第七章 其他塑料成型方法與模具設計 - 遼寧石油化工

1、 第7章 其它塑料成形方法與模具設計7.1 壓縮成型工藝與模具壓縮與壓注成形工藝主要用于對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，各向性能比較均勻，得到了廣泛的應用。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部分（加料室）內，在壓力機的柱塞作用下將物料壓縮至型腔，經加熱固化定型處理后，冷卻并撤除壓力，取出塑件。壓縮模分類方法較多，常見分類如下：1.按模具在壓力機上的固定方式分類 壓縮?？梢苑譃橐苿邮綁嚎s模、半固定式壓縮模和固定式壓縮模。圖7.2 半溢式壓縮模2.按上、下模配合結構特征分類 壓縮?？梢苑譃橐缡綁嚎s模（如圖7.1所示）、半

2、溢式壓縮模（如圖7.2所示）和不溢式壓縮模（如圖7.3所示）。圖7.3 不溢式壓縮模圖7.1 溢式壓縮模3.按分型面特征分類 壓縮?？梢苑譃樗椒中兔鎵嚎s模（如圖7.4所示）和垂直分型面壓縮模（如圖7.5所示）。圖7.5 垂直分型面壓縮模圖7.4 水平分型面壓縮模如圖7.6為一個壓縮模具的結構示意圖。它主要由以下一些部件組成：圖7.6 典型壓縮模具結構1上模座板 2螺釘 3上凸模 4凹模鑲件 5加熱板 6導柱 7型芯 8下凸模 9導套 10加熱板 11推桿 12擋銷 13墊塊 14推板導柱 15推板導套 16下模座板 17推板 18壓機頂桿 19推桿固定板 20側型芯 21凹模固定板 22承壓

3、板1.成形零件 成形零件是直接成形塑件的零件，主要包括上凸模、下凸模、凹模鑲件、側型芯和型芯。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，只靠型腔無法容納全部原料，因此在型腔之上設有一段加料腔。加料腔的尺寸計算如下：(1)塑料體積的計算VslmvVv (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%10%)(g)； K塑料壓縮比。(2)加料腔高度的計算不溢式壓縮模加料腔高度H的計算可由所用塑料的體積Vsl、

4、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的計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 V1V2)/A(0.5cm1.0cm) (73)加料腔有兩種結構形式，如圖7.17所示。一種是每個型腔都有自己的加料腔，而且每個加料腔彼此分開，如圖中7.7(a)所示。優(yōu)點是凹凸模定位方便，如果個別型腔損壞，不影響模具中其它型腔的使用。缺點是每個型腔都要求加料準確，加料時間長，外形尺寸大，裝配精度高；另一種結構是多個型腔共用一個加料腔，如圖7.7(b)所示。其優(yōu)點是加料方便且迅

5、速。飛邊將各個塑件連成一體，可以將所有塑件一次推出模具。圖7.7 加料腔的形式(a)獨立加料腔 (b)公共加料腔3.導向機構 導向機構是由布置在模具上模周邊的四根導柱6和下模的導套9組成(如圖7.6所示)，導向機構是用來保證上、下模合模的對中性。4.側向分型抽芯機構 在成形帶有側孔或側凹的塑件時，模具必須設有各種側向分型抽芯機構，塑件才能脫出。圖7.6中的塑件帶有側孔，在頂出前先要用手轉動絲桿抽出側型芯20。5.推出機構 圖7.6中的推出機構由推桿固定板19、推板17、壓力機頂出桿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行，所以模具必須加熱。圖7.6中的電加熱板5、

6、10分別對上、下模進行加熱。7.2壓注成型工藝與模具 壓注成形原理與工藝壓注成形是將塑料加入到獨立于型腔之外的加料室內，經初步受熱后，在壓力機壓力的作用下，通過壓料柱塞將塑料熔體經由澆注系統(tǒng)壓入已經封閉的型腔，在型腔內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.具有獨立的加料室，而不是型腔的延伸。塑料在進入型腔前，型腔已經閉合，產品的飛邊較少，尺寸精度較高。2.塑料在加料室已經初步塑化，可加快成形速度，生產效率高。3.由于壓力不是直接作用于塑件，所以適合加工帶有細小嵌件、多嵌件或有細長小孔的塑件。 壓注模具結構與分類1.普通液壓機用壓注模 液壓機上只有一個液壓缸，起加壓和鎖模的雙

7、重作用。2.專用液壓機用壓注模 液壓機上裝備有兩個液壓缸，主缸起鎖模的作用，輔助缸起壓注作用。3.往復螺桿式擠出機用壓注模 擠出機安裝在水平位置，作用是加熱、塑化物料。塑化后的物料在螺桿的作用下進入加料室，由柱塞壓入模具型腔。1.固定式料槽壓注模如圖7.8所示為一個典型的固定式料槽壓注模。它是將模具的壓料柱塞與壓力機的上壓板相連，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下壓板上。模具打開時，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

