擠出模具分類和應用

本文作者：邵建明 吳從喜

摘 要：通過對高速擠出模具的設(shè)計、生產(chǎn)、調(diào)試等實踐積累、總結(jié)和對進口高速模的消化吸收，比較詳細地介紹了高速擠出模具的設(shè)計要點和設(shè)計原理，并簡要介紹了進口高速擠出模具的部分優(yōu)點。

關(guān)于UPVC型材高速擠出模具，包括本公司在內(nèi)的國內(nèi)幾家較大的模具制造商以及幾所大學這幾年已投入了很大的人力和財力進行探索和研制，已取得了一些成果。由于各個模具制造商因為市場競爭的緣故，技術(shù)上相對保密已是不爭的事實，而且各家的技術(shù)成份中含經(jīng)驗性的東西較多，因此差異性也顯而易見。

有不少文獻資料上講述了高速擠出模具的設(shè)計，從這些資料上可以看出有些技術(shù)參數(shù)是公認的，有些技術(shù)參數(shù)各執(zhí)一詞，本文談?wù)勎覀兊脑O(shè)計和進口模具的一些優(yōu)點。

一、機頭的設(shè)計

高速擠出機頭設(shè)計要保證流道中的料流穩(wěn)定流動，這一點很主要，所以機頭幾個要素必須圍繞這個穩(wěn)字來做文章。

1

流道

高速擠出機頭的流道一般為各自獨立流道，面與面、特別是勾槽、內(nèi)筋與面更是必須用0.5～1.0mm厚的分隔筋隔開，這種分隔不僅使料流在流道中互不竄位，有利于減少料流的界面應力，對提高擠出成型速度有益，而且修模方便，生產(chǎn)出來的型材斷面各處分明悅目，沒有東扯西拉的感覺。

2

口模

高速擠出機頭的口模尺寸放大率有趨小之勢，一般在5%以下，近期所見進口模具，口模尺寸放大率一般在1%～3%之間。相對以前的低速模具，高速擠出機頭的口模尺寸放大率趨小，這一點已得到大多數(shù)同行的認可，并已在實際中應用。理由是：在擠出成型中有一種內(nèi)部形變（殘留應力）是由拉伸作用引起的。機頭口模尺寸放大率較小，所擠出型坯經(jīng)過較小的拉伸就定型成為產(chǎn)品，型材殘留應力小，有利于型材的成型和性能的提高。反之，口模尺寸放大率較大的話，型坯更容易貼緊定型模型腔，但型坯經(jīng)過較大的拉伸定型成為產(chǎn)品，型材的縱向拉伸強度有所提高，橫向上有所降低，而殘存的內(nèi)應力較大，低溫落錘沖擊強度等指標受到較大的影響。

3

壓縮比

機頭的壓縮比在保證制品密實等前提下比以前的普通模具略小，一般在2.5～4之間。高速擠出模具內(nèi)，物料在模頭定型區(qū)消耗的壓力降較大，因此模頭的壓縮比應相應減小。機頭壓力過大，擠出量減小，擠出量減小何談高產(chǎn)，何談高速擠出；機頭壓力過大，有部分模具因此會使物料發(fā)黃，物料的離模膨脹更大；由于高速擠出機頭口模尺寸放大率減小，定型模與機頭靠得很近，熔融物料離開口模馬上就進入定型模進行強冷和高真空定型，分子鏈未來得及充分松馳就已被強制定型了，殘留應力大。所以較小的壓縮比有利于高速擠出的實現(xiàn)。

4

平直段

口模平直段過長，機頭壓力過大，擠出效率降低，不利于高速擠出的實現(xiàn)，所以大家一般認為高速擠出機頭的平直段為低速模具口模平直段的0.9倍。實際上同一個機頭等間隙各面的口模平直段不盡相等，這是因為，由于分流錐和支架分布導致壓力不均衡，料流不一致，為了保證料流出口模時流速一致，一般料流相差不多的情況下，修了匯流（壓縮）部分，致使同一機頭等間隙各面的口模平直段不盡相等。實踐表明同一機頭等間隙各面的口模平直段相差較大時，高速擠出時若料流出口模速度一致，低速擠出時就不一定一致，反之亦然。

因此，制作和修模時一定要注意這一點。至于口模平直段的長短，在大約30倍于口模間隙這一數(shù)據(jù)時，筆者認為還要與機頭壓縮比聯(lián)系起來考慮。現(xiàn)在的型材生產(chǎn)線上熔體壓力顯示、扭矩顯示為機頭的壓縮比和口模平直段設(shè)計提供了一些有益的幫助。

5

支架板流道

高速擠出機頭支架板流道的長度比低速擠出機頭的要長。這是因為支架板除了起支撐分流錐和型芯外，還有一個作用是給匯流與口模部分連續(xù)不斷地供料，支架板流道長，料流流動平穩(wěn)，給匯流與口模部分供料更穩(wěn)定，這一點很重要，也得了大家的認同。

6

進料部位

高速擠出機頭進料部位要平緩過渡，不能讓料流突然產(chǎn)生較大的壓力降，這樣才會給支架板型腔流道提供比較穩(wěn)定的料流，有利于高速擠出。

7

擴張角和壓縮角

高速擠出機頭的擴張角和壓縮角比低速模具要小，這也是保證料流壓力降不致太大，也是體現(xiàn)設(shè)計的一個穩(wěn)字。

8

體積

高速機頭的體積比低速機頭的要大些。

國外某公司的機頭支架板流道設(shè)計與國內(nèi)模具相比有些不同，他們有部分機頭支架流道外形與口模外形的仿形不那么逼真。他們在高速擠出機頭的唇模板料流出口周圍銑槽或打孔，裝上電阻絲加熱，以提高型材表面光潔度。

