粉末成形模具(1)

粉末成形模具工艺概述用塑料粉末作为原料的成形工艺，有的以工艺发者命名的Engel工艺、工艺和工艺，此外还有回转成形、流动浸渍成形、喷镀成形和静电涂覆等工艺。粉末成形的主要原材料是聚乙烯，其次还有聚苯乙烯、ABS、聚碳酸酯、聚胺和氟树脂粉末等。以下介绍各种工艺方法。Engel工艺这种工艺首先是将粉末材料充填入用传热性能良好钢板制成的模具中，然後将它放入加热炉中从外部对模具进行加热。当与模具相接触部分的粉末材料按照规定的厚度熔融後，将模具从加热炉中取出。倒出未熔融的剩余料，并加以回收。然後对模具再进行加热。当塑件内表面形成光滑面後，进行冷却。最後将塑件从模具中取出。对取出塑件後的模具进行清洗及涂敷脱模剂之後，即可投入下一循环节成形。倒出的剩余料经过处理，即可放入料斗再成形。图1所示是Engel工艺的流程。图1这种粉末成形生产流水线的设备价格虽然并不昂贵，但作业过程烦琐，不适合於大批量生产。通常适用於成形小批量的大型塑件。工艺和工艺工艺是将粉末材料放在粉末可在其中漂浮的粉末流动槽中。将经预热的模具放入粉末流动槽中，塑料粉末即熔融，并附在模具的外表面。当附在模具表面的熔融材料达到一定厚度时，即把模具从槽中取出。对模具再加热，当塑件表面形成光滑面後冷却、脱模。这种工艺与Engel工艺一样，适用於成形大型塑件。至於工艺，与Engel工艺的原理相同。其不同点只是将模具稍稍倾斜，一边回转一边进行加热。这也是回转成形方法之一。适用於成形筒状塑件。回转成形工艺在由拼合或带盖容器形成的封闭式中空模具中，放入所需量的粉末材料。然後在对模具从外部加热的同时，进行公转和自转的2轴回转。这时模具内的粉末材料熔融，并均匀地附在模具的内表面上。当附粉末材料达到规定的厚度时，从模具外进行冷却，并进行脱模取出塑件。上面提到的工艺只是进行单轴旋转。而回转成形工艺是用多轴回转，即模具朝各个方向回转。图2所示是4轴回转成形装置。图2回转成形通常用煤气加热，有直火式、热风或和热媒体循环式等各种加热方式。冷却方式大多数采用喷水式冷却。流动浸渍工艺这种工艺是在容器中水平放置多孔质板，从板的下方送入压缩空气。将粉体材料放置在容器中的多孔质板上，在由下方送入的压缩空气的作用下，粉体材料在容器中处於漂浮状态。虽然将预热到粉末材料软化点以上温度的物体放在容器中，粉末材料即附此物体的表面，在物体表面形成一层涂膜。这种工艺主要用於在金属件表面涂敷防腐蚀和绝缘层。喷镀工艺这种工艺是将由火焰熔融的塑料粉末喷在附物上。主要工具在头部装有火焰装置的喷轮，附物通常是金属。在喷镀塑料粉末时，需对金属加热。这种工艺适用於对大型金属罐表面进行涂敷。静电粉末涂敷工艺这种工艺与粉末喷镀工艺相类似。只是在喷板的出口处使粉末材料带负电，并将这些材料喷向接地的被涂敷物。喷出的粉末材料在静电的作用下就均匀地附在被涂敷物的表面。在静电涂敷中未附的材料可以回收再用，所以不会浪费材料。这种工艺具有均匀附的特点。然後将被涂敷放在加热炉内，使粉末熔融，即可获得均匀的涂膜。粉末成形工艺的特点粉末成形工艺的过程较简单，它具有以下的特点。与其他成形方法相比，模具费用较低。由於粉末成形一般不施加压力，模具也较简单，模具材料通常为钢板和铝铸件，所以不仅模具的制造周期短，且成本也较低。粉末成形塑件无注塑件那样因材料流动的取向性而出现变形。塑件设计的自由度较大。塑件壁厚可在一定范围内进行调节。可用不同种类塑料一次进行多层成形或不同颜色塑料的多层成形。可成形双层结构的塑件。用於生产多品种小批量塑件或大型塑件时经济效益较好。与其他成形方法相比，成形周期较长。不适合於成形精度要求高的塑件。粉末成形塑件的设计在设计粉末成形塑件时应注意以下各点。1、粉末成形塑件的尺寸和公差通常为±5%。由於粉末成形不属於加压成形，在模具中冷却时的固化程度由收缩状况左右。难以实施冷却速度的严格控制，厚壁部分的冷却速度可能发生变化。因而粉末成形工艺不适合成形尺寸要求严格和精度要求高的塑件。塑件表面也难以复映精密的微细形状。2、粉末成形工艺是熔融塑料在被加热和回转的模具中流动，并附在模具上。但由於这种流动力很小，所以很难使塑件内表面形成美观的光滑平面。为了获得平滑内表面的成形件，必须将塑件设计成双重壁结构的塑件，使塑件内表面也与模具面接触。3、这种工艺可以首先放入一种粉末塑料成形，然後再放入其他粉末塑料成形。因而可很方便地按照塑件的使用要求成形多层结构的塑件。4、粉末成形时，可由充填入模具的粉末塑料量调节塑件的平均壁厚。5、一般粉末成形的收缩率较大，可实施带嵌件成形。6、在塑件的角部及边缘处应避免锐角，以防因应力集中而破损。