第七章 其他塑料成型方法與模具設(shè)計(jì) - 遼寧石油化工

1、 第7章 其它塑料成形方法與模具設(shè)計(jì)7.1 壓縮成型工藝與模具壓縮與壓注成形工藝主要用于對(duì)熱固性塑料的成形加工。該類方法因?yàn)楣に嚦墒炜煽?，適宜成形大型塑件，塑件的收縮率小，變形少，各向性能比較均勻，得到了廣泛的應(yīng)用。壓縮成形原理與工藝壓縮成形是將物料加注到型腔及其延長(zhǎng)部分（加料室）內(nèi)，在壓力機(jī)的柱塞作用下將物料壓縮至型腔，經(jīng)加熱固化定型處理后，冷卻并撤除壓力，取出塑件。壓縮模分類方法較多，常見(jiàn)分類如下：1.按模具在壓力機(jī)上的固定方式分類 壓縮模可以分為移動(dòng)式壓縮模、半固定式壓縮模和固定式壓縮模。圖7.2 半溢式壓縮模2.按上、下模配合結(jié)構(gòu)特征分類 壓縮?？梢苑譃橐缡綁嚎s模（如圖7.1所示）、半

2、溢式壓縮模（如圖7.2所示）和不溢式壓縮模（如圖7.3所示）。圖7.3 不溢式壓縮模圖7.1 溢式壓縮模3.按分型面特征分類 壓縮?？梢苑譃樗椒中兔鎵嚎s模（如圖7.4所示）和垂直分型面壓縮模（如圖7.5所示）。圖7.5 垂直分型面壓縮模圖7.4 水平分型面壓縮模如圖7.6為一個(gè)壓縮模具的結(jié)構(gòu)示意圖。它主要由以下一些部件組成：圖7.6 典型壓縮模具結(jié)構(gòu)1上模座板 2螺釘 3上凸模 4凹模鑲件 5加熱板 6導(dǎo)柱 7型芯 8下凸模 9導(dǎo)套 10加熱板 11推桿 12擋銷 13墊塊 14推板導(dǎo)柱 15推板導(dǎo)套 16下模座板 17推板 18壓機(jī)頂桿 19推桿固定板 20側(cè)型芯 21凹模固定板 22承壓

3、板1.成形零件 成形零件是直接成形塑件的零件，主要包括上凸模、下凸模、凹模鑲件、側(cè)型芯和型芯。2.加料腔 加料腔是指凹模鑲件的上半部分。由于塑料原料與塑件相比密度較小，成形前，只靠型腔無(wú)法容納全部原料，因此在型腔之上設(shè)有一段加料腔。加料腔的尺寸計(jì)算如下：(1)塑料體積的計(jì)算VslmvVv (71)或Vsl VK式中 Vsl塑料原料體積（cm3）； V塑件的體積（包括溢料）（cm3）；v塑料的比容積(cm3/g)；塑件的密度(g/cm3)； m塑件重量(包括溢料，溢料通常取塑件重量的5%10%)(g)； K塑料壓縮比。(2)加料腔高度的計(jì)算不溢式壓縮模加料腔高度H的計(jì)算可由所用塑料的體積Vsl、

4、塑件的體積V1 、加料腔橫截面積A得到：H(VslV1)/A(0.5cm1.0cm) (72)半溢式和不溢式壓縮模加料腔高度H的計(jì)算可由所用塑料的體積Vsl、塑件的體積V1 、溢料量V2和加料腔橫截面積A得到：HVsl V1V2)/A(0.5cm1.0cm) (73)加料腔有兩種結(jié)構(gòu)形式，如圖7.17所示。一種是每個(gè)型腔都有自己的加料腔，而且每個(gè)加料腔彼此分開(kāi)，如圖中7.7(a)所示。優(yōu)點(diǎn)是凹凸模定位方便，如果個(gè)別型腔損壞，不影響模具中其它型腔的使用。缺點(diǎn)是每個(gè)型腔都要求加料準(zhǔn)確，加料時(shí)間長(zhǎng)，外形尺寸大，裝配精度高；另一種結(jié)構(gòu)是多個(gè)型腔共用一個(gè)加料腔，如圖7.7(b)所示。其優(yōu)點(diǎn)是加料方便且迅

