【文章內容簡介】 狀，是由擠出機頭的型芯（包括型芯鑲件）和口模板兩種零件構成?？谀D形確定了型芯的外形和口模板的內腔尺寸，是基礎模頭上最關鍵的尺寸。定義以下參數：離模膨脹比 = （51）牽伸比 = （52）冷卻收縮率 = （53）上述各式中a0，b0，c0為擠出型坯離開口模時的尺寸，a,b,c,為型坯離開口模并承受某一方面作用后的尺寸。型坯擠出機頭后受牽引經過氣隙進入定型模中，至少會將受到3種不能忽略的作用：離模膨脹、拉伸變形和冷卻收縮作用.對于平縫口模中熔體的流動可以看做是一維流動，其擠出型坯的離模膨脹也是一維的，只發(fā)生在型坯壁厚方向。擠出物收牽引作用產生的形狀和尺寸的變化遵循幾何相似規(guī)律，在均勻冷卻的條件下，型坯的冷卻收縮也是線性的。經過推導計算，型材壁厚A0與口模出口縫隙高度A之間關系滿足以下關系式:A0=ω0A(ω0ωh)h （54）式中h為型材壁厚，ω0=為口?？p隙中心線之間的距離變形系數，ωh=為口模縫隙高度變形系數。本設計選用的HD80推拉系列中的HD80TLK結構及尺寸如下： 內筋口模圖形的設計內筋是指中空型材主體內部起分腔作用的分割筋，與型材主體內部的功能塊。內筋口模圖形設計應考慮兩個方面的問題：內筋與外壁連接位置的確定和內筋擠出的縫隙高度及形狀的設計。對于內筋與外壁連接位置的確定可采用中心線之間的距離不受離模膨脹影響的原則，以內筋中心線的交點與其相鄰外壁中心線之間的距離來確定口模圖形中內筋與外壁連接位置。但是對于一些與外壁拐角連接的內筋，由于冷卻過程比較復雜，處理這些影響的辦法是預留偏移量，即在口模圖形中按照型材成型后，內筋連接點可能的最終位置與設計的位置的偏差，在相反的方向按該偏移量移動內筋連接點，致使內筋連接點發(fā)生偏移后的位置，正好在型材設計的位置上。而此處的偏移量目前只能采用經驗數值。對于內筋口模圖形縫隙的設計主要考慮型坯空腔內部的交叉內筋最終冷卻后發(fā)生的偏移量，以及內筋縫隙高度的設計值均采用經驗數值。 口模圖形中功能塊的設計對于大部分異型材的功能塊來說，其形狀是沒有什么幾何規(guī)律可循，其在流道出口前的平直流道也不能看做一維流動，擠出型材的離模膨脹在各個方向上是不等的，因此成型非常復雜，前文推導公式不可用。對于本設計功能塊的口模設計也采用經驗數值。第5章 分流支架的設計 分流支架流道設計的的流量平衡原則分流支架結構是針對中空型材（本設計中的窗框異型材就是真空型材）設計的，為保證型芯和分流錐在模頭流道中懸空，以形成異型材的空腔，所以要有分流筋支撐型芯和分流錐，這樣就形成了由分流筋分開的若干個分流道，成為分流支架的一個特征。但是實際上分流支架流道還有另外一個要求，即在口模圖形基礎上擴大流道截面使分流支架流道在向成型段流道過渡時有一個明顯的收縮過程。這樣有兩個作用：一是使得經分流筋分流后再會合的熔料在收縮流道中，對流動有穩(wěn)定作用。二是可以通過控制收縮角來調節(jié)模頭各部分的出口流量，實現(xiàn)均勻擠出。流量平衡設計原則，即所謂“避免橫向流動”的設計原則，是假設在模頭流道內料流中有一個主導的流動方向，完全忽略其他方向的流動，料流的分布有垂直于擠出方向的一系列橫截面所決定。每一橫截面又被細分為許多部分。然后，通過橫截面幾何尺寸的調整，使得橫截面上各部分的料流流量在模頭流量中的百分比相同。