压缩成型工艺与模具设计.ppt

塑料压缩成型工艺与模具设计 一 压缩成型原理 压缩成型 1 成型方法 又称为模压成型或压制 主要用于热固性塑料的成型 也可以用于热塑性塑料的成型 粉粒状 纤维状的料 置于成型温度的型腔中 合模加压 成型固化 一 压缩成型原理 塑料直接加入型腔 加料腔是型腔的延伸 模具是在塑件最终成型时才完全闭合 压力通过凸模直接传给塑料 不易获得尺寸精度尤其是高精度的塑件 不能压制带有精细 易断嵌件及较多嵌件的塑件 有利于成型流动性较差的以纤维为填料的聚合物 2 压缩成型的特点 2 压缩成型的特点 生产周期长 效率低 操作简单 模具结构简单 一模多腔 塑件收缩小 变形小 各向性能均匀 强度高 可压制较大平面塑件或一次压制多个塑件 没有浇注系统 料耗少 二 压缩成型设备 2 设备的种类 按传动方式分 机械式压机 螺旋式压力机 液压机 水压机和油压机 提供所需的压力 开模顶件 合模 1 设备的作用 液压机按机身结构分 框架式用于中小型压机 立柱式用于大中型压机 2 设备的种类 液压机按加压形式分 上压式 工作液缸位于上端 下部是固定工作台 下压式 工作液缸位于下端 操作不便 很少使用 为了保证压缩模塑的正常进行 应选用适当的压机 并校核模具与压机的关系 三 压缩成型工艺 模压前的准备 模压过程 模压后处理 预热和干燥 预压 嵌件的安放 加料 合模 排气 保压与固化 脱模 模具清理 整形去应力 修饰抛光 特殊处理 三 压缩成型工艺 为方便操作和提高塑件的质量 先用预压模将粉状 纤维状的塑料粉在预压机上压成重量一定 形状一致的锭料 1 模压前的准备 预压 预压方法 采用预压锭料的优点 加料快而准确 降低压缩率 减小压料腔尺寸 空气含量少 不仅传热快且气泡少 生产过程复杂 实际生产中一般不进行预压 采用预压锭料的优点 避免加料过程粉尘飞扬 改善劳动条件 可提高预热温度 缩短预热和固化时间 锭料与塑件形状类似 便于成型复杂或带细小嵌件的塑件 对压塑粉的要求 预压条件 颗粒最好大小相间压缩率 塑料 锭料 宜为3 0左右含有润滑剂 压力 压力范围40 200MPa 温度 室温或50 90 预压 原则 锭料的密度达到塑件最大密度的80 预热和干燥 塑料成型前加热的目的 干燥 塑料成型前加热的方法 高频加热 红外线预热 烘箱预热 热板预热 为压缩模提供热塑料 去除水分和挥发物 预热 嵌件的安放 嵌件的安放要求位置正确 平稳 嵌件 大嵌件在模具装上压机后要先预热 作为塑件中导电部分或使塑件与其它零件相连接的零件 常用嵌件有轴套 螺钉 螺帽 接线柱等等 2 模压过程 加料的关键是加料量 定量的方法 合理堆放塑料 粉料或粒料的堆放要做到中间高四周低 便于气体排放 容量法 方便但不很准 重量法 准确 麻烦 计件法 预压锭料 计数放入 加料 合模 凸模触及塑料之后 减慢合模速度 利于排气 凸模触及塑料之前 尽量加快合模速度 缩短周期 避免塑料过早固化 加料后即可合模 合模时间一般从几秒到几十秒不等 合模过程分为两个部分 合模后加压至一定压力 立即卸压 凸模稍微抬起 连续 次 排气 排除水分和挥发物变成的气体及化学反应的副产物 以免影响塑件性能与表面质量 流动性好的塑料采用迟压法 即从凸模与塑料接触到压模完全闭合的过程中停顿15 30秒 塑件带有小型金属嵌件则不采用排气操作 以免移位或损坏 方法 目的 在成型压力与温度下保持一定的时间 使交联反应进行到要求的程度 从压模闭合加压至卸压取出塑件所用的时间 保压与固化 欠熟 过熟 不足 保压时间长短受塑料类型 预热情况 塑件形状及压缩程度的影响 保压时间 固化阶段的要求 固化程度 过度 脱模 复杂塑件在压力下冷却至一定温度后再脱模 塑件脱模方法 模外手动推出 推出机构机自动推出 3 模压后处理 用铜铲或压缩空气清理 以免损模具外观 模具清理 整形去应力 在整形模中冷却 脱模后放入一定温度的油池或烘箱中缓慢冷却 或者进行退火处理 大型 厚壁件 