《热固性塑料膜设计》PPT课件.ppt

第九章 热固性塑料模设计,热固性塑料模具按成型方法来分：压缩模压铸模热固性塑料注射模,9-1 压塑（或称压制、压缩）模具,教学目的 学习塑料压制模具的结构与设计原则。教学要求（1）掌握压制模具的结构组成；（2）掌握压制模具各部件的结构设计及相关要求。,（按需）,一.概述,1.压塑成型方法工艺流程 将塑料原料（粉末、片料、纤维状料）直接加入具有规定温度（一般为130-180C)的加料室，经过一定的速度合模、加热、加压下塑料软化，很快充满型腔，在物理和化学作用下固化成型，然后开模、脱模，顶出制品。,原料,模具,合模,放气,固化,开模,脱模,清模,塑件,嵌件,加热加压,加热除压,加热加压,减热除压,加料,压塑成型工艺流程,(a)加料(b)压制成型(c)顶出脱模1-自动加料装置 2-料斗 3-上模板 4-阳模 5-压缩空气上、下吹管 6-阴模 7-下模板 8-顶出杆,简化过程,粉粒状、纤维状的料置于成型温度的型腔中,合模加压,成型固化冷却脱模,1-凸模固定板 2-凸模 3-凹模 4-凹模嵌块 5-凹模固定板 6-底板,塑压压力（成型压力）,塑压温度（成型温度）,塑压时间（固化）,要生产出高质量塑件，除了合理的模具结构，还要正确选择工艺条件（学习模具设计时穿插探讨学习此方面知识）。,三大工艺条件,指压缩塑件时凸模对塑料熔体和 固化时在分型面单位投影面积上的 压力（单位MPa）。,成型压力,施加成型压力的目的：,使模具闭合，防止飞边,克服塑料在成型过程中产生的各种顶模力,使粘流态物质在一定压力下固化,使塑料充满型腔,1).成型压力,A凸模与塑料接触部分在分型面上的投影面积（mm2）,计算公式：,p=,式中：,p 成型压力（MPa）,pb压力机工作液压缸压力（MPa）,D压力机主缸活塞直径（m）,成型压力与塑料种类、塑件结构、模具温度等因素有关。,或见书P279式（9-1）,指压缩时所需的模具温度，对塑 件质量、模压时间影响很大。,成型温度,热固性塑料的模内温度高于模具温度,硬化速度慢、周期长，硬化不足；塑件表面无光；物理、力学性能差,模具温度,太高,树脂、有机物分解；塑件外层先硬化,高,成型周期短，生产率提高,过低,2).成型温度,指塑料在闭合模具中固化变硬所需的时间。与塑料品种、含水量、塑件形状尺寸、成型温度、压缩模具结构、预压预热、成型压力等因素有关。,模压时间,塑件性能反而下降,模压时间,短,硬化不足，外观及力学性能差，易变形,过长,在保证塑件质量的前提下，应力求缩短模压时间。,3).模压时间,上页说的是热固性塑料压缩成型也可以用压塑模具成型热塑性塑料：将热塑性塑料加入模具中，逐渐加热加压，使塑料转化成粘流态充满型腔。然后降低温度，使塑料固化，顶出产品。,2.压缩模塑特点,塑料直接加入型腔(无浇注系统）,加料腔 是型腔的延伸；,模具是在塑件最终成型时才完全闭合；,压力通过凸模直接传给塑料。,不易获得尺寸精度尤其是高精度的塑件。,不能压制带有精细、易断嵌件及较多嵌件的塑件；,有利于成型流动性较差的以纤维为填料的聚合物；,生产周期长、效率低。,操作简单,模具结构简单。,塑件收缩小、变形小、各向性能均匀、强度高。,可压制较大平面塑件或一次压制多个塑件；,没有浇注系统,料耗少；,一模多腔,因此：适用于成型光学性能要求高的有机玻璃镜片、不宜高温注射成型的硝酸纤维、流动性差的热塑性塑料。,3.塑压成型优点：工艺成熟，无浇注系统，设备和模具较简单，适合流动性差的塑料成型；制品收缩率小，变形小，各向性能比较均匀。4.塑压成型缺点：生产周期长（交替冷却加热），成新率低；自动化程度较低，劳动强度大；溢边较厚，难成型壁厚、带有深孔和形状复杂的制品；模具易于变形、磨损、寿命低。,5.压制（压塑）模具典型结构、分类,P283图9-5上板1、底板14分别与压力机的上下板相连。凹模4的上板部分为加料室，用来容纳原料。热固性塑料压塑成型时需要较高温度，模具必须安装加热装置，加热板5和10的圆孔安装电热棒，分别对凸凹模进行电加热。,结构组成：成型零件 加料室 导向机构 侧向分型机构 脱模机构 加热系统 六大系统部件。