1 江西工業工程職業技術院 畢 業 論 文 題 目 : 塑料壓縮成型工藝 學生姓名 指導教師 專 業 模具設計與制造 江西工業工程職業技術學院 2010 年 5 月 2 任務書 學生姓名 指導老師 班級 模具 072 專業 模具設計與制造 論文題目 沖壓模排樣設計 開題日期 開始進行日期 計劃完成日期 計劃上交日期 2009 年 9 月 2009 年 11 月 2010 年 4 月 2010 年 5 月 畢業論文的基本要求： 1 學生應在深入實際的基礎上，運用所學知識，獨立撰寫一篇具有一定質量的畢業論文。論文要求語言通暢、觀點明確、材料翔實、論證充分、結構嚴謹。 2 畢業論文選題（原則上一人一題）應在指導教師指導下，在所學本科階段專業范圍內選定，寫作形式只能為學術論文、研究報告、分析報告或畢業設計。調查報告、工作總結、文學作品或單純的案例分析等文章不能作為畢業論文。選題后須按規定格式寫一篇 1000 字左右的開題報告（含寫作提綱），開題報告須用 A4 紙打印。 3 畢業論文正文字數以 6000 8000 字為宜 （ 指畢業論文的主體部分，不包括前置部分和附錄部分） 。畢業論文要求制作成電子文檔（磁盤自購）。 4 畢業論文的寫作要求有三稿，即：經指導教師全面詳細修改后的初稿；經指導教師重點修改后的二稿；指導教師同意定稿的三稿。三稿均用 A4 紙打印。 論文應包括的內容： 畢業論文的正稿應包括如下內容（按順序裝訂）： 錯誤 !未找到引用源。 封面； 錯誤 !未找到引用源。 開題報告； 錯誤 !未找到引用源。 目錄（一、二級標題名稱及附錄、參考文獻等）； 錯誤 !未找到引用源。 題目；摘要（ 200 300 字） ；關鍵詞（ 3 7 個）；正文；注釋（有則寫）； 錯誤 !未找到引用源。 參考文獻（不少于 5 篇）。（以附錄提供的樣本為準） 進度計劃： 1. 2010 年 1 月 10 日之前完成論文初稿（一稿） 2. 2010 年 3 月 10 日之前完成論文修改稿（二稿） 3. 2010 年 5 月 20 日之前完成論正稿（三稿） 要求學生呈繳論文日期 2010 年 5 月 填表日期 2010 年 5 月 3 目錄 摘要 . 4 第一章 .塑料壓縮模塑工藝 . 5 (一 )熔融 (塑化 ) . 5 （二 )流動 (成型 ). 5 （三）硬化速度 . 5 （ 四）壓縮成型概述 . 6 第二章 .壓縮模的種類 。 . 8 壓縮模特點歸納 . 9 第三章 .模壓設備 . 11 第四章 .壓縮模塑工藝 . 12 第五章壓縮模塑工藝條件 . 15 第六章 . 熱固性塑料壓縮成型常見問題及解決辦法 . 18 結束語 . 19 參考文獻： . . 20 4 塑料的壓縮成形工藝 摘要： 壓縮成型 又稱為模壓成型或壓制。主要用于熱固性塑料的成型，也可以用于熱塑性塑料的成型。將塑料加入高溫的型腔和加料室，然后以一定的速度將模具閉合，塑料在熱和壓力的作用下熔融流動，并且很快地充滿整個型腔，樹脂和固化劑作用發生交聯反應，生成不熔不溶的體型化合物，塑料因而固化，成為具有一定形狀的制品，當制品完全定型并且具有最佳性能時，即開啟模具取出制品 . 關鍵詞：壓縮成型、成型工藝、 熱固性塑料、 過程 前言： 塑料有很多加工成型方法，壓制成型是其中應用最悠久的工藝之一，但同時又是年輕富有朝氣并具有廣闊應用前景的塑料加工技術。近年來隨著科學技術的進步，新工藝、新材料的層出不窮，使壓制成型制品的范圍不斷擴大。例如，在復合材料的模壓成型工藝中，團狀模塑料和片狀模塑料的發展就取得了令人矚目的成就，它們在復合材料中的占有量已達到 40%以上，廣泛用于機械零件、電工器材、汽車部件、化工及日常生活等諸多領域。 