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産品設計工藝有哪些

生活 更新时间:2025-08-26 16:25:00

産品設計工藝知多少——熱成型

工業設計公司接觸的産品千差萬别,并非所有的産品都需要成千上萬的批量生産。還有一些産品隻是需要幾百或者幾十件的産量,比如大型醫療産品。

面對這種情況使用注塑的開模費用相對而言就不夠劃算了,産品設計師可以考慮給甲方推薦闆材熱成型工藝,能夠輕松達到産品外觀的複雜造型設計要求。

熱成型加工工藝中,熱塑性闆材利用熱量和壓力成型。低壓加工比較便宜且用途廣泛,采用較高壓力則可以産生與注塑成型相似的表面粗糙度和細部結構。

加工成本:

模具成本低至中

單位成本低至中(材料成本的3倍)

典型應用:

浴缸和淋浴盆

包裝

交通運輸和航空航天工業内飾

适用性:

卷料進給:小批量至大批量生産

單件進給:單件至批量生産

加工質量:

今天赫茲工業設計小編給諸位介紹一下熱成型工藝:

工藝簡介

有兩種不同的熱成型方式:單件進給和卷料進給。單件進給熱成型适用于體量較大的産品,如托盤、浴缸、淋浴盆和行李箱。通常将闆材切割成一定尺寸并由手工裝載。另外一種方式是采用卷筒進料的形式,其過程是将卷軸上的卷材作為材料來源而持續加工。通常這種加工形式也叫作在線加工,因為它在連續操作中熱成型、修整和堆疊。

熱成型包括真空成型、壓力成型、插塞輔助成型和雙闆熱成型。

真空成型是闆材成型工藝中最簡單、成本最低的一種。主要流程為:将一張熱塑料吹入氣泡,然後使其吸附在模具表面。模具為單面形态,因此隻有塑料的一面會受到其表面的影響。在壓力成型中,熱軟化闆材在壓力的作用下進入模具。壓力越高,意味着可以塑造更精細複雜的細節,包括表面紋理。對于體量較小的零件加工,此工藝可以達到類似注塑成型加工的零件水平。

這兩種工藝适合用于塑造位移量較小的淺型幾何形狀。對于有一定深度的形體,工藝中需要借助插塞輔助。塞子将軟化的材料推入凹槽,并使其均勻拉伸。

雙闆熱成型則是結合了這些工藝的特點,用于空心零件的加工要求。兩張闆材基本上是同時熱成型的,并且在它們保持較高溫度的時候粘在一起。這種工藝比較複雜,因而加工成本也比傳統的熱成型更高。

典型應用

熱成型工藝被廣泛用于生産各種産品,從一次性食品包裝到重型可回收運輸包裝。一些典型的例子包括透明塑料包裝、翻蓋式包裝、化妝品托盤、飲水杯和公文包。

該工藝還可用于生産照明擴散設備,浴缸和淋浴盆,花盆,指示牌,自動售貨機,小型或大型水箱,摩托車整流罩,汽車、飛機和火車的内飾,消費電子産品的外殼和防護頭盔。

吸塑包裝(氣泡膜包裝)是采用熱成型工藝制成的。它是在真空成型機的滾軸上連續生産的,形成薄片并将空氣密封到單獨的氣泡中,為所包裝的貨物提供保護性緩沖。

真空成型模具非常便宜,因此适用于原型制造和小批量生産。

相關工藝

低壓熱成型技術用途廣泛,價格低廉。這是因為它使塑料塑化為軟化的薄闆,而不是形成大量的熔融材料。這使得熱成型有别于其他許多塑料成型工藝。

然而,使用闆材小幅增加了材料成本。為了将這一影響最小化,一些工廠使用自己擠出的材料進行生産。

壓力成型可以産生與注塑成型相似的表面粗糙度。雖然壓力成型使用的模具更昂貴,但對于一些應用來說,會比注塑成型的花費少。這是因為它使用的是單面模具,而不是注塑成型所需的成對模具。

