擠出模具技術(shù)

擠出模具技術(shù).txt假如你看到面前的陰影，別怕，那是由于你的背后有陽光！我允許你走進我的世界，但絕不允許你在我的世界里走來走去。擠出模具模塊化設(shè)計方法在塑料異型材擠出模具設(shè)計中的應(yīng)用（杰瑞模具股份有限公司·連云港，222023）張繼忠摘要：隨著計算機在設(shè)計領(lǐng)域的應(yīng)用，很多先進的設(shè)計方法和技術(shù)也隨之發(fā)展起來。本文探討了模塊化設(shè)計方法在塑料異型材擠出模具設(shè)計中的應(yīng)用，為提高擠出模具的設(shè)計質(zhì)量及效率提出了一種切實可行的技術(shù)方法，并在實際的設(shè)計工作中得到了較好的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：模塊化設(shè)計，擠出模具，塑料異型材0模塊化設(shè)計概述隨著計算機在設(shè)計領(lǐng)域，特別是在機械設(shè)計領(lǐng)域的應(yīng)用，為了更好地提高設(shè)計的質(zhì)量以及設(shè)計的效率,發(fā)展了很多先進的設(shè)計技術(shù)方法，如并行設(shè)計、系統(tǒng)設(shè)計、功能設(shè)計、模塊化設(shè)計、反求工程技術(shù)等等。模塊化設(shè)計方法是眾多先進設(shè)計技術(shù)方法中的一種，模塊化設(shè)計與產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化密切相關(guān)，這三者結(jié)合在一起作為評估產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)劣的重要指標(biāo)。本世紀(jì)50年代，歐美一些國家正式提出“模塊化設(shè)計”的概念，把模塊化設(shè)計技術(shù)提到理論的高度來研究。模塊化設(shè)計是一種設(shè)計方法，是指在對產(chǎn)品進行市場預(yù)測、功能分析的基礎(chǔ)上，劃分并設(shè)計出一系列通用的功能模塊；根據(jù)用戶的規(guī)定，這些模塊進行選擇和組合，就可以構(gòu)成不同功能、或功能相同但性能不同、規(guī)格不同的產(chǎn)品[1]。模塊化系統(tǒng)功能、模塊類型結(jié)構(gòu)如圖1所示。應(yīng)用模塊化設(shè)計技術(shù)方法是一個系統(tǒng)工程，一個完善的模塊化設(shè)計系統(tǒng)需要進行以下一些工作：(1)市場調(diào)查與分析；(2)進行產(chǎn)品功能分析，擬定產(chǎn)品系列型號；(3)擬定參數(shù)范圍和主參數(shù)；(4)擬定模塊化設(shè)計類型，劃分模塊；(5)模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計，形成模塊庫；(6)編寫技術(shù)文獻。自從二十世紀(jì)五十年代塑料異型材擠出技術(shù)在歐洲出現(xiàn)，并得到了較快的發(fā)展，在中國也有了十幾年的發(fā)展。由于用于門窗的塑料異型材系列的可定性(如歐式窗的平開系列、推拉系列等)，以及規(guī)格的可數(shù)性，特別是型材的功能區(qū)的可通用性，為模塊化設(shè)計方法在異型材擠出模具設(shè)計方面的應(yīng)用提供了也許性及可行性。1擠出模具模塊化設(shè)計的前提由于塑料異型材市場競爭的劇烈，型材品種的增多，客觀上對擠出模具也提出了更高的規(guī)定，特別是對模具提出了更短交貨期，這就規(guī)定模具設(shè)計環(huán)節(jié)在保證設(shè)計質(zhì)量的前提下提高設(shè)計效率。但由于異型材擠出模具的理論研究還很不完善，經(jīng)驗的總結(jié)和積累在型材擠出模具的設(shè)計中顯得特別重要，這就規(guī)定對于相同的型材其擠出模具的設(shè)計思緒也要相同，這樣才有助于經(jīng)驗的總結(jié)和積累。而模塊化設(shè)計就是對型材擠出模具相同的功能結(jié)構(gòu)采用相同設(shè)計思緒的一個很好的方法。