挤出模具技术分析

优胜编程龚老师

挤出模具技术分析:

随着计算机在设计领域，特别是在机械设计领域的应用，为了更好地提高设计的质量以及设计的效率,发展了很多先进的设计技术方法，如并行设计、系统设计、功能设计、模块化设计、反求工程技术等等。
   
   
    模块化设计方法是众多先进设计技术方法中的一种，模块化设计与产品的标准化、系列化密切相关，这三者结合在一起作为评定产品质量优劣的重要指标。本世纪50年代，欧美一些国家正式提出“模块化设计”的概念，把模块化设计技术提到理论的高度来研究。模块化设计是一种设计方法，是指在对产品进行市场预测、功能分析的基础上，划分并设计出一系列通用的功能模块；根据用户的要求，这些模块进行选择和组合，就可以构成不同功能、或功能相同但性能不同、规格不同的产品[1]。模块化系统功能、模块类型结。应用模块化设计技术方法是一个系统工程，一个完善的模块化设计系统需要进行以下一些工作：
   
    (1)市场调查与分析；
    (2)进行产品功能分析，拟定产品系列型号；
    (3)确定参数范围和主参数；
    (4)确定模块化设计类型，划分模块；
    (5)模块结构设计，形成模块库；
    (6)编写技术文件。
   
    自从二十世纪五十年代塑料异型材挤出技术在欧洲出现，并得到了较快的发展，在中国也有了十几年的发展。由于用于门窗的塑料异型材系列的可定性(如欧式窗的平开系列、推拉系列等)，以及规格的可数性，特别是型材的功能区的可通用性，为模块化设计方法在异型材挤出模具设计方面的应用提供了可能性及可行性。
   
   
    1　挤出模具模块化设计的前提
   
    由于塑料异型材市场竞争的激烈，型材品种的增多，客观上对挤出模具也提出了更高的要求，特别是对模具提出了更短交货期，这就要求模具设计环节在保证设计质量的前提下提高设计效率。但由于异型材挤出模具的理论研究还很不完善，经验的总结和积累在型材挤出模具的设计中显得尤其重要，这就要求对于相同的型材其挤出模具的设计思路也要相同，这样才有利于经验的总结和积累。而模块化设计就是对型材挤出模具相同的功能结构采取相同设计思路的一个很好的方法。
   
   
    目前在我国欧式型材门窗系统占有绝对的市场优势，而美式型材门窗虽然也有使用，但所占市场份额较小，而且由于美式型材品种繁多，很难进行标准化、系列化，就无法将模块化设计方法应用于美式型材挤出模具的设计方面。本文主要讨论模块化设计方法在欧式型材挤出模具设计方面的应用。
   
   
    塑料异型材模具块设计的前提是异型材断面的标准化与系列化，但在中国由于还没有一个异型材断面的国家标准，因此给型材断面的标准化、系列化带来了一定的难度。但对于不同的异型材仍可以发现它们的一些相同之处。欧式型材按所组装的窗型可分为平开窗、推拉窗两大系列，平开窗系列中又可分为58、60等系列，推拉窗系列又可分为60、80、88等系列。对于平开窗系列的异型材其局部功能尺寸，如胶条口、压条口、排水槽等结构形式较少，通用性较强；而对于推拉系列其下部的爪部结构形式也较少，通用性较强。在对异型材进行挤出模具设计时，对这些局部功能区可以很方便地进行标准化、系列化，这就使得模块化设计方法在挤出模具设计中的应用成为可能。
   
   
    2　挤出模具模块化设计的方法及步骤
   
    由于塑料异型材的系列化，用于生产塑料异型材的挤出模具也就随之系列化。但是塑料异型材具体断面形式的千变万化，考虑到型材系列的局部功能区的可通用性，可以对这些局部功能区的挤出模具设计应用模块化设计方法。也就是在进行挤出模具设计的时候，将局部功能区进行标准化、系列化，应用模块化设计方法。针对异型材挤出模具其模块化设计系统的建立主要集中在以下三个方面的工作：
   
