模压成型模具与液压机
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• 5.1 概述 • 5.2 压模结构与分类 • 5.3 压模结构设计 • 5.4 压模的强度计算 • 5.5 电加热装置及其功率计算 • 5.6 液压机
5.1 概述
• 模具作用 • 模压料工艺性与模具设计的关系 • 制品结构与模具设计的关系
现代模塑产品的举例： 汽车用品系列
家用产品系列
军工用品系列
在保证成型和使用条件下，要求有均匀的截面和 最小的壁厚，以得到快速、完全的固化。
在可能的条件下，常将厚的部分挖空，使壁厚尽 量均匀一致；若结构要求有不同壁厚时，其比例 不超过1：4。
热固性模压料制品的厚度一般控制在1～6mm， 最大不得超过13mm。热塑性模压料应尽可能控 制在2～4mm之间。
3. 加强筋
在两部位交接处的外角上采用圆弧过渡能进一步减 少应力的集中，如图所示。
圆弧过渡
5. 孔
常见的孔有通孔、盲孔、形状复杂的孔、螺纹孔等。 对于模压件上的各种孔，尽可能设置在最不易削弱模 压件强度的地方。在孔之间以及孔与边壁之间均应留 有足够距离，孔与边缘最小距离不应小于该孔的直径。 如图所示。
(a)错误的
容器边缘的增强
4. 圆角和边缘修饰
模压件除了使用上要求采用尖角或者由于不能成型 出圆角之处外，应尽可能采用圆角。
原因：
模压件的边缘和边角带有圆角，可以增加模压件某 部位或整个模压件的机械强度；使模压料在模具中 易流动；有利于模压件的顶出；使模具成型零 件加强并可排除模具成型零件热处理或使用时可能 产生的应力集中。
作用：在不增加整个制品厚度的条件下，增强制 品的刚度和强度，并可避免由于模压料固化收缩 产生的变形翘曲。
注：筋的每侧都应有1°斜度和3mm以上的过渡半径。
设计加强筋时，必须考虑加强筋的布置以减小因壁 厚不均而产生的内应力，或由于模压料局部集中而 产生缩孔、气泡。而且，加强筋底部的宽度应当比 它所附着的壁厚小。
脱模斜度
脱模斜度添加
总之，选取出模斜度既要考虑脱模方便，又要考 虑塑件尺寸的公差要求，在满足塑件尺寸公差要 求的前提下、出模斜度可以取得大些，这样有利 于脱模。
2. 壁厚(wall thickness)
模压件壁厚对其质量影响很大。模压件壁厚的最小尺 寸应满足如下要求：具有足够的使用刚度和强度；能 承受脱模机构的冲击和震动；装配时能承受紧固力。
5.1.2 模压料工艺性与模具设计的关系
影响制品收缩的因素有模压料性质、制品结构、模 具结构、模压工艺等方面。
模具结构对收缩量的影响： （1）截面的均匀性； （2）嵌件； （3）形状复杂性； （4）制件方向性
5.1.3 制品结构与模具设计的关系
1. 出模斜度（draft angle） 制品的内外表面沿脱模方向的倾斜角度。 作用：一定的拔模斜度既能保证制品顺利出模,又能起
2. 模具的主要要求
模具是模压成型的主要工艺装备，对模具的主要要求 是：
（1）能承受20—80MPa的高压； （2）能制造出形状、尺寸精度、表观物理与机械 性能等均能满足使用要求的模压制品；
（3）要求模具结构合理、制造容易，操作方便， 造价低廉。
3. 影响模压制品质量的两个重要因素
(1) 模压工艺制度
加强筋以设计得短一些多一些为好。加强筋之间 中心距离不应小于2b。加强筋的端面不应与支承 面相平，至少应低于支承面0.5mm，如图所示。
除了采用加强筋外，薄壳伏的模压件可作成球面或拱 曲面，这样可以有效地增加刚性和减少变形，如图所 示。
容器底和盖的增强
对于薄壁容器的边缘，可按如图所示设计来增加刚性 和减小变形。
5.1.1 模具的作用
1. 模压成型模具（简称压模）：
纤维增强热固性或热塑性模压 料装于加热的模具型腔或加料 室内，模具在液压机上闭合并 加压。型腔内模压料在温度和 压力作用下熔融并充满模具型 腔，进而发生聚合反应使之固 化成型，变成所需的模压制品。 这类模具称为压模。
热塑性材料模压成型动画演示
3.0
R
2.5
T
2.0
1.5
1.0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4
