环氧树脂浇注成型工艺及模具设计

入模 具 内 ；浇注 完 成后 要继 续 抽 真空 一 段 时 间 ，以 为零件在 固化过 程 中的第 一阶段 为热 固化 ，冷 却装
～
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环氧树脂浇注成型工 艺及模具设计
《上 海塑料 》２０１２年 第 １期（总第 １５７期 ）
置 中的水可 使浇 口处 与模 腔有 约 ２０ ＪＣ的温差 ，这 氧化处理 ，氧化层深 度达 ５０ｔ￣ｍ，表 面维 氏硬度提 高
导 致 固化 剂 的气 化 ，所 以真空度要 恰 当。
零件 质量 ，所 以为利用 浇 口补 缩 的方式 消 除浇注 成
（３）浇 注
型缺 陷 ，在模 具 下模 板上 增 加 了支 脚 ，以确 保 浇 口
浇注是将 组装 好 并 预热 到一 定 温 度 的模 具 放 始终 处于高 点位 置 （倾 斜 约 １５～２Ｏ。），达 到更 好 的
钢件 或铜件 ，模 具在 装 卸过 程 中损伤 程度 低 ，模具
３．５ 密封 元 件
使用 寿命 长 。
由于环 氧树 脂液态 时流动性 良好 ，对密 封 的要 ４ 真 空浇注模具 设计 实例
求 高 ，故应加 密封 元 件 。根 据零 件 特 点 ，设 计 中采
用 大小密封 圈 同时 密封 的形 式 。在嵌 件 颈部 位 置
料 。树脂 和填 料混合 称一次 混料 ，在 一次混 料 中加 有 拐角及转 弯处都 应使气体 逸 出方便 。
人 固化剂成 为 二次 混 料 。一 次 混料 是 使填 料 被 树 ３．２ 收 缩率
脂充 分浸润 。因为 环氧 树脂 与 酸酐 固化 剂 的反 应
根 据填料 的不 同 ，浇注 材 料 的 收缩 率也 不 同 。
环 氧 树 脂 浇 注成 型 工 艺及 模 具 设 计
《上 海 塑 料 》２０１２年 第 １期 （总 第 １５７期 ）
环 氧 树 脂 浇 注 成 型 工 艺 及 模 具 设 计
王 晓 梅 ，程 晓 宇 ，樊 百 虎
（陕 西 国防工业 职业 技术学 院 ，陕西 西 安 ７１０３０２）
摘 要 环氧 树脂 浇 注成型 工 艺及 模具 设计 是一 门综合 性 的技 术。 浇注 工 艺、模 具设 计 制造 技 术等 都 能给 浇 注件 的质 量产 生很
感器 、配电变 压 器 、ＳＦ ６气 体 绝 缘 电器 、户 内外绝 合料浇注 到设 定的模具 内 ，由热 固性 流体 交联 固化
缘 子等都采 用环氧树脂 浇注绝缘 。 以 ２０１０年世 界 成热 固性制 品 的过 程 。由于环 氧树 脂 浇注 产 品集
主要消费环 氧树 脂 的国家 及地 区统计 分析 ，用于 电 优 良的 电性 能 和力学 性 能于 一体 ，因此 ，环 氧树 脂
入真 空浇注罐 中或 在真空 浇注罐 内预热 ，模 具温 度 补缩效果 。
略高 于混合料 的温度 ，浇注罐抽 真 空度到 １ ３３０ Ｐａ ３．４ 冷 却装 置
以下 ，维持一 定 温度 ［１］，最 后 将混 合 均 匀 的 物料 浇
零件 浇注 时 的冷却 主 要 采用 水 冷 却方 式 。因
度 随交联密度 的提高 ，其 机械 强度反而 下降 。这个
转折 点 的标 志就是玻璃 化转 变 温度 。所 以 固化
温 度太高 ，常使 固化 物性能 下降 ，因此 ，必须 选择 合
适 的 固化温 度 。
固化采 用两 阶段 进 行 ：一 阶段 是 初 固化 成 型 ；
二 阶段是在 一次 固化 温度 稍 高 的情况 下 进行 后 固
飞速 发展 ，发 电行 业 的设备 不 断更 新 ，一方 面 向大 前普 遍采用 真空 浇 注成 型技术 。其 要点 就是 去 除
电流 、高电压产 品 发展 ；另一 方 面对 输 变压设 备 也 浇注 制品 内部 和 表 面 的气 隙 和气 泡 ，减 少 内部 应
力 ，防止产生 裂纹 等 。为 了达 到 这一 目的 ，必 须 选
图 ３ 互 感 器 模 具 装 配 图
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环 氧 树 脂 浇 注成 型 工 艺及 模 具 设 计
《上 海 塑料 》２０１２年 第 １期 （总 第 １５７期 ）
去 除浇注 件 内所形 成 的气 泡 ，即 可关 闭 真 空 ，打 开
浇注罐 ，将 模具送人 固化炉 进行 固化 。浇 注过 程 中