,分类：1）按模具在压机上的固定方式：(1)固定式（2）非固定式（移动式）（顾名思义 不讲）（3）半固定式,2）按模具加料室的形式：分开放式 封闭式 半封闭式 演变式,（1）开放式 也称溢料式压塑模。见右图和P219图9-3。该模具无单独加料室，模具型腔起到加料室的作用。型腔在凸模、凹模完全闭合时形成。型腔高度H,约等于制品高度。此类模具凸凹模不接触、无配合要求。,压制时过剩的塑料容易溢出，经常是尚未压实，就有余料从四边的挤压面B 向外溢出。,开放式压塑模优点：结构简单，造价低廉，加料不需十分精确（要有5%的富余量）。适合扁平的盘形如纽扣、装饰品等中小零件。原料多为粉状、粒状或预压锭料。开放式压塑模缺点：制品成型密度、强度不高；对压制速度有要求，太快太慢都影响制品质 量；经常要去除飞边，带来工作量增加和可能损 害制品外观。,（2）封闭式 又称不溢式、闭合式、全压式压塑模。,见P219图9-4.,凹模型腔深，上部加料。凸凹模之间有配合要求（单边间隙0.07-0.08MM)。成型时压力机的压力全部施加在制品坯形上。,封闭式压塑模优点：溢边少，且易去除（溢边呈垂直分布）。对精密小批量制品可以采用本类模具。,封闭式压塑模缺点：加料量准确（否则影响高度尺寸精度）；凸凹模配合精度高（否则模具易损坏、制品缺料；以及要较好的模具材料和较高的淬火硬度；另一方面是加料室与型腔断面尺寸相同，顶出制品时会擦伤制品外表面而影响外观质量）；一般不设计多腔模（制品原材料流动性不好易造成各腔压力不均匀而导致部分制品欠压）；模具制作成本较高。,（3）半封闭式 也叫半溢式。,左图中的h 类似开放式结构；之上类似封闭式结构，有加料室、有挤压面，凸模与加料室还有配合间隙（MM），并,且加料室有一斜面，引导和避,免损伤凹模型腔。每次加料允许略有过量并经凸模与凹模型腔间隙处排出，挤压多产生水平飞边而易于去除。,台阶挤压面,半闭式压塑模优点：制品高度易于保证；不必精确计算加料量；凸模不会损伤凹模内表面，顶出制品时也不会损伤制品外表面；凸模与加料室在制作上较闭合式压塑模简单。适用：广泛使用于各种压塑场合。单腔、多腔、大而复杂制品。半闭式压塑模缺点：对于流动性小的片状或纤维状塑料成型会形成较厚的毛边。,（4）演变式压塑模 见p286.以上三种基本压塑模结构组合演变而来。如：半封闭与闭合式结合等，图9-9.它却可以在压制薄厚不均或壁厚腔深制品的压塑时发挥作用。（5）多腔压塑模 多选用敞开式或半闭合式结构。P287图9-12.共用一个加料室的模具适用流动性好的塑料制品压制和小批量生产，模具紧凑，加料容易。单加料室的模具可同时压制大小体积不同的制品，但要分别精确加料。维修方便，但模具横向尺寸较大。,二.压制（压缩）模具与压力机的关系,1.压塑设备作用,2.压塑设备的种类,按传动方式分,机械式压机：螺旋式压力机,液压机：水压机和油压机,提供所需的压力,开模顶件,合模,某些情况下也传递压缩过程中所需的热量,液压机按机身结构分,框架式 用于中小型压机,立柱式 用于大中型压机,液压机按加压形式分,上压式：工作液缸位于上端，下部是固定工作台。,下压式：工作液缸位于下端，操作不便，很少使用。,为了保证压缩模塑的正常进行，应选用适当的压机，并校核模具与压机的关系。,3.压机有关工艺参数的校核,1）成型总压力的校核,式中：Fm-成型塑件所需的总压力 Fp-压机的额定压力 K-修正系数，,而又其中：成型塑件的总压力：,n-型腔数目，M-单个型腔在工作台上的水平投影面积。,对开放式、封闭式结构，投影面积就是塑件的最大轮廓面积。,对半封闭式结构，投影面积就是加料室的面积。,P-成型塑件需要的单位压力，MPa。它和塑料特性、塑料品种有关。见下页表格。,2）开模力与脱模力的校核 开模力的校核,其中k是系数，,脱模力的校核,Mc:塑件的侧面积之和，f:塑件与金属表面的单位摩擦力，木纤维和矿物质填料塑件取0.49MPa,玻璃纤维填料塑件取1.47MPa。,Ft=Mc f,3）最大模厚与开模行程,对于压塑模可以在压力机台面移动 的情况:压塑模的闭合高度（h是上下模套合一起h3+h4）,要小于压塑机的闭合高度.,h2,h1,h3,h4,对于固定 在台面上的压塑模，要满足以下关系：Hmax h+Lmin+(10-20),其中：Lmin是模具要求的最小开模距离，它等于 h1+h2,4）最大模具面积、顶出行程的校核,压力机顶杆行程必须保证制品能被顶出型腔并应高出型腔面10毫米以上，以便卸模。