R/T 应力集中系数与圆角半径关系
从图可以看出，当内圆角半径小于厚度的1/4时应力集 中表现很明显，而当采用大于厚度的3/4半径时对进一 步减小应力集中效果并不明显。因此，理想的内圆角 半径应大于四分之一壁厚。
到侧向加压的作用。
出模斜度所取数值必须在制造公差范围内，而所取 斜度的方向，对轴来讲应保证大端斜度向小的方向 取， 对孔来讲应保证小端斜度向大的方向取。如 图所示。
脱模斜度
制件上所取斜度的大小与制品性质、收缩率大小、 制件的壁厚和几何形状有关，亦随制件的深度不同 而改变。型芯长度及型腔深度越大，斜度应适当缩 小，反之则大。一般最小斜度为15′ ，通常取1～ 1.5° 。
(2) 模具
模具型腔的形状、尺寸、表面光洁度、分型面及脱 模方式等对制品尺寸与形状精度、理化及机械性能、 表观质量等有重要的影响； 模具结构对操作难易程度、生产率影响很大； 模具对制品成本有相当的影响。
4. 模压成型模具设计应考虑因素和注意的问题
(1)复合材料的物理机械性能； (2)模压料的成型工艺性； (3)制品在成型后的收缩率及各向收缩率差异； (4)制品及模具形状应有利于物料充分流动、排气； (5)模具的结构及加热装置有利于对模压料进行快速、 高效、均匀、稳定的加热； (6)在满足使用要求前提下应尽量简化模具结构及制 造工艺。
(b)正确的
孔与边缘最小距离
模压件孔的成型，即模具（型芯）的设计如下： （1）通孔或不通孔(盲孔)成型时可直接完成。通孔成 型型芯也可以在中间对接。如图所示。
对接型芯成型孔
（2）太深的孔采用先成型一部分，另一部分由机械加 工完成。
（3）直径小(如d＜1.5mm)而深的孔，且中心距离要 求精度高的，应以钻孔为宜。
（4）对于斜孔或形状复杂的孔可采用拼合的型芯 来成型，避免抽侧型芯。
6. 金属嵌件
模塑在模压件里的金属件称为金属嵌件。
作用：提高制品的强度、硬度、耐磨性、导电性等， 以满足使用要求；弥补因模压件结构、工艺性的不足 而带来的缺陷；提高制品尺寸的稳定性和制造精度、 降低材料消耗。
• 5.1 概述 • 5.2 压模结构与分类 • 5.3 压模结构设计 • 5.4 压模的强度计算 • 5.5 电加热装置及其功率计算 • 5.6 液压机
5.1 概述
• 模具作用 • 模压料工艺性与模具设计的关系 • 制品结构与模具设计的关系
现代模塑产品的举例： 汽车用品系列
家用产品系列
军工用品系列
在保证成型和使用条件下，要求有均匀的截面和 最小的壁厚，以得到快速、完全的固化。
在可能的条件下，常将厚的部分挖空，使壁厚尽 量均匀一致；若结构要求有不同壁厚时，其比例 不超过1：4。
热固性模压料制品的厚度一般控制在1～6mm， 最大不得超过13mm。热塑性模压料应尽可能控 制在2～4mm之间。
3. 加强筋
在两部位交接处的外角上采用圆弧过渡能进一步减 少应力的集中，如图所示。
圆弧过渡
5. 孔
常见的孔有通孔、盲孔、形状复杂的孔、螺纹孔等。 对于模压件上的各种孔，尽可能设置在最不易削弱模 压件强度的地方。在孔之间以及孔与边壁之间均应留 有足够距离，孔与边缘最小距离不应小于该孔的直径。 如图所示。
(a)错误的
容器边缘的增强
4. 圆角和边缘修饰
模压件除了使用上要求采用尖角或者由于不能成型 出圆角之处外，应尽可能采用圆角。
原因：
模压件的边缘和边角带有圆角，可以增加模压件某 部位或整个模压件的机械强度；使模压料在模具中 易流动；有利于模压件的顶出；使模具成型零 件加强并可排除模具成型零件热处理或使用时可能 产生的应力集中。
作用：在不增加整个制品厚度的条件下，增强制 品的刚度和强度，并可避免由于模压料固化收缩 产生的变形翘曲。
注：筋的每侧都应有1°斜度和3mm以上的过渡半径。
设计加强筋时，必须考虑加强筋的布置以减小因壁 厚不均而产生的内应力，或由于模压料局部集中而 产生缩孔、气泡。而且，加强筋底部的宽度应当比 它所附着的壁厚小。
脱模斜度
脱模斜度添加
总之，选取出模斜度既要考虑脱模方便，又要考 虑塑件尺寸的公差要求，在满足塑件尺寸公差要 求的前提下、出模斜度可以取得大些，这样有利 于脱模。
