第6章壓縮與壓注模具6.1

第6章壓縮和壓注模具6.1壓縮模具6.1.1壓縮模概述壓縮模具又稱壓塑?；驂耗z模，它主要用于成型熱固性塑料，但隨著技術(shù)的進步和生產(chǎn)的需要，有時也用于成型熱塑性塑料。壓縮模具是塑料制品生產(chǎn)的一種較為古老的方法，由于其結(jié)構(gòu)簡單，至今仍然有廣泛的使用。1.壓縮模具成型的優(yōu)點（1）壓縮成型所需的設(shè)備和模具簡單，且工藝成熟可靠、積累了豐富的經(jīng)驗；（2）適用于成型流動性差的塑料，比較容易成型大型制品；（3）制品的收縮率小、變形少、各向性能比較均勻。2.壓縮模具成型的缺點（1）生產(chǎn)周期長、效率低，不易實現(xiàn)自動化，勞動強度較大；（2）制品的溢邊不可避免，并且厚薄不均勻，影響了產(chǎn)品的尺寸準確性；（3）一些具有復(fù)雜內(nèi)部結(jié)構(gòu)和帶有細長嵌件的制品在壓制時易彎曲或變形，故此類塑件不宜采用壓縮模具成型；（4）對模具材料的要求較高，模具工作條件差、磨損大、使用壽命較短。6.1.2壓縮模的類型1.按模具在壓機上的固定方式分類（1）移動式壓縮模（2）半固定式壓縮模（3）固定式壓縮模2.按上、下模配合結(jié)構(gòu)特征分類（1）溢式壓縮模(圖6-1)（2）半溢式壓縮模(圖6-2)（3）不溢式壓縮模(圖6-3)圖6-1溢式壓縮模圖6-2半溢式壓縮模圖6-3不溢式壓縮模3.按分型面特征分類

（1）水平分型面壓縮模一個水平分型面的壓縮模，如圖6-4所示；兩個分型面的壓縮模，如圖6-5所示。

圖6-4一個水平分型面的溢式壓縮模圖6-5兩個水平分型面的不溢式壓縮模（2）垂直分型面壓縮模垂直分型面的半溢式壓縮模，如圖6-6所示。圖6-6垂直分型面的半溢式壓縮模1-型芯2-凸模3-截錐形凹模（兩半）4-模套6.1.3壓縮模的基本結(jié)構(gòu)圖6-7典型壓縮模的基本結(jié)構(gòu)1-上模座板；2-螺釘；3-上凸模；4-加料腔(凹模)；5，10-加熱板；6-導(dǎo)柱I7-型芯；8-下凸模；9-導(dǎo)套；11-推桿；12-支承釘；13-墊塊；14-下模座板；15-推板；16-拉桿；17-推桿固定板；18-側(cè)型芯；19-型腔固定板；20-承壓塊6.1.4壓縮模結(jié)構(gòu)形式的確定1.壓機與模具結(jié)構(gòu)形式的關(guān)系我們在設(shè)計壓縮模具時，原則上應(yīng)以滿足生產(chǎn)批量及生產(chǎn)時間為前提來選擇壓機，而不是根據(jù)壓機來決定模具。在選擇壓機時，主要應(yīng)進行以下幾方面的計算和校核：（1）成型壓力的計算壓制時所需要的成型壓力與制品的塑料種類及成型所需的壓強(見表6-1)、制品的結(jié)構(gòu)形狀大小等因素有關(guān)。成型壓力可用下式計算F=pAn(6-1)式中F——成型壓力或稱計算成型壓力，N；p——成型壓強，MPa，按表6-1選?。籄——單個型腔的投影面積，mm2；n——型腔數(shù)。選用壓機時，應(yīng)留有安全余量，可按下式計算F機=FK(6-2)式中F機——壓機的額定壓力，N；F——計算成型壓力，N；K——壓機安全系數(shù)。新壓機取1.1～1.2；舊壓機取1.3～1.35。（2）開模力的計算開模力F′可根據(jù)成型壓力進行估算，即F′=Fk1(6-3)式中F′——開模力，N；F——計算的成型壓力，N；k1——開模力系數(shù)，依加料室的結(jié)構(gòu)和配合環(huán)情況而定。加料室形狀簡單，配合環(huán)不高時取O.15；加料室輪廓較復(fù)雜，配合環(huán)較高時取O.2。螺釘數(shù)由下式計算