5、速。飛邊將各個(gè)塑件連成一體，可以將所有塑件一次推出模具。圖7.7 加料腔的形式(a)獨(dú)立加料腔 (b)公共加料腔3.導(dǎo)向機(jī)構(gòu) 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)是由布置在模具上模周邊的四根導(dǎo)柱6和下模的導(dǎo)套9組成(如圖7.6所示)，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)是用來(lái)保證上、下模合模的對(duì)中性。4.側(cè)向分型抽芯機(jī)構(gòu) 在成形帶有側(cè)孔或側(cè)凹的塑件時(shí)，模具必須設(shè)有各種側(cè)向分型抽芯機(jī)構(gòu)，塑件才能脫出。圖7.6中的塑件帶有側(cè)孔，在頂出前先要用手轉(zhuǎn)動(dòng)絲桿抽出側(cè)型芯20。5.推出機(jī)構(gòu) 圖7.6中的推出機(jī)構(gòu)由推桿固定板19、推板17、壓力機(jī)頂出桿18等零件組成。6.加熱系統(tǒng) 熱固性塑料壓縮成形需要在較高的溫度下進(jìn)行，所以模具必須加熱。圖7.6中的電加熱板5、

6、10分別對(duì)上、下模進(jìn)行加熱。7.2壓注成型工藝與模具 壓注成形原理與工藝壓注成形是將塑料加入到獨(dú)立于型腔之外的加料室內(nèi)，經(jīng)初步受熱后，在壓力機(jī)壓力的作用下，通過(guò)壓料柱塞將塑料熔體經(jīng)由澆注系統(tǒng)壓入已經(jīng)封閉的型腔，在型腔內(nèi)迅速固化成為塑件的成形方法。與壓縮成形相比有下列特色：1.具有獨(dú)立的加料室，而不是型腔的延伸。塑料在進(jìn)入型腔前，型腔已經(jīng)閉合，產(chǎn)品的飛邊較少，尺寸精度較高。2.塑料在加料室已經(jīng)初步塑化，可加快成形速度，生產(chǎn)效率高。3.由于壓力不是直接作用于塑件，所以適合加工帶有細(xì)小嵌件、多嵌件或有細(xì)長(zhǎng)小孔的塑件。 壓注模具結(jié)構(gòu)與分類1.普通液壓機(jī)用壓注模 液壓機(jī)上只有一個(gè)液壓缸，起加壓和鎖模的雙

7、重作用。2.專用液壓機(jī)用壓注模 液壓機(jī)上裝備有兩個(gè)液壓缸，主缸起鎖模的作用，輔助缸起壓注作用。3.往復(fù)螺桿式擠出機(jī)用壓注模 擠出機(jī)安裝在水平位置，作用是加熱、塑化物料。塑化后的物料在螺桿的作用下進(jìn)入加料室，由柱塞壓入模具型腔。1.固定式料槽壓注模如圖7.8所示為一個(gè)典型的固定式料槽壓注模。它是將模具的壓料柱塞與壓力機(jī)的上壓板相連，而將加料室與模具體的上模部分連接為一體，下模部分固定在壓力機(jī)下壓板上。模具打開(kāi)時(shí)，加料室與上模部分懸掛在壓料柱塞與下模之間，以便于取出塑件和清理加料室。 圖7.8 固定式料槽壓注模1上模板 2壓料柱塞 3加料室 4主澆道襯套 5型芯 6型腔 7推桿 8支承塊 9推板

8、10復(fù)位桿 11下模塊 12、17拉桿 13支承板 14懸掛鉤 15凹模固定板 16上凹模板2.柱塞式壓注模柱塞式壓注模所用的壓力機(jī)是專用液壓機(jī)。由于鎖緊模具和壓注射料由兩個(gè)液壓缸分別完成，使 模具結(jié)構(gòu)具有以下一些特點(diǎn)：(1)加料室不再位于模具主體部分之上，而改設(shè)在模具體之中；(2)主澆道消失，塑料消耗少，同時(shí)節(jié)省了清理加料室底部的時(shí)間。(3)對(duì)加料室容積沒(méi)有嚴(yán)格要求，只要能滿足成形條件即可。柱塞式壓注模一般都是固定式的，壓料柱塞與輔助液壓缸相連，根據(jù)輔助液壓缸所處位置的不同，可分為上柱塞式壓注模（如圖7.9所示）和下柱塞式壓注模（如圖7.10所示）。圖7.9 上柱塞式壓注模1加料室 2上模板

