第四章 壓縮成型工藝與模具結(jié)構(gòu)

1、 壓縮成型原理和工藝過程 4.1 壓縮成型模具概述 4.2 壓縮模成型零部件的結(jié)構(gòu) 4.3課件制作：袁正東 壓縮成型也稱為壓塑成型，一般用于生產(chǎn)熱固性塑件，這些塑件用于機(jī)械零部件、電器絕緣件和日常生活用品。 對(duì)于熱塑性塑料，由于壓縮成型的生產(chǎn)周期長，效率低，同時(shí)模具易損壞，所以生產(chǎn)中很少采用，僅在塑料制件較大時(shí)才采用。 壓縮成型原理如下圖所示。將粉狀、粒狀、片狀、團(tuán)狀碎屑狀、纖維狀的熱固性塑料原料放入敞開的模具加料室中，然后合模加熱使塑料熔化，在合模壓力作用下，熔融塑料充滿模腔，同時(shí)模腔中的塑料產(chǎn)生化學(xué)交聯(lián)反應(yīng)，最終經(jīng)過固化成為具有一定形狀的塑件。 1壓縮成型原理 2壓縮成型的特點(diǎn) （1）壓縮

2、模無澆注系統(tǒng)，使用的設(shè)備和模具比較簡單低廉。 （2）適用于流動(dòng)性差的塑料，比較容易成型大型塑料制件。（3）壓縮成型的塑件收縮率、變形小，各向性能比較均勻。（4）生產(chǎn)周期長，生產(chǎn)率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化難。（5）塑件經(jīng)常帶有溢料飛邊，尺寸精度難以控制。 壓縮前的準(zhǔn)備壓縮過程壓縮后處理預(yù)熱和干燥預(yù)壓嵌件安放加料合模排氣固化脫模模具清理整形去應(yīng)力修飾拋光特殊處理（1）預(yù)熱 目的是除去其中的水份及其他揮發(fā)物，同時(shí)提高料溫，提高塑件內(nèi)部固化的均勻性，便于縮短壓縮成型周期。（2）預(yù)壓 為了成型操作時(shí)的方便和提高塑件的質(zhì)量，在室溫下將熱固性塑料原料用預(yù)壓模在預(yù)壓機(jī)上壓成質(zhì)量一定、形狀相似的型坯。 1壓縮

3、成型的準(zhǔn)備工作 2壓縮成型工藝過程 （1）嵌件的安放： 嵌件的安放要求位置正確、平穩(wěn)（2）加料 ： 加料的關(guān)鍵是準(zhǔn)確的加料量，合理堆放塑料，粉料或粒料的堆放要做到中間高四周低，便于氣體排放。（3）合模 2壓縮成型工藝過程 （4）排氣： 排除水分和揮發(fā)物變成的氣體及化學(xué)反應(yīng)的副產(chǎn)物，以免影響塑件性能與表面質(zhì)量。（5）固化： 在成型壓力與溫度下保持一定的時(shí)間，使交聯(lián)反應(yīng)進(jìn)行到要求的程度。（6）脫模 ： 一般采用推出機(jī)構(gòu)機(jī)自動(dòng)推出或模外手動(dòng)推出，復(fù)雜塑件在壓力下冷卻至一定溫度后再脫模3壓縮成型后處理 （1）模具清理： 用銅鏟或壓縮空氣清理，以免損模具外觀（2）塑件后處理： 整形去應(yīng)力、修飾拋光和特殊

4、處理（例如：防潮、美觀(電鍍、噴涂)） 壓縮成型壓力是指壓縮時(shí)液壓機(jī)通過凸模對(duì)塑料熔體充滿型腔和固化時(shí)在分型面單位投影面積上施加的壓力。壓縮成型壓力可以采用以下公式計(jì)算：p PbD2 / 4A 壓力的大小與塑料種類、塑件形狀、塑件結(jié)構(gòu)及模具溫度有關(guān)。常見的熱固性塑料的壓縮成型壓力見下表。 1壓縮成型壓力 2壓縮成型溫度 壓縮成型溫度是指壓縮成型時(shí)所需要的模具溫度。它是使熱固性塑料流動(dòng)、充模并最后固化成型的主要影響因素，決定了成型過程中聚合物交聯(lián)反應(yīng)的速度，從而影響塑件的最終性能。硬化速度慢、周期長，硬化不足；塑件表面無光；物理、力學(xué)性能差模具溫度太高樹脂、有機(jī)物分解；塑件外層先硬化高成型周期短

