性和耐侵蝕性佳之模具，其焊接、冷卻系統(tǒng)之插銷組裝極為方便，可惜價格太高約為鋁合金之三倍。
d.高等級鋅合金：
有好之導電度及與鋁和銅制成的合金，尺寸精確度極佳，但較易受侵蝕。與鋼模同厚度的鋅合金，其使用壽命才為前者的1/10，所以除非有鋼質(zhì)的接合刃，否則必須經(jīng)常予以整修保養(yǎng)。
5.冷卻系統(tǒng)
一個理想的中空成形冷卻系統(tǒng)就是能在符合經(jīng)濟效益的時間內(nèi)，將模具均勻充分地冷卻。模具冷卻系統(tǒng)中熱交換所需之時間，其決定在于熱量及熱傳導度，并且和塑料之收縮率與結(jié)晶性有關(guān)。冷卻過快會使塑品產(chǎn)生內(nèi)應力及收縮空隙；冷卻過慢則會導致結(jié)晶粗糙，特別是對厚壁模具，累積之熱量會使內(nèi)部表面氧化而損壞。（重慶模具設(shè)計培訓）
除了模穴之冷卻外，尚須注意要盡快地冷卻夾斷口部份。通?？捎霉娘L機助之。冷卻媒介之入口及出口的管路，應就生產(chǎn)的觀點來適當?shù)匕才?，對于瓶子的模型，可分別就瓶頸、瓶身及瓶底，以獨立可各自調(diào)節(jié)的冷卻線路來冷卻。
冷卻可用冷卻管或冷卻室來完成，為了增進冷卻用水的亂流而增加導熱作用，可將螺旋狀之銅條插入冷卻室中。模具使用愈久，冷卻管愈容易生銹，而使傳熱作用明顯降低，冷卻水之需求量增加及加工周期增長。所以，冷卻水的接觸面積應比理論值設(shè)計得大些。
塑料熔料的熱量是藉水冷式將模具之熱量除去的，但是如果水溫低于5～10℃或低于露點時，模具內(nèi)部會凝結(jié)水氣，使得模具表面造成不良影響。上述之系統(tǒng)為國內(nèi)中空業(yè)者常用之外部冷卻系統(tǒng)，如今較高明的方法為內(nèi)部冷卻系統(tǒng)，就是使用廠內(nèi)空氣、液態(tài)CO2、零下溫度干燥空氣及高壓縮空氣等，此四種方法約可縮短周期時間15～33％不等。現(xiàn)在有更進步之冷卻法為冷凍空氣法，就是將水射入零下溫度之空氣，所生之霧氣和冷凍干燥空氣經(jīng)由一個特殊設(shè)計之混合噴嘴，在中空產(chǎn)品內(nèi)產(chǎn)生如雪物，如雪物因遇熱融化而吸熱來達成快速冷卻之效果，據(jù)報利用此法可將1/4～6.5
加侖之HDPE瓶之冷卻時間縮短43～49％。 （重慶中空模具設(shè)計培訓）
6.模穴與分模線
在吹脹型胚之過程中，模穴內(nèi)的空氣必須全部排除，方能制出完美之塑品。一般而言，空氣可經(jīng)由分模線流出模穴，所以在距離模穴邊緣3～5mm處設(shè)排氣孔，可促進空氣的流出。另外在角隅、邊緣或是凹處，則須要設(shè)直徑0.1～0.2mm之排氣孔。
模穴之表面須光滑且無溝痕，但無須磨得特別光，因為此對中空成形品之表面光澤或平滑并無太大之幫助，反而有點粗糙之模穴面，對聚烯烴樹脂更為適合。形成粗糙表面*之方法為噴砂處理，或是蝕刻法。噴砂的材料可用石英砂，至于砂粒的大小則依模穴的容積和所需粗糙度而定。當產(chǎn)品需做印刷處理時，使用0.1mm的砂粒較好，若容器較大，則需使用0.2mm或更大之砂粒。
為了使中空成形品具均勻肉厚，于設(shè)計模具和產(chǎn)品時須注意到型胚靠在模面的部份只可伸長一些。因此，塑品*形成的角隅和棱線，必須被設(shè)計成圓形。為了避免刻痕的產(chǎn)生，所有在螺紋、加強肋、及裝飾條之棱邊，皆應設(shè)計成圓滑狀。
模具應中空成形之需要，須在最適當之部位予以分割，一般是以一個平面分成對等的兩半，但若是塑品過于復雜，則因凸環(huán)所引起之制品脫模困難，會影響分模線之位置。所以，對圓柱狀產(chǎn)品，分模線總是貫穿軸心；若為橢圓形，則貫穿主軸；若為方形產(chǎn)品，則分模線可設(shè)計成平行于側(cè)面或依對角線而分割。對角式的分模線雖產(chǎn)品取出較易，但因極易在分模線相反的角隅產(chǎn)生高張力，而使產(chǎn)品部份過薄，故較少采用之。（重慶模具設(shè)計培訓）