目前在我國歐式型材門窗系統(tǒng)占有絕對的市場優(yōu)勢，而美式型材門窗雖然也有使用，但所占市場份額較小，并且由于美式型材品種繁多，很難進行標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，就無法將模塊化設(shè)計方法應(yīng)用于美式型材擠出模具的設(shè)計方面。本文重要討論模塊化設(shè)計方法在歐式型材擠出模具設(shè)計方面的應(yīng)用。塑料異型材模具塊設(shè)計的前提是異型材斷面的標(biāo)準(zhǔn)化與系列化，但在中國由于還沒有一個異型材斷面的國家標(biāo)準(zhǔn)，因此給型材斷面的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化帶來了一定的難度。但對于不同的異型材仍可以發(fā)現(xiàn)它們的一些相同之處。歐式型材按所組裝的窗型可分為平開窗、推拉窗兩大系列，平開窗系列中又可分為58、60等系列，推拉窗系列又可分為60、80、88等系列。對于平開窗系列的異型材其局部功能尺寸，如膠條口、壓條口、排水槽等結(jié)構(gòu)形式較少，通用性較強(圖2)；而對于推拉系列其下部的爪部結(jié)構(gòu)形式也較少，通用性較強(圖3)。在對異型材進行擠出模具設(shè)計時，對這些局部功能區(qū)可以很方便地進行標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，這就使得模塊化設(shè)計方法在擠出模具設(shè)計中的應(yīng)用成為也許。2擠出模具模塊化設(shè)計的方法及環(huán)節(jié)由于塑料異型材的系列化，用于生產(chǎn)塑料異型材的擠出模具也就隨之系列化。但是塑料異型材具體斷面形式的千變?nèi)f化，考慮到型材系列的局部功能區(qū)的可通用性，可以對這些局部功能區(qū)的擠出模具設(shè)計應(yīng)用模塊化設(shè)計方法。也就是在進行擠出模具設(shè)計的時候，將局部功能區(qū)進行標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，應(yīng)用模塊化設(shè)計方法。針對異型材擠出模具其模塊化設(shè)計系統(tǒng)的建立重要集中在以下三個方面的工作：2.1擬定擠出模具模塊化設(shè)計類型，劃分單元模塊平開窗系統(tǒng)中同一系列(如58系列、60系列等)型材中平開扇、平開框、內(nèi)開扇、外開扇等的膠條口、排水槽、壓條口具有相同的結(jié)構(gòu)形式(圖4)，在模具設(shè)計時對以上四種型材的具有相同結(jié)構(gòu)的部位就可以采用相同的分型方式、尺寸放量、水路設(shè)計、真空系統(tǒng)的設(shè)計等，這樣就可以將這些結(jié)構(gòu)劃分為同一單元模塊，以利于模塊化設(shè)計方法的應(yīng)用。推拉窗系統(tǒng)中推拉框局部的拼接爪部結(jié)構(gòu)(圖3)在進行擠出模設(shè)計時也可以劃分為同一單元模塊，以便實行模塊化設(shè)計方法。在以上兩種窗型系統(tǒng)中作為輔型材的壓條，由于用量較大，在模具設(shè)計時通常采用雙腔結(jié)構(gòu)，其膠條口、與主型材拼接的爪部結(jié)構(gòu)形式較少，通用性較強，因此對此結(jié)構(gòu)可以劃分為同一單元模塊，在模具設(shè)計時采用模塊化設(shè)計方法。在擬定了模塊化設(shè)計系統(tǒng)的單元模塊后，要對這些單元模塊進行命名，以便于建立單元模塊庫以及編寫相關(guān)的技術(shù)文獻。2.2進行擠出模具單元模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計，形成單元模塊庫在對平開窗系列以及推拉窗系列型材擠出模具相同局部結(jié)構(gòu)劃分單元模塊后，就要對這些模塊進行功能結(jié)構(gòu)設(shè)計。在具體設(shè)計時，對這些單元模塊進行分型方案、成型型腔尺寸、冷卻水路、真空系統(tǒng)以及結(jié)構(gòu)方面的設(shè)計，并對這些單元模塊進行命名。