其它塑料成形方法與模具設(shè)計(jì)壓縮成型工藝與模具

1、其它塑料成形方法與模具設(shè)計(jì)壓縮成型工藝與模具7.1 壓縮成型工藝與模具 壓縮與壓注成形工藝要緊用于對(duì)熱固性塑料的成形加工。該類方法因 為工藝成熟可靠，適宜成形大型塑件，塑件的收縮率小，變形少，各向性 能比較平均，得到了廣泛的應(yīng)用。7.1.1 壓縮成形原理與工藝 壓縮成形是將物料加注到型腔及其延長(zhǎng)部分（加料室）內(nèi)，在壓力機(jī) 的柱塞作用下將物料壓縮至型腔，經(jīng)加熱固化定型處理后，冷卻并撤除壓 力，取出塑件。7.1.2 壓縮模結(jié)構(gòu)及分類 壓縮模分類方法較多，常見(jiàn)分類如下：1. 按模具在壓力機(jī)上的固定方式分類壓縮模能夠分為移動(dòng)式壓縮模、半固定式壓縮模和固定式壓縮模。2. 按上、下模配合結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分類壓縮模

2、能夠分為溢式壓縮模（如圖 7.7.2所示）和不溢式圖 7.3 不溢式壓縮模壓縮模（如圖 7.3 所示）3.按分型面特點(diǎn)分類壓縮模能夠分為水平分型面壓縮模（如圖 7.4 所1 所示）、半溢式壓縮模 （如圖示）和垂直分型面壓縮模（如圖 7.5 所示）圖 7.4 水平分型面壓縮模圖 7.5 垂直分型面壓縮模典型壓縮模如圖7.6為一個(gè)壓縮模具的結(jié)構(gòu)不意圖。它要緊由以下一些部件組成:622218II191716圖 7.6 典型壓縮模具結(jié)構(gòu)1上模座板 2螺釘 3上凸模 4凹模鑲件 5加熱板 6 導(dǎo)柱 7型芯 8下凸模9導(dǎo)套 10加熱板 11推桿 12擋銷 13墊塊 14推板導(dǎo) 柱 15推板導(dǎo)套16下模座板

3、 17推板 18壓機(jī)頂桿 19推桿固定板 20側(cè) 型芯 21凹模固定板 22承壓板1. 成形零件 成形零件是直截了當(dāng)成形塑件的零件，要緊包括上凸模、 下凸模、凹模鑲件、側(cè)型芯和型芯。2. 加料腔 加料腔是指凹模鑲件的上半部分。 由于塑料原料與塑件相比 密度較小，成形前，只靠型腔無(wú)法容納全部原料，因此在型腔之上設(shè)有一 段加料腔。加料腔的尺寸運(yùn)算如下：(1) 塑料體積的運(yùn)算VslmvV v(71)或 Vsl VK式中 Vsl 塑料原料體積( cm3)；V 塑件的體積(包括溢料) (cm3)；v塑料的比容積 (cm3/g)；塑件的密度 (g/cm3)；m塑件重量 (包括溢料，溢料通常取塑件重量的 5

4、%10%)(g)；K塑料壓縮比(2) 加料腔高度的運(yùn)算不溢式壓縮模加料腔高度 H 的運(yùn)算可由所用塑料的體積 Vsl、塑件的 體積 V1 、加料腔橫截面積 A 得到：H(VslV1)/A (0.5cm1.0cm)(72)半溢式和不溢式壓縮模加料腔高度 H 的運(yùn)算可由所用塑料的體積 Vsl 、塑件的體積 V1 、溢料量 V2 和加料腔橫截面積 A 得到：HVsl V1 V2)/A (0.5cm1.0cm)(73)加料腔有兩種結(jié)構(gòu)形式，如圖 7.17 所示。一種是每個(gè)型腔都有自己的 加料腔，而且每個(gè)加料腔彼此分開(kāi)，如圖中 7.7(a)所示。優(yōu)點(diǎn)是凹凸模定位方便，如果個(gè)不型腔損壞，不阻礙模具中其它型腔

