第五章 壓注成型工藝與模具結(jié)構(gòu)

第5章壓注成型工藝與模具結(jié)構(gòu) 5 1壓注成型原理和工藝過程 壓注成型也稱為傳遞成型 是在克服了壓縮成型的缺點(diǎn) 又吸收了注射成型的優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種加工方法 主要用于熱固性塑料的加工成型 壓注成型要求塑料在未達(dá)到硬化溫度以前有應(yīng)具有較大的流動(dòng)性 而達(dá)到硬化溫度以后 又要具有較快的硬化速度 符合這種要求的塑料包括 酚醛 三聚氰氨和環(huán)氧樹脂等 而不飽和聚酯和脲醛塑料 因?yàn)樵诘蜏叵戮哂休^大的硬化速度 所以不能壓注成型較大的塑件 壓注成型原理如圖5 1所示 壓注模具設(shè)有單獨(dú)的加料室 模具閉合后 將固態(tài)的熱固性塑料原料 最好是預(yù)壓成錠或經(jīng)過預(yù)熱 放入到模具的加料室中 使原料受熱成為熔融狀態(tài) 在壓力機(jī)柱塞壓力作用下 塑料熔體經(jīng)過澆注系統(tǒng)進(jìn)入并充滿閉合型腔 塑料在型腔內(nèi)繼續(xù)受熱受壓產(chǎn)生化學(xué)交聯(lián)反應(yīng)而固化定型 最后打開模具取出塑件 5 1 1壓注成型原理和特點(diǎn) 1 壓注成型原理 2 壓注成型的特點(diǎn) 1 壓注成型前模具已經(jīng)閉合 塑料在加料室中加熱和熔融 能很快均勻地?zé)嵬负陀不?所以 塑件制品性能均勻密實(shí) 強(qiáng)度高 2 由于成型物料在進(jìn)入型腔前已經(jīng)塑化 所以能夠生產(chǎn)外形復(fù)雜 薄壁或壁厚變化很大 帶有精細(xì)嵌件的塑件 3 壓注成型的溢料比壓縮成型的要少 而且飛邊厚度薄 容易去除 所以塑件的尺寸精度高 表面粗糙度也較低 2 壓注成型的特點(diǎn) 4 塑料在模具內(nèi)的保壓硬化時(shí)間較短 縮短了成型周期 生產(chǎn)效率高 模具磨損也較小 5 壓注成型所用模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜 模具制造成本高 6 由于澆注系統(tǒng)的存在 壓注成型的塑料浪費(fèi)較大 因?yàn)樗芗袧部诤圹E 所以修整工作量大 7 壓注成型的工藝條件比壓縮成型要求更嚴(yán)格 操作難度大 壓注成型的工藝過程與壓縮成型基本相似 它們的主要區(qū)別在于 壓縮成型是先加料后合模 而壓注成型是先合模后加料 5 1 2壓注成型工藝過程 壓注成型壓力是指壓力機(jī)通過壓柱或柱塞對加料室塑料熔體施加的壓力 由于熔體通過澆注系統(tǒng)時(shí)會(huì)有壓力損失 所以壓注成型壓力一般為壓縮成型壓力的2 3倍 5 1 3壓注成型工藝參數(shù) 1 壓注成型壓力 2 壓注成型溫度 壓注成型的模具溫度通常要比壓縮成型的溫度低15 30 一般為130 190 因?yàn)樗芰贤ㄟ^澆注系統(tǒng)時(shí)能從摩擦中取得一部分熱量 加料室和下模的溫度要低一些 而中框的溫度要高一些 這樣可以保證塑料進(jìn)入通暢而不會(huì)出現(xiàn)溢料現(xiàn)象 同時(shí)也可以避免塑件出現(xiàn)缺料 起泡 接縫等缺陷 3 壓注時(shí)間 壓注時(shí)間包括加料時(shí)間 充模時(shí)間 交聯(lián)固化時(shí)間 脫模取塑件時(shí)間和清模時(shí)間等 壓注成型的充模時(shí)間通常為5 50s 固化時(shí)間取決于塑料品種 塑件的大小和形狀 壁厚 預(yù)熱條件和模具結(jié)構(gòu)等 通常為30 180s 5 2壓注成型模具概述 壓注成型模具簡稱為壓注膜 如圖5 2所示為典型的固定式壓注模結(jié)構(gòu) 