在對單元模塊命名時要考慮其標(biāo)準(zhǔn)性、可辨認性，方便設(shè)計人員對這些單元模塊進行調(diào)用，以利于提高設(shè)計質(zhì)量和設(shè)計效率。2.3編寫技術(shù)文獻，完畢模塊化設(shè)計系統(tǒng)的建立在完畢了以上兩方面的工作之后，還要編寫相關(guān)技術(shù)文獻才干構(gòu)成一個較為完整的模塊化設(shè)計系統(tǒng)。技術(shù)文獻應(yīng)當(dāng)涉及模塊化設(shè)計方法的宗旨、模塊單元劃分的原則、模塊單元的命名規(guī)則、模塊單元在具體設(shè)計時的調(diào)用方法等等。由于采用模塊化設(shè)計方法的最終目的是要提高擠出模具設(shè)計的質(zhì)量，因此模塊化設(shè)計系通訊錄并不是一個封閉的系統(tǒng)，而是一個開放的系統(tǒng)。對于已經(jīng)完畢的模塊單元設(shè)計要進行跟蹤和總結(jié)，并進行階段性的改善與更新，只有這樣才干不斷完善設(shè)計，提高設(shè)計質(zhì)量，使設(shè)計質(zhì)量有一個質(zhì)的進步。3應(yīng)用模塊化設(shè)計擠出模具實例下面通過定型模設(shè)計的實例來說明模塊化設(shè)計方法在異型材擠出模具設(shè)計中的具體應(yīng)用。這個例子以平開窗系統(tǒng)中的平開扇、平開框、內(nèi)開扇、外開扇型材的擠出模具設(shè)計為例，這四種型材的膠條口、壓條口、排水槽結(jié)構(gòu)形式是相同的(圖4)，由于擠出模具分型的因素，對這些結(jié)構(gòu)劃分為兩個單元模塊，并對這兩個單元模塊進行模具設(shè)計，并進行命名(圖5)。這些單元模塊建立后，在實際的擠出模具設(shè)計中，在對有相同功能結(jié)構(gòu)的型材進行模具設(shè)計時就可以直接調(diào)用這些單元模塊，而無需重新設(shè)計，節(jié)省了模具設(shè)計的時間，提高了設(shè)計效率。同時可以保證相同的結(jié)構(gòu)具有相同的設(shè)計思緒，便于在最終的模具調(diào)試過程中總結(jié)經(jīng)驗改善設(shè)計，不斷提高模具設(shè)計的水平。當(dāng)然，擠出模具的定型模可以采用模塊化設(shè)計方法，口模的設(shè)計也可以采用模塊化設(shè)計方法，具體實行環(huán)節(jié)可以參照定型模的模塊化設(shè)計方法進行。4結(jié)論隨著計算機在擠出模具設(shè)計領(lǐng)域的應(yīng)用及普及，傳統(tǒng)的設(shè)計方法已經(jīng)很難適應(yīng)競爭日益劇烈的市場，需要尋找一種更先進的設(shè)計技術(shù)方法。模塊化設(shè)計作為一種先進的設(shè)計技術(shù)方法在擠出模具設(shè)計方面的應(yīng)用，不僅提高了擠出模具設(shè)計的效率，對于擠出模具及時總結(jié)經(jīng)驗、改善設(shè)計、提高設(shè)計質(zhì)量發(fā)揮了極大的作用，同時可以減少反復(fù)活動，運用更多時間進行發(fā)明性的工作。以塑鋼門窗和塑料管材為代表的建材以自身所具有的節(jié)能保溫質(zhì)感明快、安裝輕便，代木代鋼等優(yōu)勢，崛起于化學(xué)建材領(lǐng)域，屬國家保護產(chǎn)業(yè)，也是一個朝陽產(chǎn)業(yè)，當(dāng)前正以年增長300％的燎原之勢占領(lǐng)市場。無論是縱觀塑料建材以往、現(xiàn)在的產(chǎn)品狀況和生產(chǎn)工藝，還是展望未來的發(fā)展趨勢，其制品形狀大多是不規(guī)則的異型形狀，且大多是用擠出成型的工藝，這就決定了它必須使用塑料異型材擠出成型模具。隨著塑料制品的推廣、普及市場，競爭決定了其制品在功能、外觀、生產(chǎn)效率等方面需經(jīng)常不斷地進行更新?lián)Q代，而其每一點變更都離不開模具的更新?lián)Q代，這就為塑料異型材擠出模具創(chuàng)業(yè)提供了廣闊的發(fā)展前景和潛力。