5、的使用。缺點(diǎn)是每個(gè)型 腔都要求加料準(zhǔn)確，加料時(shí)刻長(zhǎng)，外形尺寸大，裝配精度高；另一種結(jié)構(gòu)是多個(gè)型腔共用一個(gè)加料腔，如圖 7.7(b)所示。其優(yōu)點(diǎn)是加料方便且迅速。夠?qū)⑺兴芗淮瓮瞥瞿＞?。圖 7.7 加料腔的形式(a)獨(dú)立加料腔(b)公共加料腔3. 導(dǎo)向機(jī)構(gòu) 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)是由布置在模具上模周邊的四根導(dǎo)柱 6 和下模 的導(dǎo)套 9組成(如圖 7.6 所示)，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)是用來(lái)保證上、 下模合模的對(duì)中性。4. 側(cè)向分型抽芯機(jī)構(gòu) 在成形帶有側(cè)孔或側(cè)凹的塑件時(shí)， 模具必須設(shè)有 各種側(cè)向分型抽芯機(jī)構(gòu)，塑件才能脫出。圖 7.6 中的塑件帶有側(cè)孔，在頂出 前先要用手轉(zhuǎn)動(dòng)絲桿抽出側(cè)型芯 20。5. 推出機(jī)構(gòu) 圖 7.6

6、中的推出機(jī)構(gòu)由推桿固定板 19、推板 17、壓力機(jī) 頂出桿 18 等零件組成。6. 加熱系統(tǒng) 熱固性塑料壓縮成形需要在較高的溫度下進(jìn)行， 因此模具 必須加熱。圖 7.6 中的電加熱板 5、10 分不對(duì)上、下模進(jìn)行加熱7.2 壓注成型工藝與模具7.2.1 壓注成形原理與工藝 壓注成形是將塑料加入到獨(dú)立于型腔之外的加料室內(nèi)，經(jīng)初步受熱后， 在壓力機(jī)壓力的作用下，通過(guò)壓料柱塞將塑料熔體經(jīng)由澆注系統(tǒng)壓入差不 多封閉的型腔，在型腔內(nèi)迅速固化成為塑件的成形方法。與壓縮成形相比 有下列特色：1. 具有獨(dú)立的加料室，而不是型腔的延伸。塑料在進(jìn)入型腔前，型腔差 不多閉合，產(chǎn)品的飛邊較少，尺寸精度較高。2. 塑料

7、在加料室差不多初步塑化，可加快成形速度，生產(chǎn)效率高。3. 由于壓力不是直截了當(dāng)作用于塑件， 因此適合加工帶有細(xì)小嵌件、 多 嵌件或有細(xì)長(zhǎng)小孔的塑件。7.2.2 壓注模具結(jié)構(gòu)與分類1.一般液壓機(jī)用壓注模 液壓機(jī)上只有一個(gè)液壓缸， 起加壓和鎖模的雙 重作用。2.專用液壓機(jī)用壓注模 液壓機(jī)上裝備有兩個(gè)液壓缸， 主缸起鎖模的作 用，輔助缸起壓注作用。3. 往復(fù)螺桿式擠出機(jī)用壓注模 擠出機(jī)安裝在水平位置，作用是加熱、 塑化物料。塑化后的物料在螺桿的作用下進(jìn)入加料室，由柱塞壓入模具型 腔。7.2.3 典型壓注模具1.固定式料槽壓注模如圖 7.8 所示為一個(gè)典型的固定式料槽壓注模。 它是將模具的壓料柱塞 與