5、，生產(chǎn)率提高過低3壓縮時(shí)間 壓縮時(shí)間是指模具從閉合到模具開啟的一段時(shí)間，即塑料從充滿型腔到固化成型為塑件，在模腔內(nèi)停留的時(shí)間。 壓縮時(shí)間與塑件種類、塑件形狀、壓縮成型壓力和溫度以及操作步驟等因素有關(guān)。舉例：酚醛塑料和氨基塑料的壓縮成型工藝參數(shù) 壓縮成型模具簡稱為壓縮模，其典型結(jié)構(gòu)如右圖所示。其可以分為兩大部分： 上模 下模 兩大部分依靠導(dǎo)柱6導(dǎo)向開合。上下模閉合使裝于加料室和型腔中的塑料受熱受壓，成為熔融狀態(tài)并充滿整個(gè)型腔。當(dāng)塑件固化成型后開模，上模部分上移，上凸模3脫離下模一段距離，手工將側(cè)型芯20抽出，推桿11將塑件推出模外。 成型零件是直接成型塑件的零件。 在下圖中成型零件有上凸模3、下

6、凸模8、凹模4、側(cè)型芯20、型芯7組成。上凸模3、下凸模8、凹模4構(gòu)成模具型腔，是直接成型塑件的部位。 1成型零件 2加料室 加料室是指凹模的上半部。 在右圖中為凹模尺寸的擴(kuò)大部分。由于塑料原料與塑件相比具有較小的密度，塑件成型前單靠型腔無法容納全部原料，因此，在型腔之上設(shè)有一段加料室。 3導(dǎo)向機(jī)構(gòu) 在右圖中，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)由布置在模具上模周邊的四根導(dǎo)柱6和下模的導(dǎo)套9組成。 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的作用是保證上、下合模的對(duì)中性。為了保證推出機(jī)構(gòu)上下運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，該模具在下模座板16上還設(shè)有兩根推板導(dǎo)柱14，在推板17、推桿固定板19上裝有推板導(dǎo)套15。 4側(cè)向分抽型芯機(jī)構(gòu) 與注射成型模具一樣，當(dāng)壓縮成型帶有側(cè)孔和側(cè)

7、凹的塑件時(shí)，模具必須設(shè)有側(cè)向分型抽型芯機(jī)構(gòu)，塑件才能脫出。 如右圖所示的塑件帶有側(cè)孔，在頂出前先用手轉(zhuǎn)動(dòng)絲桿抽出側(cè)型芯20。 5脫模機(jī)構(gòu) 壓縮模中一般都要設(shè)置脫模機(jī)構(gòu)（推出機(jī)構(gòu)），它的作用是將塑件脫出模腔。壓縮模的脫模機(jī)構(gòu)與注射模具相似。 在下圖中，脫模機(jī)構(gòu)由推桿11、推桿固定板19、推板17、壓力機(jī)頂桿18等零件組成。 6加熱系統(tǒng) 熱固性塑料壓縮成型需要在較高溫度下進(jìn)行，因此模具必須加熱。 常見的加熱方式有：電加熱、蒸汽加熱、煤氣或天然氣加熱，但電加熱最為普遍。 如右圖中，在加熱板5、10中設(shè)計(jì)有加熱孔，加熱孔中插入電熱棒，分別對(duì)上凸模、下凸模和凹模進(jìn)行加熱。 （1 1）移動(dòng)式壓縮模 移動(dòng)式

8、壓縮模如右圖所示。模具不固定在壓力機(jī)上，塑件成型后將模具移出壓力機(jī)，用專門卸模工具開模取出塑件。1按模具在壓力機(jī)上的固定方式分類 （2 2）半固定式壓縮模 半固定式壓縮模如下圖所示。一般將上模固定在壓力機(jī)上，下?？裳貙?dǎo)軌移動(dòng)，用定位塊定位；也可根據(jù)需要采用下模固定的形式。 1按模具在壓力機(jī)上的固定方式分類 （3 3）固定式壓縮模 固定式壓縮模如右圖所示。上下模分別固定在壓力機(jī)所上下工作臺(tái)上。 開模、閉模、推出等動(dòng)作都在機(jī)內(nèi)完成，因此生產(chǎn)效率高、操作簡單、勞動(dòng)強(qiáng)度小、開模振動(dòng)小、模具壽命長，但是模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高，且安裝嵌件不方便。 它適用于成型批量較大或尺寸較大的塑件。 1按模具在壓力機(jī)上的