該壓注模由壓柱 上模 下模三大部分組成 打開上分型面A A面取出主流道凝料并清理加料室 打開下分型面B B面取出塑件和分流道凝料 5 2 1壓注成型模具的結(jié)構(gòu)組成 1 成型零件直接與塑件接觸的那部分零件 包括凹模 凸模 型芯等 如圖5 2中5 14 15號(hào)件 2 加料裝置由加料室3和和壓柱2組成 移動(dòng)式壓注模的加料室和模具本體是可分離的 開模前先取下加料室 然后開模取出塑件 固定式壓注模加料室與模具在一起 是在上模部分 加料時(shí)可以與壓柱部分定距分型 3 澆注系統(tǒng)壓注模澆注系統(tǒng)與注射模相似 主要由主流道 分流道和澆口組成 4 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)由導(dǎo)柱 導(dǎo)套組成 起定位 導(dǎo)向作用 在柱塞與加料室之間 型腔分型面之間 都應(yīng)設(shè)有導(dǎo)向機(jī)構(gòu) 5 側(cè)向分型與抽型芯機(jī)構(gòu)如果塑件中有側(cè)孔或側(cè)凹 則必須采用側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu) 與注射模和壓縮膜基本相同 6 脫模機(jī)構(gòu)在圖5 2中 脫模機(jī)構(gòu)由推桿6 推板8 復(fù)位桿10組成 由拉鉤13 定距導(dǎo)柱16 可調(diào)拉桿11等組成的兩次分型機(jī)構(gòu)是為了加料室分型面和塑件分型面先后打開而設(shè)計(jì)的 也包括在脫模機(jī)構(gòu)之內(nèi) 7 加熱系統(tǒng)如圖5 2所示的固定式壓注模 在加料室和型腔周圍分別鉆有加熱孔 插入加熱元件 分別對壓柱 上模 下模三大部分加熱 1 移動(dòng)式罐式壓注模如圖5 3所示為典型的移動(dòng)式罐式壓注模 加料室與模具可分離 這種模具對成型設(shè)備沒有特殊的要求 可以在任何形式的普通的壓力機(jī)上使用 5 2 2壓注成型模具分類 1 罐式壓注模 2 固定式罐式壓注模如圖5 2所示為固定式罐式壓注模 加料室在模具的內(nèi)部 與模具不能分離 用普通的壓力機(jī)就可以使塑件成型 開模時(shí) 壓柱隨上模座板移動(dòng) A型面分型 加料室敞開 壓柱2把澆注系統(tǒng)的凝料從澆口套中拉出 當(dāng)上模座板上升到一定高度時(shí) 拉桿11上的螺母迫使拉鉤13轉(zhuǎn)動(dòng) 使之與下模部分脫開 接著定距導(dǎo)柱16起作用 使B分型面分型 最后由推出機(jī)構(gòu)將塑件推出 合模時(shí) 復(fù)位桿使脫模機(jī)構(gòu)復(fù)位 拉鉤13靠自重將下模部分鎖住 2 柱塞式壓注模 柱塞式壓注模與罐式壓注模相比 柱塞式壓注模沒有主流道 只有分流道 主流道變?yōu)閳A柱形的加料室 與分流道相通 成型時(shí) 柱塞所施加的擠壓力對模具不起鎖模的作用 因此 需要采用專用的壓力機(jī) 這種專用壓力機(jī)有兩個(gè)液壓缸 主液壓缸和輔助液壓缸 主液壓缸起鎖模作用 輔助液壓缸起壓入成型作用 柱塞式壓注模既可以是單腔的也可以一模多腔 罐式壓注模壓注成型所用的設(shè)備主要是塑料成型用液壓機(jī) 選擇液壓機(jī)時(shí) 要根據(jù)所用塑料及加料室的截面積計(jì)算出壓注成型所需的總壓力 然后再選擇液壓機(jī) 壓注成型時(shí)的總壓力按下式計(jì)算 F pA KFP 5 2 3壓注成型設(shè)備 1 普通液壓機(jī)的選擇 2 專用液壓機(jī)的選擇 柱塞式壓注模成型時(shí) 需用專用的液壓機(jī) 這種液壓機(jī)有鎖模和成型兩個(gè)液壓缸 因此在選擇設(shè)備時(shí) 就要從成型和鎖模兩個(gè)方面進(jìn)行考慮 