异型材机头设计的主要技术参数优化

2023-06-15 历史故事版权反馈

【摘要】：异型材中塑料门窗品种多，数量大，原料主要是硬质PVC。在机头设计中要注意以下问题。如异型材口模的间隙既有1.5mm，又有3.5mm时，则3.5mm厚度的成型面长度应该是1.5mm厚度的成型面长度的8倍以上。目前对收缩率无统一规定，但收缩率处理不当，会影响制品的表面状态和挤出量。异型材机头流道设计的基本要求1）要有正确的出口截面形状。异型材机头挤出的型坯，与最终产品截面形状还有差别，只是近似形状。

异型材中塑料门窗品种多，数量大，原料主要是硬质PVC。在机头设计中要注意以下问题。

（1）口模与制品尺寸的关系实际上口模与制品尺寸主要取决于成型温度、成型速度、混炼状况，一般是凭经验值来设计，在试模时不断修改不合理的尺寸。模唇的设计参考值见表4-5。一般口模与制品尺寸的关系为：宽度增加10%，高度就应增加15%。厚度和高度要在挤出试模过程中修正。模唇的设计值见表4-5。

（2）熔融物料在口模中的流动速度当口模流道间隙一致，流道的长度也相等，流体是一维流动，各点的挤出量和流速都相等。若异型材截面厚度（口模间隙）不均，流道中的流体就不是一维流动，口模截面上各点流速不同。熔融物料有弹性，机头设计就复杂化。

表4-5 模唇的设计值

（3）口模成型段的长度异型材口模壁厚差异较大时，壁厚部分定型段应尽量长些，壁薄部分定型段应尽量短些，以使阻力分布均匀。几种塑料口模成型段的尺寸见表4-6，其中定型段长度以L/h表示。口模间隙与熔料流量的关系如下：①口模流量与口模定型段长度成反比。②口模流量与口模间隙的三次方成正比。成型段的长度影响机头压力和生产率。若成型段长度L过小，生产挤出率高，挤出压力小，制品不密实，各个部分的内应力得不到缓和，料流不均衡，制品会变形。若成型段L过长，产出率低，挤出压力大，剪切力大，熔体易破裂。口模间隙值的确定，取决于壁厚和离模膨胀比、成型中的拉伸比、制品的收缩率。如异型材口模的间隙既有1.5mm，又有3.5mm时，则3.5mm厚度的成型面长度应该是1.5mm厚度的成型面长度的8倍以上。厚薄型腔要分开隔断，否则流道出胶压力、流速无法控制。

表4-6 几种塑料口模成型段的尺寸

注：L为成型段长度，H为制品的厚度，h为口模窄缝的间隙。

（4）口模形状与制品截面形状的关系异型材在挤出过程中，熔体的截面形状离开口模时会发生畸变，使得挤出的型坯与口模形状有很大差别，这是熔体在机头流道内的流速不均、阻力不均造成的，见表4-7。

表4-7 口模形状与制品截面形状关系

由于流速不一致，加上出模膨胀和弹性效应，出模料坯变形很大，在机头口模设计中要根据变形规律及时修改设计方案。

（5）收缩率为消除机头的分流痕及多孔板痕，在物料进入口模成型前，应加以压缩，以增加剪切力和压力。目前对收缩率无统一规定，但收缩率处理不当，会影响制品的表面状态和挤出量。虽然熔料出模后膨胀和弹性效应会使尺寸稍有增大，但因料坯定型前要进行拉伸和冷却，尺寸会缩小，所以口模型腔要大于制品尺寸，如图4-21所示。

图4-21 槽形型材

a）制品尺寸 b）口模尺寸

（6）异型材厚度对厚度严重不均、成型难的外形，要在不影响使用性能和强度要求的情况下，首先进行改良设计，再设计挤出机头。特殊情况要加厚的部分最好也不能超过50%的厚度，并在设计时型腔要作技术处理。如对叠板式机头，厚的部位是常规部位的150%，考虑到厚的部位出模膨胀比常规部位大，口模间隙应按130%设计，并在口模后的模板相对应的厚度部位按110%常规厚度部位设计，以起阻压作用，防止厚度部位出胶压力过大。

（7）异型材机头流道设计的基本要求

1）要有正确的出口截面形状。异型材机头挤出的型坯，与最终产品截面形状还有差别，只是近似形状。型坯在出模后还受到三种因素影响和作用：离模膨胀、拉伸变形、冷却收缩。在设计过程中对这些因素要综合考虑。

2）要让型材坯料均匀地挤出。应使模出口各部分的流道平均流速相等（即流速分布均匀），否则在同样的牵引速度下，离开机头后的型坯各部分的形状就会产生不一样的变化。尤其是异型材的各种功能块，其结构大多是不规范的几何形状，要得到均匀的流速分布，就必须对各流道的阻力进行调整。通过多次试模调机和修模，最终获得稳定的试模、修模效果，达到制品合格的要求。

3）需要产生适当的背压。挤出机螺杆与机筒之间的塑料，只有在一定的压力下才能达到塑化要求，机筒内的压力称为背压。背压的大小由机筒熔体通过机头时产生的压力降所决定。背压过低会导致塑料塑化不良，无法保证制品的物理性能；而背压过高将消耗更多的动力，造成设备损坏。可通过机头流道的结构进行合理设计，来调整和改善坯料挤出机头的背压。一般背压不得低于3～5MPa。

4）流道的变化应尽量平缓。流道型腔壁面应呈流线型，不允许有突变，也不允许有沿料流方向改变的扩张角或收缩角。若产生了沿料流方向的扩张角或收缩角，一般要求不得超过15°。流道的变化应尽可能均匀，让熔体料流平缓加速，避免减速。

5）型材坯料在离开机头之前应有足够的纯剪切流动过程，以使料流在机头流道的前段（分流段和收缩段）实现弹性松弛。机头流道出口前有一段较长的平直段（又叫成型段），但平直段也不能过长，否则会增大背压，增加功率消耗，同时还延长了熔料在高温区的时间，对热塑性料PVC不利。

6）型腔流道壁要十分光滑。流道壁表面不但要平整光滑，而且要表面粗糙度一致，不能有缺陷，更不能有死角和毛刺，防止出现挂料现象。

7）对中空形状的机头，熔体在通过模芯的支承架后，应有较大的压缩比（压缩比必须大于3），以保证熔体的充分融合，防止产生支架筋的汇流痕。

异型材机头设计的主要技术参数优化

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