9、 3型腔上模板 4型腔模板 5推桿 6支承板 7墊塊 8下模板 9推板 10型腔固定板 11導(dǎo)柱圖7.10 下柱塞式壓注模1上模板 2型腔上模板 3型腔下模板 4加料室 5推桿 6下模板 7加熱板 8墊塊 9分流錐7.3 擠出成形工藝與模具 擠出成形原理與工藝塑料的擠出成形（簡(jiǎn)稱擠塑）廣泛應(yīng)用于管材、板材、薄膜、線材、異型材、棒材、網(wǎng)膜以及各種電纜的包層等生產(chǎn)領(lǐng)域。擠塑成形具有效率高、成本低、連續(xù)生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，在塑料制品中擠塑成形已占到很大比例。擠塑成形系統(tǒng)原理見(jiàn)圖7.11所示。其工作原理是：塑料從料斗進(jìn)入料筒被加熱至熔融狀態(tài)，在螺桿的旋轉(zhuǎn)壓力作用下被擠入機(jī)頭，然后在牽引器的牽引力作用下，通過(guò)成

10、形模成形，在冷卻定型器中被冷卻固化定型，經(jīng)切斷器定長(zhǎng)切斷后，放入卸料槽中。圖7.11 擠塑成形系統(tǒng)原理圖1擠塑機(jī) 2機(jī)頭 3成形模 4冷卻成形器 5牽引器 6切斷器 7卸料槽擠塑成形可以加工所有的熱塑性塑料和某些熱固性塑料。擠塑成形的方法根據(jù)對(duì)成形物料塑化的方法不同，可分為干法和濕法兩種。干法是利用擠塑機(jī)的料筒加熱和螺桿攪拌使物料成為均勻一致的連續(xù)熔融狀態(tài)，其塑化和擠出成形是在同一臺(tái)設(shè)備上完成的；而濕法是利用溶劑對(duì)物料進(jìn)行軟化后，再進(jìn)行塑化成形，這樣可以避免物料的受熱過(guò)度，其塑化效果較好。濕法加工其塑化和擠塑是在兩個(gè)設(shè)備上分別完成的，且擠出成形后還要進(jìn)行溶劑的脫除處理，操作過(guò)程較繁瑣。目前，除

11、了硝酸纖維和某些醋酸纖維必須用濕法外，一般都用干法擠出成形。擠塑機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)是每分鐘擠出量，它應(yīng)符合產(chǎn)品的大小、形狀及生產(chǎn)率的需要。加壓螺桿的長(zhǎng)徑比決定了塑化的質(zhì)量、壓實(shí)是否充分、制品的外觀及力學(xué)性能。在生產(chǎn)管材時(shí)，一般管材的直徑應(yīng)控制在螺桿直徑的30%130%之間。機(jī)頭的作用是將從其流過(guò)的，與流道截面大致相同的熔融狀態(tài)塑料加以鎮(zhèn)流，使流出的塑料在同一個(gè)截面上的流速相同。為了防止熔體破裂和死角的產(chǎn)生，一般多采用錐形流道，而很少采用等截面流道。機(jī)頭中的熔體要具有相當(dāng)高的壓力，流動(dòng)時(shí)壓力損失要較小，這樣可以避免制品中由于塑料收縮而產(chǎn)生空洞。另外，為了保持機(jī)頭內(nèi)熔融塑料的粘度，在機(jī)頭里要設(shè)計(jì)有加

12、熱裝置。不同形狀的塑料制品成形時(shí)，其采用的機(jī)頭結(jié)構(gòu)也不同。一般分為兩類：一類是機(jī)頭帶有分流梭，如生產(chǎn)板材、片材、小截面棒材等實(shí)心制品時(shí)采用；另一類是機(jī)頭不帶有分流梭，如生產(chǎn)管材、異型材等空心制品和大截面實(shí)心棒材時(shí)采用。在擠塑機(jī)和機(jī)頭之間裝有柵格與濾網(wǎng)，主要作用是使從螺桿中擠出的熔體通過(guò)柵格后，其運(yùn)動(dòng)形式由旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成平行移動(dòng)，因此也會(huì)使背壓提高，從而壓實(shí)了熔融的成形物料，濾網(wǎng)的作用是濾去塑化不完全的冷料和其它機(jī)械性雜質(zhì)。以上結(jié)構(gòu)如圖7.12所示。擠出成形模是依據(jù)產(chǎn)品的形狀、尺寸以及所加工塑料的流動(dòng)性自行設(shè)計(jì)的，一般是由口模和定型套兩部分組成，如圖7.12所示?？谀Ｅc機(jī)頭相連，其內(nèi)部空腔的形狀將