    2.1确定挤出模具模块化设计类型，划分单元模块
   
    平开窗系统中同一系列(如58系列、60系列等)型材中平开扇、平开框、内开扇、外开扇等的胶条口、排水槽、压条口具有相同的结构形式，在模具设计时对以上四种型材的具有相同结构的部位就可以采用相同的分型方式、尺寸放量、水路设计、真空系统的设计等，这样就可以将这些结构划分为同一单元模块，以利于模块化设计方法的应用。推拉窗系统中推拉框局部的拼接爪部结构在进行挤出模设计时也可以划分为同一单元模块，以便实施模块化设计方法。
   
   
    在以上两种窗型系统中作为辅型材的压条，由于用量较大，在模具设计时通常采取双腔结构，其胶条口、与主型材拼接的爪部结构形式较少，通用性较强，因此对此结构可以划分为同一单元模块，在模具设计时采用模块化设计方法。
   
    在确定了模块化设计系统的单元模块后，要对这些单元模块进行命名，以便于建立单元模块库以及编写相关的技术文件。
   
    2.2进行挤出模具单元模块结构设计，形成单元模块库
   
    在对平开窗系列以及推拉窗系列型材挤出模具相同局部结构划分单元模块后，就要对这些模块进行功能结构设计。在具体设计时，对这些单元模块进行分型方案、成型型腔尺寸、冷却水路、真空系统以及结构方面的设计，并对这些单元模块进行命名。在对单元模块命名时要考虑其标准性、可识别性，方便设计人员对这些单元模块进行调用，以利于提高设计质量和设计效率。
   
    2.3编写技术文件，完成模块化设计系统的建立
   
    在完成了以上两方面的工作之后，还要编写相关技术文件才能构成一个较为完整的模块化设计系统。技术文件应该包括模块化设计方法的宗旨、模块单元划分的原则、模块单元的命名规则、模块单元在具体设计时的调用方法等等。由于采取模块化设计方法的最终目的是要提高挤出模具设计的质量，因此模块化设计系通讯录并不是一个封闭的系统，而是一个开放的系统。对于已经完成的模块单元设计要进行跟踪和总结，并进行阶段性的改进与更新，只有这样才能不断完善设计，提高设计质量，使设计质量有一个质的进步。
   
    3　应用模块化设计挤出模具实例
    下面通过定型模设计的实例来说明模块化设计方法在异型材挤出模具设计中的具体应用。
   
    这个例子以平开窗系统中的平开扇、平开框、内开扇、外开扇型材的挤出模具设计为例，这四种型材的胶条口、压条口、排水槽结构形式是相同的，由于挤出模具分型的原因，对这些结构划分为两个单元模块，并对这两个单元模块进行模具设计，并进行命名。这些单元模块建立后，在实际的挤出模具设计中，在对有相同功能结构的型材进行模具设计时就可以直接调用这些单元模块，而无需重新设计，节省了模具设计的时间，提高了设计效率。同时可以保证相同的结构具有相同的设计思路，便于在最终的模具调试过程中总结经验改进设计，不断提高模具设计的水平。
   
