提高塑料異型材擠出模具的穩(wěn)定性

擠出模具在異型材穩(wěn)定擠出中的作用

塑料異型材的穩(wěn)定擠出生產(chǎn)涉及，包括原料混配、機組動力和真空水冷在內(nèi)的一個大的擠出系統(tǒng)。對于這樣一個大的擠出系統(tǒng)要求其絕對穩(wěn)定是很困難的，亦是很不經(jīng)濟的。而工藝的波動則是不可避免的。因此，要能穩(wěn)定地生產(chǎn)出嚴格質(zhì)量要求的異型材產(chǎn)品，就必須要求擠出模具有一個盡可能寬的工藝適應(yīng)范圍，也就是所謂的模具“工作窗”要大。

所以，對擠出模具要進行穩(wěn)定性設(shè)計(即對工藝波動適應(yīng)性的設(shè)計)，應(yīng)該有擠出模具穩(wěn)定性指標(biāo)(即所適應(yīng)的工藝范圍的界定和在所界定范圍內(nèi)可靠性的指標(biāo))。

另外，需要強調(diào)的是，在整個擠出系統(tǒng)的綜合調(diào)整中，擠出模具作適應(yīng)性調(diào)整是成本最低的，因為對模具的調(diào)整只是一次性作業(yè)的投入。因此，我們應(yīng)該對擠出模具全面地進行穩(wěn)定性設(shè)計，提高擠出模具的穩(wěn)定性指標(biāo)，以充分發(fā)揮擠出模具在塑料異型材穩(wěn)定擠出生產(chǎn)中的作用。

擠出模具穩(wěn)定性設(shè)計的幾個方面

1.模頭流道中最小橫向流動的設(shè)計

模頭流道中的橫向流動是模頭設(shè)計的困難所在，橫向流動最小化是擠出模頭流道優(yōu)化設(shè)計的主要指標(biāo)。這樣可以使無法完全控制的各種工藝波動所造成的料流不穩(wěn)定，對型材尺寸和性能的影響減至最小程度。

①分流支架處合理分流的設(shè)計

各分流道的流量應(yīng)和其對應(yīng)的部分型材的截面面積成比例，即滿足公式：

（1）

這里Qi為分流道的流量，Q為總流量，Si為分流道對應(yīng)部分型材的面積，S為型材的總面積。

采用數(shù)值分析方法可求得合理解。這里沒有“壓縮比”的說法。

②功能塊流道的合理設(shè)計

用數(shù)值分析的方法優(yōu)化功能塊(或特殊部位)的流道設(shè)計，通過計算機仿真模擬，找出流動相對平衡，而且利于制造，方便修模的功能塊流道結(jié)構(gòu)。這將使得可能產(chǎn)生的，導(dǎo)至異型材制品質(zhì)量下降的內(nèi)應(yīng)力減至最小。

2.離模型坯多重作用的設(shè)計計算

對于中空薄壁異型材型坯，離開口模后主要受到三重作用，其所受到的牽引和冷卻收縮作用是以外形(牽引中心)為基礎(chǔ)的，而其所受到的出口膨脹作用是以壁厚(壁中線)為基礎(chǔ)的，最終的形狀應(yīng)是這三種作用的線性疊加。

因而口模外形尺寸應(yīng)是考慮這三重作用的結(jié)果：

A‘﹦ωAA(ωA-ωh)h（2）

式中:A為型材制品尺寸

A‘׳為口模尺寸

h為型材制品壁厚

ωA為考慮了牽引和冷卻收縮作用的口模放大系數(shù)

ωh為考慮了出口膨脹，牽引和冷卻收縮綜合作用的口模縫隙縮小系數(shù)

這與口模尺寸簡單縮放比例的選取是有很大差別的。沒有正確的設(shè)計，只靠修模調(diào)整，不但會大量地增加修模費用，而且必然犧牲掉工藝的調(diào)節(jié)空間，也就縮小了擠出模具穩(wěn)定使用的范圍。

3.型坯均勻緩冷的設(shè)計

型材擠出定型模的設(shè)計所追求的主要目標(biāo)，應(yīng)是冷卻成型的均勻性；至于冷卻效率，主要受型材壁厚自身的熱擴散系數(shù)所限制，因而，存在有熱傳導(dǎo)傅里葉微分方程導(dǎo)出的理論最小冷卻時間(中空型材)：

(3)

這里--型材壁厚

--剛進入定型模的塑料型坯的溫度

--定型模型腔溫度（常近似取冷卻水溫度）

--型材離開定型模時的平均溫度

--塑料熱擴散系數(shù)

為實現(xiàn)均勻性目標(biāo)，以下這些措施雖然增加了擠出模具的成本，但卻是很必要的，是保證穩(wěn)定擠出和擠出型材質(zhì)量的措施。

①型材大面模腔布置S形水道。

這樣就不會因為水頭損失而影響冷卻的均勻性。

②集中供水，出水“排空”設(shè)計。

忽略“排空”設(shè)計，使得一些冷卻水管因背壓大而沒有流動，是造成冷卻不均勻的一個重要原因，也因此影響了擠出牽引的穩(wěn)定。

③水箱紊流設(shè)計。

水是不良導(dǎo)體，只有流動才能提高其散熱能力和對型材各部分散熱的均勻性。

④溝槽內(nèi)部的冷卻設(shè)計。

實際上，整個異型材的冷卻效率的高低，是由異型材上最難冷卻的部位的冷卻效率決定的。異型材上除內(nèi)筋無法直接冷卻外，最難冷卻的部位就是這些溝槽。所以，如果我們不能對溝槽部位進行有效的冷卻，其它部位冷卻效率再高也不能提高整個異型材的冷卻效率，相反，還會加大冷卻不均勻所帶來的種種不穩(wěn)定的惡果。

⑤空氣隔離技術(shù)，實現(xiàn)主要沖擊面的緩冷。

就RPVC異型材的高分子材料的物理性能而言，緩冷是有利的，這和提高冷卻效率是相矛盾的。為解決這一矛盾，在主型材主要沖擊面上方引入空氣，隔離定型模壁，實現(xiàn)緩冷。

實踐表明，冷卻定型過程對型材落錘沖擊強度有著強烈的影響，重修定的國標(biāo)(GB/T8814-2004)2004年10月1日執(zhí)行，I級型材落錘沖擊強度提高了50%。因此，有關(guān)型坯均勻緩冷的問題應(yīng)引起我們高度重視。