(6-4)式中n螺——螺釘數(shù)量；F螺——每個螺釘所能承受的負荷，N，查表6-2。（3）脫模力的計算脫模力是指把制品完全從模具的型腔中脫出所需的力，此力由壓機的下液壓缸提供。脫模力可按下式計算Ft=Acf(6-5)式中Ft——理論計算的脫模力，N；Ac——制品之側(cè)面積的總和(包括外側(cè)面及內(nèi)孔的側(cè)面)，cm2；f——單位面積的脫模阻力，N／cm2。酚醛樹脂木粉充填f=50；酚醛樹脂玻璃纖維充填,f=150；氨基塑料纖維素充填f=60～80。（4）壓機閉合高度與模具的閉合高度的關(guān)系壓機上、下工作臺之間的最大及最小開距與所安裝的模具閉合高度有關(guān)，也直接關(guān)系到能否完全開模取出塑料制品。模具設(shè)計時可按圖6-8及式(6-6)、式(6-7)進行核算。圖6-8壓機開距與模具閉合高度Amax≤Hmax-h-h′-(5～10)(6-6)Amin≥Hmin+(10～15)(6-7)式中Amax——模具最大閉合高度，mm；Amin——模具最小閉合高度，mm；Hmax——壓機上、下工作臺最大開距，mm；Hmin——壓機上、下工作臺最小開距，mm：h——塑料制品的最大高度，mm；h′——凸模高度，mm。若不滿足式(6-7)，可在壓機工作臺上增加墊板（5）推桿行程的校核推桿行程要滿足下式要求(6-8)式中——壓機推桿工作行程，mm；——制品最大高度，mm；——加料腔高度，mm；——壓機推桿的最大行程，mm。（6）壓機工作臺面有關(guān)尺寸的校核模具設(shè)計時應(yīng)根據(jù)壓機工作臺面規(guī)格及結(jié)構(gòu)來確定模具相應(yīng)的尺寸。模具寬度應(yīng)小于壓機立柱或框架之間的距離，使模具能順利地通過其間并安裝在工作臺上。壓縮模具的最大外形尺寸不應(yīng)超過壓機工作臺面尺寸，以便于模具的安裝固定。2.塑料制品形狀與模具結(jié)構(gòu)形式的關(guān)系（1）加壓方向的選擇加壓方向即凸模作用方向，也就是模具的軸線方向，在決定施壓方向時要考慮下列因素。①便于加料②便于壓力傳遞③便于安放和固定嵌件④保證凸模的強度⑤保證重要尺寸的精度（2）模具分型面的選擇施壓方向選定后，應(yīng)確定分型面的位置，分型面位置確定原則與注射模基本相似。例如分型面應(yīng)設(shè)在制品斷面輪廓最大的地方；盡可能避免采用瓣合模和側(cè)抽芯；分型面的溢料痕跡應(yīng)設(shè)在制品比較隱蔽和易于修整的地方；將要求同軸度的尺寸設(shè)在壓模的同一側(cè)上，而不宜分置于上下模兩邊。無論上壓式或下壓式壓機，其主要頂出機構(gòu)均位于壓機下方，故選擇分型面盡可能使制品在開模時留在下模。為了方便制造，壓縮模的擠壓邊緣（溢式和半溢式）和分型面多為水平面，較少采用曲面或彎折面。由于受到制品形狀的限制，有時不可能同時兼顧到加壓方向和分型面位置的要求，這種情況下要以能順利脫模為第一條件。3.塑料性能與模具結(jié)構(gòu)形式的關(guān)系（1）塑料的密度和比容應(yīng)根據(jù)塑料的密度、比容與制品體積的關(guān)系來確定加料室的結(jié)構(gòu)形式及體積大小。（2）收縮率根據(jù)收縮率與制品尺寸的關(guān)系來確定成型零件的尺寸。同時根據(jù)收縮程度及收縮特點來考慮脫模形式。（3）流動性根據(jù)塑料流動性確定模具型腔的閉合形式，一般流動性好的塑料，可選定半溢式型腔；流動性差的塑料可選不溢式型腔。