粉末成形模具

1、粉末成形模具 工藝概述 用塑料粉末作為原料的成形工藝，有的以工藝發(fā)者命名的 Engel 工藝、工藝和 工藝，此外還有 回轉(zhuǎn)成形、流動浸漬成形、噴鍍成形和靜電涂覆等工藝。粉末成 形的主要原材料是聚乙烯， 其次還有聚苯乙烯、 ABS 、聚碳酸酯、 聚胺和氟樹脂粉末等。以下介紹各種工藝方法。 Engel 工藝 這種工藝首先是將粉末材料充 填入用傳熱性能良好鋼板制成 的模具中，然後將它放入加熱 爐中從外部對模具進行加熱。 當與模具相接觸部分的粉末材 料按照規(guī)定的厚度熔融後，將 模具從加熱爐中取出。倒出未 熔融的剩余料，并加以回收。 然後對模具再進行加熱。當塑 件內(nèi)表面形成光滑面後，進行 冷卻。最後將塑

2、件從模具中取 出。對取出塑件後的模具進行 清洗及涂敷脫模劑之後，即可 投入下一循環(huán)節(jié)成形。倒出的 剩余料經(jīng)過處理，即可放入料 斗再成形。圖 1 所示是 Engel 工藝的流程。 圖 1 這種粉末成形生產(chǎn)流水線的設(shè)備價格雖然并不昂貴， 但作業(yè) 過程煩瑣， 不適合於大批量生產(chǎn)。 通常適用於成形小批量的大型 塑件。 工藝和 工藝 工藝是將粉末材料放在粉末可 在其中漂浮的粉末流動槽中。將經(jīng)預熱的模具放入粉末流動槽 中，塑料粉末即熔融，并附在模具的外表面。當附在模具表面的 熔融材料達到一定厚度時， 即把模具從槽中取出。 對模具再加熱， 當塑件表面形成光滑面後冷卻、 脫模。 這種工藝與 Engel 工藝一

3、 樣，適用於成形大型塑件。 至於 工藝，與 Engel 工藝的原 理相同。其不同點只是將模具稍稍傾斜， 一邊回轉(zhuǎn)一邊進行加熱。 這也是回轉(zhuǎn)成形方法之一。適用於成形筒狀塑件。 回轉(zhuǎn)成形工藝 在由拼合或帶蓋容器形成的封閉 式中空模具中，放入所需量的粉 末材料。然後在對模具從外部加 熱的同時，進行公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)的 2 軸回轉(zhuǎn)。這時模具內(nèi)的粉末材料 熔融，并均勻地附在模具的內(nèi)表 面上。當附粉末材料達到規(guī)定的 厚度時，從模具外進行冷卻，并 進行脫模取出塑件。上面提到的 工藝只是進行單軸旋轉(zhuǎn)。而回轉(zhuǎn) 成形工藝是用多軸回轉(zhuǎn)，即模具 朝各個方向回轉(zhuǎn)。圖 2 所示是 4 軸回轉(zhuǎn)成形裝置。 圖 2 回轉(zhuǎn)成形通常用煤氣

4、加熱， 有直火式、熱風或和熱媒體循環(huán) 式等各種加熱方式。冷卻方式大 多數(shù)采用噴水式冷卻。 流動浸漬工藝 這種工藝是在容器中水平放置多孔質(zhì)板， 從板的下方送入壓縮空 氣。將粉體材料放置在容器中的多孔質(zhì)板上， 在由下方送入的壓 縮空氣的作用下， 粉體材料在容器中處於漂浮狀態(tài)。 雖然將預熱 到粉末材料軟化點以上溫度的物體放在容器中， 粉末材料即附此 物體的表面， 在物體表面形成一層涂膜。 這種工藝主要用於在金 屬件表面涂敷防腐蝕和絕緣層。 噴鍍工藝這種工藝是將由火焰熔融的塑料粉末噴在附物上。 主要 工具在頭部裝有火焰裝置的噴輪， 附物通常是金屬。 在噴鍍塑料 粉末時， 需對金屬加熱。 這種工藝適用於