8、壓力機(jī)的上壓板相連，而將加料室與模具體的上模部分連接為一體，下 模部分固定在壓力機(jī)下壓板上。模具打開(kāi)時(shí)，加料室與上模部分懸掛在壓 料柱塞與下模之間，以便于取出塑件和清理加料室。圖 7.8 固定式料槽壓注模1上模板 2壓料柱塞 3加料室 4主澆道襯套 5型芯 6 型腔 7推桿 8支承塊9推板 10復(fù)位桿 11下模塊 12、17拉桿 13支承板14懸掛鉤 15凹模固定板 16上凹模板2.柱塞式壓注模 柱塞式壓注模所用的壓力機(jī)是專用液壓機(jī)。由于鎖緊模具和壓注射料 由兩個(gè)液壓缸分不完成，使模具結(jié)構(gòu)具有以下一些特點(diǎn)： (1)加料室不再位于模具主體部分之上，而改設(shè)在模具體之中； (2)主澆道消逝，塑料消耗

9、少，同時(shí)節(jié)約了清理加料室底部的時(shí)刻。(3) 對(duì)加料室容積沒(méi)有嚴(yán)格要求，只要能滿足成形條件即可。圖 7.導(dǎo)柱柱塞式壓注模按照輔助可分0 所示），壓料柱塞與輔助液壓缸相連，9 所示）和下柱塞式壓注模（如圖 7.1墊塊板 4型腔模板 5推桿9推板 10型腔固定板 11圖 7.10 下柱塞式壓注模1上模板 2型腔上模板3型腔下模板 4加料室5推桿 6下模板 7加熱板 8墊塊 9 分流錐7.3 擠出成形工藝與模具7.3.1 擠出成形原理與工藝塑料的擠出成形（簡(jiǎn)稱擠塑）廣泛應(yīng)用于管材、板材、薄膜、線材、 異型材、棒材、網(wǎng)膜以及各種電纜的包層等生產(chǎn)領(lǐng)域。擠塑成形具有效率 高、成本低、連續(xù)生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，在塑料制

10、品中擠塑成形已占到專門大比例。擠塑成形系統(tǒng)原理見(jiàn)圖 7.11 所示。其工作原理是：塑料從料斗進(jìn)入料筒被加熱至熔融狀態(tài)，在螺桿的旋轉(zhuǎn)壓力作用下被擠頭，然后在牽引器的牽引力作用下，通過(guò)成形模成形，在冷卻定型器中被冷經(jīng)切斷器定長(zhǎng)切斷后，放入卸料槽中圖 7.11 擠塑成形系統(tǒng)原理圖1擠塑機(jī) 2機(jī)頭 3成形模 4冷卻成形器 5牽引器 6 切斷器 7卸料槽擠塑成形能夠加工所有的熱塑性塑料和某些熱固性塑料。擠塑成形的 方法按照對(duì)成形物料塑化的方法不同，可分為干法和濕法兩種。干法是利 用擠塑機(jī)的料筒加熱和螺桿攪拌使物料成為平均一致的連續(xù)熔融狀態(tài)，其 塑化和擠出成形是在同一臺(tái)設(shè)備上完成的；而濕法是利用溶劑對(duì)物料

11、進(jìn)行 軟化后，再進(jìn)行塑化成形，如此能夠幸免物料的受熱過(guò)度，其塑化成效較 好。濕法加工其塑化和擠塑是在兩個(gè)設(shè)備上分不完成的，且擠出成形后還 要進(jìn)行溶劑的脫除處理，操作過(guò)程較繁瑣。目前，除了硝酸纖維和某些醋 酸纖維必須用濕法外，一樣都用干法擠出成形。擠塑機(jī)的要緊技術(shù)參數(shù)是每分鐘擠出量，它應(yīng)符合產(chǎn)品的大小、形狀 及生產(chǎn)率的需要。加壓螺桿的長(zhǎng)徑比決定了塑化的質(zhì)量、壓實(shí)是否充分、 制品的外觀及力學(xué)性能。在生產(chǎn)管材時(shí)，一樣管材的直徑應(yīng)操縱在螺桿直 徑的 30% 130%之間。機(jī)頭的作用是將從其流過(guò)的，與流道截面大致相同 的熔融狀態(tài)塑料加以鎮(zhèn)流，使流出的塑料在同一個(gè)截面上的流速相同。為 了防止熔體破裂和死角

