环氧树脂应用于绝缘类零件的浇注模设计

环氧树脂作为电器材料具有介电性能、力学性能、粘接性能、耐腐蚀性能优越,固化收缩率和线膨胀系数小,尺寸稳定性好,工艺性好,综合性能极佳的优点。环氧树脂浇注是一门综合性技术,其中材料选择、配方设计、产品零件设计、模具制造技术、浇注工艺方法等都能给制件的质量产生很大的影响。目前高压电器对浇注绝缘产品的要求越来越高,因而必须系统地研究浇注技术才能得到符合要求的制件[1~3]。

现介绍一种用于生产环氧树脂绝缘拉杆类零件的立式浇注模,采用高压气体加压,增加制件的力学性能,为此类制件的生产提供一种经济、实用的方法。

2·制件工艺分析

制件如图1所示,浇注部分(剖面线处)为圆锥形状,形成1∶17.5的锥度,同时端部有明显的圆角存在。环氧树脂连接的两端嵌件有严格的位置度要求(同轴度0.03mm),所以可以利用制件的自然锥度来实现零件的脱模,可将分型面设置在零件局部的最大轮廓线上(即圆角R处)[4]。

3·模具设计

制件外观是否光滑、尺寸是否合格、力学性能及绝缘性能是否达标都将受限于模具结构、精度以及浇注工艺的合理性。模具结构如图2所示。

3.1分型面选择及收缩率确定

根据零件最大截面在端部,并且两端都有圆角的特点,决定采用双分型面、立式结构(开模方向与零件轴线一致),主要考虑了两方面的因素:①此处既不影响制件的外观,又便于去飞边;②有利于脱模。充分利用制件自身锥度的特点,采用立式结构使浇注和开模都在同一方向进行,便于零件的脱模。

3.2浇注系统

浇注系统如图3所示,作用就是将环氧树脂注入模腔。因为是重力浇注,为避免零件产生缺陷,浇注系统设计在型腔的顶部,经实验论证,此类零件在固化成型时约需型腔体积1/4的浇注材料才可满足补缩需要。

3.3定位及开模机构

从模具各个零件定位的可靠性、加工制造的工艺性及可操作性入手,模具中尽可能多地采用标准件(如螺钉、定位销等)定位,以缩短制造周期。各模板之间采用导柱、导套定位,螺钉轴向锁紧的方法,如图4所示。

开模机构采用以顶丝螺母副为主,斜面缺口为辅的方式,如图5所示,在开模时直接旋转顶丝,开模方便、可靠。为了提高模具型腔的密封效果,不使浇注料溢出,在型腔与模板之间嵌入了O形密封圈。

3.4支撑结构和冷却装置

因真空浇注的技术要点就是尽可能减少浇注制品中的气隙、气泡,所以为利用浇口部位补缩以消除浇注成型的缺陷,在模具下模板上增加了支脚,以确保浇口始终处于高点位置(倾斜约15°~20°),并开设了暗置水箱(即水箱直接开设在模板上),来延迟浇口部位浇注材料的固化速度,以达到更好的补缩效果。水箱采用暗置方式可避免在操作过程中将其碰伤,致使其漏水,降低冷却效果,同时在浇口顶部增加加压装置,如图6所示,在浇注固化20 min左右时接上0.8 MPa压力气体,使模具型腔受压,从而保证零件的致密性[5]。

4·模具材料及表面处理

模具主要采用人工操作,为便于搬运,材料选用LY12(材质较轻)。但因硬度偏低,对材料进行表面硬质阳极氧化处理,氧化层深50μm,表面硬度提高到400~500HV,也提高了模具的耐磨性和抗腐蚀性能。由于制件前后端嵌件均为淬火的钢质材料,模具中相应的定位零件采用钢件或铜件,降低了模具在使用过程中的磨损,延长了模具的使用寿命。

5·结束语

通过增加冷却水箱来延迟浇口部位的固化速度,消除制件内部的气孔缺陷;通过加压装置,保证制件内部组织的致密性,提高零件的强度。实践证明,零件抗弯强度达到13.4 MPa;拉伸强度达到104.3 MPa。