第四章 压缩成型工艺与模具结构

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,Page,*,点击此处结束放映,第4章,压缩成型工艺与模具结构,压缩成型原理和工艺过程,4.,1,压缩成型模具概述,4.,2,压缩模成型零部件的结构,4.,3,4.,1,压缩成型原理和工艺过程,压缩成型也称为压塑成型，一般用于生产热固性塑件，这些塑件用于机械零部件、电器绝缘件和日常生活用品。对于热塑性塑料，由于压缩成型的生产周期长，效率低，同时模具易损坏，所以生产中很少采用，仅在塑料制件较大时才采用。,压缩成型原理如图41所示。将粉状、粒状、片状、团状碎屑状、纤维状的热固性塑料原料放入敞开的模具加料室中，然后合模加热使塑料熔化，在合模压力作用下，熔融塑料充满模腔，同时模腔中的塑料产生化学交联反应，最终经过固化成为具有一定形状的塑件。,4.1.1,压缩成型原理和特点,1压缩成型原理,2压缩成型的特点,（1）压缩模没有浇注系统，使用的设备和模具比较简单低廉。,（2）适用于流动性差的塑料，比较容易成型大型塑料制件。,（3）压缩成型的塑件收缩率小，变形小，各向性能比较均匀。,（4）生产周期长，生产率低，劳动强度大，不宜实现自动化。,（5）塑件经常带有溢料飞边，尺寸精度难以控制。,（1）预热,目的是除去其中的水份及其他挥发物，同时提高料温，提高塑件内部固化的均匀性，便于缩短压缩成型周期。,（2）预压,为了成型操作时的方便和提高塑件的质量，在室温下将热固性塑料原料用预压模在预压机上压成质量一定、形状相似的型坯。,4.1.2,压缩成型工艺过程,1压缩成型的准备工作,2压缩成型工艺过程,热固性塑料的压缩成型工艺过程可以分为六个阶段。,（1）嵌件的安放,（2）加料,（3）合模,（4）排气,（5）固化,（6）脱模,压缩成型压力是指压缩时液压机通过凸模对塑料熔体充满型腔和固化时在分型面单位投影面积上施加的压力。压缩成型压力可以采用以下公式计算：,p P,b,D,2,/ 4A,压缩成型压力的大小与塑料种类、塑件形状、塑件结构及模具温度有关。常见的热固性塑料的压缩成型压力见表41。,4.1.3,压缩成型工艺参数,1压缩成型压力,2压缩成型温度,压缩成型温度是指压缩成型时所需要的模具温度。它是使热固性塑料流动、充模并最后固化成型的主要影响因素，决定了成型过程中聚合物交联反应的速度，从而影响塑件的最终性能。,在一定范围内提高模具温度，有利于降低成型压力。因为模具温度越高，传热就越快，此时塑料的流动性好，从而减小了成型压力。但是模具温度过高，会加快固化速度，使塑料的流动性降低，着色剂分解变质，从而造成充模不满以及塑件表面颜色黯淡。,3压缩时间,压缩时间是指模具从闭合到模具开启的一段时间，即塑料从充满型腔到固化成型为塑件，在模腔内停留的时间。,压缩时间与塑件种类、塑件形状、压缩成型压力和温度以及操作步骤等因素有关。塑料的流动性差，固化速度慢，水分和挥发物含量多，塑料未经预热或预压，则压缩时间要长一些。塑件厚度大，压缩时间也要长一些，否则会造成塑件内部固化不足。,4.2 压缩成型模具概述,压缩,成型模具简称为压缩膜，其典型结构如图42所示。压缩模可以分为两大部分：固定在压力机模板上的上模和固定在压力机工作台上的下模，两大部分依靠导柱6导向开合。上下模闭合使装于加料室和型腔中的塑料受热受压，成为熔融状态并充满整个型腔。当塑件固化成型后开模，上模部分上移，上凸模3脱离下模一段距离，手工将侧型芯20抽出，推杆11将塑件推出模外。,成型零件是直接成型塑件的零件。在图,5,2,中成型零件有上凸模,3,、下凸模,8,、凹模,4,、侧型芯,20,、型芯,7,组成。上凸模,3,、下凸模,8,、凹模,4,构成模具型腔，是直接成型塑件的部位。