通常选用的圆角半径以10mm为宜。使用加强筋可增加塑件形状的稳定性，多少还可以提高尺寸精度。此工艺可成形带筋或槽形的塑件。设计加强筋的方法如图3所示。7、增强面的面积在400X400mm左右时，加强筋的宽度为壁厚的4倍。增加面的面积在600X600mm左右时，加强筋的宽度为壁厚的10倍。8、在设计大型塑件时，如图4所示，最好在两端设计成弧形。这是因为粉末成形的收缩率较大，易发生变形。模具设计在设计粉末成形模具时应注意以下各点。1.由於回转成形时粉末塑料以粉末的状态在模具内自由流动，所以在设计回转成形模具时应使粉末塑料能在模具内表面自由流动。这样可以保证塑件的壁厚均匀。2.同样，在设计回转成形模具时应使模具表面加热均匀，或是被加热模具表面对粉末塑料的传热速度相等。这也是保证塑件壁厚均匀的一个重要条件。3.通常，大型粉末成形模具用钢板制成，外部用角钢或槽钢增强。这时为了粉末成形模具能承受加热和冷却的急速热变化，所以在焊接和模具对合部位等的加工需十分注意。同时也要考虑模具在加热和回转条件下的变形。4.对於成形小型复杂形状塑件的模具或表面带有凹凸形状塑件的模具，通常用铝合金铸件制造。对铝合金铸造模具要求无铸造气孔，表面需进行精加工。5.为在加热和冷却时模具内保持同样的压力，或有时为了防止塑件内表面被氧化而在模具内充入惰性气体，因而在模具上需设计通气孔。通气孔一般开设在粉末塑件的开口部位或成形後修整部位，如图5所示。6.前面提到，由於粉末成形是非加压成形，因种种因素其收缩率较大。在设计模具前，最好用试验片对所使用的粉末塑料的成形收缩率进行测定。但需注意，在设置加强筋以後，由於受到限制，成形收缩会变小。7.使用拼合模或对合模时应将其连接部分的锁紧件或装置设计成能快速脱扣和锁紧的形式。其他部分配件的热容量不能太大。8.加强筋不能设计得过浅或又深又窄，这样都不利於成形。如图6中的加强筋实例。其中(a)为正确的设计。(b)的加强筋过窄，可能出现筋壁的搭接现象。(c)的加强筋太浅。(d)的加强筋太深，粉末塑料难以到达底边。9.在进行嵌件成形时，必须在嵌件四周均被塑料围住。从所有壁面到嵌件部位的距离必须是壁厚的4倍以上，否则可能出搭接现象。一般的嵌件都是金属嵌件，也有使用软化点温度高於成形温度的塑料嵌件。图7图7所示是带嵌件模具的设计实例。也有在成形件上预先成形空隙，在二次加工时再装入嵌件。10.在设计成形部分薄壁粉末塑件模具和带有开口部位粉末塑件模具时应认真探讨。如在薄壁开口部位需敷贴置由石棉等制成的隔热垫，以阻止模具温度在该部位上升。在该部位的模具内表面敷贴氟树脂等，使该部位不附熔融粉末塑料。并通过对模具形状和回转成形回转方法的配合，使特定部分的壁厚增厚，如图8所示。11.对有凹槽的粉末塑件，则在设计模具时应将凹槽设计在便於脱模的方向。这样既能保证脱模，又不会增加模具的成本。图9所示，其中(A)是用薄钢板焊接的廉价模具结构；(b)是为了脱出凹槽，模具沿轴设置接合部的高价模具。12.在回转成形中，若用加热油和熔融盐进行加热和冷却时，必须使双层壁模具。其结构如图5所示。由於这种模具价格昂贵，失去了粉末成形在经济方面的优越性。13.关於双重壁粉末塑件的模具，为了在相对面之间的熔融塑料不出现搭接现象，应将相对面之间的距离设计为壁厚的4倍以上。而在某些情况下，将两相对面之间的距离设计成小於4倍壁厚，所形成的搭接对两面进行支承，可起增强作用。图10、11所示是设计实例。模具材料常用制造粉末成形模具的材料有厚度为1～3mm的钢、铜和不钢板料。制造方法采用板金加工和焊接。也有使用铝合金铸件或电铸镍沿壳体制造粉末成形模具，小型模具常用厚度为1.0～2.0mm钢板制造。大型模具需使用厚度为2.5mm以上的钢板制造。形状复杂或表面有特种图案的中、小型模具常用铝合金铸件制造。粉末成形模具实例下面是几种用回转粉末成形模具成形粉末的塑件实例。100升容器该粉末塑件的原材料是高密度聚乙烯（图12）。模具材料是厚度为2.3mm的钢板。上部有一盖，盖上设加强筋，以防止其变形。容器底部设一凸台，以防止收缩变形。粉末塑件壁厚为3mm时，模具在350℃加热热风炉内回转成形，加热时间为8分钟。手提箱该粉末塑件的原料是尼龙11或交链聚乙烯（图13）。模具材料是壁厚为8mm的铝合金铸件。粉末塑件壁厚为3mm时，模具在300℃的加热热风炉内回转成形，加热时间为12分钟。扬谷筒杨谷筒是农机零件（图14），该粉末塑件的原料是高密度聚乙烯、模具材料为壁厚是8mm的铝合金铸件。在B部可用两拼块模具，并用氟树脂板可一次脱模。成形件壁厚为3mm时，模具在350℃加热热风炉内回转成形，加热时间为8分钟。