压塑模具设计

压塑模具设计1概述2典型结构3压塑模具设计思考题1概述1．1压塑成型及优缺点1．2压塑模具分类1．3压塑模与压机的关系1.1压塑成型及优缺点压塑模具（简称压模）主要用于热固性塑件成型。其成型方法是将塑料原料（粉状、粒状、片状、碎屑状、纤维状等各种形态）直接加入具有规定温度的压模型腔和加料室，然后以一定的速度将模具闭合，塑料在加热和加压下熔融流动，并且很快充满整个型腔，得到所需形状及尺寸的塑件。最后开启模具取出塑件。与注塑模具相比，压塑模具有其特殊的地方，如没有浇注系统，直接向模腔内加入未塑化的塑料，只能垂直安装等。下面就压塑成型的优缺点及压塑模具结构分别加以叙述。1．压塑成型的优点:（1）与注塑成型相比，使用的设备和模具比较简单。（2）适用于流动性差的塑料，比较容易成型大型制品。（3）与热固性塑料注塑成型相比，制件的收缩率较小、变形小、各向性能比较均匀。2．压塑成型的缺点（1）生产周期比注塑成型长，生产效率低，特别是厚壁制品生产周期更长。（2）不易实现自动化，劳动强度比较大，特别是移动式压塑模具。由于模具要加热，原料常有粉尘纤维飞扬，劳动条件较差。（3）制品常有较厚的溢边，且每模边厚不同，因此会影响制品高度尺寸的准确性。（4）厚壁制品和带有深孔、形状复杂的制品难于制模。（5）压模要受到高温高压的联合作用，因此对模具材料要求较高，重要零件均应进行热处理。同时压塑模具操作中受到冲击振动较大，易磨损和变形，使用寿命较短，一般仅20～30万次。（6）模具内细长的成型杆和制品上细薄的嵌件，在压塑时均易弯曲变形，因此这类制品不宜采用。1．2压塑模具分类1．按其是否装固在液压机上分类2．按分型面特征分类3．按成型型腔数分类1．按其是否装固在液压机上分类（1）移动式模具属机外装卸的模具。一般情况下，模具的分模、装料、闭合及成型后塑件由模具内取出等均在机外进行，模具本身不带加热装置且不装固在机床上，故通称移动式模具。这种模具适用于成型内部具有很多嵌件、螺纹孔及旁侧孔的塑件、新产品试制以及采用固定式模具加料不方便等情况。移动式模具其结构简单、制造周期短、造价低，但操作时劳动强度大，且生产效率低，因此，设计时应考虑模具尺寸和重量都不宜过大。（2）固定式模具属机内装卸的模具。它装固在机床上，且本身带有加热装置，整个生产过程即分模、装料、闭合、成型及成型后顶出塑件等均在机床上进行，故通称固定式模具。固定式模具使用方便、生产效率高、劳动强度小、模具使用寿命长，适用于产量大、尺寸大的塑件生产。其缺点是模具结构复杂、造价高、且安装嵌件不方便。（3）半固定式模具这种模具是介于上述两种模具之间，即阴模做成可移动性，阳模固定在机床上，成型后，阴模从导轨上拉至压机外的侧顶出工作台上进行顶件，安放嵌镶件及加料完成后，再推入压机内进行压制，而阳模就一直被固定在压机上（或阳模做成可移动性，阴模固定在压机上），这种模具适用于成型带螺纹塑件或嵌件多、有侧孔等塑件。2．按分型面特征分类有三类，即水平分型面；垂直分型面；复合分型面。不论是注塑模，还是压塑模，其分型面表示方法是相同的，可见图7-1。ⅡⅠ(a)(b)(c)图7-1分型面的表示方法（1）水平分型面即模具分型面平行于压机工作台面（或垂直于机床的工作压力方向）。它又分为：a．一个水平分型面的压模分型面将压模分成阳模和阴模两部分。如图7-2所示。b．两个水平分型的压模两个分型面将压模分成阳模、阴模和模套三部分。如图7-3所示。分模时，压模沿着两个水平分型面分成三部分，塑件仍留在模套中，可用手工将塑件从模套中取出。这种结构的特征是没有顶出器，通常用于移动式压塑模具中。近几年来，由于通用模架得到广泛使用，两个水平分型面的压塑模具在通用模架中也就经常使用。图7-2一个水平分型面敞开式压模图7-3两个水平分型面闭合式压模1-阳模；2-模套；3-阴模。（2）垂直分型面模具的分型面垂直于压机的工作台面（或平行于机床的工作压力方向）。