壓注成型時(shí)所需的總壓力要小于所選液壓機(jī)輔助液壓缸的額定壓力 即pA KF 鎖模時(shí) 應(yīng)有足夠的鎖模力 以保證型腔內(nèi)壓力不會(huì)將分型面頂開 所需要的鎖模力應(yīng)小于液壓機(jī)主液壓缸的額定壓力 一般均能滿足 即pA1 KFP 5 3壓注模成型零部件的結(jié)構(gòu) 壓注模的很多零部件的結(jié)構(gòu)與注射模 壓縮模相似 可以參照上述兩類模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì) 本節(jié)僅介紹壓注模特有的零部件結(jié)構(gòu) 壓注模與注射模不同之處在于它有加料室 壓注成型之前塑料必須加入到加料室內(nèi) 進(jìn)行預(yù)熱 加壓 才能壓注成型 由于壓注模的結(jié)構(gòu)不同 所以加料室的形式也不相同 加料室截面形狀大多為圓形和矩形 這主要取決于模腔結(jié)構(gòu)及數(shù)量 加料室定位及固定形式取決于所選設(shè)備 5 3 1加料室的結(jié)構(gòu) 1 罐式壓注模的加料室 1 移動(dòng)式罐式壓注模的加料室移動(dòng)式壓注模的加料室可單獨(dú)取下 有一定的通用性 其結(jié)構(gòu)如圖5 6所示 加料室的底部為一帶有40 45 斜角的臺(tái)階 當(dāng)壓柱向加料室內(nèi)的塑料施壓時(shí) 壓力也作用在臺(tái)階上 從而將加料室緊緊地壓在模具的模板上 以防止塑料從加料室的底部溢出 也可防止溢料飛邊的產(chǎn)生 加料室在模具上的定位方式如圖5 6和圖5 7所示 1 無定位方式 適合于小批量生產(chǎn) 2 銷釘定位 這種結(jié)構(gòu)的加料室與模板能精確配合 缺點(diǎn)是拆卸和清理不方便 3 外形定位 這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是制造和使用都比較方便 4 凸臺(tái)定位 這種結(jié)構(gòu)既可以準(zhǔn)確定位又可防止溢料 應(yīng)用比較廣泛 2 固定式壓注模加料室固定式壓注模的加料室與上模連成一體 在加料室的底部開設(shè)一個(gè)或幾個(gè)流道通向型腔 當(dāng)分別在兩塊板上加工加料室和上模時(shí) 為了防止物料鉆入兩板接觸面的間隙 應(yīng)設(shè)置澆口套 如圖5 2所示 2 柱塞式壓注模的加料室 柱塞式壓注模的加料室截面為圓形 其在模具上安裝形式如圖6 4和圖6 5所示 由于采用專用液壓機(jī) 液壓機(jī)上有鎖模液壓缸 所以加料室的截面尺寸與鎖模無關(guān) 加料室的截面尺寸較小 高度較大 加料室的材料一般選用40Cr T10A CrWMn Cr12等 熱處理硬度為52 56HRC 加料室內(nèi)腔應(yīng)鍍鉻拋光 表面粗糙度Ra 0 4 m 3 加料室的尺寸計(jì)算 1 加料室截面積根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際經(jīng)驗(yàn) 對于罐式壓注模 加料室的截面積可以按照下式計(jì)算 A 1 1 1 25 A1對于柱塞式壓注模 加料室截面積可以按照下式計(jì)算 A KF p 2 加料室的高度加料室的高度尺寸按下式計(jì)算 H VS A 10 15 mm式中H 加料室的高度 mm Vs 塑料原料的體積 mm3 A 加料室的水平投影面積 mm2 如圖5 8所示常見的罐式壓注模的壓柱結(jié)構(gòu)形式 圖 a 為頂部與底部帶倒角的圓柱形壓柱 結(jié)構(gòu)簡單 加工方便 常用于移動(dòng)式壓注模 圖 b 為帶凸緣結(jié)構(gòu)的壓柱 承壓面積大 壓注時(shí)平穩(wěn) 