二、定型模的設(shè)計

高速擠出定型?？傞L度比低速定型模總長度要長得多，它由較短的干定型和很長的濕定型組成。高速擠出定型模主型材干定型由二至四段235mm長定型模組成，小型材由一至二段235mm長定型模組成，濕定型由二至六米的強力渦流水箱組成。

1、定型模型腔尺寸放大率隨著擠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‰之間，而高速模具在8‰～12‰之間，而且要求更準確。對于相同尺寸的部位，有溝槽牽制收縮定型的部位和無溝槽牽制自由收縮定型的部位放大率不同，對溝槽部位功能尺寸要強制定型，準確把握，而且通過時不能有太大的磨擦阻力。

2、型材定型過程中變形的防范與設(shè)計補償措施要求嚴密、準確，而這種嚴密、準確來自實踐的積累、總結(jié)。譬如反向圓弧與速度、尺寸大小、型材結(jié)構(gòu)位置的關(guān)系，反向圓弧的大小、圓心位置的確定，圓弧與直線根據(jù)實際情況的銜接。再如多階梯轉(zhuǎn)折部分的變形補償設(shè)計，型材的直角，在定型模中設(shè)計成銳角或鈍角。又如有些冷卻不好、容易下塌的部位，特別是有內(nèi)筋相連的這種部位，除了正常放大外，還要預放變形、收縮尺寸量，例如三軌推拉框中間軌道的設(shè)計、推拉扇裝滑輪處的設(shè)計。

3、冷卻水道的設(shè)置。國外某公司制作的高速擠出定型模冷卻水道統(tǒng)進單出，模具外觀看起來簡潔、美觀、實用。當然這種水道的外給水壓要達到一定值，否則達不到應有的效果。定型模的許多細微部分都設(shè)有冷卻水孔，如密封條槽、毛條槽、排水槽、裝壓條槽等處都通有φ1.5mm左右的單獨水孔（不一定全程都通），這對加強和平衡型材的冷卻起到了很大的作用，這些細微部位的有效冷卻對提高模具擠出速度非常明顯。筆者就此問題曾用推拉扇中梃在進口生產(chǎn)線上做過試驗，中梃有兩個裝壓條槽、兩個密封條槽，若此四個部位通水冷卻，在水溫13±2℃，水壓0.5Mpa的條件下（干定型兩段共長900mm，渦流水箱長3m），擠出速度可從2米/分提高到3.7米/分以上。

冷卻的速率對高速擠出固然很重要，但冷卻的平衡也同樣不容忽視，特別是在干定型中，較快的冷卻速率而冷卻不平衡是難以實現(xiàn)高速擠出的，所以設(shè)計定型模時要仔細地分析計算熱量的傳遞和傳遞速率，使型材外表各部位冷卻盡量均勻，殘留應力小、不變形、不彎曲。

4、高速擠出定型模真空的設(shè)計也很特別，距定型模入口10mm左右型坯就受到真空吸附，貼緊定型模。國外某公司最新高速擠出模具干定型入口倒成圓弧，距入口5mm左右就設(shè)有氣槽，氣槽排列較密。由于高速模具干定型長度的減短和擠出速度的提高，型材在干定型中停滯的時間短，所以干定型中氣槽設(shè)計較密較多，相對增加吸附程度。排在干定型中間的一至二段定型模只有容易下塌和變形（或防止變形）的部位設(shè)有氣槽吸附，而其它部位無氣槽吸附，靠干定型各段之間密封的真空吸附。溝槽單層部位只有單面吸附，他們的定型模許多細微部位真空孔道的設(shè)計制作非常靈巧、精致、令人嘆為觀止。真空度的大小，特別是干定型中第一段的真空度，正常生產(chǎn)時要盡可能達到0.07Mpa以上。

5、渦流水箱和支撐板的設(shè)計。渦流水箱真空度大小可調(diào)、密封嚴實，水流通暢有力，型材所有外表面直接與水接觸，由于強有力的渦流，冷卻速度快，熱交換好，冷卻均勻，型材冷卻定型的效果很好。國外某公司的渦流水箱底部用不銹鋼板析彎而成，支撐板下導流件使用塑料注塑件，表面光滑、導流角度合理，在真空的作用下，水流流動通暢、翻騰更勁，冷卻效果非常之好。渦流水箱長度3～8米不等，視具體型材結(jié)構(gòu)確定。

高速擠出中，由于干定型長度的減短，支撐板對型材尺寸和外形的定型愈顯得重要，支撐板的數(shù)量成倍增加，排列前密后疏。支撐板型腔面與型材并不是所有的面都有摩擦接觸，若說干定型是一種成型，那么濕定型是一種在支撐板作用下防止變形的定型，所以支撐板型腔尺寸的設(shè)計與干定型型腔尺寸有很大的不同，該支撐的部位必須支撐，不該摩擦接觸的地方就不能讓其接觸產(chǎn)生阻力，使型材產(chǎn)生不良的受力變形，所謂該與不該應對各型材在支撐板中的具體狀態(tài)進行系統(tǒng)的受力變形分析。

總之，高速擠出模具設(shè)計是一次質(zhì)與量的飛躍，是在并不多的理論指導下實踐積累的升華。高速擠出是一個系統(tǒng)工程，高速模具是其中的一部分，實現(xiàn)高速擠出，整個系統(tǒng)必須建立一個良好的技術(shù)平臺，要靠系統(tǒng)內(nèi)各要素的提高才得以實現(xiàn)。

參考文獻：

[1] 王存吉，《出國總結(jié)及技術(shù)探討》

[2] (日) 田慶司，《塑料異型和復擠出技術(shù)及制品開發(fā)》

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