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(dòng)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(duì)模具進(jìn)行加熱。 當(dāng)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(duì)模具再進(jìn)行加熱。當(dāng)塑 件內(nèi)表面形成光滑面後，進(jìn)行 冷卻。最後將塑

2、件從模具中取 出。對(duì)取出塑件後的模具進(jìn)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(jià)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(dòng)槽中。將經(jīng)預(yù)熱的模具放入粉末流動(dòng)槽 中，塑料粉末即熔融，并附在模具的外表面。當(dāng)附在模具表面的 熔融材料達(dá)到一定厚度時(shí)， 即把模具從槽中取出。 對(duì)模具再加熱， 當(dāng)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(diǎn)只是將模具稍稍傾斜， 一邊回轉(zhuǎn)一邊進(jìn)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(duì)模具從外部加 熱的同時(shí)，進(jìn)行公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)的 2 軸回轉(zhuǎn)。這時(shí)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(dāng)附粉末材料達(dá)到規(guī)定的 厚度時(shí)，從模具外進(jìn)行冷卻，并 進(jìn)行脫模取出塑件。上面提到的 工藝只是進(jìn)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(gè)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(fēng)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(dòng)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?kù)镀顟B(tài)。 雖然將預(yù)熱 到粉末材料軟化點(diǎn)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(shí)， 需對(duì)金屬加熱。 這種工藝適用於

5、對(duì)大型金屬罐表面進(jìn)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(fù)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(huì)浪費(fèi)材料。 這種工藝具有均勻 附的特點(diǎn)。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(diǎn) 粉末成形工藝的過程較簡(jiǎn)單，它具有以下的特點(diǎn)。 與其他成形方法相比， 模具費(fèi)用較低。 由於粉末成形一般不施加 壓力，模具也較簡(jiǎn)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(dòng)的取向性而出現(xiàn)變形。 塑件設(shè)計(jì)的自由度較大。 塑件壁厚可在一定范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)。 可用不同種類塑料一次進(jìn)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(shí)經(jīng)濟(jì)效益較好。 與其他成形方法相比，成形周期較長(zhǎng)。 不適合於成形精度要求高的塑件。 粉末成形塑件的設(shè)計(jì) 在設(shè)計(jì)粉末成形塑件時(shí)應(yīng)注意以下各點(diǎn) 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(shí)的固化程度由收縮狀況左右。 難以 實(shí)施冷卻速度的嚴(yán)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(yán)格和精度要求高的塑 件。塑

7、件表面也難以復(fù)映精密的微細(xì)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(dòng)，并 附在模具上。 但由於這種流動(dòng)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(jì)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(shí)，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(shí)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(qiáng)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(jì)加強(qiáng)筋的方 法如圖 3 所示。 7、增強(qiáng)面的面積在 400X400mm 左右時(shí)，加強(qiáng)筋的寬度為壁厚 的 4 倍。增加面的面積在 600X600mm左右時(shí)，加強(qiáng)筋的 寬度為壁厚的 10 倍。 8、在設(shè)計(jì)大型塑件時(shí)，如圖 4 所示，最好在 兩端設(shè)計(jì)成弧形。 這是因?yàn)榉勰┏尚蔚氖湛s率 較大，易發(fā)生變形。 模具設(shè)計(jì) 在設(shè)計(jì)粉末成形模具時(shí)應(yīng)注意以下各點(diǎn) 1. 由於回轉(zhuǎn)成形時(shí)粉末塑料以粉末的狀態(tài)在模具內(nèi)自由流 動(dòng)，所以在設(shè)計(jì)回轉(zhuǎn)成形模具時(shí)應(yīng)使粉末塑料能在模具內(nèi) 表面自由流動(dòng)。 這樣可以保證塑

9、件的壁厚均勻。 2. 同樣，在設(shè)計(jì)回轉(zhuǎn)成形模具時(shí)應(yīng)使模具表面加熱均勻，或 是被加熱模具表面對(duì)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(gè)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(qiáng)。這時(shí)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(duì)合部位等的加工需十分注意。 同時(shí)也要考慮模具在加熱和回轉(zhuǎn)條件下的變形。 4. 對(duì)於成形小型復(fù)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(duì)鋁合金鑄造模具要 求無鑄造氣孔，表面需進(jìn)行精加工。 5. 為在加熱和冷卻時(shí)模具 內(nèi)保持同樣的壓力， 或有 時(shí)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(jì)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(jì)模具前，最好用試驗(yàn)片對(duì)所使用的粉末 塑料的成形收縮率進(jìn)行測(cè)定。但需注意，在設(shè)置加強(qiáng)筋以 後，由於受到限制，成形收縮會(huì)變小。 7. 使用拼合模或?qū)夏r(shí)應(yīng)將其連接部分的鎖緊件或裝置設(shè) 計(jì)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(qiáng)筋不能設(shè)計(jì)得過淺或又深又窄，這樣都不利於成形。 如圖 6 中的加強(qiáng)筋實(shí)例。其中 (a)為正確的設(shè)計(jì)。 (b)的加強(qiáng) 筋過窄，可能出現(xiàn)筋壁的搭接現(xiàn)象。

11、(c)的加強(qiáng)筋太淺。 (d) 的加強(qiáng)筋太深，粉末塑料難以到達(dá)底邊。 9. 在進(jìn)行嵌件成形時(shí)，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(diǎn)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(jì)實(shí)例。也有在成形件上預(yù)先成形空隙，在二次 加工時(shí)再裝入嵌件。 10. 在設(shè)計(jì)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(shí)應(yīng)認(rèn)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(duì)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(duì)有凹槽的粉末塑件， 則 在設(shè)計(jì)模具時(shí)應(yīng)將凹槽 設(shè)計(jì)在便於脫模的方向。 這樣既能保證脫模， 又不 會(huì)增加模具的成本。圖 9 所示，其中 (A) 是用薄鋼 板焊接的廉價(jià)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(jià) 模具。 12. 在回轉(zhuǎn)成形中，若用加熱油和熔融鹽進(jìn)行加熱和冷卻時(shí)， 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(jià) 格昂貴，失去了粉末成形在經(jīng)濟(jì)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(duì)面之間的熔融塑 料不出現(xiàn)搭接現(xiàn)象， 應(yīng)將相對(duì)面之間的距離設(shè)計(jì)為壁厚的 4 倍以上

13、。而在某些情況下，將兩相對(duì)面之間的距離設(shè)計(jì)成 小於 4 倍壁厚，所形成的搭接對(duì)兩面進(jìn)行支承，可起增強(qiáng) 作用。圖 10、11 所示是設(shè)計(jì)實(shí)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(fù)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(shí)例 面是幾種用回轉(zhuǎn)粉末成形模具成形粉末的塑件實(shí)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(qiáng)筋，以防止 其變形。容器底部設(shè)一凸臺(tái)， 以防止收縮變形。粉末塑件壁 厚為 3mm 時(shí)，模具在 350加 熱熱風(fēng)爐內(nèi)回轉(zhuǎn)成形，加熱時(shí) 間為 8 分鐘。 手提箱 該粉末塑件的原料是尼龍 11