成型零件表面光潔，塑料易流動，故流動性好的塑料，成型零件表面粗糙度宜取Ra0.1～0.2μm；流動性較差的塑料，成型零件表面粗糙度宜取Ra0.025～0.1μm。（4）單位壓力制品成型時的單位壓力與塑料種類有關(guān)（見表6-1）。而根據(jù)單位壓力則可以計算成型壓力和選擇壓力機，計算模具強度，分析制品或成型零件受力情況、選擇加壓方向、確定模具結(jié)構(gòu)及體積大小等。6.1.5壓縮模成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計壓縮模的成型零件包括上、下凸模、凹模、型芯、嵌件、瓣合模及模套等。成型零件組合成壓縮模的型腔，壓縮模的加料腔與型腔凹模連成一體。1.凸凹模各組成部分的作用及有關(guān)尺寸圖6-12不溢式壓縮模常用凸凹模組合形式圖6-12和圖6-13分別為不溢式壓縮模和半溢式壓縮模常用的凸凹模組合形式，其各部分的作用及參數(shù)如下。圖6-13半溢式壓縮模常用凸凹模組合形式(1)引導(dǎo)環(huán)l2引導(dǎo)環(huán)的作用是引導(dǎo)凸模順利地進入凹模。除加料腔極淺的凹模外，一般引導(dǎo)環(huán)都有一段斜度，并設(shè)有圓角R，以便引入凸模，減少凸、凹模之間摩擦。有下凸模的型腔，也可同樣處理。推薦尺寸如下。①移動式模具:α=20′～1°30′；R=2～3mm。②固定式模具：α=20′～1°下凸模α=3°～4°；R=1．5～2mm；l2=5～10mm；H加>30mm時l2=10～20mm?？傊?，引導(dǎo)環(huán)的高度必須保證：當塑料粉達到融化時，凸模必須已進入配合環(huán)。(2)配合環(huán)l1配合環(huán)是凸模與凹模配合的部位，其作用是保證凸模與凹模定位準確，防止塑料溢出，通暢地排出氣體。其配合應(yīng)按照以下情況選擇。①移動式壓模：凸凹模采用H7／f7配合，l1=3～5mm。②固定式壓模：凸凹模采用H9／f9配合，l1=4～6mm；H加>30mm時，l1=8～10mm。(3)擠壓環(huán)l3在半溢式壓縮模中，擠壓環(huán)的作用是限制凸模下行的位置，并保證留有最薄的橫向飛邊。擠壓環(huán)形式如圖6-14所示，圖(a)用于圓形截面凸模，圖(b)用于非圓形截面凸模。圖6-14擠壓環(huán)形式中小型模具l3=2～4mm，大型模具l3=3～5mm。(4)儲料槽Z儲料槽的作用是排除余料，即凸凹模壓合后應(yīng)留有高度為Z（Z=0.5～1.5mm）的小空間。因為壓縮模的加料必須比實際用料多，以免填充不足。而此多余的料會造成合模方向上的尺寸誤差，所以必須使多余料有儲存的空間。儲料槽僅在半溢式模具中用，如圖6-13所示。(5)排氣溢料槽為減少飛邊，保證制品精度及質(zhì)量，成型時必須將產(chǎn)生的氣體及余料排出模外。一般可通過壓縮過程中的排氣操作或利用凸凹模配合間隙來實現(xiàn)排氣。但當成型形狀復(fù)雜的制品及流動性較差的纖維填料塑料時，則應(yīng)在凸模上選擇適當位置開設(shè)排氣溢料槽，防止制品中產(chǎn)生組織疏松。（6）承壓面承壓面的作用是保證上凸模進入凹模的深度，使凹模不致受擠壓而變形或損壞，以延長模具的使用壽命。圖6-16承壓面的結(jié)構(gòu)形式2.凸凹模配合形式（1）溢式壓縮模的凸凹模配合形式溢式壓縮模沒有加料腔，僅利用凹模型腔裝料，凸模與凹模沒有引導(dǎo)環(huán)和配合環(huán)，只是在分型面水平接觸。