13、對(duì)流過(guò)的熔體產(chǎn)生阻力，使壓力降低，而且還決定了產(chǎn)品的形狀和尺寸精度。成形中空制品時(shí)還要在口模內(nèi)部加裝口模芯，此時(shí)口模成形的是外表面，而口模芯成形的是內(nèi)表面。定型套的設(shè)計(jì)則應(yīng)考慮熔體離開(kāi)口模時(shí)的膨脹、牽引速度等工藝條件及因素?？谀５拈g隙尺寸與產(chǎn)品的相關(guān)尺寸存在差異，多依據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定，口模的長(zhǎng)度一般也是由經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定。除了口模的尺寸之外，由于塑料冷卻收縮的緣故，產(chǎn)品的尺寸比定型模要小。根據(jù)塑料的收縮率，圖7.12 擠塑機(jī)頭、口模和定型套示意圖1螺桿 2擠塑機(jī)筒 3柵格和濾網(wǎng) 4機(jī)頭 5分流梭 6加熱器 7支架 8口模 9絕熱墊片 10定型套 11冷卻水套 12制品 13口模芯 14支柱可以計(jì)算定型模

14、的尺寸，但是塑料的收縮率除了由塑料的特性決定之外，還與冷卻條件等因素有關(guān)，所以在制品成形中要加以修正。塑料熔體在流動(dòng)中受到的力不同，還會(huì)產(chǎn)生變形。例如矩形截面，由于熔體所受剪切應(yīng)力在對(duì)邊處最大，而對(duì)角處最小，因而會(huì)產(chǎn)生中凸的鼓行變形，為此應(yīng)當(dāng)把口模相應(yīng)加工成各邊中凹的枕形來(lái)加以糾正?，F(xiàn)以管材擠出成形模具為例，對(duì)擠出模具加以介紹。 擠出成形機(jī)頭結(jié)構(gòu)擠出成形管材塑件時(shí)，常用的機(jī)頭結(jié)構(gòu)有直通式機(jī)頭（如圖7.13所示）和直角式機(jī)頭（如圖7.14所示）。 圖7.14 直角式機(jī)頭1口模 2壓環(huán) 3調(diào)節(jié)螺釘 4口模座 5口模芯 6機(jī)頭體 7機(jī)頸圖7.13 直通式機(jī)頭1加熱器 2口模 3調(diào)節(jié)螺釘 4口模芯 5

15、分流器支架 6機(jī)頭體 7分流器直通式擠管機(jī)頭結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，但熔體經(jīng)過(guò)分流器時(shí)，會(huì)形成熔接痕跡且不易消除。該類機(jī)頭適用于成形聚氯乙烯、聚乙烯、尼龍等管材。直角式機(jī)頭在塑料熔體包圍口模芯流動(dòng)成形時(shí)，只會(huì)產(chǎn)生一條分流痕跡，適用于對(duì)管材要求較高的場(chǎng)合。直角式機(jī)頭可用口模芯與機(jī)頭同時(shí)進(jìn)行溫度控制，因此定徑精度高。同時(shí)，熔體的流動(dòng)阻力較小，料流穩(wěn)定，生產(chǎn)效率高，成形質(zhì)量好。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜。 模具參數(shù)的確定1.口?？谀３尚喂懿牡耐鈴?，其主要尺寸為口模內(nèi)徑和定型段長(zhǎng)度決定。(1)口模的內(nèi)徑：管材的外徑由口模的內(nèi)徑?jīng)Q定?？谀嗝娉叽缫话阌山?jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定，并且通過(guò)調(diào)節(jié)螺釘調(diào)節(jié)口模與口模芯之間的環(huán)狀間隙，使其達(dá)

16、到合理值。D=kds （74）式中 D口模內(nèi)徑（mm）；ds 管材(塑件)外徑（mm）；k系數(shù)（定徑套定管材內(nèi)徑值為1.101.30；定徑套定管材外徑值為0.951.05）。(2)定徑段長(zhǎng)度：定徑段長(zhǎng)度就是口模的平直部分，口模定型段的長(zhǎng)度對(duì)于擠出成形質(zhì)量相當(dāng)重要。如果該段過(guò)長(zhǎng)，料流阻力增加很大，而過(guò)短時(shí)則起不到定型的作用。目前，我們通常是憑經(jīng)驗(yàn)確定其長(zhǎng)度。按管材外徑計(jì)算L1(0.53)ds (75)式中 L1 口模定型段長(zhǎng)度（mm）；ds 管材(塑件)外徑（mm）。按管材壁厚計(jì)算L1(815)t （76）式中 t 管材壁厚（mm）。2.口模芯口模芯成形的是管材的內(nèi)徑，其主要尺寸是口模芯的外徑、