2. 壁厚(wall thickness)
模压件壁厚对其质量影响很大。模压件壁厚的最小尺 寸应满足如下要求：具有足够的使用刚度和强度；能 承受脱模机构的冲击和震动；装配时能承受紧固力。
5.1.2 模压料工艺性与模具设计的关系
影响制品收缩的因素有模压料性质、制品结构、模 具结构、模压工艺等方面。
模具结构对收缩量的影响： （1）截面的均匀性； （2）嵌件； （3）形状复杂性； （4）制件方向性
5.1.3 制品结构与模具设计的关系
1. 出模斜度（draft angle） 制品的内外表面沿脱模方向的倾斜角度。 作用：一定的拔模斜度既能保证制品顺利出模,又能起
2. 模具的主要要求
模具是模压成型的主要工艺装备，对模具的主要要求 是：
（1）能承受20—80MPa的高压； （2）能制造出形状、尺寸精度、表观物理与机械 性能等均能满足使用要求的模压制品；
（3）要求模具结构合理、制造容易，操作方便， 造价低廉。
3. 影响模压制品质量的两个重要因素
(1) 模压工艺制度
加强筋以设计得短一些多一些为好。加强筋之间 中心距离不应小于2b。加强筋的端面不应与支承 面相平，至少应低于支承面0.5mm，如图所示。
除了采用加强筋外，薄壳伏的模压件可作成球面或拱 曲面，这样可以有效地增加刚性和减少变形，如图所 示。
容器底和盖的增强
对于薄壁容器的边缘，可按如图所示设计来增加刚性 和减小变形。
5.1.1 模具的作用
1. 模压成型模具（简称压模）：
纤维增强热固性或热塑性模压 料装于加热的模具型腔或加料 室内，模具在液压机上闭合并 加压。型腔内模压料在温度和 压力作用下熔融并充满模具型 腔，进而发生聚合反应使之固 化成型，变成所需的模压制品。 这类模具称为压模。
热塑性材料模压成型动画演示
3.0
R
2.5
T
2.0
1.5
1.0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4
R/T 应力集中系数与圆角半径关系
从图可以看出，当内圆角半径小于厚度的1/4时应力集 中表现很明显，而当采用大于厚度的3/4半径时对进一 步减小应力集中效果并不明显。因此，理想的内圆角 半径应大于四分之一壁厚。
到侧向加压的作用。
出模斜度所取数值必须在制造公差范围内，而所取 斜度的方向，对轴来讲应保证大端斜度向小的方向 取， 对孔来讲应保证小端斜度向大的方向取。如 图所示。
脱模斜度
制件上所取斜度的大小与制品性质、收缩率大小、 制件的壁厚和几何形状有关，亦随制件的深度不同 而改变。型芯长度及型腔深度越大，斜度应适当缩 小，反之则大。一般最小斜度为15′ ，通常取1～ 1.5° 。
(2) 模具
模具型腔的形状、尺寸、表面光洁度、分型面及脱 模方式等对制品尺寸与形状精度、理化及机械性能、 表观质量等有重要的影响； 模具结构对操作难易程度、生产率影响很大； 模具对制品成本有相当的影响。
4. 模压成型模具设计应考虑因素和注意的问题
(1)复合材料的物理机械性能； (2)模压料的成型工艺性； (3)制品在成型后的收缩率及各向收缩率差异； (4)制品及模具形状应有利于物料充分流动、排气； (5)模具的结构及加热装置有利于对模压料进行快速、 高效、均匀、稳定的加热； (6)在满足使用要求前提下应尽量简化模具结构及制 造工艺。
(b)正确的
孔与边缘最小距离
模压件孔的成型，即模具（型芯）的设计如下： （1）通孔或不通孔(盲孔)成型时可直接完成。通孔成 型型芯也可以在中间对接。如图所示。
对接型芯成型孔
（2）太深的孔采用先成型一部分，另一部分由机械加 工完成。
（3）直径小(如d＜1.5mm)而深的孔，且中心距离要 求精度高的，应以钻孔为宜。
（4）对于斜孔或形状复杂的孔可采用拼合的型芯 来成型，避免抽侧型芯。
6. 金属嵌件
模塑在模压件里的金属件称为金属嵌件。
作用：提高制品的强度、硬度、耐磨性、导电性等， 以满足使用要求；弥补因模压件结构、工艺性的不足 而带来的缺陷；提高制品尺寸的稳定性和制造精度、 降低材料消耗。