圖6-17溢式壓縮模的凸凹模配合形式（2）不溢式壓縮模的凸凹模配合形式不溢式壓縮模的加料室是型腔的延續(xù)部分，兩者截面形狀相同，無擠壓面，但有引導(dǎo)環(huán)、配合環(huán)和排氣溢流槽，凸凹模的配合間隙不宜太小，配合環(huán)的配合精度為H7／f7。圖6-18不溢式壓縮模的凸凹模配合形式1-排氣溢料槽2-凸模3-承壓面4-凹模（3）半溢式壓縮模的凸凹模配合形式如圖6-13所示，半溢式壓縮模最大特點是帶有水平擠壓面，同時利用凸模與加料腔間的配合間隙或溢料槽溢料排氣。凸模的前端制成半徑為O.5～0.8mm的圓角或45°的倒角，加料腔的圓角半徑則取O.3～0.5mm，這樣可增加模具強度，便于清理廢料。對于加料腔深的凹模，也需設(shè)置引導(dǎo)環(huán)，加料腔深度小于10mm的凹?？芍苯又瞥雠浜檄h(huán)，引導(dǎo)環(huán)與配合環(huán)的結(jié)構(gòu)與不溢式壓縮模類似。半溢式壓縮模凸模與加料腔的配合為H7／f7。3.加料腔的尺寸計算壓縮模凹模的加料腔是供裝塑料原料用的。其容積要足夠大，以防止在壓制時原料溢出模外。加料腔具體計算如下：（1）塑料體積計算VSL=mv=Vρv(6-9)式中VSL——塑件所需塑料原料的體積(cm3)；V——塑件的體積(包括溢料)(cm3)；v——塑料的比體積(cm3／g)，見表6-3；ρ——塑件的密度(g/cm3)，見表6-4；m——塑件重量(包括溢料)(g)，溢料通常取塑件重量的5%～10%。塑料體積的計算也可按塑料原料在成型時的體積壓縮比來計算：VSL=VK(6-10)式中VSL——塑料原料的體積(cm3)；V——塑件的體積(包括溢料)(cm3)；K——塑料壓縮比(見表6-4)。(2)加料腔高度的計算圖6-19是各種塑件成型的情況，其加料腔的高度可分別按以下公式計算：圖6-19加料腔高度的計算圖(a)為不溢式壓縮模，其加料腔高度H按下式計算：