近期又開發(fā)了一種新型塑料異型材高性能（高速）擠出成型模具，它分別在擠出定型的冷卻水道和擠出模頭的流道方面進行了全新的改變，使塑料制品在高性能的基礎(chǔ)上進行高速的擠出成型生產(chǎn)。這種專利技術(shù)的重要特性是：1、定型模冷卻水道與型腔外形的橫截面呈平行的閉合狀，冷卻水道與型腔的縱截面呈螺旋狀布置，從而大大提高了定型模的冷卻效率，大大提高了定型模型腔冷卻的均勻性；同時由于其型腔可采用一次整體加工而成，因而提高了型腔精度，減少了制導(dǎo)致本。2、擠出模頭的流道增設(shè)了儲料池，使之聚物熔料在儲料池內(nèi)被充足混合、剪切、塑化，并使高聚物熔料在模頭內(nèi)得到兩次定型，這樣在其離開模頭進入定型模之前熔料內(nèi)的大多分子得到充足的松弛，形變應(yīng)力控制在最低狀態(tài)，從而在通過冷卻定型系統(tǒng)后制品內(nèi)的殘余應(yīng)力基體消除，有助于改善制品的物理力學(xué)性能和外觀質(zhì)量，達成高性能（高速）擠出成型的目的。通過對高速擠出模具的設(shè)計、生產(chǎn)、調(diào)試等實踐積累、總結(jié)和對進口高速模的消化吸取，比較具體地介紹了高速擠出模具的設(shè)計要點和設(shè)計原理，并簡要介紹了進口高速擠出模具的部分優(yōu)點關(guān)鍵詞:擠出模具機頭定型模關(guān)于UPVC型材高速擠出模具，涉及本公司在內(nèi)的國內(nèi)幾家較大的模具制造商以及幾所大學(xué)這幾年已投入了很大的人力和財力進行探索和研制，已取得了一些成果。由于各個模具制造商由于市場競爭的緣故，技術(shù)上相對保密已是不爭的事實，并且各家的技術(shù)成份中含經(jīng)驗性的東西較多，因此差異性也顯而易見。有不少文獻資料上講述了高速擠出模具的設(shè)計，從這些資料上可以看出有些技術(shù)參數(shù)是公認的，有些技術(shù)參數(shù)各執(zhí)一詞，本文談?wù)勎覀兊脑O(shè)計和進口模具的一些優(yōu)點。目前德國、奧地利兩國主型材擠出速度有的高達7米/分，甚至更高。雙腔模具，主型材擠出速度可達2×5米/分。輔型材的多腔擠出速度更高，代表了當(dāng)今的國際先進水平。而國內(nèi)的型材擠出速度遠遠未到這種水平，有部分型材擠出速度能達成3米/分，已是很不錯了。99年本公司給青路公司生產(chǎn)的推拉扇單腔模具，正常生產(chǎn)速度可達3.6米/分，也只是國外一模雙腔主型材模具在國內(nèi)生產(chǎn)的擠出速度，因此，差距是很明顯的。要想趕上國際先進水平，必須靠行業(yè)內(nèi)外科技人員的不懈努力。高速擠出機頭設(shè)計要保證流道中的料流穩(wěn)定流動，這一點很重要，所以機頭幾個要素必須圍繞這個"穩(wěn)"字來做文章。高速擠出機頭的流道一般為各自獨立流道，面與面、特別是勾槽、內(nèi)筋與面更是必須用0.5～1.0mm厚的分隔筋隔開，這種分隔不僅使料流在流道中互不竄位，有助于減少料流的界面應(yīng)力，對提高擠出成型速度有益，并且修模方便，生產(chǎn)出來的型材斷面各處分明悅目，沒有"東扯西拉"的感覺。高速擠出機頭的口模尺寸放大率有趨小之勢，一般在5%以下，近期所見進口模具，口模尺寸放大率一般在1%～3%之間。相對以前的低速模具，高速擠出機頭的口模尺寸放大率趨小，這一點已得到大多數(shù)同行的認可，并已在實際中應(yīng)用。理由是：在擠出成型中有一種內(nèi)部形變（殘留應(yīng)力）是由拉伸作用引起的。機頭口模尺寸放大率較小，所擠出型坯通過較小的拉伸就定型成為產(chǎn)品，型材殘留應(yīng)力小，有助于型材的成型和性能的提高。反之，口模尺寸放大率較大的話，型坯更容易貼緊定型模型腔，但型坯通過較大的拉伸定型成為產(chǎn)品，型材的縱向拉伸強度有所提高，橫向上有所減少，而殘存的內(nèi)應(yīng)力較大，低溫落錘沖擊強度等指標(biāo)受到較大的影響。機頭的壓縮比在保證制品密實等前提下比以前的普通模具略小，一般在2.5～4之間。高速擠出模具內(nèi)，物料在模頭定型區(qū)消耗的壓力降較大，因此模頭的壓縮比應(yīng)相應(yīng)減小。