9、固定方式分類 2按上、下模配合結(jié)構(gòu)特征分類 （1）溢式壓縮模 溢式壓縮模如右下圖所示。其無單獨(dú)的加料室，型腔本身作為加料室，型腔高度等于塑件高度。模具凸模和凹模的配合完全靠導(dǎo)柱定位，沒有其他的配合面，所以塑件的徑向壁厚尺寸精度不高。 溢式壓縮模結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低廉、耐用，塑件容易取出，安裝嵌件方便，特別是扁平塑件可以不設(shè)推出機(jī)構(gòu)。 （2）不溢式壓縮模 不溢式壓縮模如右下圖所示。模具的加料室為型腔上部截面的延續(xù)，無擠壓面，理論上壓力機(jī)所施加的壓力將全部作用在制件上，塑料的溢出量很少。 由于不溢式壓縮模的溢料量很少，所以每模加料都必須準(zhǔn)確稱量。模具必須設(shè)推出裝置，否則制件很難取出。 模具適用于成型體

10、積大、流動(dòng)性差的塑料。2按上、下模配合結(jié)構(gòu)特征分類 （3）半溢式壓縮模 半溢式壓縮模如右下圖。在型腔上方設(shè)有截面尺寸大于塑件尺寸的加料室，其與型腔的分界處有一環(huán)形擠壓面。凸模與加料室之間是間隙配合，并在四周開有溢料槽，凸模下壓到與擠壓面接觸時(shí)為止。 模具兼有溢式壓縮模和不溢式壓縮模的優(yōu)點(diǎn)，塑件精度均較高，塑件密度較高，模具壽命長，塑件脫模容易，在生產(chǎn)中被廣泛采用。 2按上、下模配合結(jié)構(gòu)特征分類 液壓機(jī)的種類很多，按機(jī)架結(jié)構(gòu)可以分為框架式液壓機(jī)和立柱式液壓機(jī)，框架式一般用于中、小型液壓機(jī)，立柱式一般用于大、中型液壓機(jī)。1按模具液壓機(jī)的種類和結(jié)構(gòu) 按施壓油缸所在位置可以分為上壓式和下壓式液壓機(jī)，壓

11、制一般的塑料制件常采用上壓式液壓機(jī)，壓制大型塑料層壓板可采用下壓式；1按模具液壓機(jī)的種類和結(jié)構(gòu) 按操作方式可以分為手動(dòng)、半自動(dòng)、全自動(dòng)液壓機(jī)。 按工作液體的種類可以分為以液壓油驅(qū)動(dòng)的油壓機(jī)和油水乳化液驅(qū)動(dòng)的水壓機(jī)。 2壓縮模與液壓機(jī)的關(guān)系 壓縮模的結(jié)構(gòu)一定要適應(yīng)壓力機(jī)的結(jié)構(gòu)和性能。 選擇壓縮成型的液壓機(jī)時(shí)，必須熟悉液壓機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)，如液壓機(jī)的成型總壓力、開模力、推出力、合模高度和開模行程等技術(shù)參數(shù)都必須與壓縮模相適應(yīng)，否則將出現(xiàn)壓縮模在液壓機(jī)上無法安裝、塑件不能順利成型或成型后無法取出等問題。 因此確定模具結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)首先對(duì)壓力機(jī)做以下幾方面的校核計(jì)算。 （1）成型壓力校核 成型壓力是指塑料

12、壓縮成型時(shí)所需的壓力，它與塑件幾何形狀、水平投影面積、成型工藝等因素有關(guān)。成型壓力必須滿足下式： FMK FP 用模具壓縮成型塑件時(shí)所需要的成型總壓力： FMn A p 其中 k修正系數(shù)，一般取0.750.90； p單位成型壓力（MPa）， A每一型腔的水平投影面積（m2） n壓縮模內(nèi)型腔的個(gè)數(shù)2壓縮模與液壓機(jī)的關(guān)系 （2）開模力和脫模力的校核 開模力可以按下式計(jì)算： Fkk FM 脫模力可以按下式計(jì)算： FtAc Pf 其中：K壓力損耗系數(shù)0.10.2 Ft塑料制品脫模力 Ac塑料制品塑件側(cè)面積之和 pf 塑料制品與金屬的結(jié)合力（木纖維和礦物填料取0.49MPa,玻璃纖維取1.47MPa)2