12、的產(chǎn)生，一樣多采納錐形流道，而專門少采納等截 面流道。機(jī)頭中的熔體要具有相當(dāng)高的壓力，流淌時(shí)壓力缺失要較小，如 此能夠幸免制品中由于塑料收縮而產(chǎn)生空泛。另外，為了保持機(jī)頭內(nèi)熔融 塑料的粘度，在機(jī)頭里要設(shè)計(jì)有加熱裝置。不同形狀的塑料制品成形時(shí)，其采納的機(jī)頭結(jié)構(gòu)也不同。一樣分為兩 類：一類是機(jī)頭帶有分流梭，如生產(chǎn)板材、片材、小截面棒材等實(shí)心制品 時(shí)采納；另一類是機(jī)頭不帶有分流梭，如生產(chǎn)管材、異型材等空心制品和 大截面實(shí)心棒材時(shí)采納。在擠塑機(jī)和機(jī)頭之間裝有柵格與濾網(wǎng)，要緊作用是使從螺桿中擠出的 熔體通過(guò)柵格后，其運(yùn)動(dòng)形式由旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成平行移動(dòng)，因此也會(huì)使背壓 提升，從而壓實(shí)了熔融的成形物料，濾網(wǎng)的作

13、用是濾去塑化不完全的冷料 和其它機(jī)械性雜質(zhì)。以上結(jié)構(gòu)如圖 7.12 所示。7.3.2 擠出模結(jié)構(gòu)擠出成形模是依據(jù)產(chǎn)品的形狀、尺寸以及所加工塑料的流淌性自行設(shè) 計(jì)的，一樣是由口模和定型套兩部分組成，如圖 7.12 所示?？谀Ｅc機(jī)頭相連，其內(nèi)部空腔的形狀將對(duì)流過(guò)的熔體產(chǎn)生阻力，使壓 力降低，而且還決定了產(chǎn)品的形狀和尺寸精度。成形中空制品時(shí)還要在口 模內(nèi)部加裝口模芯，現(xiàn)在口模成形的是外表面，而口模芯成形的是內(nèi)表面。 定型套的設(shè)計(jì)則應(yīng)考慮熔體離開(kāi)口模時(shí)的膨脹、牽引速度等工藝條件及因 素。口模的間隙尺寸與產(chǎn)品的有關(guān)尺寸存在差異，多依據(jù)體會(huì)確定，口模 的長(zhǎng)度一樣也是由體會(huì)數(shù)據(jù)確定。除了口模的尺寸之外，由于

14、塑料冷卻收縮的緣故，產(chǎn)品的尺寸比定型 模要小。按照塑料的收縮率，圖 7.12 擠塑機(jī)頭、口模和定型套示意圖1螺桿 2擠塑機(jī)筒 3柵格和濾網(wǎng) 4機(jī)頭 5分流梭 6 加熱器 7支架8口模 9絕熱墊片 10定型套 11冷卻水套 12制品13口模芯 14支柱能夠運(yùn)算定型模的尺寸，然而塑料的收縮率除了由塑料的特性決定之 外，還與冷卻條件等因素有關(guān)，因此在制品成形中要加以修正。塑料熔體在流淌中受到的力不同，還會(huì)產(chǎn)生變形。例如矩形截面，由 于熔體所受剪切應(yīng)力在對(duì)邊處最大，而對(duì)角處最小，因而會(huì)產(chǎn)生中凸的鼓 行變形，為此應(yīng)當(dāng)把口模相應(yīng)加工成各邊中凹的枕形來(lái)加以糾正。7.3.3 典型擠出成形模具現(xiàn)以管材擠出成形模

