58模具设计与制造(压缩模)

3.4压缩模设计压缩成型模具简称压缩模、压模，又称压制模，是塑料压缩成型所采用的模具，主要用于热固性塑料的成型。其基本成型过程是将塑料粉料或粒料直接加在敞开的模具加料室内，再将模具闭合，通过加热、加压使塑料呈流动状态并充满型腔，然后由于化学或物理变化使塑料固化（或硬化）定型。压缩成型的特点是塑料直接加入型腔内，压机压力通过凸模直接传递给塑料，模具是在塑料最终成型时才完成闭合。其优点是无需设置浇注系统，耗料少，使用的设备和模具都比较简单，适用于流动性差的塑料，宜成型大型塑件，塑料的收缩率小，变形小，各向异性比较均匀；其缺点是生产周期长，效率低，不易压制形状复杂、壁厚相差较大、尺寸精度高且带有精细或易碎嵌件的塑件。3.4.1压缩模的结构组成及分类1．压缩模的结构组成压缩模的典型结构如图3-96所示。模具的上模和下模分别安装在压力机的上、下工作台上，上、下模通过导柱导套导向定位。上工作台下降，使上凸模3进入下模加料室4与装入的塑料接触并对其加热。当塑料成为熔融状态后，上工作台继续下降，熔料在受热受压的作用下充满型腔。塑件固化（或硬化）成型后，上工作台上升，模具分型，同时压机下面的辅助液压缸开始工作，脱模机构将塑件脱出。压缩模按各零部件的功能作用可分为以下几大部分。（1）成型零件成型零件是直接成型塑件的零件，加料时与加料室一同起装料的作用，模具闭合时形成所要求的型腔。图3-96中模具型腔由上凸模3、凹模4、型芯8、下凸模9等构成。（2）加料室图3-96中凹模4的上半部，为凹模截面尺寸扩大的部分。由于塑料与塑件相比具有较大的比容，塑件成型前单靠型腔往往无法容纳全部原料，因此一般需要在型腔之上设有一段加料腔室。（3）导向机构导向机构的作用是保证上模和下模两大部分或模具内部其他零部件之间准确对合。图3-96中，由布置在模具上周边的四根导柱6和导套10组成导向机构，为保证推出机构上下运动平稳，该模具在下模座板15上设有两根推板导柱，在推板上还设有推板导套。（4）侧向分型与抽芯机构当压缩塑件带有侧孔或侧向凹凸时，模具必须设有各种侧向分型与抽芯机构，塑件方能脱出。图3-96中的塑件有一侧孔，在推出塑件前用手动丝杠（侧型芯19）抽出侧型芯。（5）脱模机构压缩模中一般都需要设置脱模机构（推出机构），其作用是使塑件脱模。图3-96中的脱模机构由推板16、推杆固定板18、推杆12等零件组成。（6）加热系统在压缩热固性塑件时，模具温度必须高于塑料的交联温度，因此模具必须加热。常见的加热方式是电加热。图3-96中加热板5、11中设计有加热孔7，加热孔中插入加热元件（如电热棒）分别对上凸模、下凸模和凹模进行加热。·2·书名（7）支承零部件压缩模中的各种固定板、支承板（加热板）以及上、下模座等均称为支承零部件，主要作用是固定和支承模具中各种零部件，并且将压力机的压力传递给成型零部件和成型物料。如图3-96中的上模座板1、加热板5和11、垫块14、下模座板15、型腔固定板20、承压板21等。图3-96压缩模结构1—上模座板；2—螺钉；3—上凸模；4—加料室（凹模）；5、11—加热板；6—导柱；7—加热孔；8—型芯；9—下凸模；10—导套；12—推杆；13—支承钉；14—垫块；15—下模座板；16—推板；17—连接杆；18—推杆固定板；19—侧型芯；20—型腔固定板；21—承压板2．压缩模的分类压缩模分类方法很多，可按模具在压力机上的固定方式分类，可按模具加料室的形式进行分类，也可按型腔数目的多少分类。这里介绍两种常见的分类方法。（1）按模具在压机上的固定形式分类1）移动式压缩模移动式压缩模如图3-97所示，模具不固定在压力机上。压缩成型前，打开模具把塑料加入型腔，然后将上下模合拢，送入压力机工作台上对塑料进行加热、加压固化成型。成型后将模具移出压力机，使用专门卸模工具开模脱出塑件。这种模具结构简单，制造周期短，但因加料、开模、取件等工序手工操作，劳动强度大、生产率低、易磨损，适用于压缩成型批量不大的中小型塑件以及形状复杂、嵌件较多、加料困难及带有螺纹的塑件。