第五章压缩成型工艺与模具设计

财富不应当是生命的目的，它只是生活的工具。——比才第五章压缩成型工艺及模具设计成型压缩原理一、压缩成型原理及特点压缩成型原理压缩成型特点原料放入模具加热加压使材料成型硬化取出塑件压缩成型过程将塑料加入高温的型腔和加料室，然后以一定的速度将模具闭合，塑料在热和压力的作用下熔融流动，并且很快地充满整个型腔，树脂和固化剂作用发生交联反应，生成不熔不溶的体型化合物，塑料因而固化，成为具有一定形状的制品，当制品完全定型并且具有最佳性能时，即开启模具取出制品.一、压缩成型原理：二、压缩成型特点用途：主要用于热固性塑料制品成型，也可用于流动性差的热塑性塑料成型（聚四氟乙烯、高透明的PS、PMMA制品、超高分子量聚乙烯等），以及橡胶制品成型等。热固性料成型：模具加热、效率低。原料：热固性料除树脂外，含大量填料、固化剂、固化促进剂、润滑剂、着色剂等，塑化前流动性差、填充难；原料形状：粉状、粒状、片状、团状、碎屑状、纤维状等；成型：模具敞开状态加料，边加热加压边合模，最终完全闭合，加压直接、填充密实。热塑性料成型：模具既加热又冷却，成型周期长、效率低；但制品内应力小，适合平整度高和光学性能好的大型制品。二、压缩成型特点二、压缩成型特点压缩成型优点：与注射相比，使用的设备和模具较为简单价廉；适用于流动性差的塑料，较易成型大中型制品；适宜成型热固性塑料制品，制品收缩率较小、变形小、各向性能较均匀。二、压缩成型特点压缩成型缺点：与注射相比，生产周期长，效率低，厚壁件生产周期更长；生产自动化程度低，粉尘多，环境条件差，劳动强度大；制品溢边多，去除难，影响高度方向尺寸精度；深孔和形状复杂制品难以成型；压模工作条件恶劣，磨损快、寿命低；成型零件需淬硬；细长成型杆和细小嵌件在压缩成型时极易变形，不宜采用压缩成型。二、压缩模具的结构与分类压缩模结构压缩模分类（一）压缩模结构压缩模组成：型腔、加料室、导向机构、侧向分型抽芯机构、脱模机构、加热系统等。加料室加热方式：电加热、蒸汽加热、煤气或天然气加热等。热塑性料成型：模具开设温度控制通道，在塑化和定型阶段，分别通入蒸汽加热和通入冷却水进行冷却。（二）、压缩模具分类分类：按模具在压机上固定方式分：移动式、半固定式和固定式；按上、下模闭合形式分：溢式、不溢式和半溢式；按分型面特征分：水平分型面和垂直分型面压缩模；按型腔数分：单腔式和多腔式压缩模。热固性塑料压缩模固定式半固定式移动式多型腔单型腔共用加料室单加料室不溢式半溢式溢式水平分型面复合分型面垂直分型面多分型面单分型面（按压模在压力机上的固定方式分类）1、移动式压缩模图5-4军衣扣压缩移动模1—定位销；2—上模；3—手柄；4—下模；5—嵌件；6—嵌件座；7—塑件（按压模在压力机上的固定方式分类）1、移动式压缩模图5-5半固定式压缩模具1—压板；2—凸模；3—导柱；4—型芯；5—手柄；6—导轨；7—凹模（按压模在压力机上的固定方式分类）2、半固定式压缩模（按压模在压力机上的固定方式分类）3、固定式压缩模4、溢式压缩模特点：无加料室，模腔高度约等于制品高度；凸、凹模无直接配合，多余料极易溢出；挤压面对溢料阻力小，制品密度低，力学性能差；不适用于高压缩率的材料成型，最好用粒料或预压锭料成型。（二）、压缩模具分类溢式压模缺点：凸模和凹模配合完全靠导柱定位，成型制品壁厚均匀性差；因合模时各型腔溢料量不均匀，成型件的精度和质量不均匀；加料量应超出制品重量的5%以内，原料有一定浪费；有时可不设脱模机构，而由手工取出或用压缩空气吹出制品。（二）、压缩模具分类优点：无加料室，便于嵌件的安放；结构简单，价廉耐用；特别适合成型扁平小型薄壁制品（如钮扣、装饰品及各种小零件）。不溢式压模缺点：加料室为型腔上部断面的延伸，无挤压面，溢料量很少；型芯与型腔配合间隙单边约0.025~0.075mm，配合高度不宜过大，也可将型腔侧壁制成带15′~20′的斜度，方便开模。