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第三篇其他塑料成型第十三章热固性塑料的模塑成型重点掌握二、模具结构设计要点一、工艺特征及模具三、压模与压机的关系第一节工艺特征及模具一、压缩成型压缩成型：又称压制成型，典型的模具结构如图13—l。成型原理：模具开启时，热固性塑料的粉料或粒料，经计量后放在加料室内，此时上模和下模经加热达到了成型温度。油压机油缸驱动上凸模，以一定速度与下模闭合。塑料在高温和加压下熔融流动，充满型腔后保压一定时间。物料在物理和化学作用下交联固化定型，塑料由原来的线形分子结构变为三维体形结构。上模开启后，油压机机身下部的顶出杆，推动模具下模的顶出机构将塑件顶出凹模型腔。图13—1的模具有成型侧向孔的侧型芯，必须在顶出机构动作前旋退。压缩成型优点：与注射成型相比，压缩成型生产控制、使用的设备、模具都比较简单，适用于流动性差的塑料，宜于成型大型塑料制件，制件的收缩率小，变形较小，各向异性性能比较均匀。热固性塑料成型的工艺特性1、流动性流动性：反映了模压料在一定温度和压力下充满型腔的能力。一般热塑性塑料不采用压缩或压注成型，因加热过程较长，流动充模后，需冷却固化。压缩成型效率低，特别是厚壁塑件的产生周期更长。带有侧孔和深孔等形状复杂塑件难于成型，且常因边厚度的不同影响塑件高度尺寸的精度。工业生产中常用拉西格流动性测试法测定。即，规定量的模压粉放在圆柱型腔中，施以一定的温度和压力，比较从小孔中流出轴棒的长度。细棒长100～130mm的物料，只用来压制无嵌件、厚度不大而结构简单的塑件；细棒长131～150mm的物料，用来压制结构不特别复杂的塑件；细棒长15l～180mm的物料，流动性好，可用来压制结构复杂、深度较大、嵌件多的薄壁塑件。流动性测定方法模板加热，一方面使物料熔融，提高流动性；另一方面使活性基因发生交联反应，黏度升高至固化。成型温度、模压压力和模压时间是压缩成型的重要工艺参数，见表13—1。2、成型温度3、收缩率③热固性塑料中水分及挥发物含量较高，成型时熔体流动性好，制品的收缩增大。无机填料的塑料收缩率较小，有机填料的塑料收缩率较大。②材料的热收缩。塑料的热膨胀系数比钢材大，故塑件冷却后的尺寸比模具型腔小。①化学结构的变化。塑件中的聚合物是体型结构，而原料中树脂为线型结构，密度较小。交联后密度增大，体积收缩。热固性塑料制品收缩的主要原因常用热固性塑料的成型收缩率见表13—2。在实际生产中，常采用收缩率的平均值。压缩率大的塑料不仅模具的加料容腔增大，而且携入型腔的空气也相应增多，排气量大，热量消耗大，成型周期长。常用模压粉的压缩率为2～10。4、压缩率压缩率：指塑件与塑料模压粉两者密度或比容的比值。预压在专用的模具和液压式预压机上高效地进行。预压件的形状和尺寸应该与成型模具的加料容腔相配。某些塑料的预压件在成型前还需经过预热。预压：将松散或纤维状的热固性塑料模压粉在成型前用冷压方法制成质量一定、形状规则的密实实体。所压的预压物又称为压片、锭料或坯料。5、预压二、压注成型压注成型工作原理：在普通液压机上工作时，油缸推动压机上压板对压料柱塞加压，压料柱塞将加料室内已初步塑化的塑料经浇注系统压入型腔，然后压力经加料室传递到整个模具，使分型面闭合锁紧。注意，为防止分型面被进入型腔的熔体压力挤开，要求加料室容料的水平投影面积必须大于型腔熔体的投影面积。压注成型：又称为传递成型或压铸成型，典型的模具结构如图13—2。图13—2酚醛仪表齿轮成型后，需从模具上移开加料室，对加料室进行清理。压料柱塞是个单独的活动件，一般不连接在液压机的压板上。塑件的脱模要在专用的脱模架上，人工将上模板和型腔板卸下。这种移动料槽式压注模结构简单，生产效率低。料槽式压注模的加料室设在型腔上方的专门零件上。模具总体结构是三板式。加料室由主流道通向型腔。也有设置分流道通向较大的型腔，或者通向多个型腔。由于可在单缸油压机上成型塑件，应用较广泛。