模具设计与数控加工第五章压缩成型工艺与模具设计

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1、财富不应当是生命的目的， 它只是生活的工具。 比 才,第五章 压缩成型工艺及模具设计,成型压缩原理,一、 压缩成型原理及特点,压缩成型原理 压缩成型特点,原料放入模具,加热加压使材料成型硬化,取出塑件,压缩成型过程,将塑料加入高温的型腔和加料室，然 后以一定的速度将模具闭合，塑料在热和压 力的作用下熔融流动，并且很快地充满整个 型腔，树脂和固化剂作用发生交联反应，生 成不熔不溶的体型化合物，塑料因而固化， 成为具有一定形状的制品，当制品完全定型 并且具有最佳性能时，即开启模具取出制品.,一、 压缩成型原理：,二、压缩成型特点,用途：主要用于热固性塑料制品成型，也可用于流动性差的热塑性塑料成型（

2、聚四氟乙烯、高透明的PS、PMMA制品、超高分子量聚乙烯等），以及橡胶制品成型等。,热固性料成型：模具加热、效率低。 原料：热固性料除树脂外，含大量填料、固化剂、固化促进剂、润滑剂、着色剂等，塑化前流动性差、填充难； 原料形状：粉状、粒状、片状、团状、碎屑状、纤维状等； 成型：模具敞开状态加料，边加热加压边合模，最终完全闭合，加压直接、填充密实。,热塑性料成型：模具既加热又冷却，成型周期长、效率低；但制品内应力小，适合平整度高和光学性能好的大型制品。,二、压缩成型特点,二、压缩成型特点,压缩成型优点： 与注射相比，使用的设备和模具较为简单价廉； 适用于流动性差的塑料，较易成型大中型制品； 适宜

3、成型热固性塑料制品，制品收缩率较小、变形小、各向性能较均匀。,二、压缩成型特点,压缩成型缺点： 与注射相比，生产周期长，效率低，厚壁件生产周期更长； 生产自动化程度低，粉尘多，环境条件差，劳动强度大； 制品溢边多，去除难，影响高度方向尺寸精度； 深孔和形状复杂制品难以成型； 压模工作条件恶劣，磨损快、寿命低；成型零件需淬硬； 细长成型杆和细小嵌件在压缩成型时极易变形，不宜采用压缩成型。,二、 压缩模具的结构与分类,压缩模结构 压缩模分类,（一） 压缩模结构,压缩模组成：型腔、加料室、导向机构、侧向分型抽芯机构、脱模机构、加热系统等。,加料室,加热方式：电加热、蒸汽加热、煤气或天然气加热等。,热

4、塑性料成型：模具开设温度控制通道，在塑化和定型阶段，分别通入蒸汽加热和通入冷却水进行冷却。,（二）、压缩模具分类,分类： 按模具在压机上固定方式分：移动式、半固定式和固定式； 按上、下模闭合形式分：溢式、不溢式和半溢式； 按分型面特征分：水平分型面和垂直分型面压缩模； 按型腔数分：单腔式和多腔式压缩模。,热固性塑料压缩模,固定式,半固定式,移动式,多型腔,单型腔,共用加料室,单加料室,不溢式,半溢式,溢式,水平分型面,复合分型面,垂直分型面,多分型面,单分型面,（按压模在压力机上的固定方式分类）,1、移动式压缩模,图5-4 军衣扣压缩移动模 1定位销；2上模；3手柄；4下模； 5嵌件；6嵌件座

5、；7塑件,（按压模在压力机上的固定方式分类）,1、移动式压缩模,图5-5 半固定式压缩模具 1压板；2凸模；3导柱；4型芯；5手柄；6导轨；7凹模,（按压模在压力机上的固定方式分类）,2、半固定式压缩模,（按压模在压力机上的固定方式分类）,3、固定式压缩模,4、溢式压缩模,特点： 无加料室，模腔高度约等于制品高度； 凸、凹模无直接配合，多余料极易溢出； 挤压面对溢料阻力小，制品密度低，力学性能差； 不适用于高压缩率的材料成型，最好用粒料或预压锭料成型。,（二）、压缩模具分类,溢式压模缺点： 凸模和凹模配合完全靠导柱定位，成型制品壁厚均匀性差； 因合模时各型腔溢料量不均匀，成型件的精度和质量不均