关系式如下：L=H+h+(10-20)Lmax 顶出机构一般有：手动式、框架式和液压式。,L,H,h,最大模具面积要小于台面T型槽装夹紧固位置。如果是装于立柱式液压机则模具宽长应位于四个立柱内有效面积。,三.成型零部件设计,1.塑件加压方向的选择,1)便于加料,2)有利于压力传递,3)便于安装和固定嵌件,4)便于塑料的流动,5)保证凸模强度,6）保证重要尺寸精度,7）便于侧向分型,其它如型腔尺寸计算、型腔壁厚等等，可按热塑性塑料成型模具计算原则和公式。,2.凸模与加料室的配合形式,以半封闭式结构为例。,（1）引导环L1：,设计参数：4-5；R:1-2mm；L1:5-10mm 当H30mm，L1：10-20mm,(2)配合环L2：,配合精度：H8/f7;形状复杂的取：H8/f8（单边间隙：）长度L2：4-6；当H30mm，L2：8-10mm。,（3）挤压环B：,主要用于开放式或半封闭式结构。,对中小型模具：B=24;对大型模具：B=35.,（3）挤压环B（续）,（4）储料槽：,Z=0.5-1.5mm,Z,用于余料的排出。当Z过大时，易发生制品缺料或压制不密实；当Z过小。则影响制品精度及毛边增厚。应按试模情况返修（故应留有余量）。,（4）储料槽：（续）,对封闭式结构：储料槽开设在凸模上。,（5）排气溢料槽：,（6）承压面：,（6）承压面：（续）,承压块形式：,（6）承压面（续）,承压块的安装:,承压块的厚度：H=8-10mm;材料：T7、T8、45#;HRC=35-40。,安装于凹模上,安装于凸模上,安装于凸凹模上,四、凸凹模的配合结构,1.开放式结构：,2.封闭式结构：,封闭式结构的改进形式：,半封闭式结构,五、加料室尺寸的计算,封闭式结构和半封闭式结构有加料室。,（1）加料室的截面积：对封闭式结构：加料室的截面积等于型腔的截面积。对半封闭式结构：加料室的截面积等于型腔的截面积加挤压环的面积。,（2）加料室高度计算：,封闭式结构：加料室的高度以塑件的下底面计算。,半封闭式结构：加料室的高度以挤压面开始计算。,（2）加料室高度计算（续）,加料室的高度H:,Vsl:塑料所需原料的体积，mm3；Vj:加料室高度起点以下的型腔体积，mm3；Vx：型芯占有加料室的体积，mm3；A:加料室的截面积，mm2。,（3）塑件所需原料体积的计算：,K:飞边溢料的重量系数，通常占塑件净重的 5%-10%；k：塑料的压缩比；Vs：塑件的体积。,若知塑件的质量（m）则：,sl：塑料原料的松散密度。,（3）塑件所需原料体积的计算（续）：,常用塑料的密度、压缩比 k,六 脱模机构的设计,压塑模分：固定式模具脱模机构、移动式模具脱模机构、半固定式模具脱模机构。,1.固定式模具 脱模机构,1）气动脱模,2)手动脱模,3）机动脱模,4）固定式模具脱模机构与压机的关系,（1）直接连接,（2）间接连接,2.半固定式脱模机构,1）带活动上模的脱模机构,2)带活动下模的脱模机构（见右图）,3.移动式脱模机构,1)撞击架脱模,2）卸模架脱模,9-2 压铸（压注或称传递成型）模具,教学目的：学习塑料压注模具的结构与设计原则。教学要求：（1）掌握压注模具的结构组成；（2）掌握压注模具各部件的结构设计及相关要求。,一.压铸模具概念,塑料加入模具的加料室内,使其受热成熔融状态,在与加料室配合的压料柱塞的作用下,使熔料通过设在加料室底部的浇注系统高速注入型腔。塑料在型腔内继续受热受压,并发生交联反应而固化成型。,压铸成型模具,压注模具与压缩模具比较的特点 1）效率高。2）质量好。塑件受热均匀，交联硬化充分。3）适于成型带有细小嵌件、较深的孔及较复杂的塑件。4）尺寸精度高。5）较压塑成型温度低。6）使用原料多。7）制品收缩率大，且具有方向性。8）成型需要的压力大。制作成本高。,二.压注模具的分类及结构组成,1.分类 1）按模具与压机的固定形式：固定式、移动式。,移动式不固定在压机上,固定式需固定在压机上。