13、壓縮模與液壓機(jī)的關(guān)系 （3）合模高度與開模行程的校核 為了使模具正常工作,必須使模具閉合高度和開模行程與壓力機(jī)上下工作臺(tái)之間的最大和最小開距以及活動(dòng)壓板的工作行程相適應(yīng)，即： hmin h hmax其中： hmax h+ hs+ht+(1030)2壓縮模與液壓機(jī)的關(guān)系 （4）壓力機(jī)頂出機(jī)構(gòu)的校核 塑件的推出由壓力機(jī)頂出機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)模具推出機(jī)構(gòu)來完成。模具的推出機(jī)構(gòu)推出塑件所需要的行程小于壓力機(jī)最大頂出行程，同時(shí)壓力機(jī)的頂出行程必須保證塑件能被推出型腔高出型腔表面10mm以上，以便取出塑件，如右圖所示。 lh1hs （1015） L 2壓縮模與液壓機(jī)的關(guān)系 （5）壓力機(jī)工作臺(tái)尺寸的校核 模具的寬度應(yīng)

14、小于壓力機(jī)立柱或框架之間的距離，以使模具能順利地通過。模具的最大外形尺寸不宜超過壓力機(jī)工作臺(tái)面尺寸，否則無法安裝固定模具。 壓力機(jī)的滑塊底面和工作臺(tái)面上開設(shè)相互平行或交叉的T形槽，模具的模座可以直接用槽中的螺栓緊固聯(lián)接或螺栓與壓板壓緊固定。2壓縮模與液壓機(jī)的關(guān)系 壓縮成型零部件主要包括： 凸模與凹模配合的結(jié)構(gòu)形式 、 凹模加料室的結(jié)構(gòu)、 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、 脫模機(jī)構(gòu)、 側(cè)向分型抽芯機(jī)構(gòu)。（1）應(yīng)有利于壓力的傳遞；1塑件在模具內(nèi)加壓方向的確定 （2）應(yīng)便于加料；1塑件在模具內(nèi)加壓方向的確定 （3）應(yīng)便于安裝和固定嵌件；1塑件在模具內(nèi)加壓方向的確定 （4）應(yīng)保證凸模強(qiáng)度； 加壓時(shí)，上凸模受力較大，故上凸模

15、形狀愈簡單愈好1塑件在模具內(nèi)加壓方向的確定 （5）應(yīng)使長型芯位于加壓方向； 長型芯應(yīng)位于施壓方向上，而短型芯側(cè)抽（6）應(yīng)保證重要尺寸精度； 精度要求很高的尺寸不宜設(shè)計(jì)在加壓方向 （7）應(yīng)便于塑料的流動(dòng)。 應(yīng)使料流方向與加壓方向一致1塑件在模具內(nèi)加壓方向的確定 2分型面的選擇（1）應(yīng)便于塑件脫模，無論是上壓式壓力機(jī)還是下壓式壓力機(jī)，模具主要推出機(jī)構(gòu)均位于壓力機(jī)下方，分型面的位置盡量使塑件落在下模。（2）當(dāng)塑件高度尺寸精度較高時(shí)，宜采用半溢式壓縮模。在分型面處形成橫向飛邊，則容易保證高度尺寸精度。（3）當(dāng)塑件徑向尺寸精度較高時(shí)，應(yīng)考慮飛邊厚度對(duì)塑件精度的影響。 無加料腔，凸、凹模在水平分型面接觸，

16、分型面接觸面積不宜過大 （溢料面或擠壓面）。 溢料面之外增設(shè)承壓面（圖b），在環(huán)形面之外再增加承壓面或在型腔周圍距邊緣35mm處開設(shè)溢料槽，槽以外為承壓面，槽以內(nèi)為溢料面。 1溢式壓縮模凸、凹模配合的結(jié)構(gòu)形式 2不溢式壓縮模凸、凹模配合的結(jié)構(gòu)形式 不溢式壓縮模常用的配合結(jié)構(gòu)如左下圖。加料腔是型腔的延續(xù)，凸、凹模間無擠壓面，凸、凹模配合環(huán)不宜太高，以減小摩損，凸模與加料腔側(cè)壁摩擦，易造成磨損。改進(jìn)形式如右下圖：3半溢式壓縮模凸、凹模配合的結(jié)構(gòu)形式 半溢式壓縮模凸、凹模配合的結(jié)構(gòu)形式如下圖所示。模具的最大特點(diǎn)是帶有水平的擠壓面。擠壓面的寬度不宜太小，否則，壓制時(shí)所承受的單位壓力太大，會(huì)造成凹模邊緣