8、10復位桿 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是專用液壓機。由于鎖緊模具和壓注射料由兩個液壓缸分別完成，使 模具結構具有以下一些特點：(1)加料室不再位于模具主體部分之上，而改設在模具體之中；(2)主澆道消失，塑料消耗少，同時節(jié)省了清理加料室底部的時間。(3)對加料室容積沒有嚴格要求，只要能滿足成形條件即可。柱塞式壓注模一般都是固定式的，壓料柱塞與輔助液壓缸相連，根據輔助液壓缸所處位置的不同，可分為上柱塞式壓注模（如圖7.9所示）和下柱塞式壓注模（如圖7.10所示）。圖7.9 上柱塞式壓注模1加料室 2上模板

9、 3型腔上模板 4型腔模板 5推桿 6支承板 7墊塊 8下模板 9推板 10型腔固定板 11導柱圖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 擠出成形原理與工藝塑料的擠出成形（簡稱擠塑）廣泛應用于管材、板材、薄膜、線材、異型材、棒材、網膜以及各種電纜的包層等生產領域。擠塑成形具有效率高、成本低、連續(xù)生產等優(yōu)點，在塑料制品中擠塑成形已占到很大比例。擠塑成形系統(tǒng)原理見圖7.11所示。其工作原理是：塑料從料斗進入料筒被加熱至熔融狀態(tài)，在螺桿的旋轉壓力作用下被擠入機頭，然后在牽引器的牽引力作用下，通過成

10、形模成形，在冷卻定型器中被冷卻固化定型，經切斷器定長切斷后，放入卸料槽中。圖7.11 擠塑成形系統(tǒng)原理圖1擠塑機 2機頭 3成形模 4冷卻成形器 5牽引器 6切斷器 7卸料槽擠塑成形可以加工所有的熱塑性塑料和某些熱固性塑料。擠塑成形的方法根據對成形物料塑化的方法不同，可分為干法和濕法兩種。干法是利用擠塑機的料筒加熱和螺桿攪拌使物料成為均勻一致的連續(xù)熔融狀態(tài)，其塑化和擠出成形是在同一臺設備上完成的；而濕法是利用溶劑對物料進行軟化后，再進行塑化成形，這樣可以避免物料的受熱過度，其塑化效果較好。濕法加工其塑化和擠塑是在兩個設備上分別完成的，且擠出成形后還要進行溶劑的脫除處理，操作過程較繁瑣。目前，除

11、了硝酸纖維和某些醋酸纖維必須用濕法外，一般都用干法擠出成形。擠塑機的主要技術參數是每分鐘擠出量，它應符合產品的大小、形狀及生產率的需要。加壓螺桿的長徑比決定了塑化的質量、壓實是否充分、制品的外觀及力學性能。在生產管材時，一般管材的直徑應控制在螺桿直徑的30%130%之間。機頭的作用是將從其流過的，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截面上的流速相同。為了防止熔體破裂和死角的產生，一般多采用錐形流道，而很少采用等截面流道。機頭中的熔體要具有相當高的壓力，流動時壓力損失要較小，這樣可以避免制品中由于塑料收縮而產生空洞。另外，為了保持機頭內熔融塑料的粘度，在機頭里要設計有加

12、熱裝置。不同形狀的塑料制品成形時，其采用的機頭結構也不同。一般分為兩類：一類是機頭帶有分流梭，如生產板材、片材、小截面棒材等實心制品時采用；另一類是機頭不帶有分流梭，如生產管材、異型材等空心制品和大截面實心棒材時采用。在擠塑機和機頭之間裝有柵格與濾網，主要作用是使從螺桿中擠出的熔體通過柵格后，其運動形式由旋轉運動變成平行移動，因此也會使背壓提高，從而壓實了熔融的成形物料，濾網的作用是濾去塑化不完全的冷料和其它機械性雜質。以上結構如圖7.12所示。擠出成形模是依據產品的形狀、尺寸以及所加工塑料的流動性自行設計的，一般是由口模和定型套兩部分組成，如圖7.12所示。口模與機頭相連，其內部空腔的形狀將

13、對流過的熔體產生阻力，使壓力降低，而且還決定了產品的形狀和尺寸精度。成形中空制品時還要在口模內部加裝口模芯，此時口模成形的是外表面，而口模芯成形的是內表面。定型套的設計則應考慮熔體離開口模時的膨脹、牽引速度等工藝條件及因素?？谀５拈g隙尺寸與產品的相關尺寸存在差異，多依據經驗確定，口模的長度一般也是由經驗數據確定。除了口模的尺寸之外，由于塑料冷卻收縮的緣故，產品的尺寸比定型模要小。根據塑料的收縮率，圖7.12 擠塑機頭、口模和定型套示意圖1螺桿 2擠塑機筒 3柵格和濾網 4機頭 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支柱可以計算定型模

14、的尺寸，但是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，所以在制品成形中要加以修正。塑料熔體在流動中受到的力不同，還會產生變形。例如矩形截面，由于熔體所受剪切應力在對邊處最大，而對角處最小，因而會產生中凸的鼓行變形，為此應當把口模相應加工成各邊中凹的枕形來加以糾正?，F以管材擠出成形模具為例，對擠出模具加以介紹。 擠出成形機頭結構擠出成形管材塑件時，常用的機頭結構有直通式機頭（如圖7.13所示）和直角式機頭（如圖7.14所示）。 圖7.14 直角式機頭1口模 2壓環(huán) 3調節(jié)螺釘 4口模座 5口模芯 6機頭體 7機頸圖7.13 直通式機頭1加熱器 2口模 3調節(jié)螺釘 4口模芯 5

