第四章 壓縮成型工藝與模具結構

1、 壓縮成型原理和工藝過程 4.1 壓縮成型模具概述 4.2 壓縮模成型零部件的結構 4.3課件制作：袁正東 壓縮成型也稱為壓塑成型，一般用于生產(chǎn)熱固性塑件，這些塑件用于機械零部件、電器絕緣件和日常生活用品。 對于熱塑性塑料，由于壓縮成型的生產(chǎn)周期長，效率低，同時模具易損壞，所以生產(chǎn)中很少采用，僅在塑料制件較大時才采用。 壓縮成型原理如下圖所示。將粉狀、粒狀、片狀、團狀碎屑狀、纖維狀的熱固性塑料原料放入敞開的模具加料室中，然后合模加熱使塑料熔化，在合模壓力作用下，熔融塑料充滿模腔，同時模腔中的塑料產(chǎn)生化學交聯(lián)反應，最終經(jīng)過固化成為具有一定形狀的塑件。 1壓縮成型原理 2壓縮成型的特點 （1）壓縮

2、模無澆注系統(tǒng)，使用的設備和模具比較簡單低廉。 （2）適用于流動性差的塑料，比較容易成型大型塑料制件。（3）壓縮成型的塑件收縮率、變形小，各向性能比較均勻。（4）生產(chǎn)周期長，生產(chǎn)率低，勞動強度大，實現(xiàn)自動化難。（5）塑件經(jīng)常帶有溢料飛邊，尺寸精度難以控制。 壓縮前的準備壓縮過程壓縮后處理預熱和干燥預壓嵌件安放加料合模排氣固化脫模模具清理整形去應力修飾拋光特殊處理（1）預熱 目的是除去其中的水份及其他揮發(fā)物，同時提高料溫，提高塑件內部固化的均勻性，便于縮短壓縮成型周期。（2）預壓 為了成型操作時的方便和提高塑件的質量，在室溫下將熱固性塑料原料用預壓模在預壓機上壓成質量一定、形狀相似的型坯。 1壓縮

3、成型的準備工作 2壓縮成型工藝過程 （1）嵌件的安放： 嵌件的安放要求位置正確、平穩(wěn)（2）加料 ： 加料的關鍵是準確的加料量，合理堆放塑料，粉料或粒料的堆放要做到中間高四周低，便于氣體排放。（3）合模 2壓縮成型工藝過程 （4）排氣： 排除水分和揮發(fā)物變成的氣體及化學反應的副產(chǎn)物，以免影響塑件性能與表面質量。（5）固化： 在成型壓力與溫度下保持一定的時間，使交聯(lián)反應進行到要求的程度。（6）脫模 ： 一般采用推出機構機自動推出或模外手動推出，復雜塑件在壓力下冷卻至一定溫度后再脫模3壓縮成型后處理 （1）模具清理： 用銅鏟或壓縮空氣清理，以免損模具外觀（2）塑件后處理： 整形去應力、修飾拋光和特殊

4、處理（例如：防潮、美觀(電鍍、噴涂)） 壓縮成型壓力是指壓縮時液壓機通過凸模對塑料熔體充滿型腔和固化時在分型面單位投影面積上施加的壓力。壓縮成型壓力可以采用以下公式計算：p PbD2 / 4A 壓力的大小與塑料種類、塑件形狀、塑件結構及模具溫度有關。常見的熱固性塑料的壓縮成型壓力見下表。 1壓縮成型壓力 2壓縮成型溫度 壓縮成型溫度是指壓縮成型時所需要的模具溫度。它是使熱固性塑料流動、充模并最后固化成型的主要影響因素，決定了成型過程中聚合物交聯(lián)反應的速度，從而影響塑件的最終性能。硬化速度慢、周期長，硬化不足；塑件表面無光；物理、力學性能差模具溫度太高樹脂、有機物分解；塑件外層先硬化高成型周期短

5、，生產(chǎn)率提高過低3壓縮時間 壓縮時間是指模具從閉合到模具開啟的一段時間，即塑料從充滿型腔到固化成型為塑件，在模腔內停留的時間。 壓縮時間與塑件種類、塑件形狀、壓縮成型壓力和溫度以及操作步驟等因素有關。舉例：酚醛塑料和氨基塑料的壓縮成型工藝參數(shù) 壓縮成型模具簡稱為壓縮模，其典型結構如右圖所示。其可以分為兩大部分： 上模 下模 兩大部分依靠導柱6導向開合。上下模閉合使裝于加料室和型腔中的塑料受熱受壓，成為熔融狀態(tài)并充滿整個型腔。當塑件固化成型后開模，上模部分上移，上凸模3脫離下模一段距離，手工將側型芯20抽出，推桿11將塑件推出模外。 成型零件是直接成型塑件的零件。 在下圖中成型零件有上凸模3、下