(6-11)式中H——加料腔高度(cm)；VSL——塑料原料體積(cm3)；V1——下凸模凸出部分的體積(cm3)；A——加料腔的橫截面積(cm2)。圖(b)為不溢式壓縮模，可壓制壁薄而高的杯形塑件。由于型腔體積大，塑料原料體積較小，原料裝入后尚不能達到塑件高度，這時型腔(包括加料腔)總高度可采用塑件高度加上1～2cm，即：H=h+(1～2)cm(6-12)式中h——塑件高度(cm).圖(c)為半溢式壓縮模，塑件在加料腔下邊成型，其加料腔高度為：

(6-13)式中Vo——加料腔以下型腔體積(cm3)。圖(d)為半溢式壓縮模，塑件一部分形狀在擠壓邊以上成型，其加料腔高度為：

(6-14)式中V1——塑件在凹模中的體積(cm3)；V2——塑件在凸模的凹入部分體積(cm3)。在合模時塑料不一定先充滿凸模的凹入部分，這樣會減少導(dǎo)向部分高度(0.5～1.0)cm，故以不扣除V2更保險。即按下式計算：(6-15)圖(e)為多型腔壓縮模，其加料腔高度為：

(6-16)式中V3——單個型腔所能容納塑料的體積(cm3)；n——在同一個加料腔內(nèi)的型腔數(shù)量。4.凸模和凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計

（1）凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計凸模的作用是將壓力機的壓力傳遞到制品上，并壓制制品的內(nèi)表面及端面。壓縮模具的凸模與注射模具沒有本質(zhì)區(qū)別，只是不溢式和半溢式凸模是由兩部分組成：上端與加料腔的配合環(huán)部分配合，防止熔體溢出并有導(dǎo)向作用；下端為成型部分并設(shè)有脫模斜度。同時不溢式和半溢式上凸模周圍還開有溢料排氣槽。凸模結(jié)構(gòu)與注射模類似，有整體式及組合式等形式，壓縮模的凸模受力很大，設(shè)計時要保證其結(jié)構(gòu)的堅固性，其成型部分沒有必要時不宜做成組合式。圖6-20(a)為整體式凸模，圖6-20(b)為整體嵌入式凸模，圖6-20(c)為鑲嵌組合式凸模，一般來說鑲嵌組合式強度最差，塑料可能擠入鑲嵌縫隙而引起變形。圖6-20壓縮模的凸模結(jié)構(gòu)1-成型段2-配合段3-溢料槽4-固定段（2）凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計凹模一般設(shè)在下模，形狀相對比較復(fù)雜，是填充粉料的部位。凹模的結(jié)構(gòu)同樣有整體式和組合式之分。對于溢式壓縮模，凹模深度等于制品高度；對于不溢式壓縮模，凹模則包括型腔和加料腔。整體式凹模特點是結(jié)構(gòu)堅固，適于外形簡單、容易加工的型腔。當型腔復(fù)雜時為便于加工，將加料腔和型腔或型腔本身做成組合式的。組合式凹模同樣有整體嵌入式、局部鑲拼式、底部鑲拼式、側(cè)壁鑲拼式和四壁拼合式等形式。壓縮模在施壓時塑料尚未充分塑化，型腔內(nèi)各向受力很不勻衡，因此要特別注意鑲拼結(jié)構(gòu)的牢固性。具體結(jié)構(gòu)可以參照注射模的凹模結(jié)構(gòu)。5.孔的成型方法及型芯的結(jié)構(gòu)設(shè)計塑料制品上常常有各種形狀的孔，如圓形孔、矩形孔、異形孔、階梯孔、傾斜孔等。在壓縮成型時，成型孔的型芯結(jié)構(gòu)應(yīng)注意以下幾點。（1）型芯的結(jié)構(gòu)與脫模方向一致的孔，型芯應(yīng)有一定的剛度，并應(yīng)有適當?shù)拿撃Ｐ倍?。壓縮模具的型芯或成型桿受力狀況比注射模具惡劣，由于受力不均勻，易引起型芯彎曲，特別是與壓制方向垂直的型芯，因此型芯不宜太長。（2）型芯的安放階梯孔原則上應(yīng)將直徑大的一側(cè)放在下模。如果有特殊情況，則應(yīng)由上下模同時成型。