[科普中國]-發(fā)泡成型機(jī)

發(fā)泡成型機(jī)（foaming machine）

進(jìn)行發(fā)泡成型所使用的成型機(jī)械。制造發(fā)泡體時(shí)，因所用樹脂種類、泡沫類型和發(fā)泡方式問組合的不同而多種多樣，與此相對(duì)應(yīng)，發(fā)泡成塑機(jī)也有多種樣式。通?？煞譃閿D出、壓延、流延等連續(xù)發(fā)泡機(jī)械；注射、整體成形、發(fā)泡板真空成型等間斷發(fā)泡機(jī)械。此外還有現(xiàn)場(chǎng)發(fā)泡施工所用的自吹式發(fā)泡裝置。

聚氨脂發(fā)泡成型機(jī)1）用途該機(jī)適用于生產(chǎn)聚氨脂鞋底、海綿制品、坐墊和其它生活日用品。

2）型號(hào)說明 PU-D210

PU——聚氯脂澆注成型機(jī)（聚氨脂）；D——低壓發(fā)泡成型（低）；2——原料組分?jǐn)?shù)（組）；10——料泵排量（mL/s）

3）結(jié)構(gòu)形式、特點(diǎn) 該機(jī)控制先進(jìn)可靠，采用日本三菱PLC控制、臺(tái)灣變頻調(diào)速器調(diào)速、長壽命共軛直齒內(nèi)嚙合料泵送料、數(shù)字比例預(yù)置控制比例、高速脈沖運(yùn)算計(jì)數(shù)精確計(jì)量。直觀、方便的操作界面，參數(shù)設(shè)置及修改均簡(jiǎn)便快捷。采用柔性提升結(jié)構(gòu)針閥，使用可靠，節(jié)省清洗劑。采用高剪切混煉頭，混煉速度可從1000r/min至6000r/min范圍任意變化。采用全不銹鋼料罐，配用冷水機(jī)可生產(chǎn)多種聚氨脂產(chǎn)品。

選型原則：根據(jù)原料組分和發(fā)泡類型（高壓或低壓）選型。

4）主要技術(shù)性能

|| || 性能參數(shù)表

發(fā)泡成型機(jī)分類發(fā)泡成型機(jī)分為立式成型機(jī)和臥式成型機(jī)兩種。

1）立式成型機(jī)。立式成型機(jī)分半自動(dòng)控制立式成型機(jī)和全自動(dòng)控制立式成型機(jī)。半自動(dòng)立式成型機(jī)又細(xì)分為兩類：①下模型板固定，上模型板上下開合，從上模側(cè)面實(shí)現(xiàn)多個(gè)料槍同時(shí)射料。②上模型板固定不動(dòng)，下模型板開合，完成合模和取泡沫模樣，從上模頂面實(shí)現(xiàn)多個(gè)料槍同時(shí)進(jìn)料。

2）臥式成型機(jī)。如圖所示的放在臥式成型機(jī)的箱體消失模模具，兩個(gè)氣室分開單獨(dú)安裝在氣室封板上，發(fā)泡時(shí)每個(gè)型腔可以單獨(dú)控制發(fā)泡工藝，得到最佳的發(fā)泡效果，模具采用氣缸自動(dòng)抽芯，減少脫模時(shí)間，防止脫模變形，成型機(jī)打開時(shí)，兩個(gè)泡沫塑料模樣同時(shí)脫模，又節(jié)省了整個(gè)產(chǎn)品的成型時(shí)間，此類結(jié)構(gòu)的模具設(shè)計(jì)集合了消失模模具設(shè)計(jì)的方方面面，代表先進(jìn)的消失模模具設(shè)計(jì)理念和思路，屬于目前消失模模具的巔峰之作。

以箱體為例介紹消失模模具中最具代表特色的自動(dòng)抽芯頂出的模具設(shè)計(jì)，主要步驟如下：

1）分析泡沫塑料模樣成型的可能性，外形尺寸大，零件壁厚12mm，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，批量大，適合消失模鑄造。

2）考慮到泡沫塑料模樣的粘結(jié)方便，模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，使用在臥式成型機(jī)上將泡沫塑料模樣分成六大片四小片粘結(jié)組合成型。

3）將分過片的泡沫塑料模樣單獨(dú)進(jìn)行模具設(shè)計(jì)，從右數(shù)最后一片的單獨(dú)模具設(shè)計(jì)為例，介紹模具設(shè)計(jì)過程：分型面設(shè)計(jì)；料槍設(shè)計(jì)；模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；冷卻管道設(shè)計(jì)。