塑料的品種很多，成型加工的方法也很 多，哪種塑料選用何種成型方法，需根據塑料堪 的種 類、制品的形狀、經濟上的合理等條件來支 決定。但其操作原理無非是熔融、流動、凝固 這三個基本變化過程，即分為下述三個階段： 第 1 階段塑化階段 .熔融 第 2 階段成型階段 .流動； 第 3 階段 冷卻 (固化 )階段 .凝固。 雖然僅以三個階段，但對成型加工不能這樣 簡單理解，要能制造出合格的制品，并非容 易，而是應該努力了解成型過程的技術以及長年積累的實踐經驗 。 壓縮成型中塑料被直接放入型腔，這種模具可以比其它模具更為簡單。澆口及澆道就不需要了。這樣還會節約材料，因為（在其它模具中）清理澆口和熔渣將會損失一 部分熱固性塑料。用于壓縮成形的壓機通常是立式液壓機。一臺大型壓機可能需要操作員全程關注；不過對于小型壓機來說，數臺壓機只需要一個操作員。這些小型 壓機布置便利，以便操作員能夠挨個操作。當它 再次回到某臺壓機時，模具已準備好開模了。 5 第一章 .塑料壓縮模塑工藝 壓縮模塑原理 ： 將塑料加入高溫的型腔和加料室，然后以一定的速度將模具閉合，塑料在熱和壓力的作用下熔融流動，并且很快地充滿整個型腔，樹脂和固化劑作用發生交聯反應，生成不熔不溶的體型化合物，塑料因而固化，成為具有一定形狀的制品，當制品完全定型并且 具有最佳性能時，即開啟模具取出制品 . (一 )熔融 (塑化 ) 塑料在不同溫度下其主要成份高分子臺 成樹脂表現出三種力學聚集狀態，在溫度較 低時，分子間的作用力很大，除少數分子鏈節 有些活動外，長鏈分子的運動基本被凍結，整個聚集物處于一種腳性狀態，形變也很小，這 時表現為玻璃態。當溫度上升，分子熱運動 增大，塑料體積膨脹，分子鏈段也開始活動， 并能產生位移，這時塑料呈現柔軟而富有彈 性的物質則稱高彈態。如果溫度繼續上升直 到整個塑料大分子鏈都能移動而開始塑性流 動，財稱為粘流態 （二 )流動 (成型 ) 塑科成 型，就在是壓力的作用下將粘流 態的塑料在一定條件下的模具中流動成型， 注射成型時塑料是在加熱的料筒中使塑料成 為粘流態，然后住入模具型腔，在壓縮成型 時，塑料是加入熱模中受熱軟化成為粘流狀態并同時加壓流動成型。 （ 1） 收縮率計算塑料成型收縮值可用 收縮率表示 ： 收縮率 =模具在室溫下的單向尺寸一緒 /塑料件在室溫下的單向尺寸 （ 2）影響收縮變化的因素 影響塑料收縮變化的因素，比較復雜，目 前國內外都在進一步探索。由于塑料品種，制品形狀、壁厚以及模具結構分型面澆注系 統的因素而引起收縮變化，需要事先從選 材、模具結構上給予充分的考慮，除外就是成型工藝的因素，需要在成型過程中對加工工藝參數的調整和嚴格控制，一般的情況是這樣： (1)增長硬化 (固化、冷卻 )時間收縮減少 (2)提高模具溫度，收縮增大 (3)塑料預熱溫度提高，收縮減少 (4)脫模速度快，收縮增大 (5)提高成型不力，收縮減少。 （ 三 ） 硬化速度 熱塑性塑料的成型主要是根據受熱軟 化，受壓流動充模，制品在一定的模溫 6 的模具 中冷卻一定時間固化定型，整個過程是一種 物理變化過程，熱固性塑科同樣也是受熱軟 化，受壓流動充模，但它須在一定溫度范 圍內 的模其中，進行由線型小分子變成體型大分 子的化學變化，而這種變化完成的程度與模具結構、材料的導熱性、制品的厚度，加熱方法、成型溫度、壓力有關，硬化速度還應適合成型方法的要求，如熱固性塑料注射成型時，就要求塑料在料筒中硬化速度緩慢而不損失 流動性，注 A 模內又要快速固化。