【正文】 配方設計應考慮的因素純PVC樹脂性能較差，加工十分困難。但是PVC體系同其他類材料比較，其物性指標和加工性能受各類添加劑、混煉技術和成型加工條件的影響較大，因而通過選配各類助劑，調整不同配方和加工條件，即可獲得各項性能指標優(yōu)異的窗框異型材。配方設計時應著重應考慮以下因素：（1）成型加工用的設備。（3）制品的性能、結構、用途、使用環(huán)境條件和期望的壽命。 制品主要性能和原材料的關系PVC配方中加入的各種助劑有利于改善PVC或其成品的性能，不同助劑對其性能的影響方面是不同的，人們希望得到的性能與助劑的關系如下所述。一般隨PVC樹脂分子量增加，填料含量的減少，填料粒度的微細，成型加工塑化程度良好而增加。（2）沖擊強度、伸長率、彎曲模量：表征制品韌性。應注意潤滑劑的種類和用量有時也會影響制品的沖擊強度。如潤滑劑的選擇和配合不當，可使抗沖擊改性劑的作用全部失效。隨PVC樹脂分子量增加，分子結構中支鏈減少而增加。當它與金紅石型TiO2并用時，可大大延長制品壽命。（4）加工性能：PVC熔體粘度高，流動性不好，流動摩擦熱大，制品表面粗糙。配方最后確定要求配制的UPVC具有適宜的流動溫度和良好的成型加工性。制造異型材通常選用懸浮聚合PVC樹脂。PVC樹脂平均分子量愈大，即聚合度n值愈大，材料機械性能愈高，耐低溫及耐熱性能愈好。綜合平衡各項性能，制造PVC異型材通常選用 K值為65～68，平均聚合度為850～1000的SG5型樹脂。表31 擠出成型時常用塑料的壓縮比項目優(yōu)等品一等品合格品粘數/（ml/g）（或K值）（或平均聚合度）118170686611001000雜質粒子數/個揮發(fā)物含量/%表觀密度/（g/ml）篩余物/% 篩余物/% 魚眼數/(個/400m2)100樹脂增塑劑吸收量/g白度( 160℃，10min后)/%殘留氯乙烯含量/(mg/kg)≤≤≥≤≥≤≥≥≤1690202074830904019109080（2）為了保證型材的使用壽命，且其各項技術指標如（硬度、拉伸強度、斷裂伸長率、彎曲彈性模量、低溫落錘沖擊、維卡軟化點、簡支梁沖擊強度、氧指數）都達到國標，須在選擇助劑時必須想到光熱穩(wěn)定性，抗老化性對型材的物理性能要求，以及生產過程的生產效率，并要兼顧配方成本等因素，下面將不同助劑作簡要闡述。PVC樹脂分解過程是由于脫HCl反應引起的一系列連鎖反應，最后導致大分子鏈斷裂。潤滑劑潤滑劑的作用是降低物料之間及物料和加工設備表面的摩擦力，從而降低熔體的流動阻力，降低熔體粘度，提高熔體的流動性,避免熔體與設備的粘附，提高制品表面的光潔度等。潤滑劑使用不可過多，否則會影響焊接強度。著色劑著色劑除了使制品具有美麗的顏色外，還可提高耐光性，對延長型材的使用壽命起很大作用。TiO2分為兩種，金紅石型和銳鈦型。鈦白在PVC塑料門窗型材中的使用量為3～6phr。因此，PVC加工時往往需要加入加工助劑，以改善其熔體的缺陷。填充劑填充劑不僅可降低成本，還可提高其剛性和耐熱性，改善耐候性，增加尺寸穩(wěn)定性，有利于擠出成型，經過反復試驗，使用輕質活性CaCO3所生產的型材，其各項技術指標均優(yōu)于其它填充劑所生產的型材。（2）熱穩(wěn)定劑系統的確定主熱穩(wěn)定劑采用Ba/Cd復合熱穩(wěn)定劑，輔助熱穩(wěn)定劑為亞磷酸酯和環(huán)氧大豆油。本品采用固體石蠟作為潤滑劑。根據前述分析，最終確定UPVC窗框異型材擠出配方，如表32所示。通過擠出模頭流道被擠出的模塑料型坯，必須經過氣隙后，被牽引進入定型模進行定型和坑卻，才能最終成為塑料異型材產品。需要注意的是從擠出機頭擠出的異型材型坯的截面形狀，不是產品的最終截面形狀，最多是近似形狀。即在模頭出口處，料流截面上各部分的平均流速相等。③需要產生適當的背壓。對于PVCU塑料異型材擠出成型，其背壓一般不低于3~5MPa。流道壁面曲線應呈流線型，不能有突變。⑤要讓型材坯料在離開模頭之前要有這足夠的純剪切流動過程。模頭流道出口前的平直段流道的壓力降的理論計算，可以作為平直段流道長度選擇的一個依據。不能有缺陷，更不能有死角和毛刺，以至出現掛料現象，這一點對于PVC塑料更加重要。擠出模頭安裝后，其中心線應該是擠出機的擠出系統中心線的延長線。 型材主體口模圖形的設計可將復雜的型材截面圖形分解為相對簡單的型材主體和具有特定功能的功能塊區(qū)。圖41 模頭及其口模圖形口模截面圖是擠出模頭流道出口的截面形狀，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。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。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。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。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。而此處的偏移量目前只能采用經驗數值。 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。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。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。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。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。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。 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。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。