坤
江西现代职业技术学院
毕业论文
题目：压缩成型工艺及压缩模学院：机械学院
姓名：余坤
学号： 080304880136
专业：模具设计与制造
指导老师：杨长清
完成日期： 2010年11月
压缩成型工艺及压缩模
摘要
。现代产品生产中，模具由于其加工效率高、互换性好、节省原材料，所以得到广泛的应用。
模具技术已成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一。模具技术能促进工业产品的发展和质量的提高，并能获得极大的经济效益，模具是“效益放大器”，用模具生产的产品的价值往往是模具价值的几十倍、上百倍。
模具工业在我国已经成为国民经济发展的重要基础工业之一。国民经济的支柱产业如机械、电子、汽车、石油化工和建筑业等都要求模具工业的发展与之相适应，都需要大量模具，特别是汽车、电机、电器、家电和通信等产品中60%-80%的零部件都要依靠模具成型。我国石化工业一年生产500多万吨聚乙烯和其他合成树脂，很大一部分需要塑料模具成型，做成制品，用于生产和生活的消费。生产建筑业用的地砖、墙砖和卫生洁具，需要大量的陶瓷模具，生产塑料管件和塑钢门窗，也需要大量的塑料模具成形。
关键词：模具聚乙烯树脂
目录
摘要 (1)
1.塑料的概述 (4)
2.压缩成型条件 (4)
2.1 成型压力 (4)
2.2 压缩成型温度 (5)
2.3 压缩时间 (5)
3.压缩成型工艺过程 (5)
3.1 加料 (6)
3.2 合模 (6)
3.3 排气 (6)
3.4 固化 (6)
3.5 脱模 (6)
4.压缩成型原理 (6)
5.压缩模组成 (7)
5.1型腔部分 (8)
5.2加料室 (8)
5.3加热冷却结构 (8)
6.压缩模类型 (8)
6.1按模具在压机上的固定形式分 (8)
6.1.1移动式压缩模 (8)
6.1.2半固定式压缩模 (9)
6.1.3固定式压缩模 (9)
6.2根据模具加料室的形式分 (9)
6.2.1溢式压缩模 (9)
6.2.2不溢式压缩模 (10)
6.2.3半溢式压缩模 (10)
7.压缩模加料室的设计计算 (11)
7.1塑件体积的计算 (11)
7.2塑料原料体积的计算 (11)
7.3加料室高度计算 (12)
8.典型的压缩模结构 (16)
8.1移动式压缩模 (16)
8.2固定式压缩模 (16)
9.压缩成型工艺特点 (16)
参考文献 (18)
致谢 (19)
1.塑料的概述
塑料是一种以合成树脂为主要成分，加入适量的添加剂制成的高分子有机化合物。在一定的温度和压力条件下，塑料可以用模具成形出具有一定形状和尺寸的制件，并且当外力解除后，在常温下仍能使形状保持不变。塑料是由树脂和添加剂（或称助剂）组成。树脂使其主要成分, 它决定了塑料的类型（热塑性或热固性）和基本性能（如热性能、物理性能、化学性能、力学性能等）。添加剂的作用是改善成型工艺性能，提高塑件性能和降低成本等。添加剂包括填充剂、增塑剂、着色剂、润滑剂、稳定剂、固化剂等。成形所用的模具称为塑料模，它是型腔模的一种。常用的塑料添加剂包括：增速剂、润滑剂、稳定剂及填料等。
塑料还可以分为热固性塑料和热塑性塑料。影响塑料流动性的因素有：塑料的分子结构与成分；温度；、压力、磨具结构等。
塑料的成形方法主要包括：注射成形、压缩成形、压注成形、挤出成形。在这里，我主要讲的是压缩成形工艺与压缩模。
