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第5章压注成型工艺与模具结构压注成型原理和工艺过程5.1压注成型模具概述5.2压注模成型零部件的结构5.35.1压注成型原理和工艺过程压注成型也称为传递成型，是在克服了压缩成型的缺点，又吸收了注射成型的优点的基础上发展起来的一种加工方法，主要用于热固性塑料的加工成型。压注成型要求塑料在未达到硬化温度以前有应具有较大的流动性，而达到硬化温度以后，又要具有较快的硬化速度。符合这种要求的塑料包括：酚醛、三聚氰氨和环氧树脂等。而不饱和聚酯和脲醛塑料，因为在低温下具有较大的硬化速度，所以不能压注成型较大的塑件。压注成型原理如图5－1所示。压注模具设有单独的加料室，模具闭合后，将固态的热固性塑料原料（最好是预压成锭或经过预热）放入到模具的加料室中；使原料受热成为熔融状态，在压力机柱塞压力作用下，塑料熔体经过浇注系统进入并充满闭合型腔；塑料在型腔内继续受热受压产生化学交联反应而固化定型，最后打开模具取出塑件。5.1.1压注成型原理和特点1．压注成型原理2．压注成型的特点（1）压注成型前模具已经闭合，塑料在加料室中加热和熔融，能很快均匀地热透和硬化，所以，塑件制品性能均匀密实，强度高。（2）由于成型物料在进入型腔前已经塑化，所以能够生产外形复杂、薄壁或壁厚变化很大、带有精细嵌件的塑件。（3）压注成型的溢料比压缩成型的要少，而且飞边厚度薄，容易去除，所以塑件的尺寸精度高，表面粗糙度也较低。2．压注成型的特点（4）塑料在模具内的保压硬化时间较短，缩短了成型周期，生产效率高，模具磨损也较小。（5）压注成型所用模具结构复杂，模具制造成本高。（6）由于浇注系统的存在，压注成型的塑料浪费较大；因为塑件有浇口痕迹，所以修整工作量大。（7）压注成型的工艺条件比压缩成型要求更严格，操作难度大。压注成型的工艺过程与压缩成型基本相似，它们的主要区别在于：压缩成型是先加料后合模，而压注成型是先合模后加料。5.1.2压注成型工艺过程压注成型压力是指压力机通过压柱或柱塞对加料室塑料熔体施加的压力。由于熔体通过浇注系统时会有压力损失，所以压注成型压力一般为压缩成型压力的2～3倍。5.1.3压注成型工艺参数1．压注成型压力2．压注成型温度压注成型的模具温度通常要比压缩成型的温度低15～30℃，一般为130～190℃，因为塑料通过浇注系统时能从摩擦中取得一部分热量。加料室和下模的温度要低一些，而中框的温度要高一些，这样可以保证塑料进入通畅而不会出现溢料现象，同时也可以避免塑件出现缺料、起泡、接缝等缺陷。3．压注时间压注时间包括加料时间、充模时间、交联固化时间、脱模取塑件时间和清模时间等。压注成型的充模时间通常为5～50s，固化时间取决于塑料品种、塑件的大小和形状、壁厚、预热条件和模具结构等，通常为30～180s。5.2压注成型模具概述压注成型模具简称为压注膜。如图5－2所示为典型的固定式压注模结构。该压注模由压柱、上模、下模三大部分组成，打开上分型面A－A面取出主流道凝料并清理加料室；打开下分型面B－B面取出塑件和分流道凝料。5.2.1压注成型模具的结构组成1、成型零件直接与塑件接触的那部分零件，包括凹模、凸模、型芯等，如图5－2中5、14、15号件。2、加料装置由加料室3和和压柱2组成，移动式压注模的加料室和模具本体是可分离的，开模前先取下加料室，然后开模取出塑件。固定式压注模加料室与模具在一起，是在上模部分，加料时可以与压柱部分定距分型。3、浇注系统压注模浇注系统与注射模相似，主要由主流道、分流道和浇口组成。4、导向机构由导柱、导套组成，起定位、导向作用。在柱塞与加料室之间，型腔分型面之间，都应设有导向机构。5、侧向分型与抽型芯机构如果塑件中有侧孔或侧凹，则必须采用侧向分型与抽芯机构，与注射模和压缩膜基本相同。6、脱模机构在图5－2中，脱模机构由推杆6、推板8、复位杆10组成。由拉钩13、定距导柱16、可调拉杆11等组成的两次分型机构是为了加料室分型面和塑件分型面先后打开而设计的，也包括在脱模机构之内。