,4.2.1,压缩成型模具的结构组成,1成型零件,2加料室,加料室是指凹模,4,的上半部，在图,4,2,中为凹模截面尺寸的扩大部分。由于塑料原料与塑件相比具有较小的密度，塑件成型前单靠型腔无法容纳全部原料，因此，在型腔之上设有一段加料室。,3导向机构,在图,4,2,中，导向机构由布置在模具上模周边的四根导柱,6,和下模的导套,9,组成。导向机构的作用是保证上、下合模的对中性。为了保证推出机构上下运动平稳，该模具在下模座板,16,上还设有两根推板导柱,14,，在推板,17,、推杆固定板,19,上装有推板导套,15,。,4侧向分抽型芯机构,与注射成型模具一样，当压缩成型带有侧孔和侧凹的塑件时，模具必须设有侧向分型抽型芯机构，塑件才能脱出。图,4,2,所示的塑件带有侧孔，在顶出前先用手转动丝杆抽出侧型芯,20,。,5脱模机构,压缩模中一般都要设置脱模机构（推出机构），它的作用是将塑件脱出模腔。压缩模的脱模机构与注射模具相似。在图42中，脱模机构由推杆11、推杆固定板19、推板17、压力机顶杆18等零件组成。,6,加热系统,热固性塑料压缩成型需要在较高温度下进行，因此模具必须加热。常见的加热方式有：电加热、蒸汽加热、煤气或天然气加热，但电加热最为普遍。图42中，在加热板5、10中设计有加热孔，加热孔中插入电热棒，分别对上凸模、下凸模和凹模进行加热。,（1）移动式压缩膜,移动式压缩膜如图43所示。模具不固定在压力机上，塑件成型后将模具移出压力机，用专门卸模工具开模取出塑件。,（2）半固定式压缩膜,半固定式压缩膜如图44所示。一般将上模固定在压力机上，下模可沿导轨移动，用定位块定位；也可根据需要采用下模固定的形式。,4.2.2,压缩成型模具的分类,1按模具在压力机上的固定方式分类,（3）固定式压缩膜,固定式压缩膜如图42所示。上下模分别固定在压力机所上下工作台上。开模、闭模、推出等动作都在机内完成，因此生产效率高、操作简单、劳动强度小、开模振动小、模具寿命长，但是模具结构复杂、成本高，且安装嵌件不方便。它适用于成型批量较大或尺寸较大的塑件。,2按上、下模配合结构特征分类,（1）溢式压缩膜,溢式压缩膜如图45所示。这种模具无单独的加料室，型腔本身作为加料室，型腔高度,h,等于塑件高度。溢式压缩膜的凸模和凹模的配合完全靠导柱定位，没有其他的配合面，所以塑件的径向壁厚尺寸精度不高。,溢式压缩膜结构简单，造价低廉、耐用，塑件容易取出，安装嵌件方便，特别是扁平塑件可以不设推出机构。,（2）不溢式压缩膜,不溢式压缩膜如图46所示。这种模具的加料室为型腔上部截面的延续，无挤压面，理论上压力机所施加的压力将全部作用在制件上，塑料的溢出量很少。由于不溢式压缩膜的溢料量很少，加料量将直接影响制件的高度尺寸，所以每模加料都必须准确称量。不溢式压缩膜必须设推出装置，否则制件很难取出。,不溢式压缩膜适用于成型体积大、流动性差的塑料。,（3）半溢式压缩膜,半溢式压缩膜如图47所示。这种模具在型腔上方设有截面尺寸大于塑件尺寸的加料室，加料室和型腔的分界处有一环形挤压面，,。,凸模与加料室之间是间隙配合，凸模在四周开有溢料槽，凸模下压到与挤压面接触时为止。,这种模具兼有溢式压缩膜和不溢式压缩膜的优点，塑件径向壁厚尺寸和高度尺寸的精度均较高，塑件密度较高，模具寿命长，塑件脱模容易，在生产中被广泛采用。,液压机的种类很多，按机架结构可以分为框架式液压机和立柱式液压机，框架式一般用于中、小型液压机，立柱式一般用于大、中型液压机。按施压油缸所在位置可以分为上压式液压机和下压式液压机，压制一般的塑料制件常采用上压式液压机，压制大型塑料层压板可采用下压式液压机；按操作方式可以分为手动、半自动、全自动液压机。按工作液体的种类可以分为以液压油驱动的油压机和油水乳化液驱动的水压机。