15、分流器支架 6機頭體 7分流器直通式擠管機頭結構簡單，制造容易，但熔體經過分流器時，會形成熔接痕跡且不易消除。該類機頭適用于成形聚氯乙烯、聚乙烯、尼龍等管材。直角式機頭在塑料熔體包圍口模芯流動成形時，只會產生一條分流痕跡，適用于對管材要求較高的場合。直角式機頭可用口模芯與機頭同時進行溫度控制，因此定徑精度高。同時，熔體的流動阻力較小，料流穩(wěn)定，生產效率高，成形質量好。缺點是結構復雜。 模具參數的確定1.口模口模成形管材的外徑，其主要尺寸為口模內徑和定型段長度決定。(1)口模的內徑：管材的外徑由口模的內徑決定。口模斷面尺寸一般由經驗數據確定，并且通過調節(jié)螺釘調節(jié)口模與口模芯之間的環(huán)狀間隙，使其達

16、到合理值。D=kds （74）式中 D口模內徑（mm）；ds 管材(塑件)外徑（mm）；k系數（定徑套定管材內徑值為1.101.30；定徑套定管材外徑值為0.951.05）。(2)定徑段長度：定徑段長度就是口模的平直部分，口模定型段的長度對于擠出成形質量相當重要。如果該段過長，料流阻力增加很大，而過短時則起不到定型的作用。目前，我們通常是憑經驗確定其長度。按管材外徑計算L1(0.53)ds (75)式中 L1 口模定型段長度（mm）；ds 管材(塑件)外徑（mm）。按管材壁厚計算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徑，其主要尺寸是口模芯的外徑、

17、壓縮段長度和壓縮角。(1)口模芯的外徑：口模芯外徑決定管材的內徑，與口模直徑設計一樣，一般是由經驗數據確定：dD2s （77）式中 d口模芯的外徑（mm）；D 口模的內徑（mm）；s與口模的單邊間隙（通常選取（0.830.94）×壁厚）（mm）。(2)壓縮段長度：口模芯的長度由定型段和壓縮段L2兩部分組成，一般口模芯定型段長度可與L1等長或稍長一些。值可按經驗公式確定：L2=（1.52.5）D0 (78)式中 L2口模芯的壓縮段長度（mm）；D0 塑料在過濾板出口處的直徑（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。壓縮角一般在30°50&

18、#176;之間選取，粘度較大時取小值，粘度較小時取大值。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構，其中為擴張角，其角度值的選取與塑料粘度有關，通常取30°90°，過小時不利于機頭對塑料的加熱。分流器的擴張角應小于口模芯壓縮段的壓縮角，分流器頭部圓角R不宜過大，一般選取0.52mm，表面粗糙度應小于0.320.16m。分流器上的分流錐面長度L3一般可由下式確定：L3=(11.5)D0 (79)式中 D0 過濾板出口處的直徑（mm）。管材的定徑塑件被擠出口模時，還具有較高的溫度，為了使管材獲得較好的表面質量，準確的尺寸和形狀，圖7.15 分流器與分流器支

19、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，也可由內徑定徑，由于我們國家的塑料管材標準是以外徑為基本尺寸，所以生產中常以外徑定徑。本章小節(jié)本章簡要介紹了其它一些常見的塑料成形方法，如擠塑成形、吹塑成形及壓縮和壓注成形。對它們的成形原理與工藝、模具結構與分類等方面都做了一定的說明，還以典型模具為例進一步加以分析。思考題7.1壓縮與壓注成形工藝主要用于成形什么塑料？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簡述塑料的擠出成形原理。7.5擠出成形工藝的分類及應用是什么？7.6擠出成形時機頭的作用是什么？按其結構可分為哪兩類？7.7

20、說明管材擠出模具的結構原理、種類及各有哪些優(yōu)缺點。7.8我國塑料管材的定徑以什么為基本尺寸？思考題參考答案7.1壓縮與壓注成形工藝主要用于成形什么塑料？壓縮與壓注成形工藝主要用于對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.具有獨立的加料室，而不是型腔的延伸。塑料在進入型腔前，型腔已經閉合，產品的飛邊較少，尺寸精度較高。2.塑料在加料室已經初步塑化，可加快成形速度，生產效率高。3.由于壓力不是直接作用于塑件，所以適合加工帶有細小嵌件、多嵌件或有細長小孔的塑件。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上的固定方式分有壓縮?？梢苑譃橐苿邮綁嚎s模、半固定式壓縮模和固定式壓縮模；按上下模配合結構特征分有溢式壓縮模、半溢式壓縮模和不溢式壓縮模。壓注模具有普通液壓機用壓注模、專用液壓機用壓注模、往復螺桿式擠出機用壓注模。7.4簡述塑料