异型材辅机的设计和应用探析

2023-06-15 历史故事版权反馈

【摘要】：异型材辅机除机头外，其他辅机基本与管材用配套辅机相同或类似。图4-12和图4-13所示是较复杂异型材真空定型模结构示意图，供广大读者设计时参考借鉴。控制盘上安装了控制整个异型材辅机运作的按钮开关和显示其运行状态的仪表。图4-15 多板式定型法1、2—金属 3—异型管材 4—定型模板组 5—冷却水槽 6—定型板支承柱 7—橡胶密封板5）滑动定型法主要用于开放或扁平的异型材。

异型材辅机除机头外，其他辅机基本与管材用配套辅机相同或类似。

（1）异型材机头机头又叫成型模具，原料在挤出机的机筒内经塑化成熔融状态后，被转动的螺杆推入成型模具内。此时呈圆柱形熔料在模具空腔内向前移动，随着模具内型腔截面积形状的变化而逐渐变形，变成接近制品形状的截面，从模具的唇口挤出成型制品型坯，再经过冷却定型后就可获得需要的制品。机头必须具备一定的压力，才能使制品密实、有一定的强度和硬度。但机头压力也不能过大，否则熔融料在口模处离模膨胀现象严重，表面质量较差。所以压力要适中，质量才稳定。其他有关机头设计和使用情况将在机头设计的专项介绍中再详细论述。

（2）异型材定型模多数异型材制品都用真空定型法定型。定型模分为冷却部分和定型部分，较长的和较大的定型模一般是冷却与定型交替设置，一段真空室，一段冷却水室，再一段真空室，一段冷却水室，如图4-11a所示。图4-11b所示为PVC-U窗框真空定型模结构。定型模也可以采用组合室设置，外围为真空室，内部为冷却水室（钻水孔）。图4-12和图4-13所示是较复杂异型材真空定型模结构示意图，供广大读者设计时参考借鉴。

图4-11 异型材定型模

a）异形管真空定型结构 1、3、8、10—抽真空口 2、4—热水出口 7、9—冷水进口 5—熔融管坯 6—机头口模 b）PVC-U窗框真空定型结构 1—真空接口 2—真空通道 3—真空接口（上） 4—冷却通道 5—真空缝隙

图4-12 异型材真空定型模结构

1、11、13、15、18、24—内六角螺钉 2—端板 3—盖板 4—抽真空气嘴 5～7—型板 8、19—压板 9—吊环 10、14—侧型板 12—垫片 16—锁紧机构 17—拉杆 20—铰链 21—下转挡 22—滑块 23—底板

图4-13 复杂异型材多个真空定型模串联

真空定型的原理：异型材的四周在定型中自始至终都处于真空区，受到负压作用，大气压迫使异型材外壁与冷却定型模模壁接触，达到定型冷却的目的。这种定型方式使异型材冷却定型较均匀，尺寸精确度易保障。一般真空开口部分用线切割开槽，槽的宽度为0.5～0.8mm，也可以钻小直径孔。定型冷却段的长度要根据挤出产品的壁厚和挤出速度而定。冷却水必须是循环水，可以把热量带走。如门、窗异型材比较复杂，用多个真空定型冷却模串联组合定型冷却，如图4-13所示。为了保证产品直线度，在后面水槽中还要安放若干个与定型模在同一直线的定直块防止变形弯曲。

1）真空定型冷却装置由冷却定型台、真空系统、水冷却系统、移动系统和操作控制系统等组成。

①冷却定型台。用于安装定型模、真空系统、水冷系统、移动系统。台架要能上、下、左、右移动，以方便与挤出机头校对中心线。冷却定型台的长度应能满足水箱长度的需要。目前水箱长度短的只有2～3m，长的有10m以上。

②真空系统。由一台或者多台真空泵、气水分离器、管路、表阀和快换接头组成，再通过软管和快换接头与定型模连接。在真空负压作用下，使进入真空定型模且处于软化状态的料坯紧紧吸附在定型模的模框上，经过吸附冷却而获得理想的形状和尺寸。通常真空度为0.04～0.08MPa。真空度过大，会增加牵引负荷，降低产量。这是由于吸附过紧牵引力不足不能正常牵引前进，料坯进入定型模受阻，导致口模与定型模之间料坯堵塞。但真空度过小也不行，会造成吸附不到位，产品成型困难，无法保证制品的外观质量和尺寸精度。