機頭壓力過大，擠出量減小，擠出量減小何談高產(chǎn)，何談高速擠出；機頭壓力過大，有部分模具因此會使物料發(fā)黃，物料的離模膨脹更大；由于高速擠出機頭口模尺寸放大率減小，定型模與機頭靠得很近，熔融物料離開口模立即就進入定型模進行強冷和高真空定型，分子鏈未來得及充足松馳就已被強制定型了，殘留應(yīng)力大。所以較小的壓縮比有助于高速擠出的實現(xiàn)口模平直段過長，機頭壓力過大，擠出效率減少，不利于高速擠出的實現(xiàn)，所以大家一般認為高速擠出機頭的平直段為低速模具口模平直段的0.9倍。事實上同一個機頭等間隙各面的口模平直段不盡相等，這是由于，由于分流錐和支架分布導(dǎo)致壓力不均衡，料流不一致，為了保證料流出口模時流速一致，一般料流相差不多的情況下，修了匯流（壓縮）部分，致使同一機頭等間隙各面的口模平直段不盡相等。實踐表白同一機頭等間隙各面的口模平直段相差較大時，高速擠出時若料流出口模速度一致，低速擠出時就不一定一致，反之亦然。因此，制作和修模時一定要注意這一點。至于口模平直段的長短，在大約30倍于口模間隙這一數(shù)據(jù)時，筆者認為還要與機頭壓縮比聯(lián)系起來考慮?，F(xiàn)在的型材生產(chǎn)線上熔體壓力顯示、扭矩顯示為機頭的壓縮比和口模平直段設(shè)計提供了一些有益的幫助。高速擠出機頭支架板流道的長度比低速擠出機頭的要長。這是由于支架板除了起支撐分流錐和型芯外，尚有一個作用是給匯流與口模部分連續(xù)不斷地供料，支架板流道長，料流流動平穩(wěn)，給匯流與口模部分供料更穩(wěn)定，這一點很重要，也得了大家的認同。高速擠出機頭進料部位要平緩過渡，不能讓料流忽然產(chǎn)生較大的壓力降，這樣才會給支架板型腔流道提供比較穩(wěn)定的料流，有助于高速擠出。高速擠出機頭的擴張角和壓縮角比低速模具要小，這也是保證料流壓力降不致太大，也是體現(xiàn)設(shè)計的一個"穩(wěn)"字高速機頭的體積比低速機頭的要大些公司的機頭支架板流道設(shè)計與國內(nèi)模具相比有些不同，他們有部分機頭支架流道外形與口模外形的仿形不那么"逼真"。Greiner公司在高速擠出機頭的唇模板料流出口周邊銑槽或打孔，裝上電阻絲加熱，以提高型材表面光潔度二、定型模的設(shè)計高速擠出定型?？傞L度比低速定型?？傞L度要長得多，它由較短的干定型和很長的濕定型組成。Greiner公司的高速擠出定型模主型材干定型由二至四段235mm長定型模組成，小型材由一至二段235mm長定型模組成，濕定型由二至六米的強力渦流水箱組成，采用中國原料雙腔擠出主型材的速度可達3.5米/分，在技術(shù)上已無問題。輔型材一模雙腔擠出速度可達5米/分。1、定型模型腔尺寸放大率隨著擠出速度的提高由小到大，低速模具定型模型腔尺寸放大率在5‰～10‰之間，而高速模具在8‰～12‰之間，并且規(guī)定更準(zhǔn)確。對于相同尺寸的部位，有溝槽牽制收縮定型的部位和無溝槽牽制自由收縮定型的部位放大率不同，對溝槽部位功能尺寸要強制定型，準(zhǔn)確把握，并且通過時不能有太大的磨擦阻力。2、型材定型過程中變形的防范與設(shè)計補償措施規(guī)定嚴密、準(zhǔn)確，而這種嚴密、準(zhǔn)確來自實踐的積累、總結(jié)。譬如反向圓弧與速度、尺寸大小、型材結(jié)構(gòu)位置的關(guān)系，反向圓弧的大小、圓心位置的擬定，圓弧與直線根據(jù)實際情況的銜接。再如多階梯轉(zhuǎn)折部分的變形補償設(shè)計，型材的直角，在定型模中設(shè)計成銳角或鈍角。又如有些冷卻不好、容易下塌的部位，特別是有內(nèi)筋相連的這種部位，除了正常放大外，還要預(yù)放變形、收縮尺寸量，例如三軌推拉框中間軌道的設(shè)計、推拉扇裝滑輪處的設(shè)計。3、冷卻水道的設(shè)立。Greiner公司制作的高速擠出定型模冷卻水道統(tǒng)進單出，模具外觀看起來簡潔、美觀、實用。當(dāng)然這種水道的外給水壓要達成一定值，否則達不到應(yīng)有的效果。定型模的許多細微部分都設(shè)有冷卻水孔，如密封條槽、毛條槽、排水槽、裝壓條槽等處都通有φ1.5mm左右的單獨水孔（不一定全程都通），這對加強和平衡型材的冷卻起到了很大的作用，這些細微部位的有效冷卻對提高模具擠出速度非常明顯。