优点：制品成型压力大、密实度高，性能好；适于压制形状复杂、壁薄、流程较长或深形制品，也可用于流动性差、比压高、比容大的塑料；特别适合压制有棉布、玻璃布、长纤维填充的制品；飞边与分型面垂直分布，便于去除。5、不溢式压缩模不溢式压模特点：因溢料量很少，加料精度直接影响制品高度尺寸，要求准确计量；型芯与型腔侧壁摩擦严重，制品脱模易刮擦，改进结构见图所示；不溢式压模必须设脱模机构。5、不溢式压缩模半溢式压模特点：型腔上方设有断面尺寸较大的加料室（可简化断面形状），加料室底部有环形挤压面（约4~5mm），型芯与加料室间隙配合；余料可通过配合间隙和溢料槽溢出，制品密度较溢式压模的好；操作方便，原料计量简单，制品尺寸由型腔决定；制品脱模容易，不易与侧壁刮擦；不适宜成型以布片或长纤维作填料的塑料；挤压面每次应清理干净，以免变形和破坏。6、半溢式压缩模半溢式压模改进：将加料腔制成可移动式，方便挤压面和模具型腔的清理。6、半溢式压缩模多型腔压模：如图，可为溢式或半溢式结构，图a）、b）需对每个型腔单独加料，个别型腔损坏不影响模具工作。7、多型腔压缩模为方便多腔模加料，可采用右图所示的加料器快速加料。多腔共用加料室有利于缩小模具尺寸，方便加料，但边角的型腔易缺料。7、多型腔压缩模压缩模类型选用原则流动性差的塑料，塑件形状复杂水平分型面模具结构简单，操作方便，优先选用。塑件批量大——固定式模具批量中等——固定式或半固定式模具小批量或试生产——移动式模具——不溢式模具塑件高度尺寸要求高，带有小型嵌件——半溢式模具形状简单，大而扁平的盘形塑件——溢式压缩模三、压缩成型工艺及参数压缩成型工艺压缩成型工艺参数（一）压缩成型工艺压缩前的准备压缩成型过程后期处理加料压缩模闭合排气交联固化压缩模开启制品脱模生产前的准备工作加热模具模具保温清模压缩模加压压力机卸压压力机加压保压压力模卸压图5-2压缩成型工艺过程预热和干燥（讲述其定义与作用）预压（讲述其定义与作用）1、压缩前的准备模具的调整；安放嵌件；加料；合模；排气；固化脱模2、压缩成型过程注：对于带有嵌件的或带有侧向型芯的制品脱模，必须先用工具拧脱，然后才能取出制品。表5-1常用热固性塑件的退火处理规范塑料种类退火温度/℃保温时间/h塑料种类退火温度/℃保温时间/h酚醛塑料制件80～1304～24氨基塑料制件70～8010～12酚醛纤维塑料制件130～1604～243、后期处理•塑件的处理•模具的清理（二）、压缩成型工艺参数压缩成型时的压力压缩成型温度压缩成型时间1、成型压力表5-2部分塑料的模具温度与压缩成型压力塑料类型压缩成形温度／℃压缩成形压力／MPa酚醛塑料(PP)146～1807～24三聚氰胺甲醛塑料(MF)140～18014～56脲—甲醛塑料(UF)135～15514～56聚酯塑料(UP)85～1500．35～3．5邻苯二甲酸二丙烯酯塑料(PDPO)120～1603．5～14环氧树脂塑料(EP)145～2000．7～14有机硅塑料(DSMC)150～190～0．7～562、成型温度3、压缩时间表5-3酚醛塑料和氨基塑料的压缩成形工艺参数。工艺参数酚醛塑料氨基塑料一般工业用①高电绝缘用②耐高频电绝缘用③压缩成形温度／℃150～165150～170180～190140～155压缩成形压力／MPa25～3525～353025～35压缩时间／(min／mm)0．8～0．21．5～2．52．50．7～1．0①系以苯酚—甲醛线型树脂和粉末为基础的压缩粉；②系以甲酚—甲醛可溶性树脂的粉末为基础的压缩粉；③系以苯酚—苯胺—甲醛树脂和无机矿物为基础的压缩粉谢谢四、压缩模与压力机的关系压机及常用压机的技术规范压模与压机相关技术参数的校核压机：结构有框架式和柱式结构；以油压机为主，还有少量的水压机、螺旋压力机等。