对薄壁易变形件 修饰抛光 特殊处理 二次加工 防潮 美观 电镀 喷涂 去飞边 毛刺 表面抛光 检查塑料质量 预压 预热 干燥 称料 清洗嵌件 嵌件预热 清理压模涂脱模剂 放嵌件 加料 合模加热加压 排气加热卸压 固化保温保压 开模卸压脱模 塑件整形 去应力处理 塑件送至下一工序 压缩模塑成型工作循环 四 压缩模塑工艺条件 模压压力 成型压力 模压温度 成型温度 模压时间 要生产出高质量塑件 除了合理的模具结构 还要正确选择工艺条件 指压缩塑件时凸模对塑料熔体和固化时在分型面单位投影面积上的压力 单位MPa 成型压力 施加成型压力的目的 使模具闭合 防止飞边 克服塑料在成型过程中产生的各种顶模力 使粘流态物质在一定压力下固化 使塑料充满型腔 1 成型压力 A 凸模与塑料接触部分在分型面上的投影面积 mm 计算公式 p 式中 p 成型压力 MPa pb 压力机工作液压缸压力 MPa D 压力机主缸活塞直径 m 成型压力与塑料种类 塑件结构 模具温度等因素有关 1 成型压力 2 成型温度 指压缩时所需的模具温度 对塑件质量 模压时间影响很大 成型温度 热固性塑料的模内温度高于模具温度 硬化速度慢 周期长 硬化不足 塑件表面无光 物理 力学性能差 模具温度 太高 树脂 有机物分解 塑件外层先硬化 高 成型周期短 生产率提高 过低 指塑料在闭合模具中固化变硬所需的时间 与塑料品种 含水量 塑件形状尺寸 成型温度 压缩模具结构 预压预热 成型压力等因素有关 模压时间 塑件性能反而下降 模压时间 短 硬化不足 外观及力学性能差 易变形 过长 在保证塑件质量的前提下 应力求缩短模压时间 3 模压时间 五 压缩模的类型与结构组成 又称压制模具 简称压模 主要用于成型性塑料 也可成型热塑性塑料 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 一 压缩模的类型 1 溢式压缩模 又称敞开式压缩模 优点 结构简单 成本低塑件易取出 易排气安放嵌件方便加料量无严格要求模具寿命长 结构特点 无加料腔凸模与凹模无配合部分有环形挤压面b 一 压缩模的类型 适用范围 缺点 小批量或试制 低精度和强度无严格要求的的扁平塑件 合模太快时 塑料易溢出 浪费原料 合模太慢时 易造成飞边增厚 水平状的飞边难于去处 且影响塑件外观 凸 凹模配合精度较低 不适用于压制带状 片状或纤维填料的塑料和薄壁或壁厚均匀性要求高的塑件 1 溢式压缩模 又称封闭式压缩模 结构特点 优点 加料腔是型腔向上的延续部分无挤压面凸模与加料腔有小间隙的配合 塑件密度大 质量高对塑料要求不严 以棉布 玻璃布或长纤维填料的塑料均可 塑件飞边薄且呈垂直状易于去除 2 不溢式压缩模 缺点 适用范围 模具必须设置推出机构 加料量必须精确 高度尺寸难于保证 凸模与加料腔内壁有摩擦 易划伤加料腔内部 进而影响塑件外观质量 必须设推出机构 一般为单型腔 生产效率低 压制形状复杂 薄壁及深形塑件 2 不溢式压缩模 又称半封闭式压缩模 优点 结构特点 不必严格控制加料量不会伤及凹模侧壁塑件外形复杂时 凸模和加料腔的形状可以简化 加料腔是型腔向上的扩大延续部分有挤压面 3 半溢式压缩模 适用范围 缺点 不适用于压制布片或纤维填料的塑料 流动性较好的塑料和形状较复杂的带小嵌件的塑件 3 半溢式压缩模 4 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 二 压缩模的结构组成 型腔 加料腔 导向机构 侧向分型抽芯机构 脱模机构 加热系统 三 模具与压机关系 模压所需的成型总压力 F模 kF机其中 k 修正系数 一般取0 75 0 90 而 F模 pA型n其中 p 单位成型压力 MPa 查表A型 每一型腔的水平投影面积 m2 n 压缩模内型腔的个数 已知压机公称压力和塑件尺寸时确定型腔数目n k F机 pA型 已知型腔数目和塑件尺寸时确定公称压力F机 p A型n k 1 