7.接合刃與夾斷料
模具接合刃和夾斷口的設(shè)計原則為：模具關(guān)閉時，型胚密而不落且易吹壓；接合刃的長度及夾斷穴的容積，必須使得夾斷穴的外面不致形成薄膜，而阻礙模具完全關(guān)閉。接合刃不可似刀鋒般那樣銳利，因為會容易將型胚切斷，而應設(shè)計成寬而扁的面并與分模線平行。接合刃之寬度決定在于所加工之塑料為何，而其打開之總角度則在30°～45°之間。
目前完全自動分離夾斷料之中空成形技術(shù)已商業(yè)化，極適于大量生產(chǎn)各種尺寸之容器。但對于少量多樣化之產(chǎn)品則此系統(tǒng)較不經(jīng)濟。毛邊分離夾斷之方法包括：
a.于關(guān)閉的模具內(nèi)拉斷或切斷。
b.制品脫模時，擠斷或削斷。
c.脫模后，利用轉(zhuǎn)運及修剪裝置分離之。
8.收縮與尺寸公差
設(shè)計模具時，應預先考慮產(chǎn)品之收縮問題。熱塑性塑料的收縮與金屬隨溫度升降而呈線性變化的關(guān)系不同。塑品的收縮程度不僅與所用塑料種類有關(guān)，也和加工之條件有密切關(guān)系。
對于塑料之收縮必須同時考慮原料之收縮特性及分子的定向趨勢。因為在中空成形之時，由于分子定向而產(chǎn)生的四周收縮，可能會比縱向之收縮來得大。（重慶模具培訓）
關(guān)于中空成形品之收縮猶如射出成形品，可分為模具收縮及后收縮。模具收縮是指塑品脫模后24小時所測得的收縮，而后收縮是為塑品庫存很長一段時間后之收縮。當使用部分結(jié)晶的塑料如PE，PP及PVC等時，后收縮持續(xù)的時間是由模具冷卻的條件來決定之。一般而言，后收縮的程度與模溫成反比，此乃因塑料結(jié)構(gòu)上之分子重新排列所致。凡屬分子定向收縮之塑料，其在定向方向所產(chǎn)生之收縮較其他方向之收縮來得大。依加工條件而定，HDPE之收縮率為1.5～3％，而LDPE之收縮率為1.2～2％，PP為1.2～2.2％，PS與PVC皆為0.5～0.7％。
由于中空成形為一種具拉伸且低壓的加工方式，所以當塑品形狀不規(guī)則時，常造成肉厚之不均勻及尺寸變異性。因此相對的，中空成形品之尺寸公差較大。*的例外是射吹成形品之瓶頸區(qū)域，由于它是由射出成形所決定，故其尺寸公差之設(shè)計，理論上與射出成形品相同，約為±0.1mm
(0.0014in)。表4-2為建議之中空成形尺寸公差：（重慶模具設(shè)計培訓）
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其主要制程可分為下列之步驟。
1.中空成形亦稱吹壓成形，顧名思意就是制成中空形狀的熱塑品。
其主要制程可分為下列之步驟。
(a) 將塑料熔融，經(jīng)螺桿擠壓成中空之型胚(parison)。
(b) 型胚垂落于分成兩半之模具中，再將模具閉合。
(c) 將壓縮空氣注入于型胚中，充脹型胚而與模具貼合。
(d) 吹脹之產(chǎn)品冷卻后脫模。
(e) 修整毛邊，即得成品。重慶中空模具設(shè)計培訓
上述之制法亦稱押出中空成形(extrusion-blow-molding)，另外一種常見的為射出中空成形(injection-blow-molding)，其法為利用射出成形在心蕊吹針上形成型胚且瓶頸也一起成形，然后型胚連同吹針傳送到吹模模具內(nèi)，再經(jīng)由吹針貫入空氣將型胚脹滿整個模穴，*轉(zhuǎn)至頂出站而得成品
至于押吹與射吹成形。
2.若是將中空成形與射出成形相比，則中空成形適合：
a.大型品，厚肉品。
b.可為雙層壁構(gòu)造。
c.多種少量。
射出成形適合：
a.較小型品，薄肉品。
b.精密成形。
c.大量生產(chǎn)。（重慶模具培訓）
3.若再欲深入之比較，則有以下幾點：
(a) 強度上：以同重量或同體積來比較，中空成形品絕對比射出成形品為強。
(b) 加工溫度：中空成形之成形加工溫度較低，對收縮、翹曲、凹痕及熱裂解之傾向較小。