,4.2.3,压缩成型设备,1按模具液压机的种类和结构,2压缩模与液压机的关系,压缩模的结构一定要适应压力机的结构和性能。选择压缩成型的液压机时，必须熟悉液压机的主要技术参数，如液压机的成型总压力、开模力、推出力、合模高度和开模行程等技术参数都必须与压缩模相适应，否则将出现压缩模在液压机上无法安装、塑件不能顺利成型或成型后无法取出等问题。因此，确定模具结构时，应首先对压力机做以下几方面的校核计算。,（1）成型压力校核,成型压力是指塑料压缩成型时所需的压力，它与塑件几何形状、水平投影面积、成型工艺等因素有关。成型压力必须满足下式：,FMK FP,用模具压缩成型塑件时所需要的成型总压力：,FMn A p,（2）开模力和脱模力的校核,开模力可以按下式计算：,Fk,k FM,脱模力可以按下式计算：,FtAc Pf,（3）合模高度与开模行程的校核,为了使模具正常工作,必须使模具闭合高度和开模行程与压力机上下工作台之间的最大和最小开距以及活动压板的工作行程相适应，即：,hmin,h,hmax,（4）,压力机顶出机构的校核,固定式压缩模塑件的推出，一般由压力机顶出机构驱动模具推出机构来完成。因此模具的推出机构应与压力机顶出机构相适应，即推出塑件所需要的行程小于压力机最大顶出行程，同时压力机的顶出行程必须保证塑件能被推出型腔，并高出型腔表面10,mm,以上，以便取出塑件，如图410所示。,l,h,1,h,s,（,10,15,）,L,（5）压力机工作台有关尺寸的校核,压缩模具的宽度应小于压力机立柱或框架之间的距离，以使模具能顺利地通过。压缩模具的最大外形尺寸不宜超过压力机工作台面尺寸，否则无法安装固定模具。,压力机的滑块底面和工作台面上常开设有相互平行或对角线交叉的,T,形槽，压缩模的上下模座可以直接用,T,形槽中的螺栓紧固联接。也可以用,T,形槽中的螺栓和压板压紧固定，,4.3 压缩模成型零部件的结构,压缩,成型零部件主要包括：凸模与凹模配合的结构形式 、凹模加料室的结构、导向机构、脱模机构、侧向分型抽芯机构。,（1）应有利于压力的传递；,（2）应便于加料；,（3）应便于安装和固定嵌件；,（4）应保证凸模强度；,（5）应使长型芯位于加压方向；,（6）应保证重要尺寸精度；,（7）应便于塑料的流动。,4.3.1,塑件形状与模具结构的关系,1塑件在模具内加压方向的确定,2分型面的选择,（1）应便于塑件脱模,无论是上压式压力机还是下压式压力机，模具主要推出机构均位于压力机下方，分型面的位置应尽量使塑件落在下模。,（2）当塑件高度尺寸精度要求较高时，宜采用半溢式压缩模。在分型面处形成横向飞边，则容易保证高度尺寸精度。,（3）当塑件径向尺寸精度要求较高时，应考虑飞边厚度对塑件精度的影响。,溢式压缩模凸、凹模没有配合段，在分型面水平接触。为了减少溢料量，接触面要光滑平整；为了减少飞边的厚度，接触面不宜太大，通常将接触面设计成一个环形面，宽度为35,mm，,过剩的塑料可以从环形面溢出，所以该面也称为溢料面或挤压面。,在环形面之外再增加承压面或在型腔周围距边缘35,mm,处开设溢料槽，槽以外为承压面，槽以内为溢料面。,4.3.2,凸模与凹模配合的结构形式,1溢式压缩模凸、凹模配合的结构形式,2不溢式压缩膜凸、凹模配合的结构形式,不溢式压缩膜常用的配合结构如图416所示。其加料室截面尺寸与型腔截面尺寸相同，二者之间不存挤压面，所以配合间隙不宜过小，否则压制时型腔内气体无法通畅地排除，不仅影响塑件质量，而且由于压缩膜是在高温下使用，配合间隙小，凸、凹模极易咬死、擦伤。反之，配合间隙也不宜过大，否则会造成严重的溢料，不但影响塑件的质量，还会由于溢料粘接而使开模困难。,3半溢式压缩膜凸、凹模配合的结构形式,半溢式压缩膜凸、凹模配合的结构形式如图418所示。半溢式压缩膜的最大特点是带有水平的挤压面。