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热压成型工艺介绍及热压成型DFM设计指南

11月前浏览536

一提到热压成型（或吸塑），我们就会想到日常生活中常见的各种小型、薄壁塑料包装盒产品。

鲜为人知的是，很多大型的厚壁塑料零件也可以通过热压成型进行加工，例如医疗设备的外壳。对于小批量生产的大型厚壁零件，相对于注塑成型，热压成型从成本角度来说是一个更加合理的选择。

本文将介绍针对大型厚壁零件的热压成型工艺（又称为厚板吸塑）、及其相应的DFM设计指南。

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热压成型工艺

2.1 什么是热压成型

热压成型（thermoforming）是塑料加工业中简单、普遍之加工方法。

其原理是将预先裁好的片状或板状材料夹紧在成型机的框架上，让其在高弹态的适宜温度下加热软化，片材或板材一边受热、一边延伸，而后凭借施加的压力，使其紧贴模具型面，取得与型面相仿的形状，经冷却定型和裁剪修整后即得到塑料成品。

2.2 热压成型的分类

根据施压方式的不同，热压成型可分为真空成型、气压成型、机械压力成型和双片材热压成型等。

1. 真空成型

真空成型是在模具型腔与片材之间形成真空，真空压力（一般为14psi）使得片材或板材紧贴模具型面。

2. 气压成型

气压成型是在片材的背面施加气压（一般为50psi，最大可到100psi）。气压成型可以加工较厚的片材，同时可以在零件上成型精细的特征、纹理和倒扣等。

▲气压成型

3. 机械压力成型

机械压力成型是对片材直接施加机械力，一个与零件外观形状吻合的公模塞推动片材或板材，从而获得预定的形状。

▲机械压力成型

4. 双片材热压成型

与其它热压成型不同，双片材热压成型使用两片片材，从而可以生产一种双面中空的箱体零件，外部两侧都可以具备特征。

双片材热压成型扩展了热压成型的应用，在有些场合可以替代旋转成型和吹塑成型，以生产中空的箱体零件。

▲双片材热压成型

2.3 热压成型优缺点

热压成型的优点包括：

适用范围广。热压成型可生产的最小零件是药片的包装材料或手表用的电池，也可以生产非常大的零件，比如3～5m长的船体。成型材料的厚度从0.05～15mm，对于发泡材料，厚度可达到60mm。
设备成本低。由于采用低的压力，不需要复杂的模具结构和昂贵的模具材料，因此模具费用低，零件成本非常具有竞争优势，是大型零件样品和小批量生产时的理想工艺。
模具简单，交货周期短，从设计到成品的时间也就比较短。
由于模具费用低，交货周期短，这也使得零件的设计修改变得非常容易。
热压成型使用片状塑料，具有较高的质量和耐久性。
几乎所有的热塑性塑料皆可以热压成型。
可制造大型零件，可将原本由多个零件组成的产品简化成一个零件，节省材料成本和装配成本。
是钢和玻璃纤维的理想替代品。热压成型零件并不比钢和玻璃纤维强度低，同时重量轻、耐腐蚀、比玻璃纤维延展性更好。

热压成型的缺点包括：

热压成型要求零件壁厚应很难控制，不能按照要求加工壁厚相差悬殊的零件。
热压成型零件深度受到一定限制，一般情况下容器的深宽比为0.5~2，理想的深宽比小于1。
零件的精度较差，相对误差一般1%以上。采用热压成型法不仅很难保证不同零件间结构或尺寸的一致性，同一零件各部位壁厚的均匀性也很难保证，另外，真空成型过程中模具的某些细节并不能完全反映到零件中。
热压成型所用的材料是片材，这些片材是用粒料或粉料制得的半成品。因此，与注塑成型等其它塑料成型工艺相比，热压成型的原料会增加额外的成本。
热压成型后需要对片材进行切割，增加了工艺的复杂度，同时切割下的边角料并不能直接回收。
片状塑料在成型时可能由于过度拉伸而断裂。
不容易加工具有尖锐折弯和转角的零件。