    当然，挤出模具的定型模可以采用模块化设计方法，口模的设计也可以采用模块化设计方法，具体实施步骤可以参照定型模的模块化设计方法进行。
   
    4　结论
   
    随着计算机在挤出模具设计领域的应用及普及，传统的设计方法已经很难适应竞争日益激烈的市场，需要寻找一种更先进的设计技术方法。模块化设计作为一种先进的设计技术方法在挤出模具设计方面的应用，不仅提高了挤出模具设计的效率，对于挤出模具及时总结经验、改进设计、提高设计质量发挥了极大的作用，同时可以减少重复活动，利用更多时间进行创造性的工作。
    以塑钢门窗和塑料管材为代表的建材以自身所具有的节能保温质感明快、安装轻便，代木代钢等优势，崛起于化学建材领域，属国家保护产业，也是一个朝阳产业，当前正以年增长300％的燎原之势占领市场。
    无论是纵观塑料建材以往、现在的产品状况和生产工艺，还是展望未来的发展趋势，其制品形状大多是不规则的异型形状，且大多是用挤出成型的工艺，这就决定了它必须使用塑料异型材挤出成型模具。
    随着塑料制品的推广、普及市场，竞争决定了其制品在功能、外观、生产效率等方面需经常不断地进行更新换代，而其每一点变更都离不开模具的更新换代，这就为塑料异型材挤出模具创业提供了广阔的发展前景和潜力。
    近期又开发了一种新型塑料异型材高性能（高速）挤出成型模具，它分别在挤出定型的冷却水道和挤出模头的流道方面进行了全新的改变，使塑料制品在高性能的基础上进行高速的挤出成型生产。这种专利技术的主要特征是：
    1、定型模冷却水道与型腔外形的横截面呈平行的闭合状，冷却水道与型腔的纵截面呈螺旋状布置，从而大大提高了定型模的冷却效率，大大提高了定型模型腔冷却的均匀性；同时由于其型腔可采用一次整体加工而成，因而提高了型腔精度，降低了制造成本。
    2、挤出模头的流道增设了储料池，使之聚物熔料在储料池内被充分混合、剪切、塑化，并使高聚物熔料在模头内得到两次定型，这样在其离开模头进入定型模之前熔料内的大多分子得到充分的松弛，形变应力控制在最低状态，从而在通过冷却定型系统后制品内的残余应力基体消除，有利于改善制品的物理力学性能和外观质量，达到高性能（高速）挤出成型的目的。
    通过对高速挤出模具的设计、生产、调试等实践积累、总结和对进口高速模的消化吸收，比较详细地介绍了高速挤出模具的设计要点和设计原理，并简要介绍了进口高速挤出模具的部分优点
    关键词:挤出模具  机头  定型模
    关于UPVC型材高速挤出模具，包括本公司在内的国内几家较大的模具制造商以及几所大学这几年已投入了很大的人力和财力进行探索和研制，已取得了一些成果。由于各个模具制造商因为市场竞争的缘故，技术上相对保密已是不争的事实，而且各家的技术成份中含经验性的东西较多，因此差异性也显而易见。有不少文献资料上讲述了高速挤出模具的设计，从这些资料上可以看出有些技术参数是公认的，有些技术参数各执一词，本文谈谈我们的设计和进口模具的一些优点。