①模具的加料室不像压缩成型模具那样是型腔的延伸，而是由浇注系统与型腔分开，成为单独部分。浇注系统是塑料熔体从加料室进入型腔的必经通道。压注成型与压缩成型的区别：②塑料在加料室中经过初步加热塑化，在压料柱塞作用下迅速流经浇注系统时摩擦升温，能快速充入型腔并加快固化，使压注成型周期比压缩成型周期短，而且塑料表面与内部固化均匀，塑件性能提高，还有利于壁厚不均匀和形状复杂的塑件以及厚壁塑件的成型。③压料柱塞的压力不是直接作用在型腔，而是通过浇注系统向型腔传递压力，有利于细小嵌件、众多嵌件和有细长孔的塑件成型。⑥塑料中的细长或纤维状的填料在压注过程中有取向排列，使塑件产生各向异性。⑤压注成型要消耗较多的塑料。浇注系统的凝料作废料处理。④型腔在塑料熔体注入前闭合，没有溢边。塑件在模具深度方向尺寸的精度有提高。第二节模具结构设计要点一、压缩成型模结构设计要点压缩成型模结构形式由塑件本身和选用的压机等因素决定。1．凸凹模的配合敞开式、封闭式和半封闭式压缩模的凸凹模结构各不相同，其配合形式及该处的尺寸是压缩模设计的关键。工作原理：图13—3为敞开式压缩模，一模多腔。该塑件带有管状金属嵌件8。成型前，先将定位柱4与嵌件8套好一起放人模内，压塑粉或预压件加入型腔中，模具闭合，物料在模内被加热加压而熔融塑化充满型腔，交联固化后成型。成型后，上下模分型，拉杆16使模具顶出机构运动，顶杆11顶在定位柱4上，带动塑件一起脱出模外，在模外将塑件与定位柱4分离。(1)敞开式压缩模凸凹模配合形式：如图13—4。加料量：应大于塑件质量的5％。适用场合：压缩成型高度不大、外形简单、品质要求不高的塑件。型腔数量：可一模设置多个型腔，每个型腔都有对应的单独的加料室，个别型腔损坏时，可以停止其加料而不妨碍整个模具工作，但要求各加料室加料均衡。敞开式压缩模的特点：型腔就是加料室，型腔的封闭在凸凹模完全闭合时形成，加压后余料从分型面处溢出。(2)封闭式压缩模图13—5为封闭式单型腔的压缩模，成型一个碗状塑件。特点：加料室是型腔的延续部分，压机压力由凸模全部传递到塑件上，塑料的溢出量很少，能获得材料致密的塑件。但要求称量准确，塑件脱模时会擦伤加料室内壁。适用场合：形状复杂、壁厚、长流程和深腔塑件的成型，也可用于流动性差、单位比压高、比容大的棉布、玻璃布或长纤维作填料的挤压塑件。凸凹模的典型结构、配合、尺寸：如图13—6(a)。①加料室的深度，即型腔深度H，由所需的塑料容积计算确定。②加料室、凸模一般按H8／f8配合，通常取单边间隙0．025～0．075mm为宜。配合间隙过小，在高温下极易咬合；但过大间隙会造成严重溢料。配合长度常取10mm左右，加料室的入口应有R1．5mm的倒圆。l③除塑件的型腔高度外，加料室深度方向配合长度超过10mm部分，应设置15’～20’的斜度作为引导。⑤为减小塑件脱模顶出时与加料室内壁的摩擦，如图13—6(b)和(c)，采用在塑件周边添加外伸小飞边的方法。图(b)中飞边总l1=1．8mm，厚只有0．1mm，容易剔除，外凸部分0．3～0．5mm使塑件周边与加料室脱离接触。图(c)中飞边结构，适用于带斜边的塑件。这种附加环形飞边还具有排除和储存余料的作用。④图示顶杆的配合长度h取4～10mm。①传递压机压力，是模具的成型零件，与加料室的配合长度又起导向功能，还具有排除废气和控制余料的功能。⑹凸模、凹模和加料室零件均需淬火处理以防咬合。凸模作用、结构：②侧面上开有纵向排气槽，从凸模的成型面一直开至模板。这种排气槽深为0．3～0．5mm，宽为5～6mm，兼作溢料槽。(3)半封闭式压缩模图13—7半封闭式压缩模，成型具有侧孔和中心孔的矩形盒。模具特点：在加料室中设有挤压环，图13—7(a)中的B，并相应在上下模闭合面上设置承压块即承压面A。加料室也是型腔的延续，能获得较紧密并高度尺寸较为精确的塑件。对流动性较差的纤维填充的塑料，必须提高压制时单位压力。以布片或长纤维为填料的塑料不宜采用此方法成型。挤压边、承压面设计：最薄的边缘l3，中小塑件取2～4mm，较大塑件取3～5mm。