6、凸模8、凹模4、側型芯20、型芯7組成。上凸模3、下凸模8、凹模4構成模具型腔，是直接成型塑件的部位。 1成型零件 2加料室 加料室是指凹模的上半部。 在右圖中為凹模尺寸的擴大部分。由于塑料原料與塑件相比具有較小的密度，塑件成型前單靠型腔無法容納全部原料，因此，在型腔之上設有一段加料室。 3導向機構 在右圖中，導向機構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。 導向機構的作用是保證上、下合模的對中性。為了保證推出機構上下運動平穩(wěn)，該模具在下模座板16上還設有兩根推板導柱14，在推板17、推桿固定板19上裝有推板導套15。 4側向分抽型芯機構 與注射成型模具一樣，當壓縮成型帶有側孔和側

7、凹的塑件時，模具必須設有側向分型抽型芯機構，塑件才能脫出。 如右圖所示的塑件帶有側孔，在頂出前先用手轉動絲桿抽出側型芯20。 5脫模機構 壓縮模中一般都要設置脫模機構（推出機構），它的作用是將塑件脫出模腔。壓縮模的脫模機構與注射模具相似。 在下圖中，脫模機構由推桿11、推桿固定板19、推板17、壓力機頂桿18等零件組成。 6加熱系統(tǒng) 熱固性塑料壓縮成型需要在較高溫度下進行，因此模具必須加熱。 常見的加熱方式有：電加熱、蒸汽加熱、煤氣或天然氣加熱，但電加熱最為普遍。 如右圖中，在加熱板5、10中設計有加熱孔，加熱孔中插入電熱棒，分別對上凸模、下凸模和凹模進行加熱。 （1 1）移動式壓縮模 移動式

8、壓縮模如右圖所示。模具不固定在壓力機上，塑件成型后將模具移出壓力機，用專門卸模工具開模取出塑件。1按模具在壓力機上的固定方式分類 （2 2）半固定式壓縮模 半固定式壓縮模如下圖所示。一般將上模固定在壓力機上，下模可沿導軌移動，用定位塊定位；也可根據(jù)需要采用下模固定的形式。 1按模具在壓力機上的固定方式分類 （3 3）固定式壓縮模 固定式壓縮模如右圖所示。上下模分別固定在壓力機所上下工作臺上。 開模、閉模、推出等動作都在機內完成，因此生產(chǎn)效率高、操作簡單、勞動強度小、開模振動小、模具壽命長，但是模具結構復雜、成本高，且安裝嵌件不方便。 它適用于成型批量較大或尺寸較大的塑件。 1按模具在壓力機上的

9、固定方式分類 2按上、下模配合結構特征分類 （1）溢式壓縮模 溢式壓縮模如右下圖所示。其無單獨的加料室，型腔本身作為加料室，型腔高度等于塑件高度。模具凸模和凹模的配合完全靠導柱定位，沒有其他的配合面，所以塑件的徑向壁厚尺寸精度不高。 溢式壓縮模結構簡單，造價低廉、耐用，塑件容易取出，安裝嵌件方便，特別是扁平塑件可以不設推出機構。 （2）不溢式壓縮模 不溢式壓縮模如右下圖所示。模具的加料室為型腔上部截面的延續(xù)，無擠壓面，理論上壓力機所施加的壓力將全部作用在制件上，塑料的溢出量很少。 由于不溢式壓縮模的溢料量很少，所以每模加料都必須準確稱量。模具必須設推出裝置，否則制件很難取出。 模具適用于成型體