启闭模动作前者用手工完成，后者由压机的活动压板完成。,2）按加料室的特征:塑料压铸罐式、柱塞式模具。,柱塞式结构没有主流道。,罐式传递模塑又分为移动式和固定式，前者不固定在压机上，后者需固定在压机上。启闭模动作前者用手工完成，后者由压机的活动压板完成。移动式罐式传递模塑所用模具的加料罐与模具本体可以分离，启模时要先从本体上取下加料罐，再在脱模架上卸开模具，用脱料板或其它专用工具取出制品。固定式罐式传递模塑用的是一种三板式模具，压柱(传递柱塞)固定在上板上，加料室、浇道(引料接头)和构成型腔的阳模在中板上，构成型腔的阴模在下板内。,模具的上板安装在上动式液压机的活动压板上，模具的下板安装在压机的固定压板上。启模时上板先上升拉出主流道内的固化产物，随后中板被上拉与下板分开，最后顶出杆将制品从下板的阴模内顶出。罐式传递模塑对模具的要求是：压柱的截面积应比模具主体分型面上制品、分流道和主流道截面积总和大10左右，以保证模具在成型过程中可靠的闭合。罐式传递模塑可用多巢模和较大面积制品模加工制品，并可实现半自动化的操作。,柱塞式传递模塑。柱塞式传递模塑加工制品的方式与柱塞式注塑机的工作方式很相似，只是所用模具结构不同，这种注压模需安装在专用的注压机上。注压机的2个施力油缸，1个用于合紧模具、1个用于往模腔内注入熔料，为避免溢料，前者的总力应比后者大。与罐式模具相比柱塞式模具无主流道，因而注压充模时流动阻力小，所以注压压力可减小。固化后制品与分流道内的固化物及残留在加料室内的固化物是作为一个整体从模内脱出，故成型效率高，由于没有主流道内的固化物，所以能耗和物料损耗都比较小。,若采用单巢模由于熔料不必通过狭小流道，故可用于成型流动性很差的模塑料。模塑粉和纤维模塑料都可用传递模塑成型，但是要求模塑料的熔融物料在低于固化温度时具有良好的流动性，而当高于固化温度后能快速固化。,2.模具结构 成型零件 加料装置：加料室和压柱。浇注系统 导向机构 侧向分型机构 脱模机构 加热系统,三.压注模具零部件设计,1.加料室结构,要求：1）材料：T10A/CrWMn/Cr12。52-56HRC。2)Ra0.4或0.4以下。,2.压柱结构,3.加料室与压柱的配合1）加料室与压柱的配合 H8/f9、H9/f9；或单边。2)H=H1+0.5-13）底部转角处留 的储料间隙。,4）加料室与定位凸台 间隙0-0.1。,4.加料室的尺寸 1）加料室的截面积（1）从传热方面考虑 加料腔的加热面积 取决于加料量。,设加料腔的截面积为A（cm2）,2 A=1.4 m 即：A=0.7 m 其中 m:一次压注的加料量（g）,(2)从锁模方面考虑 加料腔截面积应大于型腔和浇注系统在合模方向上投影面积之和。,A=(1.1-1.25)A1 A1:型腔和浇注系统在合模方向上投影面积之和，cm2。,对未经预热的塑料，采用（）式计算。对预热过的塑料，采用（）式计算。,）加料室的高度,（1）加料室中塑料所占的体积 Vsl=k Vs 式中 Vsl:粉状塑料的体积，cm3；k:压缩比；Vs:塑件的体积，cm3。,（）加料室的高度 H=Vsl/A H:加料室的高度，cm。,四.浇注系统与排气槽设计,1.浇注系统的设计）主流道,）分流道,比注射模具的分流道浅而宽。截面积为浇口截面积的倍。,）浇口（）点浇口,以碎布或长纤维为填料的塑件,以木粉为填料的塑件,（）侧浇口,普通热固性塑料：浇口深.-.mm,宽.6-3.2mm。纤维填充的抗冲击塑料：浇口深1.6-6.4,宽。,4）浇口位置的选择 有利于流动。（1）浇口开设在塑件壁厚处；（2）浇口间的距离不大于120-140mm；（3）分子定向的影响。,2.排气槽 排气槽深，宽。,五.压注模具与压机的关系,压机要满足压注和锁模的要求。1.普通压机的选择,压注成型所需的总压力F=,p：压注成型时所需的 成型压力，pa;A:加料室的截面积,m2；K:液压机的折旧系 数，；Fp：液压机的额定压 力，N。,压注时所需的成型压力,2.专用压机的选择,液压机有两个液压缸-锁模缸和成型缸。成型时：,锁模时：,其中A1:型腔和浇注系统在合模方向上投影面积之和，m2。Fp:锁模时液压机的锁模油缸压力，N。,其中 Fp:成型油缸的额定压力，N。,