17、向內(nèi)傾斜而形成倒錐，不僅會(huì)影響塑件的尺寸精度，也會(huì)阻礙塑件順利脫模。3半溢式壓縮模凸、凹模配合的結(jié)構(gòu)形式 為了使壓力機(jī)的余壓不至于全部由擠壓面承受，凹模上端面必須設(shè)計(jì)有承壓塊，承壓塊厚度為810mm。 V料m V 塑料體積的計(jì)算也可胺塑料原料在成型時(shí)的體積壓縮比來計(jì)算：V料V K 其中：V料-塑料制品所需要塑料原料的體積 V塑料制品體積 塑料的比體積 塑料制品密度 m塑料制品質(zhì)量（包括溢料） V塑料制品體積 K塑料壓縮比1塑料體積的計(jì)算 2加料室的高度尺寸 壓縮模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)最常用的零件是在上模設(shè)導(dǎo)柱，在下模設(shè)導(dǎo)柱孔。 導(dǎo)柱孔分為帶導(dǎo)套和不帶導(dǎo)套的兩類。對(duì)于移動(dòng)式壓縮模，一般不需要導(dǎo)套，導(dǎo)柱直接與

18、模板中的導(dǎo)柱孔配合； 對(duì)于固定式壓縮模，精度要求高，需要設(shè)計(jì)導(dǎo)套，并且導(dǎo)柱在模具中的固定孔與導(dǎo)套固定孔一樣，為保證同軸度，兩孔可以同時(shí)加工。 1、除溢式壓縮模的導(dǎo)向單靠導(dǎo)柱完成以外，半溢式和不溢式壓縮模的凸模與加料室的配合段也能導(dǎo)向和定位，其加料室上段設(shè)計(jì)有10mm的錐形部分叫導(dǎo)向環(huán)，對(duì)中性更好。 壓縮模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)特點(diǎn)：2、壓制中央帶大孔的殼體塑件時(shí)，為了提高塑件質(zhì)量，可以在孔中央安置導(dǎo)柱，導(dǎo)柱四周留出擠壓邊的寬度（如右圖大約25mm）。 3、由于壓縮模在高溫下操作，因此一般不采用帶加油槽的加油導(dǎo)柱。 （1）推桿推出機(jī)構(gòu) 推桿推出機(jī)構(gòu)（如右圖）是壓制熱固性塑件最常用的推出機(jī)構(gòu)。 其結(jié)構(gòu)簡單、制造

19、容易，但會(huì)在塑料制品上留下推桿痕跡。1固定式壓縮模的脫模機(jī)構(gòu) （2）推管推出機(jī)構(gòu) 推管推出機(jī)構(gòu)（如右圖）主要用于推出圓筒形塑件或空心薄壁壓縮件。 其優(yōu)點(diǎn)是塑件受力均勻，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。1固定式壓縮模的脫模機(jī)構(gòu) （3）推件板推出機(jī)構(gòu) 推件板推出機(jī)構(gòu)（如右圖）用于推出脫模時(shí)容易變形的薄壁塑件和管型、殼體塑件。 其優(yōu)點(diǎn)是推出塑件面積大，不易變形。 1固定式壓縮模的脫模機(jī)構(gòu) 2移動(dòng)式壓縮模的脫模機(jī)構(gòu) （1）撞擊法 工作條件差，勞動(dòng)強(qiáng)度大，頻繁的撞擊使模具變形和磨損，所以生產(chǎn)中應(yīng)用的越來越少。（2）卸模架 利用壓力機(jī)的壓力推出塑件。雖然生產(chǎn)率低，但是開模平穩(wěn)，模具使用壽命長，并可以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。2移動(dòng)式壓縮模的脫模機(jī)構(gòu) （2）卸模架 對(duì)于開模力不大的模具，一般是用下卸模架。推桿有圓柱形、臺(tái)階