    目前德国、奥地利两国主型材挤出速度有的高达7米/分，甚至更高。双腔模具，主型材挤出速度可达2×5米/分。辅型材的多腔挤出速度更高，代表了当今的国际先进水平。而国内的型材挤出速度远远未到这种水平，有部分型材挤出速度能达到3米/分，已是很不错了。99年本公司给青路公司生产的推拉扇单腔模具，正常生产速度可达3.6米/分，也只是国外一模双腔主型材模具在国内生产的挤出速度，因此，差距是很明显的。要想赶上国际先进水平，必须靠行业内外科技人员的不懈努力。
    高速挤出机头设计要保证流道中的料流稳定流动，这一点很主要，所以机头几个要素必须围绕这个"稳"字来做文章。
    高速挤出机头的流道一般为各自独立流道，面与面、特别是勾槽、内筋与面更是必须用0.5～1.0mm厚的分隔筋隔开，这种分隔不仅使料流在流道中互不窜位，有利于减少料流的界面应力，对提高挤出成型速度有益，而且修模方便，生产出来的型材断面各处分明悦目，没有"东扯西拉"的感觉。
    高速挤出机头的口模尺寸放大率有趋小之势，一般在5%以下，近期所见进口模具，口模尺寸放大率一般在1%～3%之间。相对以前的低速模具，高速挤出机头的口模尺寸放大率趋小，这一点已得到大多数同行的认可，并已在实际中应用。理由是：在挤出成型中有一种内部形变（残留应力）是由拉伸作用引起的。机头口模尺寸放大率较小，所挤出型坯经过较小的拉伸就定型成为产品，型材残留应力小，有利于型材的成型和性能的提高。反之，口模尺寸放大率较大的话，型坯更容易贴紧定型模型腔，但型坯经过较大的拉伸定型成为产品，型材的纵向拉伸强度有所提高，横向上有所降低，而残存的内应力较大，低温落锤冲击强度等指标受到较大的影响。
    机头的压缩比在保证制品密实等前提下比以前的普通模具略小，一般在2.5～4之间。高速挤出模具内，物料在模头定型区消耗的压力降较大，因此模头的压缩比应相应减小。机头压力过大，挤出量减小，挤出量减小何谈高产，何谈高速挤出；机头压力过大，有部分模具因此会使物料发黄，物料的离模膨胀更大；由于高速挤出机头口模尺寸放大率减小，定型模与机头靠得很近，熔融物料离开口模马上就进入定型模进行强冷和高真空定型，分子链未来得及充分松驰就已被强制定型了，残留应力大。所以较小的压缩比有利于高速挤出的实现
    口模平直段过长，机头压力过大，挤出效率降低，不利于高速挤出的实现，所以大家一般认为高速挤出机头的平直段为低速模具口模平直段的0.9倍。实际上同一个机头等间隙各面的口模平直段不尽相等，这是因为，由于分流锥和支架分布导致压力不均衡，料流不一致，为了保证料流出口模时流速一致，一般料流相差不多的情况下，修了汇流（压缩）部分，致使同一机头等间隙各面的口模平直段不尽相等。实践表明同一机头等间隙各面的口模平直段相差较大时，高速挤出时若料流出口模速度一致，低速挤出时就不一定一致，反之亦然。因此，制作和修模时一定要注意这一点。至于口模平直段的长短，在大约30倍于口模间隙这一数据时，笔者认为还要与机头压缩比联系起来考虑。现在的型材生产线上熔体压力显示、扭矩显示为机头的压缩比和口模平直段设计提供了一些有益的帮助。
    高速挤出机头支架板流道的长度比低速挤出机头的要长。这是因为支架板除了起支撑分流锥和型芯外，还有一个作用是给汇流与口模部分连续不断地供料，支架板流道长，料流流动平稳，给汇流与口模部分供料更稳定，这一点很重要，也得了大家的认同。
    高速挤出机头进料部位要平缓过渡，不能让料流突然产生较大的压力降，这样才会给支架板型腔流道提供比较稳定的料流，有利于高速挤出。
    高速挤出机头的扩张角和压缩角比低速模具要小，这也是保证料流压力降不致太大，也是体现设计的一个"稳"字
    高速机头的体积比低速机头的要大些
    公司的机头支架板流道设计与国内模具相比有些不同，他们有部分机头支架流道外形与口模外形的仿形不那么"逼真"。Greiner公司在高速挤出机头的唇模板料流出口周围铣槽或打孔，装上电阻丝加热，以提高型材表面光洁度