加热熔融ｌｌ真空干燥处理Ｉｌ加热熔融Ｉｌ预处理ｌｌ清理，涂脱模剂
Ｅｐｏｘｙ Ｃａｓｔｉｎｇ Ｍｏｌｄｉｎｇ Ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ Ｍｏｌｄ Ｄｅｓｉｇｎ
ＷＡＮＧ Ｘｉａｏ—Ｍ ｅｉ ，ＣＨＥＮＧ Ｘ ｉａｏ—Ｙｕ ，ＦＡＮ Ｂａｉ－ｈｕ。
（Ｓｈａａｎｘｉ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉ＇ａｎ ７１０３０２，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｅｐｏｘｙ ｒｅｓｉｎ ｃａｓｔｉｎｇ ｍ ｏｌｄｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ ｍｏｌｄ ｄｅｓｉｇｎ ｉｓ ａ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｗｈｉｃｈ ｔｈｅ ｃａｓｔｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｍｅｔｈｏｄ，ｍｏｌｄ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｅｔｃ．ｃａｎ ｈａｖｅ ａ ｈｕｇｅ ｉｍｐａｃｔ ｏｎ ｃａｓｔ ｐａｒｔｓ ｑｕａｌｉｔｙ，ａｎｄ ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ ａ ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃａｌ ｓｔｕｄｙ ｍｕｓｔ ｂｅ ｐｅｒｆｏｒｍｅｄ ｔｏ ｍ ｅｅｔ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐａｒｔｓ．Ｔｈｅ ｒｅｌｅｖａｎｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｍｅｔｈｏｄｓ，ｍ ｏｌｄ ｄｅｓｉｇｎ ｋｅｙ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｒｅ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｅｐｏｘｙ ｒｅｓｉｎ；ｍ ｏｌｄｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ；ｍｏｌｄ ｄｅｓｉｇｎ
０ 前言
要求超 高压 、大容 量 、小 型化 和免 维修 ；因此 ，对绝 缘要求更 高 。这使 得 环氧 树脂 绝缘 结构 和 密封 工
环氧 树脂作 为一 种 电器 材料 ，具 有介 电性 能 、 艺在绝缘子 、绝缘 电器 、变 压器 中得到 广泛的应用 。
力 学性能 、黏接性 能 、耐蚀性能优 异 ，固化 收缩率 和
致 ，又 由于该类 模 具 主要 用 于真 空浇 注过 程 中，更 模 、拆模方便 及封 模要 求 和浇 注 时空 气容 易排 出 ，
多采 用手工操 作 ，所 以选 择铝 合金 材 料 ，以便 于 搬 同时尽可 能减 轻模 具 的质 量 。本 文主 要介 绍 钢制
运 。但 因材料硬 度低 ，故对 材料进行表 面硬 质 阳极 模 的设计及 加工 。图 ３为互感器浇 注模 具装配 图 。
线 膨胀系数 小 ，尺寸稳定 性好 ，工 艺性好 ，综 合性 能 １ 环 氧树 脂 浇 注原 理 与真 空浇 注 工 艺
佳 等优点 ，加 之环氧材料 配方设计 的灵活性 和多样 １．１ 环 氧树脂 浇 注原理
性 ，使它在 电子电器领域 得到广泛 的应用 。电力互
环 氧树脂 浇注是将 环氧树脂 、固化剂和其 他配
子 电器领域 的环 氧树 脂 占各 国或 地 区环 氧树 脂 总 浇注在 电器工 业 中得到 了广泛的应用 。
消 费量的 比例来 看 ，我 国 占 １５ ，而近年 来该 比例 １．２ 真 空浇 注工 艺
正 在不断地增 长 。
高压开关 用环 氧树 脂浇 注绝 缘 制 品要 求外 观
目前 随着 我 国 支柱 产业 之 一—— 电力 工业 的 完美 ，尺寸稳 定 ，机 、电、热 性能 满 足产 品要 求 。 目
化 ，保证完 全 固化 ，达 到最 佳性 能 状 态 。有 时为 了
图 １ 环 氧树 脂 真 空浇 注成 型 工 艺 流 程