筆者就此問題曾用推拉扇中梃在進口生產(chǎn)線上做過實驗，中梃有兩個裝壓條槽、兩個密封條槽，若此四個部位通水冷卻，在水溫13±2℃，水壓0.5Mpa的條件下（干定型兩段共長900mm，渦流水箱長3m），擠出速度可從2米/分提高到3.7米/分以上。冷卻的速率對高速擠出固然很重要，但冷卻的平衡也同樣不容忽視，特別是在干定型中，較快的冷卻速率而冷卻不平衡是難以實現(xiàn)高速擠出的，所以設(shè)計定型模時要仔細地分析計算熱量的傳遞和傳遞速率，使型材外表各部位冷卻盡量均勻，殘留應(yīng)力小、不變形、不彎曲4、高速擠出定型模真空的設(shè)計也很特別，距定型模入口10mm左右型坯就受到真空吸附，貼緊定型模。Grreiner公司最新高速擠出模具干定型入口倒成圓弧，距入口5mm左右就設(shè)有氣槽，氣槽排列較密。由于高速模具干定型長度的減短和擠出速度的提高，型材在干定型中停滯的時間短，所以干定型中氣槽設(shè)計較密較多，相對增長吸附限度。排在干定型中間的一至二段定型模只有容易下塌和變形（或防止變形）的部位設(shè)有氣槽吸附，而其它部位無氣槽吸附，靠干定型各段之間密封的真空吸附。溝槽單層部位只有單面吸附，Greiner公司的定型模許多細微部位真空孔道的設(shè)計制作非常機靈、精致、令人嘆為觀止真空度的大小，特別是干定型中第一段的真空度，正常生產(chǎn)時要盡也許達成0.07Mpa以上5、渦流水箱和支撐板的設(shè)計。渦流水箱真空度大小可調(diào)、密封嚴實，水流通暢有力，型材所有外表面直接與水接觸，由于強有力的渦流，冷卻速度快，熱互換好，冷卻均勻，型材冷卻定型的效果很好。Greiner公司的渦流水箱底部用不銹鋼板析彎而成，支撐板下導(dǎo)流件使用塑料注塑件，表面光滑、導(dǎo)流角度合理，在真空的作用下，水流流動通暢、翻騰更勁，冷卻效果非常之好。渦流水箱長度3～8米不等，視具體型材結(jié)構(gòu)擬定高速擠出中，由于干定型長度的減短，支撐板對型材尺寸和外形的定型愈顯得重要，支撐板的數(shù)量成倍增長，排列前密后疏。支撐板型腔面與型材并不是所有的面都有摩擦接觸，若說干定型是一種"成型"，那么濕定型是一種在支撐板作用下防止變形的"定型"，所以支撐板型腔尺寸的設(shè)計與干定型型腔尺寸有很大的不同，該"支撐"的部位必須支撐，不該摩擦接觸的地方就不能讓其接觸產(chǎn)生阻力，使型材產(chǎn)生不良的受力變形，所謂該與不該應(yīng)對各型材在支撐板中的具體狀態(tài)進行系統(tǒng)的受力變形分析?？傊?，高速擠出模具設(shè)計是一次質(zhì)與量的奔騰，是在并不多的"理論"指導(dǎo)下實踐積累的升華。高速擠出是一個系統(tǒng)工程，高速模具是其中的一部分，實現(xiàn)高速擠出，整個系統(tǒng)必須建立一個良好的技術(shù)平臺，要靠系統(tǒng)內(nèi)各要素的提高才得以實現(xiàn)擠出模具HDPE管材擠出模頭可以采用支架式模頭、篩板式模頭、螺旋式模頭等。在選擇模具時，考慮熔體流經(jīng)的整個區(qū)域應(yīng)避免發(fā)生掛料現(xiàn)象流速不等，以及流速減慢而導(dǎo)致停留時間過長，若熔體在高溫下停留時間過長，熔體發(fā)生氧化而降解引起性能下降，降解以后樹脂也許發(fā)生周期性斷裂，形成管材表面缺陷。對于大口徑的厚壁管材采用支架式模頭是不適宜的，通過支架以后的熔體往往由于各種因素在匯合時不能緊密融合在一起，使接縫處強度減弱，故一般推薦使用篩板式模頭或螺旋式模頭。設(shè)計的HDPE管材模頭為篩板式模頭，（又稱為籃式模頭），熔體在該模頭流經(jīng)時，一方面由軸向流動通過流籃至徑向流動，然后又變成軸向流動，二次改變?nèi)垠w流動方向使熔體混合更加均勻，流動更加穩(wěn)定。熔體通過篩籃時徑向面積較大，其模腔壓力明顯低于其它結(jié)構(gòu)的模頭，使熔體溫度較低，提高擠出量成為也許。模芯采用內(nèi)加墊方法，使厚壁管材擠出時，熔體溫度更加一致。定徑規(guī)定HDPE是高結(jié)晶性聚合物，成型收縮為2%～4%，熔融管坯從模頭擠出以后通過定徑筒，在冷卻過程中應(yīng)精確控制好定徑筒的尺寸，它既可采用真空定徑法又可采用內(nèi)壓定徑法，這兩種方法均規(guī)定熔融管坯通過定徑筒以后，迅速冷卻定徑，以保證管材精確的外徑和橢圓度規(guī)定。