我們還可以選擇必要的手段來了解硬化程度如目測法， 就是看制品是否變形，脫摸是否順利，制品表面是否光滑 I 用物理的方法可以測定制品的吸術性是否小，硬度、電性能是否好，用化學的方法可以看其在丙酮中的溶解性。除上述主要的工藝特性外，如塑料的比容， 壓縮率、結晶性、揮發份含量，吸濕性等特性，我們在成型加工過程中都應很好了解和掌握，才能制得我們所需要的塑料制品。 （四）壓縮成型概述 1.壓縮成型 特點 （ 1） 塑料直接加入型腔，加料腔是型腔的延伸 （ 2） 模具是在塑件最終成型時才完全閉合 （ 3） 壓力通過凸模直接傳給塑料 （ 4） 有利于成型流動性較差的以纖維為填料的聚合物 （ 5） 不能壓制帶有精細、易斷嵌件及較多嵌件的塑件 2.壓縮成型優勢： 1.操作簡單，模具結構簡單。 2沒有澆注系統，料耗少 3可壓制較大平面塑件或一次壓制多個塑件 4 .生產周 期長、效率低。 7 3壓縮模模具結構 8 第二章 .壓縮模的種類。 用于壓縮成形的模具分為四種基本類型，即：不溢式壓縮模，臺階不溢式壓縮模，溢式壓縮模和半溢式壓縮模。（與我國的分類稍有區別。）在不溢式壓縮模中，安裝于上模的柱塞會進入下模型腔。由于在下模型腔中沒有臺階或擋塊，柱塞將完全壓在塑料上，并把所有的壓力施加到塑料上。這樣可得到具有良好的電學（指介電性）和物理學性能的致密塑件。加入型腔的塑料必須 準確計量，因為塑料的多少決定了制件的厚度。臺階不溢式壓縮模類似于不溢式壓縮模，但在預定的位置（指在高度上）添加了臺階來限制柱塞的行程。在這種情況下，臺階吸收了施加在塑件上的部分壓力。塑件的厚度可以精確控制，但是密度變化相當大。在溢式壓縮模中，上、下模中設置了溢料邊。當上模在塑料上施加壓力時，多余的塑料被擠到溢料邊中，形成飛邊。接著飛邊被進一步壓縮、硬化，最后將阻止上模下行。通常要控制加料使其有少許余量，以確保足夠的壓力來生產致密的塑件。這類模具在生產中應用廣泛，因為它的制造相對容易，并能控制塑件的厚度和致密 度使其接近要求。半溢式壓縮模是溢式和臺階不溢式壓縮模的綜合體。除了溢料邊之外，還加進一個臺階來限制上模的行程。 9 壓縮模特點歸納： 不溢式壓縮模特點 : 加料腔是型腔向上的延續部分 ； 無擠壓面 ； 凸模與加料腔有小間隙的配合塑件密度大、質量高 ； 對塑料要求不嚴 ； 塑件飛邊薄且呈垂直狀易于去除 ； 加料量必須精確，高度尺寸難于保證 ； 凸模與加料腔內壁有摩擦，易劃傷加料腔內部，進而影響塑件外觀質量，必須設推出機構； 模具必須設置推出機構； 一般為單型腔，生產效率低。 10 不溢式壓縮模特點 : 加料腔是型腔向上的擴大延續部分 有擠壓面 不必嚴格控制加料量 不會傷及凹模側壁 塑件外形復雜時，凸模和加料腔的形狀可以簡化； 不適用于壓制布片或纖維填料的塑料。 溢式壓縮模特點 : 無加料腔 凸模與凹模無配合部分 有環形擠壓面 結構簡單，成本低 塑件易取出，易排氣 安放嵌件方便 加料量無嚴格要求 模具壽命長 合模太快時，塑料易溢出，浪費原料；合模太慢時，易造成非邊增厚； 水平狀的非邊難于去除，且影響塑件外觀； 凸、凹模配合精度較低； 不適用于壓制帶狀、片狀或纖維填料的塑料和薄壁或壁厚均勻性要求高的塑件。 11 第三章 .模壓設備 （ 1） .模壓設備作用 ： 合模 、開模、 頂件 、 提供所需的壓力 、 某些情況下也傳遞壓縮過程中所需的熱量 （ 2） .模壓 設備的種類 按傳動方式分 機械式壓機 ： 螺旋式壓力機 液壓機 ： 水壓機和油壓機 液壓機按機身結構分 : 框架式 ： 用于中小型壓機 立柱式 ： 用于大中型壓機 液壓機按加壓形式分 : 上壓式 ：工作液缸位于上端，下部是固定工作臺。 