    二、定型模的设计
    高速挤出定型模总长度比低速定型模总长度要长得多，它由较短的干定型和很长的湿定型组成。Greiner公司的高速挤出定型模主型材干定型由二至四段235mm长定型模组成，小型材由一至二段235mm长定型模组成，湿定型由二至六米的强力涡流水箱组成，采用中国原料双腔挤出主型材的速度可达3.5米/分，在技术上已无问题。辅型材一模双腔挤出速度可达5米/分。
    1、定型模型腔尺寸放大率随着挤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‰之间，而高速模具在8‰～12‰之间，而且要求更准确。对于相同尺寸的部位，有沟槽牵制收缩定型的部位和无沟槽牵制自由收缩定型的部位放大率不同，对沟槽部位功能尺寸要强制定型，准确把握，而且通过时不能有太大的磨擦阻力。
    2、型材定型过程中变形的防范与设计补偿措施要求严密、准确，而这种严密、准确来自实践的积累、总结。譬如反向圆弧与速度、尺寸大小、型材结构位置的关系，反向圆弧的大小、圆心位置的确定，圆弧与直线根据实际情况的衔接。再如多阶梯转折部分的变形补偿设计，型材的直角，在定型模中设计成锐角或钝角。又如有些冷却不好、容易下塌的部位，特别是有内筋相连的这种部位，除了正常放大外，还要预放变形、收缩尺寸量，例如三轨推拉框中间轨道的设计、推拉扇装滑轮处的设计。
    3、冷却水道的设置。Greiner公司制作的高速挤出定型模冷却水道统进单出，模具外观看起来简洁、美观、实用。当然这种水道的外给水压要达到一定值，否则达不到应有的效果。定型模的许多细微部分都设有冷却水孔，如密封条槽、毛条槽、排水槽、装压条槽等处都通有φ1.5mm左右的单独水孔（不一定全程都通），这对加强和平衡型材的冷却起到了很大的作用，这些细微部位的有效冷却对提高模具挤出速度非常明显。笔者就此问题曾用推拉扇中梃在进口生产线上做过试验，中梃有两个装压条槽、两个密封条槽，若此四个部位通水冷却，在水温13±2℃，水压0.5Mpa的条件下（干定型两段共长900mm，涡流水箱长3m），挤出速度可从2米/分提高到3.7米/分以上。
    冷却的速率对高速挤出固然很重要，但冷却的平衡也同样不容忽视，特别是在干定型中，较快的冷却速率而冷却不平衡是难以实现高速挤出的，所以设计定型模时要仔细地分析计算热量的传递和传递速率，使型材外表各部位冷却尽量均匀，残留应力小、不变形、不弯曲4、高速挤出定型模真空的设计也很特别，距定型模入口10mm左右型坯就受到真空吸附，贴紧定型模。Grreiner公司最新高速挤出模具干定型入口倒成圆弧，距入口5mm左右就设有气槽，气槽排列较密。由于高速模具干定型长度的减短和挤出速度的提高，型材在干定型中停滞的时间短，所以干定型中气槽设计较密较多，相对增加吸附程度。排在干定型中间的一至二段定型模只有容易下塌和变形（或防止变形）的部位设有气槽吸附，而其它部位无气槽吸附，靠干定型各段之间密封的真空吸附。沟槽单层部位只有单面吸附，Greiner公司的定型模许多细微部位真空孔道的设计制作非常灵巧、精致、令人叹为观止
    真空度的大小，特别是干定型中第一段的真空度，正常生产时要尽可能达到0.07Mpa以上
    5、涡流水箱和支撑板的设计。涡流水箱真空度大小可调、密封严实，水流通畅有力，型材所有外表面直接与水接触，由于强有力的涡流，冷却速度快，热交换好，冷却均匀，型材冷却定型的效果很好。Greiner公司的涡流水箱底部用不锈钢板析弯而成，支撑板下导流件使用塑料注塑件，表面光滑、导流角度合理，在真空的作用下，水流流动通畅、翻腾更劲，冷却效果非常之好。涡流水箱长度3～8米不等，视具体型材结构确定
    高速挤出中，由于干定型长度的减短，支撑板对型材尺寸和外形的定型愈显得重要，支撑板的数量成倍增加，排列前密后疏。支撑板型腔面与型材并不是所有的面都有摩擦接触，若说干定型是一种"成型"，那么湿定型是一种在支撑板作用下防止变形的"定型"，所以支撑板型腔尺寸的设计与干定型型腔尺寸有很大的不同，该"支撑"的部位必须支撑，不该摩擦接触的地方就不能让其接触产生阻力，使型材产生不良的受力变形，所谓该与不该应对各型材在支撑板中的具体状态进行系统的受力变形分析。
    总之，高速挤出模具设计是一次质与量的飞跃，是在并不多的"理论"指导下实践积累的升华。高速挤出是一个系统工程，高速模具是其中的一部分，实现高速挤出，整个系统必须建立一个良好的技术平台，要靠系统内各要素的提高才得以实现
    挤出模具
    HDPE管材挤出模头可以采用支架式模头、筛板式模头、螺旋式模头等。在选择模具时，考虑熔体流经的整个区域应避免发生挂料现象流速不等，以及流速减慢而导致停留时间过长，若熔体在高温下停留时间过长，熔体发生氧化而降解引起性能下降，降解以后树脂可能发生周期性断裂，形成管材表面缺陷。
   
    对于大口径的厚壁管材采用支架式模头是不适宜的，通过支架以后的熔体往往由于各种原因在汇合时不能紧密融合在一起，使接缝处强度减弱，故一般推荐使用筛板式模头或螺旋式模头。
   