垂直分型面压塑模具用于成型线圈骨架类型的塑件，由两半或数半组成的外形为楔锥形阴模，装在模套4中，如图7-4所示。在阳模2压制时，模套套住阴模，模具处于闭合状态，塑件中的孔用型芯1成型。当阴模从模套中顶出后，在压机外将压好的塑件取出。另外，还有多层分型面压模。这种模具具有两个以上的分型面，垂直（或平行）于压机的工作压力方向，将模具分成数个部分。多层水平分型面压模，每一层板都成型塑件的某一部分，压模板间的相互定位是由导柱来实现的。这种结构的优点是压模易于制造（在淬火后各板可磨光），适用于平的和薄的有嵌件塑件，且嵌件固定方便。移动式和固定式的多层分模面的压塑模具，工业上应用极广。（3）复合分型面模具的分型面既有平行于压机工作台面的，又有垂直于压机工作台面的。3．按成型型腔数分类（1）单型腔压塑模具在每一压制周期中，成型一个塑件。（2）多型腔压塑模具在每一压制周期中，成型两个以上乃至数十个塑件。压模的型腔数量取决于塑件的形状、所需的数量和压机的功率。此外，由于塑件形状或结构上的限制及生产中的需要，不能在模具上设计出加料室，但又要求塑件组织紧密均匀时，可将塑料压成一定形状和大小的坯件，将坯件放入模具型腔再进行模塑。这种塑坯件的模具称做压坯模。敞开式压塑模具多用这种坯件。压坯模的结构形式如图7-5所示。1-下板；2-上板；3-型腔；4-上凸模；5-下凸模；6-螺钉。图7-5压坯模1．3压塑模与压机的关系1.塑料压塑模用压机种类压机是压塑成型的主要设备。根据传动方式不同，压机可分为机械式和液压式两种。机械式压机常使用螺旋压力机，其结构简单，但技术性能不够稳定，因此，正逐渐被液压机所代替。液压机是热固性塑料压塑成型所用的主要设备。根据机身结构不同，液压机可分为框架联接及立柱联接两类。框架式如图7-6及图7-7C）所示，一般用于中、小型压机。立柱式如图7-7a)、b)所示，常用于大、中型压机。加压形式大部分为上压式(如图7-7a))。上、下模分别安装在上压板（滑块）、下压板（工作台）上，工作时上压板带动上模往下运动进行压制。工作台下设有机械或液压顶出系统，开模后顶杆上升推动推出机构而脱出制品。该类压机一般可进行半自动化工作。图7-6Y71-100型液压机及液压机工作台A-A顶出杆2．压机有关参数的校核（1）压机最大压力校核压机最大压力是为了在已知压机公称压力和制品尺寸的情况下，计算模具内开设型腔的数目，或在已知型腔数和制品尺寸时，选择压机的公称压力。压制塑料制品所需要的总成型压力应小于或等于压机公称压力。其关系见下式：F模≤KF机（7-1）式中F模—压制塑料制品所需的总压力；F机—压机公称压力；K—修正系数，K=0.75-0.90，根据压机新旧程度而定。F模可按下式计算：F模=pAn（7-2）式中A—单个型腔水平投影面积：对于溢式和不溢式压模，A等于塑料制品最大轮廓的水平投影面积；对于半溢式压模，A等于加料腔的水平投影面积；n—压模内加料腔个数，单型腔压模n=1，对于共用加料腔的多型腔压模，n亦等于1，这时A为加料腔的水平投影面积；p—压制时单位成型压力。其值可根据表7-1选取。表7-1压制时单位成型压力p(MPa)塑料制品的特征粉状酚醛塑料布基填料的酚醛塑料氨基塑料酚醛石棉塑料不预热预热扁平厚壁制品1226～17.169.81～14.7129.42～39.2312.26～17.1644.13高20～40mm，壁厚4～6mm1226～17.169.81～14.713432～44.1312.26～17.1644.13高20～40mm，壁厚2～4mm1226～17.169.81～14.713923～49.0312.26～17.1644.13高40～60mm，壁厚4～6mm17.16～22.0612.26～15.4049.03～68.6517.16～22.0653.94高40～60mm，壁厚