塑料具有许多优良的使用性能,使其广泛地应用于各个领域。其主要使用性能有：密度小：塑料密度一般在0.83～2.2g/cm3之间，只有钢的1/8～1/4，泡沫塑料的密度更小，其密度一般小于0.01g/cm3。塑料密度小，对于减轻机械设备重量和节能具有重要的意义，尤其是对车辆、船舶、飞机、宇宙航天器而言。
比强度和比刚度高：塑料的绝对强度不如金属高，但塑料密度小，所以比强度（σb/ρ）、比刚度（E/ρ）相当高。尤其是以各种高强度的纤维状、片状和粉末状的金属或非金属为填料制成的增强塑料，其比强度和比刚度比金属还高。
化学稳定性好：绝大多数的塑料都有良好的耐酸、碱、盐、水和气体的性能，在一般的条件下，它们不与这些物质发生化学反应。
耐磨和自润滑性好：塑料的摩擦系数小、耐磨性好、有很好的自润滑性，加上比强度高，传动噪声小，它可以在液体介质、半干甚至干摩擦条件下有效地工作。它可以制成轴
承、齿轮、凸轮和滑轮等机器零件，非常适用于转速不高、载荷不大的场合。
2.压缩成型条件
压缩成型的工艺条件包括：成型压力，成形温度和压缩时间。
2.1 成型压力
压缩成型压力是指压缩时压机通过凸模队塑料熔体充型和固化时在分型面单位投影面积上施加的力。
施加成形压力的目的是促使物料动充模，增大塑件密度，提高塑件的内在质量，克服塑料在成形过程中化学变化释放的低分子物质及塑料中的水分等产生的涨模力，使塑件尺寸稳定，减小变形。但变形压力过大时会降低模具寿命。
2.2 压缩成型温度
压缩成型温度是指压缩时所需的模具温度。它是使热固性塑料流动、充模、固化成形的主要影响因素。
压缩成型温度高低影响模内塑料熔体的充模顺利与否，也影响成型时的硬化速度，进而影响塑件质量。在一定温度范围内，模具温度升高，成形周期缩短，生产效率提高。如果温度太高，会使树脂和有机物分解，同时塑件外层首先硬化，水分和挥发物难以排除，塑件内应力大，模具开启时，塑件易发生肿胀、开裂、翘曲等缺陷。如果模具温度过低，硬化周期过长，硬化不足，塑件表面无光，物理性能和力学性能则下降。
2.3 压缩时间
塑料压缩成型时，要在一定的温度和压力下保持一定时间，才能使其充分固化定型。一般的酚醛塑料，压缩时间1-2min,有机硅塑料达2-7min。
压缩时间过短，塑料硬化不足，塑件的外观质量差，力学性能下降，易变形。适当增加压缩时间，可以减小塑件收缩率，提高耐热性能和其他物理、力学性能。但如果压缩时间过长，塑件性能反而下降。
表2.3.1列出了酚醛塑料和氨基塑料压缩成型时的工艺参数。
3.压缩成型工艺过程
压缩成型工艺过程包括：成型前的准备，成形及成形后处理。
成型前的准备工作包括对塑料进行预热，除去其中的水分和其他挥发物，同时提高塑料温度，以缩短成型周期；此外有时还要对塑料进行预压处理，将塑料原料压成一定重量且形状一致的型坯；模具装上压机后要进行预热，在成行带有嵌件的塑件时，成形时应预热嵌件并将其放入模内。一般压缩成型过程可以分为加料、合模、排气、固化和脱模等几个阶段。
3.1 加料
在模具加料室内加入已经预热的定量原料。
3.2 合模
加料结束后合模，在凸模尚未接触物料之前，要快速合模，以缩短成型周期和避免塑料过早固化。当凸模触及塑料后改为慢速，避免模具中的嵌件、成型杆或型腔遭到破坏。
3.3 排气
模具闭合后，有时还需卸压将凸模松动片刻，以排出其中的气体，这一过程称为排气。排气不但可以缩短固化时间，而且还有利于塑件性能和表面质量的提高。
3.4 固化
热固性塑料的固化是在压缩成形温度下保持一段时间，以使其性能达到最佳状态。3.5 脱模
固化结束后脱模，通常用推出机构将塑件推出模外，带有侧型芯或嵌件时应先用专用专门工具将其取出，然后再进行脱模。