6、匀； 加料量应超出制品重量的5%以内，原料有一定浪费； 有时可不设脱模机构，而由手工取出或用压缩空气吹出制品。,（二）、压缩模具分类,优点： 无加料室，便于嵌件的安放； 结构简单，价廉耐用； 特别适合成型扁平小型薄壁制品（如钮扣、装饰品及各种小零件）。,不溢式压模缺点： 加料室为型腔上部断面的延伸，无挤压面，溢料量很少； 型芯与型腔配合间隙单边约0.0250.075mm，配合高度不宜过大，也可将型腔侧壁制成带1520的斜度，方便开模。,优点： 制品成型压力大、密实度高，性能好； 适于压制形状复杂、壁薄、流程较长或深形制品，也可用于流动性差、比压高、比容大的塑料； 特别适合压制有棉布、玻璃布、长

7、纤维填充的制品； 飞边与分型面垂直分布，便于去除。,5、不溢式压缩模,不溢式压模特点： 因溢料量很少，加料精度直接影响制品高度尺寸，要求准确计量； 型芯与型腔侧壁摩擦严重，制品脱模易刮擦，改进结构见图所示； 不溢式压模必须设脱模机构。,5、不溢式压缩模,半溢式压模特点： 型腔上方设有断面尺寸较大的加料室（可简化断面形状），加料室底部有环形挤压面（约45mm），型芯与加料室间隙配合； 余料可通过配合间隙和溢料槽溢出，制品密度较溢式压模的好； 操作方便，原料计量简单，制品尺寸由型腔决定； 制品脱模容易，不易与侧壁刮擦； 不适宜成型以布片或长纤维作填料的塑料； 挤压面每次应清理干净，以免变形和破坏。

8、,6、半溢式压缩模,半溢式压模改进： 将加料腔制成可移动式，方便挤压面和模具型腔的清理。,6、半溢式压缩模,多型腔压模：如图，可为溢式或半溢式结构，图a）、b）需对每个型腔单独加料，个别型腔损坏不影响模具工作。,7、多型腔压缩模,为方便多腔模加料，可采用右图所示的加料器快速加料。,多腔共用加料室有利于缩小模具尺寸，方便加料，但边角的型腔易缺料。,7、多型腔压缩模,压缩模类型选用原则,流动性差的塑料，塑件形状复杂,水平分型面模具结构简单，操作方便，优先选用。,塑件批量大, 固定式模具,批量中等, 固定式或半固定式模具,小批量或试生产, 移动式模具,不溢式模具,塑件高度尺寸要求高，带有小型嵌件,

9、半溢式模具,形状简单，大而扁平的盘形塑件, 溢式压缩模,三、压缩成型工艺及参数,压缩成型工艺 压缩成型工艺参数,（一） 压缩成型工艺,压缩前的准备 压缩成型过程 后期处理,图5-2 压缩成型工艺过程,预热和干燥（讲述其定义与作用） 预 压（讲述其定义与作用）,1、压缩前的准备,模具的调整； 安放嵌件； 加料； 合模； 排气； 固化 脱模,2、压缩成型过程,注：对于带有嵌件的或带有侧向型芯的制品脱模，必须先用工具拧脱，然后才能取出制品。,表5-1常用热固性塑件的退火处理规范,3、后期处理,塑件的处理,模具的清理,（二）、压缩成型工艺参数,压缩成型时的压力 压缩成型温度 压缩成型时间,1、成型压力

10、,表5-2 部分塑料的模具温度与压缩成型压力,2、成型温度,3、压缩时间,表5-3 酚醛塑料和氨基塑料的压缩成形工艺参数。,系以苯酚甲醛线型树脂和粉末为基础的压缩粉； 系以甲酚甲醛可溶性树脂的粉末为基础的压缩粉； 系以苯酚苯胺甲醛树脂和无机矿物为基础的压缩粉,谢 谢,四、压缩模与压力机的关系,压机及常用压机的技术规范 压模与压机相关技术参数的校核,压机：结构有框架式和柱式结构；以油压机为主，还有少量的水压机、螺旋压力机等。,上下工作台面加装电加热板,1、压机及常用压机的技术规范,塑料压缩成型常用压机：规格从3501000kN，最常用的是450kN和1000kN两种。,1、压机及常用压机的技术规

11、范,常用压机台板结构尺寸,顶出杆端部为T形槽结构,顶出杆端部为螺纹结构,1、压机及常用压机的技术规范,常用压机台板结构尺寸,顶出杆端部为螺纹结构,1、压机及常用压机的技术规范,常用压机台板结构尺寸,顶出杆端部为螺纹结构,1、压机及常用压机的技术规范,常用压机台板结构尺寸,顶出杆端部为螺纹结构,三根顶出杆,1、压机及常用压机的技术规范,（1）、压机最大总压力校核 它与材料种类、塑件尺寸、型腔数等有关。,式中 k安全系数，取0.750.90,视压机新旧程度而定； F机压机最大总压力，kN； F模压模所需成型压力，kN。,式中 p0单位成型压力，其值可查表5-4，MPa; A每个型腔水平投影面积，半