7、加热系统如图5－2所示的固定式压注模，在加料室和型腔周围分别钻有加热孔，插入加热元件，分别对压柱、上模、下模三大部分加热。（1）移动式罐式压注模如图5－3所示为典型的移动式罐式压注模，加料室与模具可分离。这种模具对成型设备没有特殊的要求，可以在任何形式的普通的压力机上使用。5.2.2压注成型模具分类1．罐式压注模（2）固定式罐式压注模如图5－2所示为固定式罐式压注模，加料室在模具的内部，与模具不能分离，用普通的压力机就可以使塑件成型。开模时，压柱随上模座板移动，A型面分型，加料室敞开，压柱2把浇注系统的凝料从浇口套中拉出，当上模座板上升到一定高度时，拉杆11上的螺母迫使拉钩13转动，使之与下模部分脱开，接着定距导柱16起作用，使B分型面分型，最后由推出机构将塑件推出。合模时，复位杆使脱模机构复位，拉钩13靠自重将下模部分锁住。2．柱塞式压注模柱塞式压注模与罐式压注模相比，柱塞式压注模没有主流道，只有分流道，主流道变为圆柱形的加料室，与分流道相通。成型时，柱塞所施加的挤压力对模具不起锁模的作用，因此，需要采用专用的压力机。这种专用压力机有两个液压缸：主液压缸和辅助液压缸，主液压缸起锁模作用，辅助液压缸起压入成型作用。柱塞式压注模既可以是单腔的也可以一模多腔。罐式压注模压注成型所用的设备主要是塑料成型用液压机。选择液压机时，要根据所用塑料及加料室的截面积计算出压注成型所需的总压力，然后再选择液压机。压注成型时的总压力按下式计算：F＝pA≤KFP5.2.3压注成型设备1．普通液压机的选择2．专用液压机的选择柱塞式压注模成型时，需用专用的液压机。这种液压机有锁模和成型两个液压缸，因此在选择设备时，就要从成型和锁模两个方面进行考虑。压注成型时所需的总压力要小于所选液压机辅助液压缸的额定压力，即pA≤KF/锁模时，应有足够的锁模力，以保证型腔内压力不会将分型面顶开。所需要的锁模力应小于液压机主液压缸的额定压力（一般均能满足），即pA1≤KFP5.3压注模成型零部件的结构压注模的很多零部件的结构与注射模、压缩模相似，可以参照上述两类模具的结构设计方法进行设计，本节仅介绍压注模特有的零部件结构。压注模与注射模不同之处在于它有加料室。压注成型之前塑料必须加入到加料室内，进行预热、加压，才能压注成型。由于压注模的结构不同，所以加料室的形式也不相同。加料室截面形状大多为圆形和矩形，这主要取决于模腔结构及数量，加料室定位及固定形式取决于所选设备。5.3.1加料室的结构1．罐式压注模的加料室（1）移动式罐式压注模的加料室移动式压注模的加料室可单独取下，有一定的通用性，其结构如图5－6所示。加料室的底部为一带有40°～45°斜角的台阶，当压柱向加料室内的塑料施压时，压力也作用在台阶上，从而将加料室紧紧地压在模具的模板上，以防止塑料从加料室的底部溢出，也可防止溢料飞边的产生。加料室在模具上的定位方式如图5－6和图5－7所示。1）无定位方式：适合于小批量生产。2）销钉定位：这种结构的加料室与模板能精确配合，缺点是拆卸和清理不方便。3）外形定位：这种结构的特点是制造和使用都比较方便。4）凸台定位：这种结构既可以准确定位又可防止溢料，应用比较广泛。（2）固定式压注模加料室固定式压注模的加料室与上模连成一体，在加料室的底部开设一个或几个流道通向型腔。当分别在两块板上加工加料室和上模时，为了防止物料钻入两板接触面的间隙，应设置浇口套，如图5－2所示。2．柱塞式压注模的加料室柱塞式压注模的加料室截面为圆形，其在模具上安装形式如图6－4和图6－5所示。由于采用专用液压机，液压机上有锁模液压缸，所以加料室的截面尺寸与锁模无关，加料室的截面尺寸较小，高度较大。加料室的材料一般选用40Cr、T10A、CrWMn、Cr12等，热处理硬度为52～56HRC，加料室内腔应镀铬抛光，表面粗糙度Ra≤0.4μm。3．