章名·3·图3-97移动式压缩模1—凸模；2—凸模固定板；3—凹模；4—U型支架2）半固定式压缩模半固定式压缩模如图3-98所示，一般将上模固定在压机上，下模可沿导轨移动，移进时用定位块定位，合模时靠导向机构定位。在压力机外进行加料并在卸模架上脱出塑件。这种模具结构便于放嵌件和加料，且上模不移出机外，从而减轻了劳动强度，也可按需要采用下模固定的形式，工作时移出上模，用手工取件或卸模架取件。图3-98半固定式压缩模1—凹模（加料室）；2—导柱；3—凸模（上模）；4—型芯；5—手柄3）固定式压缩模固定式压缩模如图3-98所示。上、下模分别固定在压机的上、下工作台上。开合模与塑件脱出均在压力机上靠操作压力机完成，因此生产率较高、操作简单、劳动强度小、模具振动小、模具寿命长，但缺点是模具结构复杂、成本高，且安放嵌件不方便，适用于成型批量较大或形状较大的塑件。（2）根据模具加料室形式分类1）溢式压缩模溢式压缩模如图3-99所示。这类压缩模没有加料室，型腔总高度h基本上就是塑件高度。由于凸模与凹模无配合部分，完全靠导柱定位，故塑件的径向尺寸精度不高。环形挤压面B的宽度较窄，可减小塑件的飞边。溢式压缩模结构简单，造价低廉，耐用，塑件易取出，对加料量的精度要求不高，加料量一般仅大于塑件重量的5%左右，常用预压型坯进行压缩成型，它适用于精度不高且尺寸小的浅型腔塑件。·4·书名图3-99溢式压缩模图3-100不溢式压缩模2）不溢式压缩模不溢式压缩模如图3-100所示。这种模具的加料室为型腔上部延续，其截面形状和尺寸与型腔完全相同，无挤压面。塑件径向壁厚尺寸精度较高。由于配合段单面间隙为0.025~0.075mm左右，故压缩时仅有少量的塑料流出，使塑件在垂直方向上形成很薄的轴向飞边，去除比较容易。模具在闭合压缩时，压力几乎完全作用在塑件上，因此塑件密度高，强度高。不溢式压缩模适用于成型形状复杂、精度高、壁薄、流程长的深腔塑件，也可成型流动性差、比容大的塑件。但由于塑料溢出量极少，加料量多少直接影响着塑件的高度尺寸，要求加料量必须准确；另外凸模与加料室内壁有摩擦，可能会划伤内壁；不溢式压缩模还需要设置推出装置，否则塑件很难取出。3)半溢式压缩模半溢式压缩模如图3-101所示。这种压缩模在型腔上设有加料室，其截面尺寸大于型腔截面尺寸，两者分界处有一环形挤压面，其宽度为3~5mm。凸模与加料室呈间隙配合，凸模下压时受到挤压面的限制，故易于保证塑件高度尺寸精度。凸模在四周开有溢流槽，过剩的塑料通过配合间隙或溢流槽排出。因此，此种压缩模操作方便，加料时加料量不必严格控制，只需简单地按体积计量即可。图3-101半溢式压缩模半溢式压缩模兼有溢式和不溢式压缩模的优点，塑件径向壁厚尺寸和高度尺寸的精度均较好，密度较高，模具寿命较长，塑件脱模容易，塑件外表不会被加料室划伤，因此在生产中被广泛采用。半溢式压缩模适用于压缩流动性较好的塑料以及形状较复杂的塑件，章名·5·由于有挤压边缘，不适用于压制以布片或长纤维作填料的塑件。3.4.2压缩模与压力机的关系1．国产压力机的简介压力机的种类较多，按传动方式分为机械式压力机和液压机，其中机械式压力机常见的形式有螺旋式压力机，双曲柄杠杆式等。由于机械式压力机的压力不准确，运动噪声大，容易磨损，特别是人力驱动的手板压力机，劳动强度很大，故机械式压力机工厂很少采用。液压式最为常用，其分类为：按机架结构分为框式结构和柱式结构；按施压方向分为上压式和下压式，压制大型层压板可采用下压式压力机，压制塑件一般采用上压式压力机；按工作流体种类可分为油驱动的油压机和油水乳液驱动的水压机。目前大量使用的是带有单独油泵的液压机，此种压力机的油压可以调节，其最高工作油压多采用30MPa，此外还有16MPa、32MPa、50MPa等。液压机多数具有半自动或全自动操作系统，对成型时间等可以进行自动控制。2．