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。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。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。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。最后通過強度校核。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。分流筋外形設計如圖52所示。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。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。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。在供料段與成型段之間有一段收縮型流道l2稱為過渡段。若要實現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。通常將這樣從型芯上分割的一段型芯部件稱為型芯鑲塊。擁有型芯鑲塊是內流道結構模頭的一個特點。因此，內筋外流道始終與外壁流道相連通。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。在在異型材中每一個型芯快都要形成一個獨立的空腔。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。該結構雖然出現較晚，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。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。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。內筋流道形成于模頭的分流錐和型芯零件的內部。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。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。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。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。 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。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。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。單獨設置一塊收縮板的主要目的也是如此。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。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。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。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。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。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。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。模頭上的連接螺釘，必須使用高強度級的螺釘。（1）分流筋強度的校核分流筋必須有足夠的強度支撐型芯和分流錐，不出現變形和損傷現象，然而從減少對熔體料流的粘彈性擾動方面考慮，希望分流筋盡可能的細小，數量上也盡可能的少一些。因此，對分流筋進行強度校核往往是很有必要的。也要注意過薄過長的分流筋有可能會因為意外出現失穩(wěn)現象。第9章 定型模設計 綜述定型模的作用是讓離開模頭的塑料型坯，在正確的形狀下，從熔融狀態(tài)冷卻固化成最終的塑料異型材產品。實際上，定型模對于塑料異型材擠出成型起著十分重要的作用，它最終決定著異型材的尺寸精度，這包括異型材的尺寸、形狀、公差和表觀質量，并且直接影響異型材的落錘沖擊，加熱后的尺寸變化等物理性能。 定型模長度的設計定型模長度L應視制品的壁厚、形狀來定。其目的是使從最終定型段出來的制品在橫截面內外各處溫度達到完全冷卻(14℃左右)。） 定型模型腔的設計 真空吸附面積和真空槽設計結構設計原則：①選擇上、下分型面要考慮便于操作，出故障時能取出型胚，易于清理。③真空吸附足夠且均勻。⑤水冷回路和真空吸附回路分別相聯組成獨立的、可循環(huán)的系統，要交替設置，但不能串通。f——系數，取16～30，f與型材、壁厚、質量、真空度有關M——定型模真空度，～在型胚的筋和棱邊的部位要有較大的吸附力(冷卻慢)，故應使抽氣孔對準筋和棱邊。 冷卻水路設計定型模冷卻水路設計應注意：水孔孔壁與真空槽孔的應大于3mm，以防止距離過薄，加工時引起水氣相穿的現象。因為模腳與定型臺相連利于傳熱，型胚由于自重的作用與下型板的型腔面貼合得更好，也利于傳熱。 定型模型腔尺寸計算定型模型腔尺寸主要由型材收縮率、膨脹率、牽引拉伸率、冷卻方式、制品復雜程度、操作方式等決定。第，第3節(jié)尺寸比第～。②，壓條開口處取系數1。③斷面寬度超過40mm，給反彈弧。④。結 論本次畢業(yè)設計是窗框異型材擠出機頭模具設計，經過查詢資料、確定畢業(yè)設計任務書、編寫說明書、利用計算機輔助軟件畫出工程圖紙，再到手繪工程圖紙，最后的修整這一過程中我學到了很多有關產品設計方面的理論知識，近一步鞏固了