模具装配时修磨承压面，使边缘l3处留有间隙0．03～0．05mm。上模对下模的压机压力由承压面A接触承受，保护了挤压边的成型零件。承压面的修磨也同时调节了塑件深度方向尺寸。凸模的导向与封闭式相同，排气和溢流由挤压边后部的空间承担。2．加料室设计加料室作用：存放塑料并使之加热塑化、进入型腔前的一个腔体。压缩成型模，加料室是型腔开口端的延续部分。敞开式压模其型腔就是加料室，而半封闭或封闭式压模，加料室截面面积等于塑件水平投影面积加挤压边面积或塑件水平投影面积。当已知成型该塑件所需塑料容积时，不同加料室的高度H的计算公式，见表13—3。表13—3所列公式适用于粉状塑料。对于比容比粉状塑料大得多的纤维状塑料，加料室高度不能用上述公式计算。对于纤维状塑料可采用预先压实方法，再加入型腔；或者几次加料，第一次加料后压实，然后再加料。3．压模与压机的关系模具的结构一定要适应压机的结构和性能。压机的工作能力、塑件的脱模取出和模具安装必须保证顺利实施。(1)压机工艺参数校核常用液压机的型号：45、100、300、500……，即为压机最大总压力450kN、3000kN……。模压时所需的压力Ps(kN)，应为此最大总压力p的0．75～0．90倍。模压成型所需压力计算式PS=K·Pp·A·n（13-1）式中Pp——根据塑料种类、塑件的形状和尺寸、成型型腔等拟定的单位压力，MPa；A——压制面积，半封闭式压模等于加料室截面积；对于封闭式和敞开式压模等于每个塑料件的水平投影面积，mm2；n——封闭式或敞开式压模，为型腔数目；但半封闭式压模，即使多个型腔也取1；K——考虑机械摩擦等阻力的增大系数，取1．1~1．2。模压的单位压力Pp的选取：可参考表13—4主要由树脂种类和填料性状决定，粉状填料的塑料模压时Pp值较小，布、石棉和纤维填料的塑料模压时Pp为前者的2倍左右。对于高度大又是薄壁的筒形塑件以及不易成型塑件均应取较大Pp值。此外，物料预热程度好，也可减压。(2)压模高度和开模行程的校核模具的高度和所要求的开模距离必须与压机上下模板之间的最小距离、最大距离及上模板的最大行程相适应，如图13-8。图中h上为上模部分全高，mm；h下为下模部分全高，mm；h凸为凸模压入凹模部分的全高，mm；h制为塑件高度，mm；L为最小开模距离，mm。若不能满足，可在压机上下模板间加垫模板解决。hHmin(13-2a)对于压机外装卸的移动式模具，需满足模具闭合时，压模的闭合总高度h=h上+h下-h凸对于压机内装卸的固定式模具，应使Hmax≥h+L(13-2b)即Hmax≥h+h制+h凸+(10~20)mm或Hmax≥h上+h下+h制+(10~20)mm式中Hmin——压机上下模板间最小距离，mm；Hmax——压机上下模板间最大距离，mm。而L=h制+h凸即为模具所要求的最小开模距离。(3)脱模和顶出凹模中顶出塑件有三种情况。①压机下模板具有液压顶出装置，模具顶出机构要适应压机推出杆的行程和推出力。压机顶出装置有自动控制和手工操纵两种。模具所需的顶出行程应小于压机推出杆的最大行程。③对于无顶出装置的压机，只适用于移动式压缩模具，要在压机外运用卸模架或顶出器将塑件从模具内顶出。②利用压机上模板的升举运动，驱动框架和拉杆来拉动压缩模具的顶出机构。此顶出脱模运动，应该在开模至一定位置时才能启动。脱模力应小于压机的推出力。脱模力可由经验公式计算Ft=Ac·P(13-3)式中Ft——所需的脱模力，N；Ac——塑件包紧型芯的总面积，cm2；P——单位面积的脱模阻力，N／cm2。脱模阻力p取值：木粉填充酚醛塑料p=50N／cm2；玻璃纤维填充酚醛塑料p=150N／cm2；纤维填充的氨基塑料p=50～80N／cm2。4．压模加热热固性塑料的压缩成型，一般在较高的模具温度150~180℃下进行，虽然成型时的化学反应要放出一定的热，但其成型主要靠模具加热来保证。(1)加热功率计算加热功率过大，模具温度升高快，而且模具温度波动大，又易造成局部过热。有两种经验公式可供计算加热模