4）將單獨(dú)設(shè)計(jì)好的模具組裝在一套氣室封板上。2

發(fā)泡成型機(jī)的工藝流程發(fā)泡成型機(jī)的加工過程可以綜合為：合?！盍稀蹬帕稀Ｗ宇A(yù)熱→加熱→預(yù)冷→冷卻→啟模→退出產(chǎn)品等多道工序的順序動(dòng)作。其中，合模、啟模等由行程開關(guān)來確定動(dòng)作是否完成；加熱是使已填入模中的原料發(fā)泡、膨脹、成型，因此要有一定的持續(xù)時(shí)間，退出產(chǎn)品可利用氣壓或液壓方法頂出模中的成品，各工序均可用時(shí)間來控制。所需時(shí)間可通過面板上的撥盤或開關(guān)由操作員根據(jù)工藝要求當(dāng)場(chǎng)設(shè)置或調(diào)整。

注射發(fā)泡成型機(jī)的主要零部件注射裝置注射發(fā)泡成型機(jī)的塑化注射裝置結(jié)構(gòu)類型很多，但是用螺桿進(jìn)行塑化卻是它們的共同點(diǎn)。不同類型的發(fā)泡注射成型機(jī)，其螺桿的職能和結(jié)構(gòu)也不相同，有的螺桿只有塑化的職能，其運(yùn)轉(zhuǎn)可以是連續(xù)的，也可以是間歇的；有的螺桿具有塑化和壓注雙重職能，螺桿運(yùn)轉(zhuǎn)只能是間歇性的；采用物理發(fā)泡劑和采用化學(xué)發(fā)泡劑對(duì)螺桿結(jié)構(gòu)的要求也是不相同的。采用化學(xué)發(fā)泡一般都是先將化學(xué)發(fā)泡劑與其他原材料組分混合好后才一齊加入塑化料筒進(jìn)行塑化，而采用物理發(fā)泡，常常是由機(jī)筒前端將發(fā)泡劑直接注入塑料熔體中。為此，螺桿不僅在注入段應(yīng)有特殊的結(jié)構(gòu)，而且應(yīng)設(shè)有混合元件使發(fā)泡劑與塑料熔體充分混合。

噴嘴注射發(fā)泡成型機(jī)的噴嘴應(yīng)能滿足以下特殊要求。噴嘴能控制啟閉并盡量減少流動(dòng)阻力。一般都采用單獨(dú)控制的閉鎖噴嘴，為了減少積存料，采用針狀閥閉鎖噴嘴比較合適，有的噴嘴還具有混合功能、總之噴嘴的結(jié)構(gòu)類型多種多樣，它對(duì)發(fā)泡制品的質(zhì)量有明顯的影響。

注射發(fā)泡時(shí)，延時(shí)開啟噴嘴對(duì)制品質(zhì)量性能有明顯影響。所謂延時(shí)開啟噴嘴是指注射噴嘴開啟時(shí)比注射壓力開始施加于塑料熔體的時(shí)間延后了。延后的量對(duì)發(fā)泡制品的影響如圖所示。圖中（1）所示為延時(shí)對(duì)發(fā)泡制品拉伸強(qiáng)度的影響。圖中橫座標(biāo)為注射前塑料熔體被壓縮時(shí)間即噴嘴延時(shí)開啟的時(shí)間，由圖中可見，延時(shí)長的制品性能比較穩(wěn)定，質(zhì)量比較均一，低限強(qiáng)度提高。圖中（2）所示為延時(shí)開啟噴嘴對(duì)皮層厚度均勻性的影響，橫座標(biāo)為制品在流程方向的尺寸。很明顯，延時(shí)可以改善皮層厚度的均勻性。圖中（3）所示為延時(shí)開啟噴嘴對(duì)皮層表面光滑度的影響，很明顯延時(shí)0.5s左右，改善效果明顯，再增加，進(jìn)一步提高的效果不大。

噴嘴的結(jié)構(gòu)類型很多，右圖所示為最一般的可控閉鎖型噴嘴，噴嘴內(nèi)的芯架上設(shè)有一根能作軸向移動(dòng)的芯桿，即頂針或稱針閥芯桿，用于啟閉噴嘴孔，芯桿的移動(dòng)由操縱桿控制，操縱桿由液壓系統(tǒng)或連桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)。不進(jìn)行注射時(shí)，芯桿前移，閉鎖噴嘴出口即噴嘴孔，使料筒中的塑料熔體即使處在較高的壓力下也不能外流。當(dāng)注射時(shí)，芯桿被操縱桿推向后移，噴嘴出口打開，使塑料熔體得以流出。操縱桿的動(dòng)作可以和注射柱塞的動(dòng)作聯(lián)動(dòng)，這樣控制比較可靠。