(c) 使用原料：射出成形須使用流動性較佳的原料，若是加了玻纖，則容易產(chǎn)生應力。
(d) 應力集中：中空成形之壓力約在4～5kgf/cm2間，為射出成形的1％，所以幾乎無應力集中之現(xiàn)象。
(e) 模具設(shè)備成本：因射出成形為高壓成形，所須之模具際較強且精密，故成本極高。而中空成形為低壓成形，所用模具可為鋁、鋅、或鋁合金。
中空成形之成形周期極短，以制造一個175毫升(6-OZ)之容器而言，其成形周期可在12秒內(nèi)。若有8個模穴的話，則每一小時可制出2400個產(chǎn)品，且可加裝自動切離邊料設(shè)備以省卻人工處理成本。
4.中空模具設(shè)計
1)制造材料
a.鐵與鋼材：
屬機械功能的，如安裝、導引、滑動、夾斷、切割、打孔等部位所須之組配件以鋼材為主。安裝平臺與桿可用一般工具鋼制造，而導銷與襯套等導引裝置則*以表面處理過之硬化鋼制造。嵌入物因型胚被夾斷時須緊閉模具而產(chǎn)生環(huán)繞應力，所以*以抗磨耗性鋼料制造之。吹壓心軸、校正心軸及吹針，可用一般之工具鋼來制造。
在正常情況下，鋼制中空成形模具之使用壽命為一千萬次以上，但對有嵌入物之模具，應定時的整修，以使型胚得以利落的分離。（重慶模具培訓）
b.鋁及鋁合金：
其特性為比重低、導熱度高、耐候性與抗化學性佳。它們會形成一層保護層膜，以扺抗氧化。高耐熱處理之鋁合金材料(70/75)，因為機械加工性極佳，所以常被用于中空成形之模具。
c.鈹銅合金：
適用于須熱傳導性和耐侵蝕性佳之模具，其焊接、冷卻系統(tǒng)之插銷組裝極為方便，可惜價格太高約為鋁合金之三倍。
d.高等級鋅合金：
有好之導電度及與鋁和銅制成的合金，尺寸精確度極佳，但較易受侵蝕。與鋼模同厚度的鋅合金，其使用壽命才為前者的1/10，所以除非有鋼質(zhì)的接合刃，否則必須經(jīng)常予以整修保養(yǎng)。
5.冷卻系統(tǒng)
一個理想的中空成形冷卻系統(tǒng)就是能在符合經(jīng)濟效益的時間內(nèi)，將模具均勻充分地冷卻。模具冷卻系統(tǒng)中熱交換所需之時間，其決定在于熱量及熱傳導度，并且和塑料之收縮率與結(jié)晶性有關(guān)。冷卻過快會使塑品產(chǎn)生內(nèi)應力及收縮空隙；冷卻過慢則會導致結(jié)晶粗糙，特別是對厚壁模具，累積之熱量會使內(nèi)部表面氧化而損壞。（重慶模具設(shè)計培訓）
除了模穴之冷卻外，尚須注意要盡快地冷卻夾斷口部份。通?？捎霉娘L機助之。冷卻媒介之入口及出口的管路，應就生產(chǎn)的觀點來適當?shù)匕才?，對于瓶子的模型，可分別就瓶頸、瓶身及瓶底，以獨立可各自調(diào)節(jié)的冷卻線路來冷卻。
冷卻可用冷卻管或冷卻室來完成，為了增進冷卻用水的亂流而增加導熱作用，可將螺旋狀之銅條插入冷卻室中。模具使用愈久，冷卻管愈容易生銹，而使傳熱作用明顯降低，冷卻水之需求量增加及加工周期增長。所以，冷卻水的接觸面積應比理論值設(shè)計得大些。
塑料熔料的熱量是藉水冷式將模具之熱量除去的，但是如果水溫低于5～10℃或低于露點時，模具內(nèi)部會凝結(jié)水氣，使得模具表面造成不良影響。上述之系統(tǒng)為國內(nèi)中空業(yè)者常用之外部冷卻系統(tǒng)，如今較高明的方法為內(nèi)部冷卻系統(tǒng)，就是使用廠內(nèi)空氣、液態(tài)CO2、零下溫度干燥空氣及高壓縮空氣等，此四種方法約可縮短周期時間15～33％不等。現(xiàn)在有更進步之冷卻法為冷凍空氣法，就是將水射入零下溫度之空氣，所生之霧氣和冷凍干燥空氣經(jīng)由一個特殊設(shè)計之混合噴嘴，在中空產(chǎn)品內(nèi)產(chǎn)生如雪物，如雪物因遇熱融化而吸熱來達成快速冷卻之效果，據(jù)報利用此法可將1/4～6.5
加侖之HDPE瓶之冷卻時間縮短43～49％。 （重慶中空模具設(shè)計培訓）
6.模穴與分模線