5、對大型金屬罐表面進行 涂敷。 靜電粉末涂敷工藝 這種工藝與粉末噴鍍工藝相類似。 只是在噴板的出口處使粉末材 料帶負電， 并將這些材料噴向接地的被涂敷物。 噴出的粉末材料 在靜電的作用下就均勻地附在被涂敷物的表面。 在靜電涂敷中未 附的材料可以回收再用， 所以不會浪費材料。 這種工藝具有均勻 附的特點。然後將被涂敷放在加熱爐內(nèi)，使粉末熔融，即可獲得 均勻的涂膜。 粉末成形工藝的特點 粉末成形工藝的過程較簡單，它具有以下的特點。 與其他成形方法相比， 模具費用較低。 由於粉末成形一般不施加 壓力，模具也較簡單，模具材料通常為鋼板和鋁鑄件，所以不僅 模具的制造周期短，且成本也較低。 粉末成形塑件無注

6、塑件那樣因材料流動的取向性而出現(xiàn)變形。 塑件設(shè)計的自由度較大。 塑件壁厚可在一定范圍內(nèi)進行調(diào)節(jié)。 可用不同種類塑料一次進行多層成形或不同顏色塑料的多層成 形。 可成形雙層結(jié)構(gòu)的塑件。 用於生產(chǎn)多品種小批量塑件或大型塑件時經(jīng)濟效益較好。 與其他成形方法相比，成形周期較長。 不適合於成形精度要求高的塑件。 粉末成形塑件的設(shè)計 在設(shè)計粉末成形塑件時應(yīng)注意以下各點 1、粉末成形塑件的尺寸和公差通常為5%。由於粉末成形不屬 於加壓成形， 在模具中冷卻時的固化程度由收縮狀況左右。 難以 實施冷卻速度的嚴格控制，厚壁部分的冷卻速度可能發(fā)生變化。 因而粉末成形工藝不適合成形尺寸要求嚴格和精度要求高的塑 件。塑

7、件表面也難以復映精密的微細形狀。 2、粉末成形工藝是熔融塑料在被加熱和回轉(zhuǎn)的模具中流動，并 附在模具上。 但由於這種流動力很小， 所以很難使塑件內(nèi)表面形 成美觀的光滑平面。 為了獲得平滑內(nèi)表面的成形件， 必須將塑件 設(shè)計成雙重壁結(jié)構(gòu)的塑件，使塑件內(nèi)表面也與模具面接觸。 3、這種工藝可以首先放入一種粉末塑料成形，然後再放入其他 粉末塑料成形。 因而可很方便地按照塑件的使用要求成形多層結(jié) 構(gòu)的塑件。 4、粉末成形時，可由充填入模具的粉末塑料量調(diào)節(jié)塑件的平均 壁厚。 5、一般粉末成形的收縮率較大， 可實施帶嵌件成形。 6、在塑件的角部及邊緣處應(yīng)避免銳角， 以防因應(yīng)力集中而破損。 通常選用的圓角半徑以

8、 10mm為宜。 使用加強筋可增加塑件形狀 的穩(wěn)定性，多少還可以提高尺 寸精度。此工藝可成形帶筋或 槽形的塑件。設(shè)計加強筋的方 法如圖 3 所示。 7、增強面的面積在 400X400mm 左右時，加強筋的寬度為壁厚 的 4 倍。增加面的面積在 600X600mm左右時，加強筋的 寬度為壁厚的 10 倍。 8、在設(shè)計大型塑件時，如圖 4 所示，最好在 兩端設(shè)計成弧形。 這是因為粉末成形的收縮率 較大，易發(fā)生變形。 模具設(shè)計 在設(shè)計粉末成形模具時應(yīng)注意以下各點 1. 由於回轉(zhuǎn)成形時粉末塑料以粉末的狀態(tài)在模具內(nèi)自由流 動，所以在設(shè)計回轉(zhuǎn)成形模具時應(yīng)使粉末塑料能在模具內(nèi) 表面自由流動。 這樣可以保證塑

9、件的壁厚均勻。 2. 同樣，在設(shè)計回轉(zhuǎn)成形模具時應(yīng)使模具表面加熱均勻，或 是被加熱模具表面對粉末塑料的傳熱速度相等。這也是保 證塑件壁厚均勻的一個重要條件。 3. 通常，大型粉末成形模具用鋼板制成，外部用角鋼或槽鋼 增強。這時為了粉末成形模具能承受加熱和冷卻的急速熱 變化，所以在焊接和模具對合部位等的加工需十分注意。 同時也要考慮模具在加熱和回轉(zhuǎn)條件下的變形。 4. 對於成形小型復雜形狀塑件的模具或表面帶有凹凸形狀塑 件的模具，通常用鋁合金鑄件制造。對鋁合金鑄造模具要 求無鑄造氣孔，表面需進行精加工。 5. 為在加熱和冷卻時模具 內(nèi)保持同樣的壓力， 或有 時為了防止塑件內(nèi)表面 被氧化而在模具內(nèi)