成型结束后，对模具应进行清理，否则当垃圾或杂物压入塑件时，会有损外观，甚至造成报废；有时还应对塑件进行去应力处理，即将塑件放在一定温度的油浴或烘箱中缓
冷，逐渐消除应力。
4.压缩成型原理
压缩成型又称压制成型或压塑成型，是塑料加工中最传统的工艺方法，目前仍是热固性塑料的主要加工手段，其成型原理如图4.1所示。将粉状（或粒状、碎屑状及纤维状）的热固性塑料放入敞开的模具加料室中（如图4.1a所示）；然后合模加热使其熔化，并在压力作用下使原料充满模腔（如图4.1b所示）；这时高分子塑料产生化学交联反应，逐步硬化定型成为塑件，最终经过固化转变成为塑料制件，最后脱模将其取出（如图4.1c所示）。
常见的脱模机构有顶杆脱模机构、顶管脱模机构、推板脱模机构等。还有两次顶出的
二级脱模机构和上下模均带有脱模装置的双脱模机构。
图4.1 压缩成型原理 （依次为a 、b 、c ） 5.压缩模组成
5
图5.1
1-上模座板 2-上凸模 3-加热板 4-加料室（凹模）5-型芯 6-下凸模 7-加热板
注射模的结构主要由成形零部件、合模导向机构、浇注系统、侧向分形于抽芯机构、推出机构、加热冷却系统和支撑部件组成。
压缩模与注射模不同的是：压缩模无浇注系统，模具设有加料室且行腔或加料室内设有加热装置。压缩模的结构可分为以下几大部分，如图5.1所示。
5.1型腔部分
型腔是直接成型塑件的部位，图5.1中模具型腔由上凸模2、下凸模6、型芯5和凹模4等组成。
5.2加料室
与注射模不同，在行腔之上设有一段容纳塑料原料的加料室。图5.1中凹模4的上半部分截面尺寸扩大的部分，即为加料室。
5.3加热冷却结构
热固性塑料压缩成型需在较高的温度下进行，因此模具必须加热。压缩模常用电加热的加热方式，图5.1中加热板3、7分别对上凸模、下凸模和凹模进行加热，加热板圆孔中插入电加热棒。
此外，与注射模一样，压缩模通常还设有导向机构、脱模机构及侧向分型抽芯机构等在此不再赘述。
6.压缩模类型
压缩模的结构很多，其分类的方法也有很多，下面介绍几种常用的分类方法：
6.1按模具在压机上的固定形式分
6.1.1移动式压缩模
移动式压缩模如图6.1.1所示。移动式压缩模脱模机构有撬棒开模、撞击架开模，和卸模架卸模。模具不顾定在压机上，成形后将模具移出压机，用卸模专用工具（如卸模器）
开模，在清理加料室、模具重新组合好后，再移入压机进行下一个塑件的压缩。此类模具结构简单，制造方便，适合于压缩成型批量不大的中小型塑件以及形状较复杂、嵌件较多、加料困难的塑件。
图6.1.1 移动式压缩模
6.1.2半固定式压缩模半固定式压缩模如图6.1.2所示。半固定式压缩模是指压模的上模或下模或模套是可以移出的，制品随活动部分移出，可在机外用手工或简单工具脱出。一般上模固定在压机上，下模可沿导轨移动（也可按需要采用下模固定的形式），下模移进时用定位块定位，合模时由导向机构导向。成型结束后移出下模，用手工或卸模器取出塑件。该结构便于安放嵌件和加料，当移动式模具过重或嵌件较多时，为了减小劳动强度，方便操作，可采用此类模具。用于小批量生产减小劳动强度。
图6.1.2 半固定式压缩模
6.1.3固定式压缩模上下模都固定在压机上，开模、合模、脱模等工序均在压机内进行。这种模具生产效率高、操作简单、开模振动小、劳动强度小、模具寿命长。但结构复杂、成本高、且安放嵌件不方便，适用于成型批量较大或形状较大的塑件。
6.2根据模具加料室的形式分