③水冷系统。由水泵、水箱、管路、表阀和快换接头等组成。定型模的冷却水通常设计为从定型模后面进入，从前端流出，使水流方向与型材挤出前进方向相反，达到型材缓慢冷却的目的。这样内应力较小，同时定型模前端温度高，料坯易进入定型模。水温控制在20℃以下效果较好，而且水压要保持稳定。

④根据异型材的大小、厚薄程度、牵引速度高低，真空冷却定型模可设置一段或多段串联定型，以保证制品的形状和尺寸。

⑤移动系统。移动系统是拉动整个冷却定型装置前后移动的一套系统。一般采用电动推杆系统，电动机经减速箱带动丝杆旋转，经螺母带动整个定型台在轨道上前后移动。通常应设置快动和微动两套操作，小型异型材有时也有用手动操作方式。

⑥冷却与校直（装在水箱内）。有些形状复杂、壁较厚的异型材，由于冷却定型不彻底，有内应力存在，离开真空定型模后会再次产生变形。所以在出真空定型模后，在较长的冷却水槽或喷淋水槽中会设置几组校直装置（要求与真空定型模在一条中心线上）。这些校直装置防止了型材在后收缩冷却过程中的变形，从而可以得到很直的异型材制品。

⑦操作系统。操控系统包括控制盘及线路元件。控制盘上安装了控制整个异型材辅机运作的按钮开关和显示其运行状态的仪表。控制盘安装的位置应方便操作者在观察塑料异型材成型过程的同时还能进行操作。

图4-14 卡板式水冷定型装置

2）卡板式水冷定型装置如图4-14所示。在水槽前端安装卡板式水冷定型模，坯料进入卡板定型孔时，由于定型腔与坯料有较大间隙，从水槽溢出的水先冷却进口部位，初步预冷定型后进入定型板型腔。如果预冷不充分，型腔间隙溢出的水太少，可在上定型板钻通孔，从水槽引水到模口增加预冷水量，使坯料充分预冷后再入型腔定型。

3）直接下水冷却是指不用真空和定型板的软质简易异型材，如敞口异型材、拉链条、密封条以及热熔胶条等，在坯料出模后直接进入水槽冷却定型。

4）多板式定型法多用于实芯异型材和带敞口形状的异型材。它的结构是在一水槽中固定排列数块定型板，异型材从一排由前到后顺次缩小的定型孔中通过，一边冷却，一边定型，如图4-15所示。这种定型方式虽然结构较简单，但要把握好各种材料收缩和膨胀的关系，才能保证最终制品尺寸的精确度。

图4-15 多板式定型法

1、2—金属 3—异型管材 4—定型模板组 5—冷却水槽 6—定型板支承柱 7—橡胶密封板

5）滑动定型法主要用于开放或扁平的异型材。滑动式定型模一般由上下两块对合的扁平金属模组成，如图4-16所示。定型面的形状与制品形状一样，上下模里通冷却水。上模靠弹簧或平衡锤调节并被施加一定压力，以达到既要使制品与模接触，又要控制定型模对制品的摩擦力不要过大。制品沿牵引方向被直线牵出。每块滑移板的上板都抽真空定型，以确保形状稳定。

图4-16 敞口异型材的真空滑动定型

1—冷却水出口 2—真空吸附 3—熔融物料 4—口模 5—滑动调节 6—冷却水入口

6）加压定型法是指机头挤出圆管坯时，通过定型板一边冷却一边定型加压变成异型管，或将挤出的片材通过滑移式定型模折弯成型，最终成为所需要的异型材截面形状。

7）内芯定型法。一般都是简易的中空制品采用内芯定型法。它是在机头的芯棒上加一块定型棒或块，通过内芯冷却定型获得需要的制品。对薄中空型异型材，可以把芯棒制长点，使芯棒伸出口模外有一定长度，一般按型材壁厚的10～30倍加长芯棒。型材出模后直接用水冷却，冷却过程中由于有加长芯棒支承，型材可得到稳定控制不变形。