（3）斜孔的成型斜孔盡可能由上下型芯組合成型。（4）其他孔的成型與脫模方向呈垂直、或有傾斜角的孔，應(yīng)采用側(cè)抽芯結(jié)構(gòu)。（5）盲孔的成型盲孔的深度與孔徑的比，在不超過3倍時，可以在上?；蛳履Ｉ现苯友b型芯。如果超過3倍，則型芯的脫模斜度必須加大，而且表面必須拋光到鏡面級，否則將會脫模困難。6.嵌件的設(shè)計當成型需要有嵌件時，應(yīng)優(yōu)先考慮將嵌件裝在凹模。當嵌件必須裝在凸模上時，若嵌件連接有困難或向上模裝插不方便時，則可采用倒裝式壓模，即將凸模設(shè)在下模，而將凹模設(shè)在上模。壓縮成型時由于塑料流對嵌件橫向擠壓力較大，常引起嵌件移位或升起，為避免這種現(xiàn)象，嵌件在模內(nèi)的連接應(yīng)加固，可采用圓錐面或圓柱面配合將嵌件裝插在模板內(nèi)。6.1.6壓縮模導(dǎo)向機構(gòu)的設(shè)計1．導(dǎo)向機構(gòu)的類型導(dǎo)向機構(gòu)是保證上模與下模合模時正確定位和導(dǎo)向的重要零件。導(dǎo)向機構(gòu)主要有導(dǎo)銷及導(dǎo)柱、導(dǎo)套兩種形式。2．導(dǎo)向零件的尺寸導(dǎo)向零件主要包括導(dǎo)柱、導(dǎo)套和導(dǎo)銷等，且是標準化零件。3．壓模導(dǎo)向機構(gòu)的特點導(dǎo)柱和導(dǎo)套的設(shè)計原則和其結(jié)構(gòu)及固定形式可參考注射模具有關(guān)章節(jié)。①定位導(dǎo)向作用除溢式壓縮模的導(dǎo)向只依靠導(dǎo)柱完成外，半溢式和不溢式壓縮模的凸模和加料腔的配合環(huán)還能起到保證凸、凹模正確定位的作用，加料腔上段的引導(dǎo)環(huán)還能起導(dǎo)向作用。②導(dǎo)柱類型由于壓縮模在高溫下操作，因此一般不采用帶加油槽的導(dǎo)柱。6.1.7壓縮模脫模機構(gòu)的設(shè)計1.塑件脫模的方法及常用的脫模機構(gòu)分類塑件的脫模方法有手動、機動、氣動等方法。常用的脫模機構(gòu)有以下幾種：（1）移動式、半固定式模具的脫模機構(gòu)①卸模架②機外脫模裝置（2）固定式模具的脫模機構(gòu)①下推出機構(gòu)②上推出機構(gòu)2.壓縮模的推出機構(gòu)與壓機頂出桿的連接方式壓機的頂桿與壓縮模的推出機構(gòu)有以下兩種連接方式：（1）間接連接即壓機的頂桿與壓縮模的推出機構(gòu)不直接連接，如圖6-21所示。圖6-21與尾軸間接連接的推出機構(gòu)（2）直接連接即壓機的頂桿與壓縮模的推出機構(gòu)直接連接。壓機的頂桿不僅在頂出時發(fā)生作用，而且在回程時亦能將壓縮模的推板、推桿拉回，壓縮模不需再設(shè)復(fù)位機構(gòu)。尾軸與壓機的頂出桿的連接方式，如圖6-22所示。圖6-22與尾軸直接連接的推出機構(gòu)3.固定式壓縮模的脫模機構(gòu)固定式壓縮模的脫模機構(gòu)形式很多，常用的有以下幾種：（1）推桿推出機構(gòu)圖6-23推桿推出機構(gòu)（2）推管推出機構(gòu)對于空心薄壁塑件，常采用推管推出機構(gòu)，其特點是塑件受力均勻，運動平穩(wěn)可靠，其結(jié)構(gòu)如圖6-24所示。圖6-24推管推出機構(gòu)（3）推件板推出機構(gòu)對于脫模容易產(chǎn)生變形的薄壁零件，開模后塑件留在型芯上，可采用推件板推出機構(gòu)。其結(jié)構(gòu)如圖6-25所示。

圖6-25推件板推出機構(gòu)（4）其它推出機構(gòu)例如，凹模推出機構(gòu)、二級推出機構(gòu)、雙推出機構(gòu)等等。4.移動式壓縮模的脫模機構(gòu)移動式壓縮模普遍采用卸模架脫模方式，利用壓機的壓力推出塑件，雖然生產(chǎn)率低，但開模動作平穩(wěn)，模具使用