2～4mm22.06～26.9714.71～19.6158.84～78.4522.06～26.9753.94高60～100mm，壁厚4～6mm24.52～29.4214.71～19.61—24.52～29.4253.94高60～100mm，壁厚2～4mm2697～34.3217.61～22.06—26.97～34.3253.94当选择需要的压机公称压力时，将式（7-2）代入式（7-1）可得：（7-3）当压机确定，可按下式计算多型腔模的型腔数（7-4）当压机的公称压力超出成型需要的压力时，需调节压机的工作液体压力，此时压机的压力由压机活塞面积和工作液体的工作压力确定：F机=plA机（7-5）式中pl—压机工作液体的工作压力（可从压力表上得到）；A机—压机活塞横截面积。KpAnF机PAKFn机（2）开模力的校核开模力的大小与成型压力成正比，其值大小关系至压模联接螺钉的数量及大小。因此，对大型模具在布置螺钉前需计算开模力。a.开模力计算公式：F开=K1F模（7-6）式中F开—开模力；F模—模压制品所需的成型总压力；K1—压力系数，对形状简单的制品，配合环不高时取0.1；配合环较高时取0.15；塑料制品形状复杂，配合环又高时取0.2。b.螺钉数的确定（7-7）式中n螺—螺钉数量；f—每个螺钉所承受的负荷，查表7-2。fFn开螺表7-2螺钉负荷表f(N)公称直径材料：45材料：T10A备注σb/MPaσb/MPa490.33980.67M51323.902598.76对于成型压力大于500kN的大型模具，连接螺钉用的材料可选T10A、T10，但不应淬火M61814.233628.46M83432.336766.59M105393.6610787.32M127943.3915788.71M1410787.3221770.76M1615200.3130302.55M1818240.3736480.74M2023634.0347268.05M2229714.1559428.30M2434127.1468156.22c.脱模力的校核脱模力可按式（7-8）计算。选用压机的顶出力应大于脱模力。F脱=A1p1(7-8)式中F脱—塑料制品的脱模力；A1—塑料制品侧面积之和；p1—塑料制品与金属的结合力，一般木纤维和矿物为填料取0.49MPa,玻璃纤维为填料取1.47MPa。d.压机的闭合高度与压模闭合高度关系的校核压机上（动）压板的行程和上、下压板间的最大、最小开距直接关系到能否完全开模取出塑料制品。模具设计时可按下式进行计算（图7-8）：h≥Hmin+(10～15)mm(7-9)h=h1+h2(7-10)式中Hmin—压机上、下压板间的最小距离；h—压模闭合高度；h1—凹模高度；h2—凸模台肩高度。图7-8模具闭合高度与开模行程1-凸模2-塑料制品3-凹模如果h＜Hmin,则上、下模不闭合，这时应在上、下板间加垫板。除满足式（7-9）外，还应满足下式：Hmax≥h+L(7-11)L=hs+ht+(10～30)mm(7-12)将式（7-12）代入式（7-11）得：Hmax≥h+hs+ht+(10～30)mm(7-13)式中Hmax—压机上、下板间的最大距离；hs—塑料制品高度；ht—凸模高度；L—模具最小开模距离。对于利用开模力完成侧向分型与侧向抽芯的模具，以及利用开模力脱出螺纹型芯等场合，模具所要求的开模距离可能还要大一些，需视具体情况而定。对于移动式模具，当卸模架安放在压机上脱模时，应考虑模具与上、下卸模组合后的高度，以能放入上、下压板之间为宜。f.压机的台面结构及有关尺寸的校核(图7-6和图7-7）。压塑模的宽度应小于压机立柱或框架间的距离，使压模顺利通过立柱或框架。压塑模的最大外形尺寸不宜超出压机上、下压板尺寸，以便于压塑模安装固定。压机的上、下压板上常开设有平行的或沿对角线交叉的T形槽。压塑模的上、下模座板可直接用螺钉