在吹脹型胚之過程中，模穴內(nèi)的空氣必須全部排除，方能制出完美之塑品。一般而言，空氣可經(jīng)由分模線流出模穴，所以在距離模穴邊緣3～5mm處設(shè)排氣孔，可促進空氣的流出。另外在角隅、邊緣或是凹處，則須要設(shè)直徑0.1～0.2mm之排氣孔。
模穴之表面須光滑且無溝痕，但無須磨得特別光，因為此對中空成形品之表面光澤或平滑并無太大之幫助，反而有點粗糙之模穴面，對聚烯烴樹脂更為適合。形成粗糙表面*之方法為噴砂處理，或是蝕刻法。噴砂的材料可用石英砂，至于砂粒的大小則依模穴的容積和所需粗糙度而定。當產(chǎn)品需做印刷處理時，使用0.1mm的砂粒較好，若容器較大，則需使用0.2mm或更大之砂粒。
為了使中空成形品具均勻肉厚，于設(shè)計模具和產(chǎn)品時須注意到型胚靠在模面的部份只可伸長一些。因此，塑品*形成的角隅和棱線，必須被設(shè)計成圓形。為了避免刻痕的產(chǎn)生，所有在螺紋、加強肋、及裝飾條之棱邊，皆應設(shè)計成圓滑狀。
模具應中空成形之需要，須在最適當之部位予以分割，一般是以一個平面分成對等的兩半，但若是塑品過于復雜，則因凸環(huán)所引起之制品脫模困難，會影響分模線之位置。所以，對圓柱狀產(chǎn)品，分模線總是貫穿軸心；若為橢圓形，則貫穿主軸；若為方形產(chǎn)品，則分模線可設(shè)計成平行于側(cè)面或依對角線而分割。對角式的分模線雖產(chǎn)品取出較易，但因極易在分模線相反的角隅產(chǎn)生高張力，而使產(chǎn)品部份過薄，故較少采用之。（重慶模具設(shè)計培訓）
7.接合刃與夾斷料
模具接合刃和夾斷口的設(shè)計原則為：模具關(guān)閉時，型胚密而不落且易吹壓；接合刃的長度及夾斷穴的容積，必須使得夾斷穴的外面不致形成薄膜，而阻礙模具完全關(guān)閉。接合刃不可似刀鋒般那樣銳利，因為會容易將型胚切斷，而應設(shè)計成寬而扁的面并與分模線平行。接合刃之寬度決定在于所加工之塑料為何，而其打開之總角度則在30°～45°之間。
目前完全自動分離夾斷料之中空成形技術(shù)已商業(yè)化，極適于大量生產(chǎn)各種尺寸之容器。但對于少量多樣化之產(chǎn)品則此系統(tǒng)較不經(jīng)濟。毛邊分離夾斷之方法包括：
a.于關(guān)閉的模具內(nèi)拉斷或切斷。
b.制品脫模時，擠斷或削斷。
c.脫模后，利用轉(zhuǎn)運及修剪裝置分離之。
8.收縮與尺寸公差
設(shè)計模具時，應預先考慮產(chǎn)品之收縮問題。熱塑性塑料的收縮與金屬隨溫度升降而呈線性變化的關(guān)系不同。塑品的收縮程度不僅與所用塑料種類有關(guān)，也和加工之條件有密切關(guān)系。
對于塑料之收縮必須同時考慮原料之收縮特性及分子的定向趨勢。因為在中空成形之時，由于分子定向而產(chǎn)生的四周收縮，可能會比縱向之收縮來得大。（重慶模具培訓）
關(guān)于中空成形品之收縮猶如射出成形品，可分為模具收縮及后收縮。模具收縮是指塑品脫模后24小時所測得的收縮，而后收縮是為塑品庫存很長一段時間后之收縮。當使用部分結(jié)晶的塑料如PE，PP及PVC等時，后收縮持續(xù)的時間是由模具冷卻的條件來決定之。一般而言，后收縮的程度與模溫成反比，此乃因塑料結(jié)構(gòu)上之分子重新排列所致。凡屬分子定向收縮之塑料，其在定向方向所產(chǎn)生之收縮較其他方向之收縮來得大。依加工條件而定，HDPE之收縮率為1.5～3％，而LDPE之收縮率為1.2～2％，PP為1.2～2.2％，PS與PVC皆為0.5～0.7％。
由于中空成形為一種具拉伸且低壓的加工方式，所以當塑品形狀不規(guī)則時，常造成肉厚之不均勻及尺寸變異性。因此相對的，中空成形品之尺寸公差較大。*的例外是射吹成形品之瓶頸區(qū)域，由于它是由射出成形所決定，故其尺寸公差之設(shè)計，理論上與射出成形品相同，約為±0.1mm
(0.0014in)。表4-2為建議之中空成形尺寸公差：（重慶模具設(shè)計培訓）