流量平衡的設計原則可歸結于如下公式： = 式中，Qi為型材上每一特定部分所對應的流量；Si為該部分型材的截面面積；Q為模頭總流量；S為型材橫截面總面積模頭的成型段主要為截面形狀與口模形狀一致的平直流道，對于異型材的型材主體，其流道為縫隙高度一致的平縫流道，各流動路徑的壓力損失相等。這樣，對于向成型段供料的分流支架流道，能夠流量平衡的向成型段供應料流就顯得尤為重要。否則，流量再分配引起的橫向流動還是要在成型段發(fā)生，這樣對于模頭出口料流的穩(wěn)定非常不利的。 分流支架流道的設計分流支架流道為平行于擠出方向的平直流道，內側邊界一般選擇與口模圖形的內側邊界一致，也就是和模頭中型芯的外形一致。這樣設計的最大好處是，從分流錐經分流支架到型芯，有多塊模板組成的流道的內側尺寸一致，可以直接用線切割的方法獲得，這樣大大方便了機械加工，也有利于保證多快模板裝配的精度，獲得平滑鏈接。分流支架流道的外側邊界一般是在型材主體的口模圖形基礎上，將口模圖形的外側邊界向外平移約3~5mm形成。形成分流支架分流道分流筋布置，追求分布和受力的均勻性。但是，復雜的異型材結構和有限的結構空間，使這種追求很難做到完美。更重要的是，分流筋的布置將分流支架流道分割成若干個分流道，我們必須讓這些分流道符合流量平衡設計原則。這樣，除了分流筋位置要因此而進行調整外，還要考慮在流道中設置阻流筋等措施。分流支架分流道的外側邊界的拐角一般取2~5mm，這樣做主要也與流量平衡設計有關。根據流量平衡設計原則，分流支架的流量平衡計算，首先要在模頭流道擠出方向的投影圖中，用分流支架流道的分流筋中心線的投影線，將口模圖形劃分成不同的部分，各部分分別于一個分流支架的分流道相對應，如圖51所示。圖51 與分流支架各分流道截面相對應的口模圖形各部分 分流筋外形尺寸的設計分流筋一般與流道壁垂直相交，這樣設計方便加工，對于流道中的剪切流動的干擾也最小。分流筋的厚度t，從減少對剪切流動的干擾考慮也希望薄一些，但保證承載強度時第一位的。實際的做法是，一般在1~3mm選取。最后通過強度校核。分流筋入口角一般在40o左右，可以更小些，本設計中設計選取30o，這樣避免卷刃掛料。分流筋的出口角對減輕兩股料流合流線的不良影響有一定的作用，本設計中選取30o。分流筋與流道壁面相連接的根部都要設計成圓角，~。分流筋外形設計如圖52所示。圖52 分流筋外形設計圖32第6章 型芯和分流錐的設計 內筋內流道的設計型芯和分流錐錐底的外形依據口模圖形的內側邊界進行設計，一般選擇與內側邊界一致。然而形成異型材內筋和內部功能塊的料流的流道，都要設置在型芯和分流錐上，這使得型芯的結構變得非常復雜?？偨Y起來，內筋流道可以分成三類結構形式：內流道，外流道和型芯分塊安裝。內筋的內流道，通常是從分流錐開始的設計一直通流道，進過分流支架板和型芯直接通往內筋的口模出口。所以，內筋的內流道是設計在型芯等構件的內部流道。相對于型材主體流道來說，內筋內流道是不與其相同的獨立流道，直至接近口模出口，離出口的距離為某一值時，才與型材主體流道相連接。內筋內流道設計依據內筋口模圖形在擠出方向投影形成平直流道，流道截面為矩形。內筋內流道的寬度a，是用內筋口模圖形的寬度m，減去兩邊的內流道壁厚k得到，即： a = m 2k內流道的間隙高度一般有3段不同尺寸，出口的一段l3稱為成型段，流道間隙高度與口模圖形尺寸一致。入口的一段l1稱為供料段，設其流道間隙高度為b。在供料段與成型段之間有一段收縮型流道l2稱為過渡段。