压力机有关工艺参数校核压力机的成型总压力、开模力、脱模力、合模高度和开模行程等技术参数与压缩模设计有直接关系，同时压板和工作台等装配部分尺寸在设计模具时也必须考虑，所以在设计压缩模时应首先对压力机作以下几方面的校核。（1）成型总压力的校核成型总压力是指塑料压缩成型时所需的压力，它与塑料的几何形状、水平投影面积、成型工艺等因素有关，成型总压力必须满足下式：mpFnApKF（3-32）式中Fm——成型塑件所需的总压力（N）；K——修正系数，按压机的新旧程度取0.75~0.90；Fp——压力机的额定压力（N）。n——型腔数目；A——单个型腔在工作台上的水平投影面积（mm2），对于溢式或不溢式模具水平投影面积等于塑件最大轮廓的水平投影面积；对于半溢式模具等于加料室的水平投影面积；p——压缩塑件需要的单位成型压力（MPa）；当压机的大小确定后，也可以按下式确定多塑腔模具的塑腔数目：/pnKFAp（取整数)）（3-33）（2）开模力的校核开模力的大小与成型压力成正比，可按下式计算：kmFkF（3-34）式中Fk——开模力（N）；k——系数，配合长度不大时可取0.1，配合长度较大时可取0.15，塑件形状复杂且凸凹模配合较大时可取0.2。若要保证压缩模可靠开模，必须使开模力小于压力机液压缸的回程力。·6·书名（3）脱模力的校核压力机的顶出力是保证压缩推出机构脱出塑件的动力，压缩所需的脱模力可按下式计算：tcfFAP（3-35）式中Ft——塑件从模具中脱出所需要的力（N）；Ac——塑件侧面积之和（mm2）；Pf——塑件与金属表面的单位摩擦力，塑件以木纤维和矿物质作填料取0.49MPa，塑料以玻璃纤维增强时取1.47MPa。若要保证可靠脱模，则必须使压力机的顶出力大于脱模力。（3）合模高度与开模行程的校核为了使模具正常工作，必须使模具的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压力机的工作行程相适应，即min12hhhh（3-36）式中hmin——压力机上下模板之间的最小距离；h——模具合模高度；h1——凹模的高度（见图3-102）；h2——凸模台肩的高度（见图3-102）。如果hhmin，上下模不能闭合，模具无法工作，这时在模具与工作台之间必须加垫板，要求hmin小于h和垫板厚度之和。为保证锁紧模具，其尺寸一般应小于10~15mm。为保证顺利脱模，还要求max12(10~30)sthhLhhhhmm（3-37）式中L——模具最小开模距离；hs——塑件的高度（mm）；ht——凸模高度（mm）；hmax——压力机上下模板之间的最大距离。10~30hshtLh2h154321图3-102模具高度和开模行程1、5—上、下工作台；2—凸模；3—塑件；4—凹模章名·7·（4）压力机顶出机构的校核固定式压缩模一般均利用压力机工作台面下的顶出机构（机械式或液压式）驱动模具脱模机构进行工作，因此压力机的顶出机构与模具的脱模机构的尺寸要相适应，即模具所需的脱模行程必须小于压力机顶出机构的最大工作行程，模具需要的脱模行程Ld一般应保证塑件脱模时高出凹模型腔10~15mm，以便将塑件取出，即有3(10~15)dspLhhmmL（3-38）式中Ld——压缩模需要的脱模行程（mm）；hs——塑件的最大高度（mm）；h3——加料室的高度（mm）；Lp——压力机推顶机构的最大工作行程（mm）。（5）压力机工作台有关尺寸的校核压缩模设计时应根据压力机工作台面规格和结构来确定模具的相应尺寸。模具的宽度尺寸应小于压力机立柱（四柱式压机）或框架（框架式压机）之间的净距离，使压缩模能顺利装在压力机的工作台上，模具的最大外型尺寸不应超过压力机工作台面尺寸，同时还要注意上下工作台面上的T形槽的位置。模具可以直接用螺钉分别固定在上下工作台上，但模具上的固定螺钉孔（或长槽，缺口）应与工作台的上下T形槽位置相符合，模具也可用螺钉和压板压紧固定，这时上下模底板设有宽度为15~30mm的凸台阶。3.4.3压缩模成型零部件设计在设计压缩模时