10、積大、流動性差的塑料。2按上、下模配合結構特征分類 （3）半溢式壓縮模 半溢式壓縮模如右下圖。在型腔上方設有截面尺寸大于塑件尺寸的加料室，其與型腔的分界處有一環(huán)形擠壓面。凸模與加料室之間是間隙配合，并在四周開有溢料槽，凸模下壓到與擠壓面接觸時為止。 模具兼有溢式壓縮模和不溢式壓縮模的優(yōu)點，塑件精度均較高，塑件密度較高，模具壽命長，塑件脫模容易，在生產(chǎn)中被廣泛采用。 2按上、下模配合結構特征分類 液壓機的種類很多，按機架結構可以分為框架式液壓機和立柱式液壓機，框架式一般用于中、小型液壓機，立柱式一般用于大、中型液壓機。1按模具液壓機的種類和結構 按施壓油缸所在位置可以分為上壓式和下壓式液壓機，壓

11、制一般的塑料制件常采用上壓式液壓機，壓制大型塑料層壓板可采用下壓式；1按模具液壓機的種類和結構 按操作方式可以分為手動、半自動、全自動液壓機。 按工作液體的種類可以分為以液壓油驅動的油壓機和油水乳化液驅動的水壓機。 2壓縮模與液壓機的關系 壓縮模的結構一定要適應壓力機的結構和性能。 選擇壓縮成型的液壓機時，必須熟悉液壓機的主要技術參數(shù)，如液壓機的成型總壓力、開模力、推出力、合模高度和開模行程等技術參數(shù)都必須與壓縮模相適應，否則將出現(xiàn)壓縮模在液壓機上無法安裝、塑件不能順利成型或成型后無法取出等問題。 因此確定模具結構時，應首先對壓力機做以下幾方面的校核計算。 （1）成型壓力校核 成型壓力是指塑料

12、壓縮成型時所需的壓力，它與塑件幾何形狀、水平投影面積、成型工藝等因素有關。成型壓力必須滿足下式： FMK FP 用模具壓縮成型塑件時所需要的成型總壓力： FMn A p 其中 k修正系數(shù)，一般取0.750.90； p單位成型壓力（MPa）， A每一型腔的水平投影面積（m2） n壓縮模內型腔的個數(shù)2壓縮模與液壓機的關系 （2）開模力和脫模力的校核 開模力可以按下式計算： Fkk FM 脫模力可以按下式計算： FtAc Pf 其中：K壓力損耗系數(shù)0.10.2 Ft塑料制品脫模力 Ac塑料制品塑件側面積之和 pf 塑料制品與金屬的結合力（木纖維和礦物填料取0.49MPa,玻璃纖維取1.47MPa)2

13、壓縮模與液壓機的關系 （3）合模高度與開模行程的校核 為了使模具正常工作,必須使模具閉合高度和開模行程與壓力機上下工作臺之間的最大和最小開距以及活動壓板的工作行程相適應，即： hmin h hmax其中： hmax h+ hs+ht+(1030)2壓縮模與液壓機的關系 （4）壓力機頂出機構的校核 塑件的推出由壓力機頂出機構驅動模具推出機構來完成。模具的推出機構推出塑件所需要的行程小于壓力機最大頂出行程，同時壓力機的頂出行程必須保證塑件能被推出型腔高出型腔表面10mm以上，以便取出塑件，如右圖所示。 lh1hs （1015） L 2壓縮模與液壓機的關系 （5）壓力機工作臺尺寸的校核 模具的寬度應

14、小于壓力機立柱或框架之間的距離，以使模具能順利地通過。模具的最大外形尺寸不宜超過壓力機工作臺面尺寸，否則無法安裝固定模具。 壓力機的滑塊底面和工作臺面上開設相互平行或交叉的T形槽，模具的模座可以直接用槽中的螺栓緊固聯(lián)接或螺栓與壓板壓緊固定。2壓縮模與液壓機的關系 壓縮成型零部件主要包括： 凸模與凹模配合的結構形式 、 凹模加料室的結構、 導向機構、 脫模機構、 側向分型抽芯機構。（1）應有利于壓力的傳遞；1塑件在模具內加壓方向的確定 （2）應便于加料；1塑件在模具內加壓方向的確定 （3）應便于安裝和固定嵌件；1塑件在模具內加壓方向的確定 （4）應保證凸模強度； 加壓時，上凸模受力較大，故上凸模