挤压面的宽度不宜太小，否则，压制时所承受的单位压力太大，会造成凹模边缘向内倾斜而形成倒锥，不仅会影响塑件的尺寸精度，也会阻碍塑件顺利脱模。为了使压力机的余压不至于全部由挤压面承受，凹模上端面必须设计有承压块。,V,料,m V,塑料体积的计算也可胺塑料原料在成型时的体积压缩比来计算：,V,料,VK,4.3.3,凹模加料室的结构尺寸,1塑料体积的计算,2加料室的高度尺寸,（1）不溢式压缩膜加料室的高度尺寸,如图420（,a）,所示为一般塑件，其加料室高度尺寸,H,按照下式计算：,H,（V,料,V,1,）,/A（,0.5,1.0,）,（2）,半溢式压缩膜加料室的高度尺寸,如图420（,c）,所示为塑件在加料室下边成型，其加料室高度尺寸为：,H（V,料,V,0,）,/A （0.51.0）,（3）,多型腔压缩膜加料室高度计算,如图420（,f）,所示，其加料室的高度尺寸为：,H （V,料,nV,d,）,/A （0.51.0）,压缩膜导向机构最常用的零件是在上模设导柱，在下模设导柱孔。导柱孔一般分为带导套和不带导套的两类。对于移动式压缩膜，一般不需要导套，导柱直接与模板中的导柱孔配合；对于固定式压缩膜，精度要求高，需要设计导套，并使导柱在模具中的固定孔与导套固定孔一样大小，为了保证同轴度，两孔可以同时加工。,4.3.4,导向机构,与注射模相比，压缩膜导向机构具有如下特点：,1、除溢式压缩膜的导向单靠导柱完成以外，半溢式和不溢式压缩膜的凸模与加料室的配合段也能起到导向和定位作用，一般加料室上段设计有10,mm,的锥形部分，称为导向环，因此对中性更好。,2、压制中央带大孔的壳体塑件时，为了提高塑件质量，可以在孔中央安置导柱，导柱四周留出挤压边的宽度（大约25,mm）。,3、,由于压缩膜在高温下操作，因此一般不采用带加油槽的加油导柱。,（1）推杆推出机构,推杆推出机构如图422所示。推杆推出机构是压制热固性塑件最常用的推出机构。,（2）推管推出机构,推管推出机构如图423所示。主要用于推出圆筒形塑件,（3）推件板推出机构,推件板推出机构如图424所示。主要用于推出脱模时容易变形的薄壁塑件和管型、壳体塑件。,4.3.5,脱模机构,1固定式压缩膜的脱模机构,2移动式压缩膜的脱模机构,最简单的移动式压缩膜可以用撞击的方法脱模。但是，该方法的工作条件差，劳动强度大，而且频繁的撞击会使模具变形和磨损，所以这种脱模方法在生产中应用的越来越少。,移动式压缩膜普遍应用的脱模方式是采用卸模架，利用压力机的压力推出塑件，虽然生产率低，但是开模平稳，模具使用寿命长，并可以减轻劳动强度。对于开模力不大的模具，一般是用下卸模架，如图425所示；对于开模力较大的模具，要用上下卸模架，如图426所示。,卸模架的结构形式有以下几种：,（1）单分型面压缩膜的卸模架,采用上下卸模架脱模时，结构如图427所示。,（2）双分型面压缩膜的卸模架,采用上下卸模架脱模时，结构如图428所示。,（3）瓣合式凹模的卸模架,采用上下卸模架脱模时，结构如图429所示。,（1）斜滑块分型抽芯机构,当抽芯距离不大时，应采用斜滑块分型抽芯机构，因为这种机构比较坚固，抽芯和分型两个动作可以同时进行，需要多面抽芯时，模具可以做的简单紧凑，但因为受到闭模高度和分模距离的限制，斜滑块之间的开距不能做的太大。,（2）斜导柱、弯销抽芯机构,斜导柱和弯销抽芯机构工作原理相似，如图431所示为弯销抽芯机构。,4.3.6,侧向分型抽芯机构,1机动侧向分型抽芯机构,2手动模外分型抽芯机构,目前，压缩膜还大量使手动模外分型抽芯，这种分型抽芯方式的优点是模具结构简单、可靠；缺点是劳动强度大，效率低。如图432所示为手动模外分型抽芯的压缩膜。,该压缩膜所压制的塑件内外均有螺纹。开模时，首先用扳手旋出上型芯，凹模连同塑件及下型芯由模外卸模架推出，再松开下型芯8，取出塑件。,