    设计的HDPE管材模头为筛板式模头，（又称为篮式模头），熔体在该模头流经时，首先由轴向流动通过流篮至径向流动，然后又变成轴向流动，二次改变熔体流动方向使熔体混合更加均匀，流动更加稳定。熔体通过筛篮时径向面积较大，其模腔压力明显低于其它结构的模头，使熔体温度较低，提高挤出量成为可能。模芯采用内加垫方法，使厚壁管材挤出时，熔体温度更加一致。
    定径要求
    HDPE是高结晶性聚合物，成型收缩为2%～4%，熔融管坯从模头挤出以后通过定径筒，在冷却过程中应精确控制好定径筒的尺寸，它既可采用真空定径法又可采用内压定径法，这两种方法均要求熔融管坯通过定径筒以后，迅速冷却定径，以保证管材精确的外径和椭圆度要求。特别是对于大口径厚壁管材，厚壁管坯由于自重而易下塌造成壁厚不均匀，以及散热困难，外径难以控制。因此，冷却定径显得十分重要。
   
    真空定径法一般是将6cm或cm长的真空定径水箱分成几个真空冷却室，以满足几个冷却阶段对真空度的不同要求。在第一真空室外装有定径筒，其真空度就调节到挤出管坯贴吸到定径筒上，各个真空室的真空度可任意控制，以适应不同冷却阶段对管径的要求，这样，也便于PE管材的生产，提高成品率。
   
    为了克服挤出管坯与定径筒间的磨擦阻力和熔体粘附在定径筒上，保证管材表面外观良好。定径筒前端采用水环冷却和水膜式冷却润滑的结构，将水流当润滑介质，保证了在一定长度的定径筒内管材得到均匀的冷却与润滑，同时在箱体内加装几道定径环，以弥补修复管材的椭圆度。
   
    大口径厚壁的HDPE管材迅速均匀冷却是困难的，虽然通过真空冷却定径以后，管材表面已冷却固化，但管材仍处于熔融状态，熔融热量迅速至管材表面，还未固化的熔融内层极易在管材的自重下下垂，造成管材壁厚的不均匀和较大的椭圆度。
   
    冷却水箱采用喷淋式冷却系统，保持低而恒定的进水温度和较高的水压，使水呈雾状迅速喷淋至管材四周，均匀带走热量。定径控制主要取决于挤出速度和冷却能力之间的平衡，若水温经常变化，要求操作者不断高速操作，这是难以保证稳定的高质量的生产，因此，恒定的冷却水温度显得十分重要。
   
    就冷却水箱而言，为保持稳定生产，冷却水量及水温的自动控制是必须的。
   
    牵引与切割
    HDPE挤出生产线通过强制牵引来克服管材通过定径筒与各冷却水箱的密封垫所产生的磨擦力，牵引速度的稳定性决定了管材的壁厚均匀性。PE管材牵引机采用履带、三履带、多履带的牵引。牵引速度是无级变速、并通过PLC程序与主机实现同步调速，同时具有自动增厚装置，使每根管材的两个端面壁厚比中间壁厚稍厚，确保管材的联接处的强度要求。
   
    挤出机
   
    HDPE在挤出机料筒内熔融塑化，通过模头成型管坯。要求挤出机能快速而充分地将树脂熔融。熔体温度要尽可能均匀，方可确保熔体流量的恒定，平衡流动的熔体通过模头把树脂分散，形成沿圆周方向均匀的、在整个长度方向上壁厚一致的管材，为此挤出机的螺杆长径比要求在24:1以上，最具代表性的长径比为30:1甚至33:1。挤出机的驱动功率要大：减速箱采用高扭矩，低噪音；挤出料筒采用开槽强制加料输送系统，使其在优化生产率下有较大的可调性，保证了管材的均匀性。
   
    稳定可靠的电气控制和精确的机筒加热冷却控制精度是保证HDPE熔体均匀的关键。
   
    螺杆是挤出机的心脏，各种类型的螺杆都可适用于PE管材的挤出，但要得到产量高、熔体均匀并且挤出稳定的螺杆，其设计上必须使螺杆混炼效果好，避免过高的剪切使聚合物剪切损伤或熔融过热而降低树脂的性能。设计生产的螺杆采用屏障式螺棱、带混炼头的双级螺杆，该螺杆具有物料输送能力强、混炼效果好、熔体均匀、挤出稳定的特点。自动换网装置用于过滤、细化已塑化的熔融物，可进一步提高管材性能。HDPE管材挤出生产线所配置的挤出机见表1。
   