8）滚压定型法。如汽车玻璃升降齿带、自动扎紧打包齿条带、仿藤条压花等，都是把定型压齿、压花和牵引合为一起，把钢制滚轮表面加工出齿形或花纹，通过滚压成型。一般采用轮式牵引机（一对轮子组成），把胶轮改成不锈钢轮。此法把牵引与滚压成型合在一起，挤出的坯料首先经水槽初冷却定型后，再进入牵引滚压最后滚压定型为所需制品。有时也采用瓦楞辊滚压定型来制作塑料瓦楞板。

定型冷却模的长度要根据异型材的壁厚、形状复杂程度、材料的冷却快慢、牵引速率的大小来确定。要以保证冷却充分、不再后变形为原则。有些制品一个定型冷却模就可以，有些则需要两个或者多个定型冷却模串联。

（3）牵引装置异型材的牵引由牵引机完成。小型实心软质异型材用滚轮式和橡胶带式牵引机，较大和复杂的异型材用履带式牵引机，履带橡胶块可制成与产品形状相对应的形状。

牵引比是指口模与模之间的间隙面积与型材制品截面之比。几种常用塑料在挤出型材时的牵引比见表4-3。

表4-3 常用塑料挤出型材时的牵引比

牵引比的大小反应牵引速度的大小，牵引速度的大小直接影响制品的断面形状和制品的壁厚。正常生产时，为保证牵引比，牵引速度应比制品的挤出速度稍快些，通常稍快1%～10%。牵引速度过快，牵引比增大，制品壁厚变薄，断面尺寸变小，制品纵向收缩率增大，从而影响制品的尺寸精确度和使用性能，严重时还会使制品拉裂或拉断。牵引速度过慢，制品厚度加大，严重时物料在定型模前会产生堆积现象，造成不能正常生产。牵引速度不均匀，制品产生周期性变厚或变薄，成为波浪形的不合格产品。牵引速度的选择，主要依据挤出机的挤出量和制品的每米重量来定。牵引速度要均匀、稳定，并能无级调速。

1）滚轮式。主要用于开式异型材和软质实心异型材，缺点是牵引力小，易打滑。滚轮可制成平面外圆，也可制成与开式异型材相一致的表面形状。这样可以增大接触面积和摩擦力，牵引平稳不打滑，同时也不会压坏异型材表面形状。

2）橡胶带式。双轮外套橡胶带、上下双带间距可调的牵引机，因与制品接触面积大、橡胶带表面为柔软、不易损伤制品，被广泛应用。牵引机胶带上、下夹紧平面应平行，夹紧力通常用气缸通过进气量和进气压力来调节，以保证夹紧不打滑。

3）履带式。履带式的橡胶块可制成平的，也可制成与挤出制品相对应的形状，以增大接触面积和摩擦力，同时又不会压坏制品表面。一般采用一对平行履带牵引，它牵引力大所以应用广泛。橡胶块通常为平面，如图4-17a所示。对一些截面形状特殊的异型材，可换成特制的橡胶块，以确保压紧面积足够又不至于变形，如图4-17b所示。

图4-17 不同形状的橡胶块夹紧异型材

（4）切断收存装置

1）切断装置。一般软质小型异型材用刀片快速旋转切断，硬质中空、空腔类异型材用钢锯片或砂轮片切断。被气缸压紧、由电动机带动高速旋转的圆锯片（或砂轮片），在制品被夹紧后，在导轨上与型材同步向下游移动，圆锯片完成切割进程后，夹紧机构松开，装有圆锯片（或砂轮片）的锯切箱自动回位到起点位置。

2）收卷机。一般软质异型材所用的收卷机通常为双盘自动排列、自动换盘，可以实现不停机换盘。因为有自动排列装置，型材就会一层层排列卷绕在卷筒上，不会错乱。

3）堆放架。硬质异型材用钢锯片或砂轮片切断，切断后要整齐堆放在堆放架上。堆放架由机架、翻转板和翻转气缸组成。型材在牵引装置驱动下，沿翻转板向前移动，在触到设置在翻转板中间位置的行程开关后，立即发出切割信号。型材在切割装置处被切断。切断后的型材在未切断的型材推动下，继续在翻转板上向下游方向运动，直至接触设置在翻转板末端的行程开关。此时翻转气缸动作，翻转板下翻，型材自动落入机架堆放处，翻转板再由气缸复位。堆放一定数量后打包入库。

异型材辅机的设计和应用探析

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