在過渡段，流道間隙高度從b收縮到口模圖形尺寸。若要實現(xiàn)內筋與外壁在口模出口處平均流速相等，只有縮短內筋流道的成型段的長度，增加供料段的長度，即要能夠保證內筋流道與外壁流道，在形同的平均流速下，各自的總壓力降相等。對于這樣的內流道結構，按目前擁有的工藝手段，必須在型芯內流道過渡段的開始處將型芯分成兩部分，這樣才能夠進行流道內部的精加工。通常將這樣從型芯上分割的一段型芯部件稱為型芯鑲塊。型芯鑲塊上應該有內流道的過渡段和成型段兩部分。擁有型芯鑲塊是內流道結構模頭的一個特點。 內筋外流道的設計內筋的外流道是在分流錐和型芯的外部，或者是僅在型芯的外部加工的，內筋料流經過的流道。因此，內筋外流道始終與外壁流道相連通。內筋外流道的設計經驗成分很大，造成模頭調試修模工作量也很大，同時，由于內筋外流道大量的橫向流動的存在，也嚴重影響了模頭作業(yè)的穩(wěn)定性；更不能適應適應擠出模具的擠出速度和異型材的品質不斷提高的要求。所以，目前內筋外流道結構已經很少采用，只是對于很短小的內筋，或者是因為內筋的結構空間無法設計內流道的地方還需要使用。 型芯分塊安裝在有多個空腔的異型材口模圖形中，型芯實際上是被內筋分割成了很多塊，稱為型芯塊。在在異型材中每一個型芯快都要形成一個獨立的空腔。若將型芯設計成一個整體，那么分割各型芯塊的內筋就只能夠采用內流道和外流道相結合的形式。采用兩塊分流支架板，用螺栓和銷釘分別固定型芯和分流錐。這樣固定型芯的螺栓和固定型芯鑲塊的分別在型芯的兩端，不會出現(xiàn)位置干涉，所以能夠進行內筋內流道的設置。該結構雖然出現(xiàn)較晚，但目前已成為主要的采用的型芯和分流錐的固定方式。 型芯和分流錐外形設計型芯和分流錐底部外形與分流支架流道的內側邊界是一致的，都是根據口模圖形的內側邊界設計的，其中要去掉準備作型芯吊錐處理的個別型芯塊和螺釘孔功能塊流道的部分。型芯實際上是口模圖形的內側邊界，在擠出方向投影所形成的柱體，高度等于分流支架之后的模頭長度，即口模板，成型板和收縮板加在一起的高度。如果需要在型芯上設置內筋內流道，則要將型芯截出一段作為型芯鑲塊，分別加工，但是型芯的總高度不變。分流錐底部外形與分流支架流道的內側邊界一致，頂部收縮，設計成棱錐形狀。要保證分流錐的迎流面不會出現(xiàn)流動的“死區(qū)”，也不應有尖角掛料。在錐面與地面之間應該有2~3mm的一小段地面垂直面，以保證分流錐與分流支架流道內側的平順鏈接。分流錐的椎的角度在本設計中設計成50176。分流錐的俯視圖和剖面如圖61所示：圖61 分流錐設計圖第7章 模腔的設計 綜述按照異型材截面上各部分的作用和位置的不同，將異型材截面分為外壁，功能塊，內筋和內部功能塊四部分。由于內部功能塊設計非常復雜，常采用經驗數據，本設計不做考慮。內筋流道形成于模頭的分流錐和型芯零件的內部。外壁流道形成于模頭的分流筋和型芯零件的外部。在機頸處，由分流錐的外表面與機頸內腔表面之間形成流道，鏈接分流支架流道。在分流支架流道之后，是在型芯的外表面與收縮板，預成型板和口模板的內腔表面之間形成的流道，稱為模腔。模腔流道的入口形狀由分流支架流道所決定，出口形狀與口模圖形一致。模腔流道的設計就是要在保證各流動路徑上的壓力降相等的前提下，將入口的分流支架流道的截面形狀，改變成出口截面的口模圖形形狀。