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塑料模具 |
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塑料壳体注射压缩成型工艺及模具 |
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作者： |
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一、引言
图1所示壳体零件材料为热固性树脂，具有价格低廉、耐高温、耐燃烧、耐高压、抗老化及表面光泽好等优点，原采用压缩成型，但由于成型周期长、生产效率低、模具易损坏、成型质量不稳定，故改为注射成型。
图1 壳体零件
虽然采用注射成型有许多优点，但仍存在不少问题需要解决，特别是热固性塑料注射成型时会出现纤维取向，使制品内部存在内应力，会导致制品翘曲变形甚至破裂，因此考虑了一种不同的加工工艺，即注射压缩工艺。注射压缩成型综合了压缩成型和注射成型的优点，当注射成型热固性塑料时，应用注射压缩成型可以在成型塑件中大大减少不受欢迎的纤维取向。
热固性塑料注射成型时的废料率较高，一般约为15%～25%，原因是每注射一次便会产生一定数量无法回收的浇注系统凝料，特别是对于小型制品的多腔注射模，这一问题尤为突出，废料率可以达到50%。为了解决这个问题，现在注射压缩新工艺的基础上，再把普通流道工艺应用于成型工艺中。
二、热固性塑料普通流道注射压缩工艺与模具设计
采用注射成型机借助注射压缩工艺大量生产热固性树脂壳体产品分3个生产阶段：注射、压缩和脱模。图2所示为带有共用加料室的二型腔模具结构，此时模具还未完全闭模。模具结构相对简单，成型塑件有少量飞边，能与塑件一同顶出。主流道衬套被设计成具有普通流道的功能。
图2 2型腔冷流道注射压缩模结构
1.剪切边2.溢料腔3.型腔4.分流器5.主流道衬套6.冷却通道7.隔热空隙8.溢料腔9.型腔10.压力传感器11.筒式加热器12.溢料槽13.绝热板14.推杆15.支撑柱
成型的物料是由多个起反应的组分组成的，注射压缩工作过程为：在模具闭合到还留有6～8mm压缩间隙时，将成型的物料注入扩大了一定尺寸的模具型腔（即共用贮料腔）中，以便克服最初的料流阻力。模具完全闭合，压缩型腔中的成型化合物，物料会完全填满整个模具型腔，物料组分互相交联或固化。用这种方法能确保生产的成型塑件无翘曲变形、无内应力。
1、注射阶段
将成型物料分配到2个型腔是借助设有相应凹槽的锥形分流器4实现的，在注射期间，分流器对着主流道衬套5的出料口。在注射以后，成型化合物分成2份大致相等的物料停留在位于模具分型面处的共用加料室中（见图3）。
图3共用加料室
2.型腔周边溢料腔 8.型腔周边溢料腔 14.推杆
2、压制阶段
随着模具的完全闭合，成型化合物被压入型腔3和型腔9中，在模温（约180℃）的作用下固化。成型塑件在压缩阶段产生的纤维取向与在闭合模具中进行注射成型产生的纤维取向相比有显著减小。
在压制期间，分流器4伸入主流道衬套5中，在分型面处堵住主流道衬套5。标准的带夹套的主流道衬套带有冷却通道6，由于冷却通道的作用，使主流道衬套中的成型物料保持在90～100℃温度，因此成型物料不会发生固化（即普通流道系统）。由于在模具加热时，分流器只有伸出端较热，成型化合物在这里固化，因此以流道形式损失的物料仅限于分流器4凹槽处的少量物料，从而减少了流道料的损失。在主流道衬套和模具之间的隔热由隔热间隙7保证。在压缩阶段，成型化合物会流过模具型腔的突出面并形成飞边。
3、脱模与排气
根据成型塑件的几何形状和成型化合物类型，塑件的脱模必须设置不同的脱模斜度，通常取1°～3°。在塑件脱模时，由于温度相对较高（如170℃），热固性塑件的收缩量很小，结果塑件不一定留在模具同一侧。为了在生产期间避免发生这样的问题，保证塑件总是能从模具的同一侧脱模，本模具采取了以下措施。
为确保顶出时，成型塑件与飞边可顺利分离，在模具型腔3周边设置了溢料腔2，在模具型腔9周边设置了溢料腔8，把图3所示设有溢料腔的共用加料室安置在模具分型面动模一侧。为了能进行注射压缩，模具必须有1个剪切边，设在分型面附近，剪切边1确定了共用加料室的尺寸，剪切边的轮廓和间隙的细节如图4所示。给予溢料槽12不同面不同圆角半径（0.8～2.4mm）增加了溢料槽的刚性，并使位于溢料槽后面的许多推杆能方便地顶出飞边。设计小凹槽17的作用是：当模具打开时，飞边能留在动模一侧。
图4剪切边（图2 X局部放大）12.溢料槽 17.凹槽
通常，热固性塑件在脱模时没有充分固化，比较脆，因此在塑件脱模时，应设置足够数量的推杆，以避免塑件损坏。由于热固性塑料在交联硬化时要析出大量气体挥发物，推杆除了起脱模作用外，也起排气作用。排气槽深度大约在0.01～0.03mm，并需要高度抛光，以便形成飞边后在脱模时容易去除。
三、模具结构
模具采用电加热，交联反应需要的热量从模具中获得。热固性塑料熔体一旦和模具型腔表面接触，黏性的熔体就能从很小的缝隙流过，也就是说熔体黏度变得很低，以至于能渗入很狭窄的缝隙，并形成飞边，因此模具必须装配得很紧密，同时模具型腔也必须能充分排气。这些相对矛盾的要求，是不能完全消除飞边的原因，因此模具应设计得具有非常好的刚性，以避免因放气和变形而引起飞边的形成，并使用压力传感器10来测定和监控压力。
材料的选择对于模具的期望寿命是极其重要的，热固性塑料注射压缩模成型零件表面工作温度通常为（165±5）℃，加热器周围温度更高，因此选用的材料耐热性要好。热固性塑料采用注射压缩工艺，模具温度高于熔体温度，熔体进入模具后与模壁接触处温度升高，黏度下降，故流速较高。在高速且含有较硬填料的熔体冲刷下，模具流道和型腔磨损严重，因此应采用高强度且耐磨的材料，将模具上易于磨损的部位设计成可便于更换的镶件，成型镶件由淬硬钢制造。
四、加热与绝热
模具由筒式加热器11加热，试验发现，模具所需要的加热容量取决于模具的尺寸大小，按照模具的质量，每千克30～40W即可。对整副模具，通过分成6个控制回路的大功率筒式加热器11加热，可使加热容量均匀地遍布整个模具。每一条加热环路都带有热电偶，并用此6个热电偶控制模具温度，热电偶放置在加热元件和成型零部件之间，模具借助绝热板13与机器模板隔离，以防止热损失和由此形成的温差。
五、结束语
纤维取向、去除飞边和流道料的损失等在热固性塑料加工中是影响成本的主要问题，采用以上办法可以降低上述费用。设计合理的分流器装置、共用贮料系统可使进入每个模具型腔的成型化合物能得到更精确的计量。注射压缩成型综合了压缩成型和注射成型的优点，采用这种工艺能生产出质量特别好的塑件，生产效率高，容易实现自动化，生产环境良好。(end)
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(11/3/2006) |
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