15、具為例，對(duì)擠出模具加以介紹。7.3.3.1 擠出成形機(jī)頭結(jié)構(gòu)擠出成形管材塑件時(shí)， 常用的機(jī)頭結(jié)構(gòu)有直通式機(jī)頭 （如圖 7.13 所示）和直角式機(jī)頭（如圖 7.14 所示）圖 7.13 直通式機(jī)頭1加熱器 2口模 3調(diào)劑螺釘 4口模芯5分流器支架 6 機(jī)頭體 7分流器圖 7.14 直角式機(jī)頭1口模 2壓環(huán) 3調(diào)劑螺釘 4口模座5 口模芯 6機(jī)頭體 7機(jī)頸直通式擠管機(jī)頭結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，但熔體通過(guò)分流器時(shí)，會(huì)形成熔 接痕跡且不易排除。該類機(jī)頭適用于成形聚氯乙烯、聚乙烯、尼龍等管材。 直角式機(jī)頭在塑料熔體包圍口模芯流淌成形時(shí)，只會(huì)產(chǎn)生一條分流痕跡， 適用于對(duì)管材要求較高的場(chǎng)合。直角式機(jī)頭可用口模芯

16、與機(jī)頭同時(shí)進(jìn)行溫 度操縱，因此定徑精度高。同時(shí)，熔體的流淌阻力較小，料流穩(wěn)固，生產(chǎn) 效率高，成形質(zhì)量好。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜。7.3.3.2 模具參數(shù)的確定1. 口模 口模成形管材的外徑，其要緊尺寸為口模內(nèi)徑和定型段長(zhǎng)度決定。（1）口模的內(nèi)徑： 管材的外徑由口模的內(nèi)徑?jīng)Q定。口模斷面尺寸一樣由體會(huì)數(shù)據(jù)確定， 同時(shí)通過(guò)調(diào)劑螺釘調(diào)劑口模與口模芯之間的環(huán)狀間隙，使其達(dá)到合理值。D=kds（74）式中 D口模內(nèi)徑（ mm）；ds 管材 （塑件）外徑（ mm）；k系數(shù) （定徑套定管材內(nèi)徑值為 1.101.30；定徑套定管材外徑值為 0.951.05）。（2）定徑段長(zhǎng)度：定徑段長(zhǎng)度確實(shí)是口模的平直部分，口模定型段

17、的長(zhǎng)度關(guān)于擠出成形 質(zhì)量相當(dāng)重要。如果該段過(guò)長(zhǎng)，料流阻力增加專門大，而過(guò)短時(shí)則起不到 定型的作用。目前，我們通常是憑體會(huì)確定其長(zhǎng)度。按管材外徑運(yùn)算L1（0.53）ds（7 5）式中 L1 口模定型段長(zhǎng)度（ mm）；ds 管材 （塑件）外徑（ mm）。按管材壁厚運(yùn)算L1（815）t（76）式中 t 管材壁厚（ mm）。2. 口模芯 口模芯成形的是管材的內(nèi)徑，其要緊尺寸是口模芯的外徑、壓縮段長(zhǎng) 度和壓縮角。（1）口模芯的外徑： 口模芯外徑?jīng)Q定管材的內(nèi)徑， 與口模直徑設(shè)計(jì)一樣， 一樣是由體會(huì)數(shù)據(jù)確定：d D2s（77）式中d口模芯的外徑（ mm）；D 口模的內(nèi)徑（ mm ）；s與口模的單邊間隙（通常