Ｆｉｇ．１ Ｅｘｐｏｘｙ ＶＳＩＯＪＩ．ＩＩＴＩ ｃａｓｔｉｎｇｍｏｌｄｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ
减 少缩痕 ，可 以在加 压下凝 胶来消 除 。 （５）脱 模
脱模 过程 主要控 制 脱模 温 度 和浇 注 件 的 冷却
是放 热反应 ，填 料 是导 热性 好 的材料 ，它 能将 反 应 对于 ＳｉＯ。＋环氧树脂 ，取收缩 率为 ０．４ ；而 Ａ１ｚ（）３
释放 的热量 向外传 导而不积集 ，使浇 注物 内应力 均 ＋环 氧树脂 的 收缩 率 为 ０．４％～ ０．５ （以 上 均 为
匀 分布而 不产 生 缩痕 。二 次混 料 时 间要 确保 固化 实验 数据 ）。在设 计 中一 般取 收缩率 Ｏ．４ ［２］。
大的影 响 ，因此 必须进 行 系统 的研 究以得 到符合 要 求的制 件 。提 出 了相 关工 艺方 法、模具 设计 关键技 术 。
关键词 环 氧树 脂 ；成 型 工艺 ；模 具设 计
中图分类号 ：ＴＱ ３２０．６６
文献标识码 ：Ａ 文章编 号 ：１００９—５９９３（２０１２）０１—００４７—０３
收 稿 日期 ：２０１２—０１—０６ 作者简介 ：王晓梅 （１９６９一 ），女 ，高 级工程 师 ，主要 从事模 具设 计
与 制 造 等 研 究 。
用合适 的浇注 材料 ，使 用适 宜 的真空 浇 注设 备 ，严 格控 制原 材料 的 预处 理 、混 料 、浇 注 和 固 化 条 件 。 环氧树脂 真空浇 注成 型工艺 流程 ，如 图 １所 示 。
气体及 低分子 挥发物 ，达到脱 气脱水 的效果 。
３．１ 模具 总体 设 计原 则
（２）混 料
浇注模 型腔表 面应力求 光滑 ，不 得有 砂 眼。在
混料 的 目的是 使 环 氧树 脂 、填 料 、固化 剂 等 混 设计 浇注模 时应浇 注方便 ，避 免产生 气泡 。为减 少
合均 匀 ，便 于进行化 学反应 。混料分 一次 和二次 昆 内应 力 和容 易脱 模 ，型 腔各 处 都应 圆滑过 渡 ，在 所
互感 器浇注模 具 是互 感器 制 造必 需 的工 装设
采用 环形小 密封圈 ，在 型腔周 围采用 大密封 圈 。
备 。浇注成型模 具必 须保 证互 感 器 的绕 组 、铁 心 、
３．６ 模 具 选材 及表 面处 理
出线端子 及其它零件 的位置正确 ，使 浇注体 的尺寸
因为环 氧树 脂 与铝 合 金 的热膨 胀 系数 基 本 一 和性能符合 要求 ；注 意浇 注体 外形 美 观 ，并 考 虑装
２ 真 空浇注成型 工艺关键技术
速率 ，减少浇 注件 的内应 力 ，一般 控制低 于 ８０℃ 。 真空浇 注工艺 是 目前 环 氧树 脂 浇注 中应 用 最
（１）原 材料 的预处理
为广 泛 、工艺 条件最 为成熟 的工艺 。
原材料预 处理 是 在一 定 温度 下 加 热 至一 定 时
间 ，并 经过真 空处 理 以脱 除 原材 料 中 吸 附的水 分 、 ３ 真 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 浇 注 模 具 设 计 关 键 技 术
剂 混合均 匀 ，其 温 度 、真空 度 的参 数 也 很 重要 。温 ３．３ 支撑 结构
度 过高 ，将使 混 合料 黏 度 迅速 增加 ，影 响 脱气 浇 注
从浇注工 艺方 面 人手 。因真 空 浇 注 的技 术要
工 序 ；真 空度用 以保证混 合料 的脱 气 、脱 水 ，但 不能 点就 是尽可 能减少浇 注制 品中的气 隙和气 泡 ，提 高
样 可 以延迟 浇 口处 的 固化 ，起 到 补缩 的效 果 ，避 免 到 ４００￣５００，这样 提 高 了模 具 的耐 磨性 和 抗 腐蚀
了浇不满缺 陷 。水箱 的设 置分 内外 两种 ，根 据模 具 性能 。而对于在开 、合模时经 常拆 卸 的零件 采用 了
特 点可选用不 同 的形式 。
Ｌ— —１
Ｌ
ｌ混料。真空脱泡Ｉ
Ｉ模具组装Ｊ
ｌ＿＿———一
ｒ＝：＋
Ｉ混料，真空脱泡Ｉ
Ｉ
应 注意浇 注速率和模 具放 置的位置 ，应有利 于排 气 和使物料 充满模具 。
（４）固化 选 择合适 的温 度 和 固化 时 间 。环 氧 树 脂 浇注 件 的性 能与交 联密度 密切相关 。一般来 说 ，浇注件 的力 学性能 随交 联密度 的提高 而上升 ，但 到某 一程