特別是對于大口徑厚壁管材，厚壁管坯由于自重而易下塌導(dǎo)致壁厚不均勻，以及散熱困難，外徑難以控制。因此，冷卻定徑顯得十分重要。真空定徑法一般是將6cm或cm長的真空定徑水箱提成幾個真空冷卻室，以滿足幾個冷卻階段對真空度的不同規(guī)定。在第一真空室外裝有定徑筒，其真空度就調(diào)節(jié)到擠出管坯貼吸到定徑筒上，各個真空室的真空度可任意控制，以適應(yīng)不同冷卻階段對管徑的規(guī)定，這樣，也便于PE管材的生產(chǎn)，提高成品率。為了克服擠出管坯與定徑筒間的磨擦阻力和熔體粘附在定徑筒上，保證管材表面外觀良好。定徑筒前端采用水環(huán)冷卻和水膜式冷卻潤滑的結(jié)構(gòu)，將水流當(dāng)潤滑介質(zhì)，保證了在一定長度的定徑筒內(nèi)管材得到均勻的冷卻與潤滑，同時在箱體內(nèi)加裝幾道定徑環(huán)，以填補修復(fù)管材的橢圓度。大口徑厚壁的HDPE管材迅速均勻冷卻是困難的，雖然通過真空冷卻定徑以后，管材表面已冷卻固化，但管材仍處在熔融狀態(tài)，熔融熱量迅速至管材表面，尚未固化的熔融內(nèi)層極易在管材的自重下下垂，導(dǎo)致管材壁厚的不均勻和較大的橢圓度。冷卻水箱采用噴淋式冷卻系統(tǒng)，保持低而恒定的進水溫度和較高的水壓，使水呈霧狀迅速噴淋至管材四周，均勻帶走熱量。定徑控制重要取決于擠出速度和冷卻能力之間的平衡，若水溫經(jīng)常變化，規(guī)定操作者不斷高速操作，這是難以保證穩(wěn)定的高質(zhì)量的生產(chǎn)，因此，恒定的冷卻水溫度顯得十分重要。就冷卻水箱而言，為保持穩(wěn)定生產(chǎn)，冷卻水量及水溫的自動控制是必須的。牽引與切割HDPE擠出生產(chǎn)線通過強制牽引來克服管材通過定徑筒與各冷卻水箱的密封墊所產(chǎn)生的磨擦力，牽引速度的穩(wěn)定性決定了管材的壁厚均勻性。PE管材牽引機采用履帶、三履帶、多履帶的牽引。牽引速度是無級變速、并通過PLC程序與主機實現(xiàn)同步調(diào)速，同時具有自動增厚裝置，使每根管材的兩個端面壁厚比中間壁厚稍厚，保證管材的聯(lián)接處的強度規(guī)定。擠出機HDPE在擠出機料筒內(nèi)熔融塑化，通過模頭成型管坯。規(guī)定擠出機能快速而充足地將樹脂熔融。熔體溫度要盡也許均勻，方可保證熔體流量的恒定，平衡流動的熔體通過模頭把樹脂分散，形成沿圓周方向均勻的、在整個長度方向上壁厚一致的管材，為此擠出機的螺桿長徑比規(guī)定在24:1以上，最具代表性的長徑比為30:1甚至33:1。擠出機的驅(qū)動功率要大：減速箱采用高扭矩，低噪音；擠出料筒采用開槽強制加料輸送系統(tǒng)，使其在優(yōu)化生產(chǎn)率下有較大的可調(diào)性，保證了管材的均勻性。穩(wěn)定可靠的電氣控制和精確的機筒加熱冷卻控制精度是保證HDPE熔體均勻的關(guān)鍵。螺桿是擠出機的心臟，各種類型的螺桿都可合用于PE管材的擠出，但要得到產(chǎn)量高、熔體均勻并且擠出穩(wěn)定的螺桿，其設(shè)計上必須使螺桿混煉效果好，避免過高的剪切使聚合物剪切損傷或熔融過熱而減少樹脂的性能。設(shè)計生產(chǎn)的螺桿采用屏障式螺棱、帶混煉頭的雙級螺桿，該螺桿具有物料輸送能力強、混煉效果好、熔體均勻、擠出穩(wěn)定的特點。自動換網(wǎng)裝置用于過濾、細化已塑化的熔融物，可進一步提高管材性能。HDPE管材擠出生產(chǎn)線所配置的擠出機見表1。型號產(chǎn)量/kg/hr電機功率/kw螺桿長徑比（L/D）適宜管徑范圍/mmJWS65/33120~2504533ф20~ф75JWS90/33220~3409033ф50~ф160JWS120/33420~68016033ф160~ф400JWS150/30550~98025030ф200~ф500JWS180/30800~140035530ф25~ф710模具結(jié)構(gòu)：模頭+干式定型模+強冷渦流式水箱模頭流道采用長流道流線型設(shè)計，保證熔體擠出順利，提供極佳的二次塑化。