對于這個改變過程，根據聚合物熔體粘彈性的流變學理論和流道加工的工藝考慮，一般不采取漸變的形式，隨后即進入較長的截面形狀為口模圖形的平直流道，即模頭的成型段流道。模腔中的外壁流道基本上是型材主體的口模圖形形狀，而分流支架流道只是該型材主體口模圖形基礎上，等距離外擴形成的。所以對于本設計的等壁厚異型材外壁流道，由分流支架流道等角度收縮至平直流道。除了拐角外，是都能夠保證各流動路徑上的壓力損耗相等的。 收縮段流道設計設計中的收縮流道采用單獨設計一塊收縮板讓其一端與分流支架流道外側鏈接，另一端與預成型板內腔鏈接，這時是將單獨的收縮板內腔切削成斜面，斜面角度成為收縮角，本設計選取15176。根據分流支架流道在口模圖形上外擴3~5mm，收縮流道長度約10~15mm，所以這里收縮板的厚度設計為20mm。收縮角設計只是對收縮段流道而言，在功能塊處，由于結構復雜，往往涉及多個面的收縮，不是一個收縮角能決定的。讓這里不出現(xiàn)流動的死區(qū)和掛料現(xiàn)象是最重要的。因為尺寸小，結構復雜，各個面的真實角度往往是由模具鉗工最后決定的。 成型段流道設計模腔成型段流道分為多塊模板來加工，這是因為異型材復雜結構所形成的細小流道，只有分塊才能進行精整加工，才方便模具調試時的修正。單獨設置一塊收縮板的主要目的也是如此。本設計采用橫向分快法，將整個模腔流道截成幾段，一遍精整工具從每段的兩端觸及流道內部加工。模腔流道中由平直流道構成的模頭成型段，是擠出機頭設計中不可缺少的一個結構。這主要是因為平直流道中的純剪切作用可使聚合物熔體分子松弛，減少前級流道，主要是收縮段流道，分流和變截面等情況產生的粘彈性效應的影響。這對保證口模出口的料流平穩(wěn)是很重要的，但是，這不是決定平直段流道長度的全部因素。因為，聚合物分子松弛雖然是一個較長的過程，而真正對擠出成型過程有影響的一般只是在最初階段。綜合各資料的推薦，PVCU塑料異型材擠出機頭成型段平直流道長度L的經驗值得取值： L=（20~50）h式中，h為口模出口縫隙高度。本設計中h=，所以L取值為81mm。在保證擠出制品所需要的塑化度的前提下，縮短模頭成型段平直流道長度應該是有利的，因為這樣做減小了模頭壓力降，減少了擠出機的動力消耗；而且可以縮短模塑料在高溫下的停留時間。尤其對于降低熱敏性的PVCU模塑料的降解風險十分有利。另外，縮短模頭長度，減輕模頭重量，對于節(jié)約機頭金屬材料和制造成本，方便機頭的作業(yè)操作也是很明顯的。目前，模頭平直段長度設計更常采取的做法是將其標準化，由設計者根據以往的經驗類比選用。第8章 模頭模板設計和強度校核 模頭模板的設計擠出機頭都是由多塊模板疊接形成的。由于這種模式，所以保證兩模板之間密合無縫，沒有熔料擠出，對于擠出模頭的品質非常重要，否則會因為有熔料的殘留和進一步的降解，干擾正常擠出，并加快模頭的損壞。要做到這一點，首先要求模板相互疊合的平面，有很高的平面精度，而且還要求模板有很強的剛度，在反復受力的情況下不會發(fā)生形變，所以模板有一定的厚度要求。模板的鏈接普遍采用圓柱頭內六角螺釘，按承受軸向靜載荷的預緊鏈接要求選用螺釘。為保證模板間的密合，安裝空間允許的情況下，需要盡量選用較大的預緊力，或多布置連接點。型芯對分流支架板的連接以及型芯鑲件對于型芯的連接，由于截面面積窄小，又多內筋流道，對此，考慮多布置小一點的螺釘，重復安排定位銷釘，以保證整個結合面密合無縫。模頭上的連接螺釘，必須使用高強度級的螺釘。 模頭