上下工作台面加装电加热板1、压机及常用压机的技术规范塑料压缩成型常用压机：规格从350~1000kN，最常用的是450kN和1000kN两种。1、压机及常用压机的技术规范常用压机台板结构尺寸顶出杆端部为T形槽结构顶出杆端部为螺纹结构1、压机及常用压机的技术规范常用压机台板结构尺寸顶出杆端部为螺纹结构1、压机及常用压机的技术规范常用压机台板结构尺寸顶出杆端部为螺纹结构1、压机及常用压机的技术规范常用压机台板结构尺寸顶出杆端部为螺纹结构三根顶出杆1、压机及常用压机的技术规范（1）、压机最大总压力校核它与材料种类、塑件尺寸、型腔数等有关。机机模FFkF)90.0~75.0(式中k——安全系数，取0.75~0.90,视压机新旧程度而定；F机——压机最大总压力，kN；F模——压模所需成型压力，kN。0FpAn模式中p0——单位成型压力，其值可查表5-4，MPa;A——每个型腔水平投影面积，半溢式为加料室水平投影面积，mm2；n——型腔数目。2、压模与压机相关技术参数的校核2、压模与压机相关技术参数的校核2、压模与压机相关技术参数的校核已知压模结构和塑件成型压力，选择压机时0pAnFk机0kFnpA机当压机已定，确定压模型腔数时，按下式计算并取整当压机总压力超过压模所需压力较多时，应调小压机的工作油压，按下式计算活表机ApF1.0式中p表——压力表读数（油压），MPa；A活——压机活塞面积，cm2。（2）、压机固定板有关尺寸校核模具最大尺寸应小于压机立柱或框架之间的距离；同时还应保证模具能装夹在工作台上。模具安装方式：螺钉直接固定或用压板固定。（3）、压模高度和开模行程的校核minHh式中h——压模闭合高度，mm；Hmin——压机上下模板之间的最小开距，mm。LhHmax式中L——压模所要求的最小开模距离，mm；Hmax——压机上下模板之间的最大开距，mm。对于固定式压模（3）、压模高度和开模行程的校核如图所示模具，所需最小开模距为)20~10(cahhL式中ha——塑件高度，mm；hc——凸模高度，mm。即)20~10(maxcahhhH或)20~10(maxaduhhhH式中hu——上模部分全高，mm；hd——下模部分全高，mm。（3）、压模高度和开模行程的校核注意点（4）、压机推出机构的校核压机推出机构：有手动推出机构、推出托架和液压推出三种形式。压模的推出机构应与压机相适应，应能与压机顶出杆相连接；压模所需的推出行程和推出力也要与压机相适应。（5）、开模力的校核螺钉数量n螺＝F开/F螺其中：n螺——螺钉数量F螺——每个螺钉所承受的负荷N，见表开模力计算F开=k1F模其中：F开——开模力NF模——模压所需的成型总压力Nk1——压力损耗系数0.1～0.2（6）、脱模力的校核校核F脱＜F顶F顶——压力机顶出杆的最大顶出力N脱模力计算F脱=A件p结其中：F脱——脱模力NA件——塑件侧面积之和m2p结——塑件与金属的结合力MPa五、压缩模成型零部件设计型腔总体设计压模型腔配合结构和尺寸成型零件设计加料室的设计及其计算(一)、型腔总体设计包括塑件在模内加压方向选择、型芯型腔配合结构选择和分型面位置选择等1、塑件在模具内加压方向的选择加压方向即型芯对塑料原料施加压力的方向，选择时应考虑以下因素：（1）便于加料原则图a）加料室直径大而浅，可方便加料；图b）相反，不便加料。（2）使型腔各处压力均匀原则图a）沿轴线加压，当圆筒较长时，压力传递距离太长，造成中下部压力不足，影响制品密度均匀；图b）横向施压，压力较均匀，但外表面有分型痕迹。(一)、型腔总体设计（3）便于安装和固定嵌件原则图a）嵌件安于上模，不方便；图b）嵌件在下模，操作方便，还可利用其顶出塑件。(一)、型腔总体设计（4）保证型芯强度原则图a）施压时上模型芯受力大，越简单越好；图b）对上模型芯受力不利。（5）机动侧抽芯以短为好原则利用开模动作抽芯时，宜把长型芯放在开模方向；模外手动抽芯则关系不