加料室的尺寸计算（1）加料室截面积根据生产实际经验，对于罐式压注模，加料室的截面积可以按照下式计算：A＝（1.1～1.25）A1对于柱塞式压注模，加料室截面积可以按照下式计算：A≤KF′/p（2）加料室的高度加料室的高度尺寸按下式计算：H＝VS/A＋（10～15）mm式中H——加料室的高度（mm）；Vs——塑料原料的体积（mm3）；A——加料室的水平投影面积（mm2）。如图5－8所示常见的罐式压注模的压柱结构形式。图（a）为顶部与底部带倒角的圆柱形压柱，结构简单，加工方便，常用于移动式压注模；图（b）为带凸缘结构的压柱，承压面积大，压注时平稳，既可用于移动式压注模，又可用于固定式压注模；图（c）为组合式压柱，用于固定式压注模，当模板的面积较大时，常用此种结构；图（d）为带环形槽的压柱，在压注成型时，环形槽被溢出的塑料充满并固化在槽中，可防止塑料从间隙中溢出。5.3.2压柱的结构1．罐式压注模的压柱2．柱塞式压注模的压柱如图5－9所示为柱塞式压注模压柱（也称为柱塞）的结构。图（a）为柱塞的一般形式，其一端带有螺纹，可以直接旋合在液压机辅助液压缸的活塞杆上；图（b）所示的柱塞上有环型槽，可防止塑料从侧面溢出，头部的球形凹面可以使料流集中。3．头部带有楔形沟槽的压柱压柱头部带有楔形沟槽，作用是成型后可以拉出主流道凝料，如图5－10所示。图（a）所示结构用于直径较小的压柱；图（b）所示结构用于直径大于75mm的压柱；图（c）所示结构用于拉出几个主流道凝料的场合。加料室与压柱的配合关系如图如图5－11所示。具体要求为：1、加料室与压柱的配合通常为H8/f9或H9/f9，也可以采用0.05～0.1mm的单边间隙配合。2、压柱的高度H1应比加料室的高度H小0.5～1mm，以避免压柱直接压到模板上，底部转角处应留0.3～0.5mm的储料间隙3、加料室与定位凸台的配合高度之差为0～0.1mm，加料室底部倾角α＝40°～45°。5.3.3加料室与压柱的配合压注模常用的主流道有正圆锥形、倒圆锥形和分流锥形等三种形式，如图5－13所示。5.3.4浇注系统1．主流道的结构形式2．分流道的结构形式为了达到较好的传热效果，压注模的分流道一般都比较浅而宽，但是如果过浅，会使塑料过度受热而提前硬化，反而降低其流动性。所以分流道最浅处应不小于2mm。一般小型件分流道深度取2～4mm，大型塑件深度取4～6mm。压注模分流道最常采用梯形截面，结构如图5－14所示。分流道应采用平衡式布置，同时分流道要平直，尽量避免弯折，以减少压力损失。3．浇口的结构形式（1）浇口的形式常用的压注模浇口形式有圆形点浇口、侧浇口、扇形浇口、环形浇口以及轮辐式浇口等几种形式，如图5－15所示。（2）浇口的尺寸浇口截面形状有圆形、半圆形及梯形等三种形式。圆形浇口加工困难，导热性不好，去除浇口时不方便，因此圆形浇口只适用于流动性较差的塑料，浇口直径一般大于3mm；半圆形浇口的导热性比圆形好，机械加工方便，但流动阻力较大，浇口较厚；梯形浇口的导热性好，机械加工方便，是最常用的浇口形式。一般梯形浇口的深度取0.5～0.7mm，宽度不大于8mm。（3）浇口位置浇口位置的选择是由塑件的形状来决定的，应遵循下面的几项原则。1）浇口应开设在塑件壁厚最大处，以利于塑料流动和补缩。2）浇口应开设在塑件的非重要表面，以免影响塑件的使用和美观以及后续加工工作量。3）对大型塑件应多开设几个浇口以减少流动距离，浇口间距应不大于120～140mm。4）热固性塑料在流动中会产生填料定向作用，浇口位置选择不当会造成塑件变形、翘曲甚至开裂，特别是长纤维填充的塑件，定向作用更为严重，应特别注意浇口位置的选择。例如，对于长条形塑件，当浇口位置开在长条中点时会引起长条弯曲，而改在端部进料较好。又如圆筒形塑件单边进料容易引起塑件变形，改为环形浇口较好。模具零件间的配合间隙及分型面之间的间隙一般不能满足排气需要，所以应该开设排气槽。排气槽应尽量开设在分型面上，因为分型面上排气槽产生的溢边很容易清理。排气槽的截面形状一般为矩形或梯形。对于中、小型塑件，分型面上的排气槽尺寸深度取0.04～0.13mm，宽度取3