18、選?。?0.830.94）×壁厚）（ mm）。（2）壓縮段長(zhǎng)度：口模芯的長(zhǎng)度由定型段和壓縮段 L2 兩部分組成，一樣 口模芯定型段長(zhǎng)度可與 L1 等長(zhǎng)或稍長(zhǎng)一些。值可按體會(huì)公式確定：L2=（1.52.5）D0（78）式中 L2口模芯的壓縮段長(zhǎng)度（ mm）；D0 塑料在過(guò)濾板出口處的直徑（ mm）。（3）壓縮角壓縮角 是指口模芯前后直徑變化所形成的角度，如圖 7.2 所示。壓 縮角一樣在 30°50°之間選取，粘度較大時(shí)取小值，粘度較小時(shí)取大值。3. 分流器與分流器支架如圖 7.15所示為分流器與分流器支架的結(jié)構(gòu)， 其中 為擴(kuò)張角，其角 度值的選取與塑料粘度有關(guān)，

19、通常取 30° 90°，過(guò)小時(shí)不利于機(jī)頭對(duì)塑料 的加熱。分流器的擴(kuò)張角 應(yīng)小于口模芯壓縮段的壓縮角 ，分流器頭部 圓角 R 不宜過(guò)大，一樣選取 0.52mm，表面粗糙度應(yīng)小于 0.320.16 m。 分流器上的分流錐面長(zhǎng)度 L3 一樣可由下式確定：L3=(11.5)D0圖 7.15 分流器與分流器支架必須采取一定的定徑和冷卻措施，該工作是由定徑套完成的。管材可 由外徑定徑，也可由內(nèi)徑定徑，由于我們國(guó)家的塑料管材標(biāo)準(zhǔn)是以外徑為 差不多尺寸，因此生產(chǎn)中常以外徑定徑。本章小節(jié)本章簡(jiǎn)要介紹了其它一些常見(jiàn)的塑料成形方法，如擠塑成形、吹塑成 形及壓縮和壓注成形。對(duì)它們的成形原理與工藝、

20、模具結(jié)構(gòu)與分類等方面都做了一定的講明， 還以典型模具為例進(jìn)一步加以分析。摸索題7.1 壓縮與壓注成形工藝要緊用于成形什么塑料？7.2 壓縮與壓注成形工藝有何不同？7.3 壓縮與壓注成形模具各有哪些類型？7.4 簡(jiǎn)述塑料的擠出成形原理。7.5 擠出成形工藝的分類及應(yīng)用是什么？7.6 擠出成形時(shí)機(jī)頭的作用是什么？按其結(jié)構(gòu)可分為哪兩類？7.7 講明管材擠出模具的結(jié)構(gòu)原理、種類及各有哪些優(yōu)缺點(diǎn)。7.8 我國(guó)塑料管材的定徑以什么為差不多尺寸？ 摸索題參考答案7.1 壓縮與壓注成形工藝要緊用于成形什么塑料？ 壓縮與壓注成形工藝要緊用于對(duì)熱固性塑料的成形加工。7.2 壓縮與壓注成形工藝有何不同？ 壓注與壓縮成形相比有下列特色：1. 具有獨(dú)立的加料室，而不是型腔的延伸。塑料在進(jìn)入型腔前，型腔差 不多閉合，產(chǎn)品的飛邊較少，尺寸精度較高。2. 塑料在加料室差不多初步塑化，可加快成形速度，生產(chǎn)效率高。3. 由于壓力不是直截了當(dāng)作用于塑件， 因此適合加工帶有細(xì)小嵌件、 多 嵌件或有細(xì)長(zhǎng)小孔的塑件。7.3 壓縮與壓注成形模具各有哪些類型？ 壓縮模按模具在壓力機(jī)上的固定方式分有壓縮模能夠分為移動(dòng)式壓縮 模、半固定式壓縮模和固定式壓縮模；按上下模配合結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分有溢式壓 縮模、半溢式壓縮模和不溢式壓縮模。壓注模具有一般液壓機(jī)用壓注模、專用液壓機(jī)用壓注模、往復(fù)螺桿式 擠出機(jī)用壓注模。7.4簡(jiǎn)述塑料的擠出成形