芯桿也有用彈簧控制的，稱彈簧式閉鎖噴嘴，由于物料流過時(shí)阻力大且不易控制，故較少采用。

多型腔或多澆口的模具，常采用多噴嘴機(jī)構(gòu)。為了防止噴嘴中所積的熔體發(fā)泡，每個(gè)噴嘴都應(yīng)設(shè)針閥，控制噴嘴口的開閉，為了簡(jiǎn)便可采用整體傳動(dòng)。使各芯桿一齊移動(dòng)、一齊開閉噴嘴口，也可以采用熱流道。

上圖所示為具有混合功能的注射噴嘴，主流道分兩段。錐形，小端直徑約6mm大端直徑約9mm，當(dāng)熔體高速從小流道口流人大流道口，截面積突增，熔體產(chǎn)生強(qiáng)烈膨脹過程，此處通過一些徑向縫隙將發(fā)泡劑注入，使它與膨脹的熔體產(chǎn)生強(qiáng)烈混合，形成許多小泡；噴嘴中的斜桿是控制進(jìn)料口和進(jìn)氣口的，使它們同步打開和關(guān)閉。

模具模具是塑料制品生產(chǎn)的成型定型設(shè)備，注射發(fā)泡成型機(jī)上用的模具與普通不注射發(fā)泡成型機(jī)上用的模具很相似，也是由動(dòng)模和定模兩大部分組成，內(nèi)包括有凹模、凸模、導(dǎo)向、脫模、澆道、排氣和加熱冷卻等零部件普通模具的設(shè)計(jì)原則也同樣適用于發(fā)泡用模具，但后一種模具的設(shè)計(jì)還必須滿足發(fā)泡成型工藝的特殊要求。例如，為了提高發(fā)泡制品的發(fā)泡倍數(shù)，密度分布的均勻性、制品表面質(zhì)量等等，必須提高熔體的充模速度和縮短流程，為此，對(duì)注射發(fā)泡成型模具的澆注系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、加熱冷卻系統(tǒng)以及模腔的形狀與尺寸都提出了更多的要求。

選用制造注射發(fā)泡成型用的模具材料時(shí)，必須根據(jù)模具的工作條件和要求，選擇適宜的材料。例如，對(duì)于低壓法注射發(fā)泡成型用的模具，由于成型定型時(shí)模腔壓力比較低，塑料熔體不用充滿模腔，因此注射壓力不會(huì)直接傳給模壁，模壁只承受塑料熔體發(fā)泡的膨脹力，這力與普通注射不發(fā)泡成型時(shí)模腔壓力相比，要低很多，普通注射成型時(shí)模腔壓力取30～60MPa，而低壓法注射發(fā)泡成型時(shí)模腔壓力只有2～7MPa。所以低壓法注射發(fā)泡成型用的模具可以采用強(qiáng)度和硬度都比較低的材料，降低了成本。高壓法注射發(fā)泡成型時(shí)，必須將塑料熔體注滿模腔。注射壓力將直接傳給模腔壁。但它與普通不發(fā)泡注射成型又不完全一樣，它的熔體不需要進(jìn)行壓實(shí)階段，而壓實(shí)階段模腔中的壓力最高，所以用高壓法注射發(fā)泡成型用的模具，其模腔壓力雖比低壓法高，但比普通不發(fā)泡注射成型低，一般取7～15MPa，有的可能再取高一些，主要取決于充模工藝，因此高壓法注射發(fā)泡成型用模具的材料應(yīng)選用有一定強(qiáng)度和硬度要求的材料。此外，發(fā)泡制品的批量數(shù)，制品材料的腐蝕性、制品外形的復(fù)雜性、尺寸的精度、表面光潔度等方面的要求，都是選擇材料的依據(jù)。由于泡沫塑料的導(dǎo)熱系數(shù)低，制品的壁厚又比較大，因此要縮短冷卻時(shí)間必須強(qiáng)化冷卻條件，為此應(yīng)選用熱導(dǎo)率大，比熱容小的材料作為模具材料，選擇材料時(shí)可參看普通注射模具的選材原則。3

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

李勇 - 副教授 - 西南大學(xué)