6.2.1溢式压缩模溢式压缩模如图6.2.1所示，这种模具无加料腔，模腔总高度h基本上就是塑件高度，型腔闭合面形成水平方向的环形挤压边，以减薄塑件飞边。压塑时多余的塑料极易沿着挤压边溢出，使塑料具有水平方向的毛边。由于凸模与凹模无配合部分，完全靠导柱定位，仅在最后闭合后凸模与凹模才完全密合，故压缩成型时，塑件的径向壁厚尺寸精度不高。溢式压缩模结构简单、造价低廉、凸凹模磨损小、塑件易取出，通常可用压缩空气吹出塑件。适用于压缩成行厚度不大、尺寸小和形状简单的塑件。
图6.2.1 溢式压缩模
6.2.2不溢式压缩模不溢式压缩模如图6.2.2所示。这种模具的加料室为行腔上部截面的延续，凸模与加料室有较高精度的间隙配合，故塑件径向尺寸精度较高。理论上压机所施加的压力全都作用在塑件上，所以塑件承受压力大、密实性好、强度高。塑料的溢出量很少，塑件在垂直方向上的飞边很薄。不溢式压缩模适用于成形形状复杂、薄壁和深形塑件，也适用于成型流动性特别差、单位比压高、比容大的塑料。
图6.2.2 不溢式压缩模
6.2.3半溢式压缩模半溢式压缩模如图6.2.3所示，其加料室的截面尺寸大于塑件尺寸。此类模具的特点是：凸模与加料室呈间隙配合，加料室与行腔分界处有一环形挤压面，挤压面限制了凸模的下压行程。工作时，在每一循环中的加料量应稍大于所需的加料量，过剩的原料通过配合间隙或在凸模上开设专门的溢料槽排出。特点：模具使用寿命较长。因加料室的断面尺寸比型腔大，故在顶出时塑件表面不受损伤。塑料的加料量不必严格控制，因为多余的塑料可通过配合间隙或在凸模上开设的溢料槽排出。塑件的密度和强度较高，塑件径向尺寸和高度尺寸的精度也容易保证。简化加工工艺。当塑件外形复杂时，若用不溢式压塑模必须造成凸模与加料室的制造困难，而采用半溢式压塑模则可将凸模与加料室周边配合面简化。半溢式压缩模由于有挤压边缘，在操作时要随时注意清除落在挤压边缘上的废料，以免此处过早地损坏和破裂。半溢式压缩模具有溢式和不溢式压缩模的优点，所以塑件的径向壁厚尺寸和高度尺寸的精度均较好、密度较高、模具寿命较长，被广泛用
来成型流动性较好的塑料及形状比较复杂、带有小型嵌件的塑件，且各种压制场合均适用。
图6.2.3 半溢式压缩模
7.压缩模加料室的设计计算
设计压缩模时主要的是加料室的设计，计算加料室的高度时，应根据塑件的几何形状和塑件的品种进行，其计算步骤如下：
7.1塑件体积的计算
简单几何形状的塑件，可以用一般几何方法计算；复杂的几何形状，可以分成若干个规则的几何形状分别计算，然后求其总和。
7.2塑料原料体积的计算
V=（1+K）kV1
式中
V——塑件所需原料的体积；
K——飞边溢料的重量系数，根据塑件分型面大小选取，通常取塑件净重的5%-10%；k——塑料的压缩比（见表7.2.1）；
V1 ——塑件的体积。
还可以根据塑件的质量求得其塑料原料的体积（塑件的重量可直接由天平称量出）；
V= （1+K）mv
式中
m——塑件的质量，g;
v——塑料的比容。（见表7.2.1）
表7.2.1 常见热固性塑料的比容、压缩比
7.3加料室高度计算
加料室高度计算公式见表7.3.1中的图1、图2、图3、图4、图5
表7.3.1 加料实高度的计算
图1
H=V/F+（10-20）
H——加料室高度 V——塑料的总体积 F——型腔面积
图2
H=（V –V1 ）/F+（5-10）
H——加料室高度 V1——塑件体积 V——同上 F——加料室面积
图3
H=（V+V2）/F+（5-10）
V2——型芯头部高出线部分的体积 V——同上 F——同上
图4
H=（V-V3-V4）/F+（5-10）