最大压力的校核 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含木纤维和矿料填料的塑料 p结 0 49玻璃纤维塑料 p结 1 47 2 脱模力的校核 模具完全开模取件的高度压力机的最小开距 min 3 闭合高度的校核 压缩模的宽度应小于压力机立柱或框架之间的距离压缩模用螺钉与压力机连接压缩模用压板螺钉与压力机压紧固定 则模具只需设有宽15 30mm的凸缘台阶即可 如图 4 装模尺寸的校核 压力机最大顶出行程应大于模具所需的推出行程 且必须保证塑件推出型腔后高于型腔表面10mm以上 l h塑 h加 10 15 L其中 l 塑件需推出的高度h塑 塑件最大高度h加 加料腔高度mmL 压力机顶出杆最大顶出行程mm 5 顶出机构的校核 六 压缩模设计 1 施压方向 凸模作用方向 也就是模具的轴线方向 2 选择原则 有利于压力传递 一 施压方向的选择 便于加料 2 选择原则 便于安装和固定嵌件 2 选择原则 保证凸模的强度 2 选择原则 便于塑料流动 长型芯应位于施压方向上 而短型芯侧抽 保证重要尺寸的精度 2 选择原则 二 凸模凹模配合的结构形式 引导环l2引导凸模顺利进入凹模 主要 减少与加料室侧壁的摩擦便于排气 配合环l1防止溢料 但排气必须顺畅证凸模与凹模定位准确 1 凸 凹模各组成部分作用 储料槽Z储存余料 不半溢式压缩模没有储料槽 挤压环l3在半溢式压缩模用以限制凸模下行的位置保证最薄的水平飞边 l3不宜过大 改进结构如图所示 排气溢料槽排出气体和余料 加料腔盛装塑料原料可以是型腔的延伸 也可按型腔形状扩大成圆形或矩形等 承压块 面 保证凸模进入凹模的深度 使凹模不致受挤压而变形或损坏 2 凸模凹模配合的结构形式 溢式压缩模凸模与凹模的配合无加料腔 凸 凹模在水平分型面接触分型面接触面积不宜过大 溢料面或挤压面 溢料面之外增设承压面 图b所示 不溢式压缩模凸模与凹模的配合加料腔是型腔的延续 凸 凹模间无挤压面凸 凹模配合环不宜太高 以减小摩损凸模与加料腔侧壁摩擦 易造成磨损 改进形式如图4 20 半溢式压缩模凸模与凹模的配合加料腔是型腔的扩大 带有水平挤压面模具上必须设计承压面或承压块 三 凹模加料腔尺寸计算 1 塑料的体积计算 塑料的体积 塑件的体积 体积压缩比 表 塑 件 压溢式压缩模无加料腔 塑料全部放在型腔中不溢式压缩模加料腔与型腔截面尺寸相同半溢式压缩模加料腔等于型腔截面 2 5 mm宽的挤压面 加料腔计算高度定义为 从型腔最低处开始算起 高度用下式计算 H V A 0 5 1 式中H 加料腔高度 V 塑料加料量 3A 加料腔截面积 20 5 1 为不装塑料的富裕空间 2 加料腔高度的计算 四 脱模顶出机构的设计 1 推杆推出机构 不相连结构 推板的复位靠复位杆复位相连结构 这种顶杆即可顶出又可复位 推杆推出机构 推杆与固定板间留有0 5 1mm的间隙 便于推杆自动调整中心 以免模具热膨胀卡死推杆 用于空心薄壁压缩件 受力均匀 运动平稳 2 推管推出机构 3 推板推出机构 推出面积大 塑件不易变形 适用于壳体 薄壁 窄长塑件 七 压缩模的典型结构 半溢式固定压缩模 半溢式固定压缩模 不溢式固定压缩模 八 压缩模实例分析 框架塑件材料 酚醛塑料产量 1万件 1 塑件工艺性分析 2 模塑方法选择 3 模塑工艺参数确定 4 模塑设备 塑件结构 尺寸精度 表面要求 原材料分析 酚醛 最小壁厚6mm 精度等级在5级以下 表面无特殊要求 容易压制成型 可塑性好 力学性能与电绝缘性能良好 收缩及收缩方向性大 硬化速度慢体积比 v 1 8 2 8cm3 g压缩比 k 2 5 3 5密度 p 1 4g cm3收缩率 Q 0 6 1 1 塑件工艺性分析 查阅资料可得模塑工艺参数 预热温度 预热时间 min成型压力 a成型温度 保压时间 min mm 2 模塑工艺参数确定 3 模压设备选择 加压方向与1 确定分型面的选择 利于加压 便