采用優(yōu)質(zhì)的2Cr13不銹鋼，經(jīng)嚴格把關(guān)的熱解決工藝，零件表面硬度可達HRC28-32。模頭與型芯所有采用專用慢走絲切割加工，可獲得極佳的表面質(zhì)量。使用先進的擠壓珩磨機拋光（磨料流拋光AFM），表面Ra值達成鏡面光潔度。定型模采用集中供水、單獨出水結(jié)構(gòu)。干式定型段之間有密封條密封，形成一個全密封的冷卻定型系統(tǒng)。密閉式真空渦流水箱，內(nèi)置8-14支浮動定型塊。一模雙腔主型材的口模設(shè)計及問題分析一模雙腔主型材的口模設(shè)計及問題分析塑料門窗自上世紀(jì)五十年代問世以來，因其優(yōu)良的性能價格比逐步被人們所重視，在許多歐美國家的市場占有率已超過50％。隨著塑料擠出行業(yè)的不斷發(fā)展，在高質(zhì)量的前提下對擠出型材的高產(chǎn)量規(guī)定已成為目前所追求的重要目的。提高產(chǎn)量的一種方法是開發(fā)高速擠出模具，在擠出機輔機的牽引性能不能滿足其高速擠出的時候，采用的另一個重要途徑就是一模多腔擠出技術(shù)。目前國內(nèi)許多模具生產(chǎn)廠家都已注意到一模三腔主型材模具潛在的市場價值，積極推出自己的雙腔模具。作為重點開發(fā)項目，我有機會參與對60平開框雙腔口模的設(shè)計。由于以往只是聽說國外有雙腔主型材模具，不曾真正見到過，對其口模的結(jié)構(gòu)設(shè)計存在一定難度。我在設(shè)計時是遵循單腔模具的設(shè)計步聚，再結(jié)合雙腔模具結(jié)構(gòu)的特殊性逐步進行的。1口模的設(shè)計1.1口模放大率的擬定在熔融硬PVC擠出成型過程中，物料在模頭里受壓縮、拉伸等作用產(chǎn)生彈性形變，當(dāng)它離開口模時產(chǎn)生彈性回復(fù)（即巴拉斯效應(yīng)）；同時由于型材牽引速度大于口模出料速度（使分子鏈定向排列），在冷卻過程中會產(chǎn)生一定的收縮使型材外形尺寸變小，因此在口模設(shè)計時需適當(dāng)放大外形尺寸并減小壁厚。通常硬PVC擠出口模放大率取1％～6％，口模間隙與型材壁厚比取0.8～0.95。由于模具規(guī)定按高速設(shè)計，根據(jù)聚合物流變實驗可知，在口模長徑比一定的情況下，離模膨脹比隨剪切速率的增大而增長，線性放大系數(shù)隨離模膨脹比增大而減小，因此當(dāng)速度增大時，口模尺寸放大系數(shù)趨向減小。據(jù)此本套模具的放大系數(shù)取偏小值3％，間隙比取0.9。型材壁厚2.3mm，口模間隙應(yīng)為0.9×2.3≈2.1mm。1.2口模定型段長度的擬定為了有效消除熔接痕、穩(wěn)定型材外形尺寸，一般對口模取較大的壓縮比和較長的定型（即平直段）長度，定型長度L定＝20h～80h(h為口模間隙)。由非牛頓流體流道定型段長度計算公式可知，在保證一定的成型壓力降的情況下，速度增長定型段長度趨于減少，本套模具取L定＝35h=35×2.1≈5mm。為保證口模各處流速均勻一致，按非牛頓型假塑性熔體流動規(guī)律有(6Q)/(Wh2)=k((△ph)/(2L)m)公式(1)而熔體流速u=(Q/Wh)公式(2)其中：Q為熔體流量△P為熔體在口模中的壓力降W為窄縫流道的寬度h為窄縫流道的間隙L為口模定型段長度K為稠度系數(shù)M為流動指數(shù)由公式（1）和（2），當(dāng)m取2時得L1/L2=(h1/h2)(3/2)公式(3)根據(jù)公式（3），要達成口模不同間隙處出料的一致性，間隙小的地方定型段長度應(yīng)減小。本套模具內(nèi)筋為1.2mm，設(shè)計內(nèi)間隙1.2mm，其定型段長度參考計算結(jié)果并結(jié)合單腔模具的設(shè)計經(jīng)驗，本套模具內(nèi)間隙的定型段長度取20mm。L1.2=(1.2/2.1)1.5L2.1≈0.43L2.1≈30mm1.3口模過渡段的擬定為保證擠出型材的密度，一般過渡段的壓縮比取2～7，因高速擠出的熔體在口模定型段消耗的壓力降較大，所以壓縮比要減小。本套模具取Z5，可得過渡段放大尺寸為2.5×2.1≈5.5mm。為避免熔體在口模中產(chǎn)生過大的壓力損耗，壓縮角常控制在25°～50°。本套模具的過渡段長度取20mm，經(jīng)計算其壓縮