雙闆熱成型用于生産3D空心幾何形狀。類似的零件可以通過吹塑成型和旋轉成型來生産,但熱成型的好處是它對于大型的平闆來說是理想的。另外,兩面不限于相同的顔色,甚至不限于同種材料。

材料的發展意味着雙闆熱成型産品有時會具有合适的特性,适合于以前由複合層壓成型工藝制成的零件。

加工質量

加熱并形成一張熱塑性塑料片,然後拉伸它。一個設計合理的模具将以均勻的方式牽拉它。否則,材料的屬性将基本保持不變。因此,模具表面處理工藝、成型壓力和材料這三者将決定表面粗糙度。

熱成型塑料闆材與模具接觸的那一面與壓力成型的零件相比,表面粗糙度要大一些,但反面則平滑無瑕。因此,零件通常被設計成與工具接觸的一側在應用中被隐藏起來。模具可以向外(凸型)或向内(凹型)彎曲。壓力成型可産生較小的表面粗糙度和完美的細節再現。

設計機遇

熱成型通常在單個模具上進行。在真空成型過程中,模具可以由金屬、木材或樹脂制成。木材和樹脂是原型制造和小批量生産的理想模具材料。一個樹脂工具可以持續循環使用10至500次,具體次數取決于形狀的複雜程度。想要生産更多産品,則使用鑄造或機械加工的鋁模具。

類似于其他模制操作,插入物可以用來形成凹入角度。它們通常通過手動插入和移除。成型後的零件加工或切割有時會産生同樣的效果。否則,零件可以單獨模制并焊接在一起。

許多熱塑性材料适合熱成型加工。而且,每一種材料都具有衆多的裝飾與功能優勢。現在已開發出更多熱成型材料,其中包括丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的合成物。

多層材料是混合擠壓成型的,有諸多優點。例如,可避免潮濕或細菌污染,具有不同的顔色,以及将再生材料夾在各層之間以節約能源。

熱成型工藝可以制造有紋理的闆材(左圖)。通常,闆材的一面有紋理,不貼着模具的一面是光滑的。材料制造商可鑄造或擠壓形成一系列的标準紋理,如磨砂、毛糙、鏡片、浮飾和浮雕。

雙闆熱成型能生産3D中空零件。優點在于輕質與剛性、絕緣性,以及可以使用兩種獨立的材料(上部和下部)。單闆熱成型的零件通常隻有一面是功能性的,而雙闆熱成型的兩個表面都是功能性的。

泡沫可以被制造為雙闆闆材,或者在成型後進行注塑,以增加剛性和強度

熱成型工藝詳細對比技術說明真空成型工藝技術說明:

産品設計工藝有哪些(産品設計工藝知多少)1

真空成型是一種簡單的工藝,為其他熱成型技術提供了基礎。将一片材料加熱到其軟化點。每種材料的軟化點都是不同的。例如,聚苯乙烯(PS)的軟化點為127~182℃,聚丙烯(PP)材料的軟化點為143~165℃。某些材料,例如高抗沖聚苯乙烯(HIPS),具有較大的操作空間(因為适合模鍛的溫度範圍比較大),這使得它們更容易熱成型。

将軟化的塑料片吹成氣泡,均勻地拉伸。然後反轉氣流,把模具推到闆材上。通過約96 kPa的真空将材料吸到模具的表面上。在工具上打孔以便空氣流通,孔位于模腔的凹進處,并穿過模具表面以盡可能有效地抽出空氣

壓力成型工藝技術說明:

産品設計工藝有哪些(産品設計工藝知多少)2

壓力成型與真空成型相反:在大約690 kPa的空氣壓力下使闆材在模具的表面成型。這意味着可以實現更高水平的細節。模具上的表面細節将以比真空成型更精确的方式進行複制。壓力成型可以更精确地控制表面粗糙度,從而具有功能性。但是,像真空成型一樣,它隻使用闆材的一個面。