10、充入 惰性氣體，因而在模具上 需設(shè)計通氣孔。 通氣孔一 般開設(shè)在粉末塑件的開 口部位或成形後修整部 位，如圖 5 所示。 6. 前面提到，由於粉末成形是非加壓成形，因種種因素其收 縮率較大。在設(shè)計模具前，最好用試驗片對所使用的粉末 塑料的成形收縮率進行測定。但需注意，在設(shè)置加強筋以 後，由於受到限制，成形收縮會變小。 7. 使用拼合?；?qū)夏r應(yīng)將其連接部分的鎖緊件或裝置設(shè) 計成能快速脫扣和鎖緊的形式。其他部分配件的熱容量不 能太大。 8. 加強筋不能設(shè)計得過淺或又深又窄，這樣都不利於成形。 如圖 6 中的加強筋實例。其中 (a)為正確的設(shè)計。 (b)的加強 筋過窄，可能出現(xiàn)筋壁的搭接現(xiàn)象。

11、(c)的加強筋太淺。 (d) 的加強筋太深，粉末塑料難以到達底邊。 9. 在進行嵌件成形時，必須在嵌件四周均被塑料圍住。從所 有壁面到嵌件部位的距離必須是壁厚的 4 倍以上，否則可 能出搭接現(xiàn)象。一般的嵌件都是金屬嵌件，也有使用軟化 點溫度高於成形溫度的塑料嵌件。圖 7 圖 7 所示是帶嵌件 模具的設(shè)計實例。也有在成形件上預先成形空隙，在二次 加工時再裝入嵌件。 10. 在設(shè)計成形部分薄壁粉末塑件模具和帶有開口部位粉末塑 件模具時應(yīng)認真探討。如在薄壁開口部位需敷貼置由石棉 等制成的隔熱墊，以阻止模具溫度在該部位上升。在該部 位的模具內(nèi)表面敷貼氟樹脂等，使該部位不附熔融粉末塑 料。并通過對模具形

12、狀和回轉(zhuǎn)成形回轉(zhuǎn)方法的配合，使特 定部分的壁厚增厚，如圖 8 所示。 11. 對有凹槽的粉末塑件， 則 在設(shè)計模具時應(yīng)將凹槽 設(shè)計在便於脫模的方向。 這樣既能保證脫模， 又不 會增加模具的成本。圖 9 所示，其中 (A) 是用薄鋼 板焊接的廉價模具結(jié)構(gòu)； (b)是為了脫出凹槽， 模具 沿軸設(shè)置接合部的高價 模具。 12. 在回轉(zhuǎn)成形中，若用加熱油和熔融鹽進行加熱和冷卻時， 必須使雙層壁模具。其結(jié)構(gòu)如圖 5 所示。由於這種模具價 格昂貴，失去了粉末成形在經(jīng)濟方面的優(yōu)越性。 13. 關(guān)於雙重壁粉末塑件的模具，為了在相對面之間的熔融塑 料不出現(xiàn)搭接現(xiàn)象， 應(yīng)將相對面之間的距離設(shè)計為壁厚的 4 倍以上

13、。而在某些情況下，將兩相對面之間的距離設(shè)計成 小於 4 倍壁厚，所形成的搭接對兩面進行支承，可起增強 作用。圖 10、11 所示是設(shè)計實例。 模具材料 常用制造粉末成形模具的材料有厚度為 13mm 的鋼、銅和不鋼 板料。制造方法采用板金加工和焊接。 也有使用鋁合金鑄件或電 鑄鎳沿殼體制造粉末成形模具， 小型模具常用厚度為 1.0 2.0mm 鋼板制造。大型模具需使用厚度為 2.5mm 以上的鋼板制造。形 狀復雜或表面有特種圖案的中、小型模具常用鋁合金鑄件制造。 粉末成形模具實例 面是幾種用回轉(zhuǎn)粉末成形模具成形粉末的塑件實例。 100 升容器 該粉末塑件的原材料是高密度 聚乙烯（圖 12）。模具材料是 厚度為 2.3mm 的鋼板。 上部有 一蓋，蓋上設(shè)加強筋，以防止 其變形。容器底部設(shè)一凸臺， 以防止收縮變形。粉末塑件壁 厚為 3mm 時，模具在 350加 熱熱風爐內(nèi)回轉(zhuǎn)成形，加熱時 間為 8 分鐘。 手提箱 該粉末塑件的原料是尼龍 11