下壓式 ： 工作液缸位于下端，操作不便，很少使用。 為了保證壓縮模塑的正常進行，應選用適當的壓機，并校核模具與壓機的關系。 12 第四章 .壓縮模塑工藝 （ 1） .模壓前的準備 預壓 ： 預壓方法 ：為方便操作和提高塑件的質量，先用 預壓模 將粉狀、纖維狀的 塑料粉在預壓 機上壓成 重量一定 、 形狀一致 的 錠料 。 采用預壓錠料的優點： 1.加料快而準確 2.降低壓縮率，減小壓料腔尺寸，空氣含量少，不僅傳熱快且氣泡少。 3.錠料與塑件形狀類似，便于成型復雜或帶細小嵌件的塑件。 4.可提高預熱溫度，縮短預熱和固化時間。 5.避免加料過程粉塵飛揚，改善勞動條件 。 生產過程復雜，實際生產中一般不進行預壓。 （ 2）對壓塑粉的要求 顆粒最好大小相間 壓縮率（塑料錠料）宜為 3.0 左右 含有潤滑劑 預壓條件： 溫度：室溫或 50 90預壓 壓力：壓力范圍 40 200MPa 原則：錠料的密度達到塑件最大密度的 80% 預熱和干燥 塑料成型前加熱的目的： 去除水分和揮發物 干燥 為壓縮模提供熱塑料 預熱 塑料成型前加熱的方法： 塑料預熱的方法目前主要有下列幾種， (1)模內預熱。 (2)電熱烘箱預熱。 (3)紅 外線預熱。 (4)高頻預熱。 (5)螺桿混練預熱。 (6)魏波爐預熱。 監以 (4)， (5)， (6)為最理想。 嵌件的安放 嵌件 作為塑件中導電部分或使塑件與其它零件相連接的零件。 常用嵌件有軸套、螺釘、螺帽、接線柱等等 嵌件的安放要求位置正確、平穩 （ 3） .模壓過程 加料 ：加料在加料之前還需作好各項準 備工作如材料，設備工藝參數調整， 13 模具加熱 專用工具、以及要埋入的嵌件，用重量法或容 量法稱料，然后打開模具，將要埋入的嵌件放 在下模固定位置，再將稱好或預熱好的料加 入下模型腔。并按模具大小形狀臺理分布，加 料也可采用加科器或自動加料。 加料的關鍵是加料量 定 量的方法： 重量法：準確、麻煩 容量法：方便但不很準 計件法：預壓錠料，計數放入 合理堆放塑料，粉料或粒料的堆放要做到中間高四周低，便于氣體排放。 合模 ：加完科后就進行閉模，盡量上模在未接 觸料時下降速度快些，這樣可縮短生產周期 和避免塑料早期固化，上模觸及塑料后，速度 要慢些，不然，冷料在宋很好受熱的情況下， 流動性較差，這樣會產生薄塑型蕊損壞，嵌件 逃位損壞模具，另一方面緩慢加壓可充分的 排除氣體，但不能過慢，不然，塑料底部過 熱，產生早期固化、損失流動性。一般達到完 全閉合約幾秒鐘 l0幾秒不等。 加料后即可合模，合模時間一般從幾秒到幾十秒不等。 合模過程分為兩個部分： 凸模觸及塑料之前：盡量加快合模速度（縮短周期，避免塑料過早固化） 凸模觸及塑料之后：減慢合模速度（利于排氣） 排氣 ：由于象酚醛塑料氨基塑科在壓縮成型縮 聚固化反應過程中產生小分子物質如術等， 所以要將這些小分子氣體排放出模外，排氣 不但可以縮短固化時間，而且還有利制品性 能和表現質量的提高，排氣一般在閉模后 1O 秒鐘之后進行，次數 和時問應按需要而定，通 常排氣次數一至二次，每次時間幾秒到 1O幾秒。又如不飽和聚酯塑料在固化過程中不產 生小分子，所以就不需要排氣，總之除產生小 分子以外。塑料 #仍有水份和空氣存在，需 要排除。 目的 ： 排除水分和揮發物變成的氣體及化學反應的副產物，以免影響塑件性能與表面質量。 方法 ： 合模后加壓至一定壓力，立即卸壓，凸模稍微抬起，連續次。 塑件帶有小型金屬嵌件則不采用排氣操作，以免移位或損壞。 流動性好的塑料采用 遲壓法 ，即 從 凸模與塑料接觸 到 壓模完全閉合的 過程中停頓 1530 秒。 