插塞輔助成型工藝技術說明:

産品設計工藝有哪些(産品設計工藝知多少)3

插塞輔助成型用于将陰模成型的優點帶入陰模零件,因為将軟化的闆材吹成氣泡,均勻地拉伸,同時可以将闆材裝到陰模中産生更多的局部拉伸。模塞在闆材成型之前拉伸闆材,從而确保深型零件有足夠的壁厚,否則會撕裂材料。當空氣被抽出時,闆材與模具輪廓是相符的,同時液壓塞縮回。

雙闆熱成型工藝技術說明:

産品設計工藝有哪些(産品設計工藝知多少)4

雙闆熱成型将兩個闆材加熱并夾緊在一起,這樣形成了封閉的薄壁産品。産品的兩面都具有功能性,不像單片材僅一面具有功能性。

雙闆熱成型中機器是旋轉的。夾鉗将闆材轉移到加熱室中,将其加熱至軟化溫度:然後進行熱成型和夾緊;最後旋轉搬移到卸貨站。兩張闆材是逐一進行熱成型的,一片在另一片之上。一旦完成加熱,就把它們夾在一起。熱成型的餘熱使得黏結處能夠長時間地接觸。這種黏結的強度與母體材料相似。

設計注意事項

熱成型是淺型、薄壁零件的理想選擇。通常情況下,深度超過直徑是不實際的。材料可以使用插塞輔助成型在較深的型材表面上更均勻地拉伸。

模具表面的空氣通道會留下輕微小凸起。通過使用微孔鋁模具,可以将其從美觀的表面上消除。這種材料的成型壽命要短得多,因為小孔最終會堵塞。然而,它們對于設計細節非常有用,否則就需要幾百個空氣通道(孔)。

模具表面有時需要紋理來輔助空氣流通,避免形成氣泡。這些被稱為“開放紋理”。

單件進給熱成型用于加工1~12mm的闆材。卷料進給由卷軸供給,因此被限制為0.1~2.5mm。雖然有些機器能夠處理2.5mx4m的闆材,但零件的尺寸一般被限制在1.5mx3.5m。

在凸起或陽模上熱成型時,起模角度是非常關鍵的。這是因為受熱的塑料片會膨脹,随着它的冷卻,收縮程度高達2%。不同的材料具有不同的收縮度。例如,ABS的收縮度為0.6%,高密度聚乙烯(HDPE)是2%。通常推薦2°的起模角度。

材料在熱成型過程中會不斷伸展,這一點在較深的和起伏的零件中更加突出。因此,必須注意避免三角相交的尖角。這些會導緻材料過度變薄,從而導緻出現薄弱環節。

适用材料

雖然幾乎所有的熱塑性材料都可以熱成型,但最常見的是ABS、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET,包括用乙二醇改性的PETG),PP、聚碳酸酯(PC),HIPS和HDPE。PETG 中的甘醇可降低脆性和減緩過早老化。PETG是透明的(幾乎和PC-樣),因此常常是照明擴散器和醫療包裝的首選材料。

加工成本

根據零件的大小、複雜程度和數量,加工成本通常由低到高不等。最昂貴的是加工鋁。壓力成型的模具比真空成型要貴30%~50%,但仍然比注塑模具便宜很多。

熱成型的加工周期取決于所選工藝和材料厚度。單片進給加工的話,通常每分鐘生産1~8個零件。卷筒進料機通常加工周期更短,多腔模具每分鐘可生産數百個零件。卷筒喂料機是自動化的,而單件喂料機通常是手工裝載的,增加了勞動力成本。

環境影響

這個工藝隻用于形成熱塑性材料,因此大部分的廢料都可以回收利用。提供擠壓闆材案例研究的Kaysersberg Plastics 公司僅産生1.4%的廢料,其餘的回收。

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