    型号  产量/kg/hr  电机功率/kw  螺杆长径比（L/D）  适宜管径范围/mm
    JWS65/33  120~250  45  33  ф20~ ф75
    JWS90/33  220~340  90  33  ф50~ ф160
    JWS120/33 420~680  160  33  ф160~ ф400
    JWS150/30 550~980  250  30  ф200~ ф500
    JWS180/30  800~1400  355  30 ф25~ф 710
    模具结构：
    模头+干式定型模+强冷涡流式水箱
   
   
    模头流道采用长流道流线型设计，保证熔体挤出顺利，提供极佳的二次塑化。
   
   
    采用优质的2Cr13不锈钢，经严格把关的热处理工艺，零件表面硬度可达HRC28-32。
   
   
    模头与型芯全部采用专用慢走丝切割加工，可获得极佳的表面质量。
   
   
    使用先进的挤压珩磨机抛光（磨料流抛光AFM），表面Ra值达到镜面光洁度。
   
   
    定型模采取集中供水、单独出水结构。
   
   
    干式定型段之间有密封条密封，形成一个全密封的冷却定型系统。
   
   
    密闭式真空涡流水箱，内置8-14支浮动定型块。
   
    一模双腔主型材的口模设计及问题分析
   
   
    一模双腔主型材的口模设计及问题分析
   
   
   
    塑料门窗自上世纪五十年代问世以来，因其优良的性能价格比逐步被人们所重视，在许多欧美国家的市场占有率已超过50％。随着塑料挤出行业的不断发展，在高质量的前提下对挤出型材的高产量要求已成为目前所追求的主要目标。提高产量的一种方法是开发高速挤出模具，在挤出机辅机的牵引性能不能满足其高速挤出的时候，采用的另一个主要途径就是一模多腔挤出技术。
    目前国内许多模具生产厂家都已注意到一模三腔主型材模具潜在的市场价值，积极推出自己的双腔模具。作为重点开发项目，我有机会参加对60平开框双腔口模的设计。由于以往只是听说国外有双腔主型材模具，不曾真正见到过，对其口模的结构设计存在一定难度。我在设计时是遵循单腔模具的设计步聚，再结合双腔模具结构的特殊性逐步进行的。
   