既可用于移動(dòng)式壓注模 又可用于固定式壓注模 圖 c 為組合式壓柱 用于固定式壓注模 當(dāng)模板的面積較大時(shí) 常用此種結(jié)構(gòu) 圖 d 為帶環(huán)形槽的壓柱 在壓注成型時(shí) 環(huán)形槽被溢出的塑料充滿并固化在槽中 可防止塑料從間隙中溢出 5 3 2壓柱的結(jié)構(gòu) 1 罐式壓注模的壓柱 2 柱塞式壓注模的壓柱 如圖5 9所示為柱塞式壓注模壓柱 也稱為柱塞 的結(jié)構(gòu) 圖 a 為柱塞的一般形式 其一端帶有螺紋 可以直接旋合在液壓機(jī)輔助液壓缸的活塞桿上 圖 b 所示的柱塞上有環(huán)型槽 可防止塑料從側(cè)面溢出 頭部的球形凹面可以使料流集中 3 頭部帶有楔形溝槽的壓柱 壓柱頭部帶有楔形溝槽 作用是成型后可以拉出主流道凝料 如圖5 10所示 圖 a 所示結(jié)構(gòu)用于直徑較小的壓柱 圖 b 所示結(jié)構(gòu)用于直徑大于75mm的壓柱 圖 c 所示結(jié)構(gòu)用于拉出幾個(gè)主流道凝料的場合 加料室與壓柱的配合關(guān)系如圖如圖5 11所示 具體要求為 1 加料室與壓柱的配合通常為H8 f9或H9 f9 也可以采用0 05 0 1mm的單邊間隙配合 2 壓柱的高度H1應(yīng)比加料室的高度H小0 5 1mm 以避免壓柱直接壓到模板上 底部轉(zhuǎn)角處應(yīng)留0 3 0 5mm的儲(chǔ)料間隙3 加料室與定位凸臺(tái)的配合高度之差為0 0 1mm 加料室底部傾角 40 45 5 3 3加料室與壓柱的配合 壓注模常用的主流道有正圓錐形 倒圓錐形和分流錐形等三種形式 如圖5 13所示 5 3 4澆注系統(tǒng) 1 主流道的結(jié)構(gòu)形式 2 分流道的結(jié)構(gòu)形式 為了達(dá)到較好的傳熱效果 壓注模的分流道一般都比較淺而寬 但是如果過淺 會(huì)使塑料過度受熱而提前硬化 反而降低其流動(dòng)性 所以分流道最淺處應(yīng)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 壓注模分流道最常采用梯形截面 結(jié)構(gòu)如圖5 14所示 分流道應(yīng)采用平衡式布置 同時(shí)分流道要平直 盡量避免彎折 以減少壓力損失 3 澆口的結(jié)構(gòu)形式 1 澆口的形式常用的壓注模澆口形式有圓形點(diǎn)澆口 側(cè)澆口 扇形澆口 環(huán)形澆口以及輪輻式澆口等幾種形式 如圖5 15所示 2 澆口的尺寸澆口截面形狀有圓形 半圓形及梯形等三種形式 圓形澆口加工困難 導(dǎo)熱性不好 去除澆口時(shí)不方便 因此圓形澆口只適用于流動(dòng)性較差的塑料 澆口直徑一般大于3mm 半圓形澆口的導(dǎo)熱性比圓形好 機(jī)械加工方便 但流動(dòng)阻力較大 澆口較厚 梯形澆口的導(dǎo)熱性好 機(jī)械加工方便 是最常用的澆口形式 一般梯形澆口的深度取0 5 0 7mm 寬度不大于8mm 3 澆口位置澆口位置的選擇是由塑件的形狀來決定的 應(yīng)遵循下面的幾項(xiàng)原則 1 澆口應(yīng)開設(shè)在塑件壁厚最大處 以利于塑料流動(dòng)和補(bǔ)縮 2 澆口應(yīng)開設(shè)在塑件的非重要表面 以免影響塑件的使用和美觀以及后續(xù)加工工作量 3 對大型塑件應(yīng)多開設(shè)幾個(gè)澆口以減少流動(dòng)距離 澆口間距應(yīng)不大于120 140mm 4 熱固性塑料在流動(dòng)中會(huì)產(chǎn)生填料定向作用 澆口位置選擇不當(dāng)會(huì)造成塑件變形 翹曲甚至開裂 特別是長纖維填充的塑件 定向作用更為嚴(yán)重 應(yīng)特別注意澆