17、壓縮段長(zhǎng)度和壓縮角。(1)口模芯的外徑：口模芯外徑?jīng)Q定管材的內(nèi)徑，與口模直徑設(shè)計(jì)一樣，一般是由經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定：dD2s （77）式中 d口模芯的外徑（mm）；D 口模的內(nèi)徑（mm）；s與口模的單邊間隙（通常選?。?.830.94）×壁厚）（mm）。(2)壓縮段長(zhǎng)度：口模芯的長(zhǎng)度由定型段和壓縮段L2兩部分組成，一般口模芯定型段長(zhǎng)度可與L1等長(zhǎng)或稍長(zhǎng)一些。值可按經(jīng)驗(yàn)公式確定：L2=（1.52.5）D0 (78)式中 L2口模芯的壓縮段長(zhǎng)度（mm）；D0 塑料在過(guò)濾板出口處的直徑（mm）。(3)壓縮角壓縮角是指口模芯前后直徑變化所形成的角度，如圖7.2所示。壓縮角一般在30°50&

18、#176;之間選取，粘度較大時(shí)取小值，粘度較小時(shí)取大值。3.分流器與分流器支架如圖7.15所示為分流器與分流器支架的結(jié)構(gòu)，其中為擴(kuò)張角，其角度值的選取與塑料粘度有關(guān)，通常取30°90°，過(guò)小時(shí)不利于機(jī)頭對(duì)塑料的加熱。分流器的擴(kuò)張角應(yīng)小于口模芯壓縮段的壓縮角，分流器頭部圓角R不宜過(guò)大，一般選取0.52mm，表面粗糙度應(yīng)小于0.320.16m。分流器上的分流錐面長(zhǎng)度L3一般可由下式確定：L3=(11.5)D0 (79)式中 D0 過(guò)濾板出口處的直徑（mm）。管材的定徑塑件被擠出口模時(shí)，還具有較高的溫度，為了使管材獲得較好的表面質(zhì)量，準(zhǔn)確的尺寸和形狀，圖7.15 分流器與分流器支

19、架必須采取一定的定徑和冷卻措施，該工作是由定徑套完成的。管材可由外徑定徑，也可由內(nèi)徑定徑，由于我們國(guó)家的塑料管材標(biāo)準(zhǔn)是以外徑為基本尺寸，所以生產(chǎn)中常以外徑定徑。本章小節(jié)本章簡(jiǎn)要介紹了其它一些常見(jiàn)的塑料成形方法，如擠塑成形、吹塑成形及壓縮和壓注成形。對(duì)它們的成形原理與工藝、模具結(jié)構(gòu)與分類等方面都做了一定的說(shuō)明，還以典型模具為例進(jìn)一步加以分析。思考題7.1壓縮與壓注成形工藝主要用于成形什么塑料？7.2 壓縮與壓注成形工藝有何不同？7.3 壓縮與壓注成形模具各有哪些類型？7.4簡(jiǎn)述塑料的擠出成形原理。7.5擠出成形工藝的分類及應(yīng)用是什么？7.6擠出成形時(shí)機(jī)頭的作用是什么？按其結(jié)構(gòu)可分為哪兩類？7.7

20、說(shuō)明管材擠出模具的結(jié)構(gòu)原理、種類及各有哪些優(yōu)缺點(diǎn)。7.8我國(guó)塑料管材的定徑以什么為基本尺寸？思考題參考答案7.1壓縮與壓注成形工藝主要用于成形什么塑料？壓縮與壓注成形工藝主要用于對(duì)熱固性塑料的成形加工。7.2 壓縮與壓注成形工藝有何不同？壓注與壓縮成形相比有下列特色：1.具有獨(dú)立的加料室，而不是型腔的延伸。塑料在進(jìn)入型腔前，型腔已經(jīng)閉合，產(chǎn)品的飛邊較少，尺寸精度較高。2.塑料在加料室已經(jīng)初步塑化，可加快成形速度，生產(chǎn)效率高。3.由于壓力不是直接作用于塑件，所以適合加工帶有細(xì)小嵌件、多嵌件或有細(xì)長(zhǎng)小孔的塑件。7.3壓縮與壓注成形模具各有哪些類型？壓縮模按模具在壓力機(jī)上的固定方式分有壓縮?？梢苑譃橐苿?dòng)式壓縮模、半固定式壓縮模和固定式壓縮模；按上下模配合結(jié)構(gòu)特征分有溢式壓縮模、半溢式壓縮模和不溢式壓縮模。壓注模具有普通液壓機(jī)用壓注模、專用液壓機(jī)用壓注模、往復(fù)螺桿式擠出機(jī)用壓注模。7.4簡(jiǎn)述塑料