    1 口模的设计
    1.1 口模放大率的确定
    在熔融硬PVC挤出成型过程中，物料在模头里受压缩、拉伸等作用产生弹性形变，当它离开口模时产生弹性回复（即巴拉斯效应）；同时由于型材牵引速度大于口模出料速度（使分子链定向排列），在冷却过程中会产生一定的收缩使型材外形尺寸变小，因此在口模设计时需适当放大外形尺寸并减小壁厚。通常硬PVC挤出口模放大率取1％～6％，口模间隙与型材壁厚比取0.8～0.95。由于模具要求按高速设计，根据聚合物流变实验可知，在口模长径比一定的情况下，离模膨胀比随剪切速率的增大而增加，线性放大系数随离模膨胀比增大而减小，因此当速度增大时，口模尺寸放大系数趋向减小。据此本套模具的放大系数取偏小值3 ％，间隙比取0.9。型材壁厚2.3mm，口模间隙应为0.9×2.3≈2.1mm。
    1.2 口模定型段长度的确定
    为了有效消除熔接痕、稳定型材外形尺寸，一般对口模取较大的压缩比和较长的定型（即平直段）长度，定型长度L定＝20h～80h(h为口模间隙)。由非牛顿流体流道定型段长度计算公式可知，在保证一定的成型压力降的情况下，速度增加定型段长度趋于减少，本套模具取L定＝35h=35×2.1≈5mm。
    为保证口模各处流速均匀一致，按非牛顿型假塑性熔体流动规律有
    (6Q)/(Wh2)=k((△ph)/(2L)m ) 公式(1)
    而熔体流速u=(Q/Wh) 公式(2)
    其中：Q为熔体流量
    △P为熔体在口模中的压力降
    W为窄缝流道的宽度
    h为窄缝流道的间隙
    L为口模定型段长度
    K为稠度系数
    M为流动指数
    由公式（1）和（2），当m取2时得
    L1/L2=(h1/h2)(3/2) 公式(3)
    根据公式（3），要达到口模不同间隙处出料的一致性，间隙小的地方定型段长度应减小。本套模具内筋为1.2mm，设计内间隙1.2mm，其定型段长度参考计算结果并结合单腔模具的设计经验，本套模具内间隙的定型段长度取20mm。
    L1.2=(1.2/2.1)1.5L2.1≈0.43L2.1 ≈30mm
    1.3 口模过渡段的确定
    为保证挤出型材的密度，一般过渡段的压缩比取2～7，因高速挤出的熔体在口模定型段消耗的压力降较大，所以压缩比要减小。本套模具取Z5，可得过渡段放大尺寸为2.5×2.1≈5 .5mm。
    为避免熔体在口模中产生过大的压力损耗，压缩角常控制在25°～50°。本套模具的过渡段长度取20mm，经计算其压缩角在30°左右，符合要求。
    1.4 口模结构的确定
    在确定了口模定型段和过渡段长度后，接着就需要设计型芯的固定形式。本套模具采用两块分流板从两边分别吊装型芯和尾锥。每块分流板用10个2mm分流盘将型腔分割成多个面积较均匀的小料腔，使熔体在分流板中均匀地分配，并且各料腔中的料流很容易分别进行控制。尾锥部分有30mm平直段与分流板3的型腔形成平行等间隙的流道来稳定料流，锥度段长度仅30mm与分流板4形成等压缩角流道分流板4长40mm，采用异形线切割由异形型腔过渡到Φ50的圆孔。双腔主型材结构设计的关键及难点在连接头处，如何使从挤出机出来的熔体料流在连接头中均匀平稳地分配到两个供料腔，直接决定模具设计的成败。在本套模具设计时曾考虑过两种不同的加工方式，一种是分体式连接头（分成上下两部分），采用数控铣分别加工上下型腔，然后将两部分拼合修整对接，这样做增加了加工的难度且很难保证两流道的一致性和光滑度；另一种是整体式，采用线切割加工两个Φ50的供料腔，这种方式很好地解决了分体式所存在的问题，因此最终选择了整体式连接。模具的整体结构。
   
   
    1.5 内筋供料方式的确定
    本套模具有横竖5个内筋，并且是筋连筋，这给型材冷却成型带来很大的困难。为避免出现内筋缺料和型材外面缺陷，从口模设计上考虑，决定采用内腔单独供料的方式，使口模主间隙与内间隙的供料腔分开，仅在距口模出口20mm处汇流，这样既保证了型材内筋的供料，又使得其供料量可以控制，型芯镶件。型材内筋形状要求，两筋互成90°。由于是筋连筋的结构，在定型模中内筋很难通过型材外壁及时的将热量散掉，并且在口模设计时内筋与型材外壁的出料又不易控制的完全一致，往往形成缺陷。为解决这个问题，本套模具采用预放补偿量的方法，在设计内筋时增加一个反向补偿量，经过这样处理后就能够成型出型材所需的形状了。
   
   
    经过以上几个步聚的分析计算，本套模具口模部分的设计就基本上完成，剩下的绘图工作和一些局部小爪处的设计，这里就不一一叙述了。
    2 试模中出现的问题及处理方法
    本套双腔主型材模具在口模首次调试时，双腔出料较一致，各单腔出料也很均匀，取得了令人满意的结果。在口模设计中存在的一个主要问题是内筋供料腔放大的不够，反映到试模中出现内筋出料很慢的现象。经分析发现，在计算内筋供料腔尺寸时只考虑到其间隙放大量与间隙处的平衡，而实际上供料腔不可能包容内筋的整个长度尺寸，因此在计算时就应该按照其面积放大量来平衡。模具经过对内筋供料腔的返修后，二次试模的口模切片已达到上定型模牵引的要求，应该说这套双腔主型材的口模设计是成功的。