保壓與固化 固化：熱塑性塑料的固化只需將模具冷卻，而熱固性塑料的固化是在一定溫度的模具中保 持一定時間才能達到固化 固化速度不快的塑料，有時也不必將整個固化過程放在模內 完成，而只需制品完整地脫模即可，因為太長的固化時間會降低生產率。至于在何種溫度、 時間、壓力條件下固化最理想，就要取決于塑料的溫度。 保壓時間：從壓模閉合加壓至卸壓取出塑件所用的時間。 保壓時間長短受塑料類型、預熱情況、塑件形狀及壓縮程度的影響。 14 固化階段的要求：在成型壓力與溫度下保持一定的時間，使交聯 反應進行到要求的程度。 脫模 塑件脫模方法： （ 1） 推出機構機自動推出 （ 2） 模外手動推出 （ 3） 復雜塑件在壓力下冷卻至一定溫度后再脫模 3.模壓后處理 模具清理 用銅鏟或壓縮空氣清理，以免損模具外觀 整形去應力 對薄壁易變形件 在整形模中冷卻 大型、厚壁件 脫模后放入一定溫度的油池或烘箱中緩慢冷卻，或者進行退火處理 修飾拋光 去飛邊、毛刺、表面拋光 特殊處理 二次加工：防潮、美觀 (電鍍、噴涂 ) 15 第五章 壓縮模塑工藝條件 要生產出 高質量塑件，除了合理的 模具結構 ，還要正確選擇 工藝條件 。 模壓壓力（成型壓力） 模壓溫度（成型溫度） 模壓時間 （ 1） .成型壓力 成型壓力 指壓縮塑件時凸模對 塑料熔體 和 固化時在分型面 單位投影面積上的壓力（單位 MPa） 較高的壓力能使流動性增大并得到密度大的制品，每種塑料由于樹脂填料的不同，所需的成型壓力也各異，如酚醛玻璃纖維模壓塑料的成型壓力要 450 50 千克厘米木粉填料為 250l斗 50 千克厘米而濕法生產的不飽和聚酯壓塑料則需70 150 千克厘米就夠了，過高的成型壓力對設備，摸具都是不利的， 而且在較高的成型壓力下制得制品，脆性提高，韌性下降。相反過低的成型壓力會使制品疏松缺料、影響成型壓力變化的因素還有如； (1)成型材料中樹脂含量增加，壓力就比較低 I (2)樹脂縮臺變低 I 壓力就比較低； (3)含水份多的成型材料流動性好，壓力就比較低 (4)制品形狀如平板形壓力就小而薄壁較高的園簡形壓力就要高 (5)由于不同制品的投影面積不相同， 但每種成型塑料都有它們自己的單位壓力， 投影面積大的壓力就高。 施加成型壓力的目的： 使塑料充滿型腔 使粘流態物質在一定壓力下固化 克服塑料在成型過程 中產生的各種頂模力 使模具閉合，防止飛邊 16 （ 2） .成型溫度 成型溫度 指壓縮時所需的模具溫度，對塑件質量、模壓時間影響很大 熱固性塑料的模內溫度高于模具溫度 （ 3） .模壓時間 模壓時間 指塑料在閉合模具中固化變硬所需的時間。與塑料品種、含水量、塑件形狀尺寸、成型溫度、壓縮模具結構、預壓預熱、成型壓力等因素有關。 （ 4） .成型時間：是指塑料加入模具型腔待模具閉合并加到規定壓力開始到制品出模的時間每種壓塑料都有規定單位成型時間是有差異的，一般均在 0 8 2 5 17 分中之間，塑料 壓制件的成型時間計算原理是最厚部分壁厚乘以所用塑料 單位成型時間即得。 成型時間過短，塑料硬化不好，制品極易變形，起泡表面灰暗無光，嚴重影響制品性 能。 壓制時間太長，生產效率差，制品發晦，極易粘模，也會影響制品性能，為了提高生產 效率，縮短成型時間，但又不影響制品性能，可采用快固化塑料來壓制品之外，最有效的 辦法是塑料預熱。 18 第六章 . 熱固性塑料壓縮成型常見問題及解決辦法 19 結束語 ： 在壓縮成形中，粉狀或預壓塑料 被放入加熱過的金屬型腔中。這種模具的分型面處于水平方向，工作時模具的上半部分垂直下降，