12、溢式为加料室水平投影面积，mm2； n型腔数目。,2、压模与压机相关技术参数的校核,2、压模与压机相关技术参数的校核,2、压模与压机相关技术参数的校核,已知压模结构和塑件成型压力，选择压机时,当压机已定，确定压模型腔数时，按下式计算并取整,当压机总压力超过压模所需压力较多时，应调小压机的工作油压，按下式计算,式中 p表压力表读数（油压），MPa； A活压机活塞面积，cm2。,（2）、压机固定板有关尺寸校核,模具最大尺寸应小于压机立柱或框架之间的距离；同时还应保证模具能装夹在工作台上。 模具安装方式：螺钉直接固定或用压板固定。,（3）、压模高度和开模行程的校核,式中 h压模闭合高度，mm； Hm

13、in压机上下模板之间的最小开距，mm。,式中 L压模所要求的最小开模距离，mm； Hmax压机上下模板之间的最大开距，mm。,对于固定式压模,（3）、压模高度和开模行程的校核,如图所示模具，所需最小开模距为,式中 ha塑件高度，mm； hc凸模高度，mm。,即,或,式中 hu上模部分全高，mm； hd下模部分全高，mm。,（3）、压模高度和开模行程的校核,注意点,（4）、压机推出机构的校核,压机推出机构：有手动推出机构、推出托架和液压推出三种形式。 压模的推出机构应与压机相适应，应能与压机顶出杆相连接； 压模所需的推出行程和推出力也要与压机相适应。,（5）、开模力的校核,螺钉数量 n螺F开/F

14、螺 其中： n螺螺钉数量 F螺每个螺钉所承受的负荷N，见表,开模力计算 F开=k1F模 其中：F开开模力N F模模压所需的成型总压力N k1压力损耗系数0.10.2,（6）、脱模力的校核,校核 F脱F顶 F顶压力机顶出杆的最大顶出力N,脱模力计算 F脱=A件p结 其中：F脱脱模力N A件塑件侧面积之和m2 p结塑件与金属的结合力MPa,五、压缩模成型零部件设计,型腔总体设计 压模型腔配合结构和尺寸 成型零件设计 加料室的设计及其计算,(一)、型腔总体设计,包括塑件在模内加压方向选择、型芯型腔配合结构选择和分型面位置选择等,1、塑件在模具内加压方向的选择 加压方向即型芯对塑料原料施加压力的方向，

15、选择时应考虑以下因素：,（1）便于加料原则 图a）加料室直径大而浅，可方便加料； 图b）相反，不便加料。,（2）使型腔各处压力均匀原则 图a）沿轴线加压，当圆筒较长时，压力传递距离太长，造成中下部压力不足，影响制品密度均匀； 图b）横向施压，压力较均匀，但外表面有分型痕迹。,(一)、型腔总体设计,（3）便于安装和固定嵌件原则 图a）嵌件安于上模，不方便； 图b）嵌件在下模，操作方便，还可利用其顶出塑件。,(一)、型腔总体设计,（4）保证型芯强度原则 图a）施压时上模型芯受力大，越简单越好； 图b）对上模型芯受力不利。,（5）机动侧抽芯以短为好原则 利用开模动作抽芯时，宜把长型芯放在开模方向；模

16、外手动抽芯则关系不大。,（6）保证重要尺寸精度原则 施压方向制品尺寸精度更低，重要尺寸不宜放在此方向。,2、分型面位置和形状的选择,当施压方向确定后，分型面位置也就可方便确定； 分型面位置确定原则与注射模相类似。 分型面位于塑件最大轮廓处； 尽可能避免侧向分型抽芯； 分型面的溢料边位置应便于修整，最好在隐蔽处； 应保证重要尺寸的精度（如同轴度）等； 开模时，塑件最好留于下模，以便顶出。 为便于制造，分型面和挤压面多为平面，较少采用曲面或弯折面。,(二)、压模型腔配合结构和尺寸,1、溢式压模配合形式 型芯和型腔无直接配合，它依靠模具的导向机构定位。,溢式压模为减薄飞边的厚度，配合面不宜过大，通常设计成围绕型腔周边的环形区，宽度35mm；,2、不溢式压模配合形式及其改进 加料室断面尺寸与型腔断面尺寸相同，不存在挤压面； 型芯与型腔配合间隙要适当，过小不易排气、易擦伤；过大溢料严