V——同上 F——同上 V3——线下成形塑件部分的体积 V4——线上成形塑件部分的体积
图5
H=(V-nV1)/F+(5-10)
N——型腔数 V——同上 F——同上 V1——同上
其它的计算公式如表7.3.2
表7.3.2
L h h L
8.典型的压缩模结构
8.1移动式压缩模
图8.1.1为酚醛盖压缩模，模具采用半溢式，其行腔为组合式，由件2和件3用圆形凸台定位通过螺钉1连接而成，凸模4装在上模板6上，用骑缝螺钉防转，上、下模用导柱5导向。成型前先将模具加热到一定温度，把塑料装入加料室内，然后进行压缩。成型后，用卸模器打开模具，取出塑件。
图8.1 .1 酚醛盖压缩模
1——螺钉 2——凹模 3——加料室 4——凸模 5——导柱 6——上模板
8.2固定式压缩模
以电流表盒压缩模为例，凹模由下凸模装在行腔中组合而成，凸模用螺钉紧固在凸模固定板上，此模具为半溢式，承压块用来承受压机的作用力，减轻凸、凹模的磨损，控制凸模进入凹模的深度，支柱除加强模具刚性外还起推出机构导向作用，加热板和对模具进行加热。塑件压缩成型后，凸模上行，由模具的推出机构推出塑件。
9.压缩成型工艺特点
注射成型能以此成形形状复杂、尺寸精确、带有金属或非金属嵌件的塑件。注射成型的成型周期短、生产率高、易实现自动化生产。缺点是所用的注射设备价格较高，注射模具结构复杂，生产成本高，不适合于单件小批量塑件的生产。
压缩成型工艺与注射成型相比，就有以下特点：
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压缩成型的优点是：可采用普通液压机；而且压缩模结构简单（无浇注系统）；生产过程也较简单；压缩塑件内部取向组织少，性能均匀；塑件成型收缩率小等。压缩成型的缺点是：生产效率低，劳动强度大、生产操作多用手工而不易实现自动化生产；塑件经常带有溢料飞边，高度方向的尺寸精度难以控制；模具易磨损，因此使用寿命较短。
压缩成型没有浇注系统，节省原料；生产过程的控制、使用的设备及模具简单；成型压力直接作用于塑件，所以塑件质量均衡，内应力小，尺寸稳定性好；易成形大型塑件。但压缩成型周期长，效率低，劳动强度大，不易成型复杂形状塑件，较难实现自动化。
常见压缩成型的塑件有：仪表壳、电闸板、电器开关等。
参考文献
【1】张荣清主编《模具制造工艺》高等教育出版社 2006.1印第159-162页
【2】刘魁敏主编《计算机绘图AutoCAD》机械工业出版社 2006.1印第138-143页【3】张荣清主编《模具设计与制造》高等教育出版社 2003.8印第200-207页
【4】冯秋官主编《机械制图与计算机绘图》机械工业出版社 2002.7印第229-274页【5】倪森寿主编《机械制造基础》高等教育出版社 2005.1印第47-52页
致谢
作为一名即将毕业的学生，在这两年里的我不但学到了许多专业知识，而且懂得了许多做人的道理。这些都是和老师的谆谆教诲分不开的。
另外通过这次毕业设计，让我对以前的一些专业知识由不懂变成了解，在此次设计中特别是杨长清老师，他对我的设计给与了很大的帮助，使我的设计更加完整。
所学到一切的知识，所取得的所有成绩都要归功于那些不辞劳苦教育我们的老师们。在专业上，我要特别感谢老师，杨长清老师审阅了全稿并提出了许多宝贵的意见，这些对我以后的工作将会起到不可估量的作用。另外在毕业设计过程中，高顺喜老师对我作了很多指导，给与我很大的帮助。
在此我衷心感谢指导老师和所有教过我，给过我帮助的老师。