15、形狀愈簡單愈好1塑件在模具內加壓方向的確定 （5）應使長型芯位于加壓方向； 長型芯應位于施壓方向上，而短型芯側抽（6）應保證重要尺寸精度； 精度要求很高的尺寸不宜設計在加壓方向 （7）應便于塑料的流動。 應使料流方向與加壓方向一致1塑件在模具內加壓方向的確定 2分型面的選擇（1）應便于塑件脫模，無論是上壓式壓力機還是下壓式壓力機，模具主要推出機構均位于壓力機下方，分型面的位置盡量使塑件落在下模。（2）當塑件高度尺寸精度較高時，宜采用半溢式壓縮模。在分型面處形成橫向飛邊，則容易保證高度尺寸精度。（3）當塑件徑向尺寸精度較高時，應考慮飛邊厚度對塑件精度的影響。 無加料腔，凸、凹模在水平分型面接觸，

16、分型面接觸面積不宜過大 （溢料面或擠壓面）。 溢料面之外增設承壓面（圖b），在環(huán)形面之外再增加承壓面或在型腔周圍距邊緣35mm處開設溢料槽，槽以外為承壓面，槽以內為溢料面。 1溢式壓縮模凸、凹模配合的結構形式 2不溢式壓縮模凸、凹模配合的結構形式 不溢式壓縮模常用的配合結構如左下圖。加料腔是型腔的延續(xù)，凸、凹模間無擠壓面，凸、凹模配合環(huán)不宜太高，以減小摩損，凸模與加料腔側壁摩擦，易造成磨損。改進形式如右下圖：3半溢式壓縮模凸、凹模配合的結構形式 半溢式壓縮模凸、凹模配合的結構形式如下圖所示。模具的最大特點是帶有水平的擠壓面。擠壓面的寬度不宜太小，否則，壓制時所承受的單位壓力太大，會造成凹模邊緣

17、向內傾斜而形成倒錐，不僅會影響塑件的尺寸精度，也會阻礙塑件順利脫模。3半溢式壓縮模凸、凹模配合的結構形式 為了使壓力機的余壓不至于全部由擠壓面承受，凹模上端面必須設計有承壓塊，承壓塊厚度為810mm。 V料m V 塑料體積的計算也可胺塑料原料在成型時的體積壓縮比來計算：V料V K 其中：V料-塑料制品所需要塑料原料的體積 V塑料制品體積 塑料的比體積 塑料制品密度 m塑料制品質量（包括溢料） V塑料制品體積 K塑料壓縮比1塑料體積的計算 2加料室的高度尺寸 壓縮模導向機構最常用的零件是在上模設導柱，在下模設導柱孔。 導柱孔分為帶導套和不帶導套的兩類。對于移動式壓縮模，一般不需要導套，導柱直接與

18、模板中的導柱孔配合； 對于固定式壓縮模，精度要求高，需要設計導套，并且導柱在模具中的固定孔與導套固定孔一樣，為保證同軸度，兩孔可以同時加工。 1、除溢式壓縮模的導向單靠導柱完成以外，半溢式和不溢式壓縮模的凸模與加料室的配合段也能導向和定位，其加料室上段設計有10mm的錐形部分叫導向環(huán)，對中性更好。 壓縮模導向機構特點：2、壓制中央帶大孔的殼體塑件時，為了提高塑件質量，可以在孔中央安置導柱，導柱四周留出擠壓邊的寬度（如右圖大約25mm）。 3、由于壓縮模在高溫下操作，因此一般不采用帶加油槽的加油導柱。 （1）推桿推出機構 推桿推出機構（如右圖）是壓制熱固性塑件最常用的推出機構。 其結構簡單、制造

19、容易，但會在塑料制品上留下推桿痕跡。1固定式壓縮模的脫模機構 （2）推管推出機構 推管推出機構（如右圖）主要用于推出圓筒形塑件或空心薄壁壓縮件。 其優(yōu)點是塑件受力均勻，運動平穩(wěn)。1固定式壓縮模的脫模機構 （3）推件板推出機構 推件板推出機構（如右圖）用于推出脫模時容易變形的薄壁塑件和管型、殼體塑件。 其優(yōu)點是推出塑件面積大，不易變形。 1固定式壓縮模的脫模機構 2移動式壓縮模的脫模機構 （1）撞擊法 工作條件差，勞動強度大，頻繁的撞擊使模具變形和磨損，所以生產(chǎn)中應用的越來越少。（2）卸模架 利用壓力機的壓力推出塑件。雖然生產(chǎn)率低，但是開模平穩(wěn)，模具使用壽命長，并可以減輕勞動強度。2移動式壓縮模的脫模機構 （2）卸模架 對于開模力不大的模具，一般是用下卸模架。推桿有圓柱形、臺階