提高塑料異型材擠出模具的穩(wěn)定性
擠出模具在異型材穩(wěn)定擠出中的作用
塑料異型材的穩(wěn)定擠出生產(chǎn)涉及,包括原料混配、機(jī)組動力和真空水冷在內(nèi)的一個大的擠出系統(tǒng)。對于這樣一個大的擠出系統(tǒng)要求其絕對穩(wěn)定是很困難的,亦是很不經(jīng)濟(jì)的。而工藝的波動則是不可避免的。因此,要能穩(wěn)定地生產(chǎn)出嚴(yán)格質(zhì)量要求的異型材產(chǎn)品,就必須要求擠出模具有一個盡可能寬的工藝適應(yīng)范圍,也就是所謂的模具“工作窗”要大。
所以,對擠出模具要進(jìn)行穩(wěn)定性設(shè)計(jì)(即對工藝波動適應(yīng)性的設(shè)計(jì)),應(yīng)該有擠出模具穩(wěn)定性指標(biāo)(即所適應(yīng)的工藝范圍的界定和在所界定范圍內(nèi)可靠性的指標(biāo))。
另外,需要強(qiáng)調(diào)的是,在整個擠出系統(tǒng)的綜合調(diào)整中,擠出模具作適應(yīng)性調(diào)整是成本最低的,因?yàn)閷δ>叩恼{(diào)整只是一次性作業(yè)的投入。因此,我們應(yīng)該對擠出模具全面地進(jìn)行穩(wěn)定性設(shè)計(jì),提高擠出模具的穩(wěn)定性指標(biāo),以充分發(fā)揮擠出模具在塑料異型材穩(wěn)定擠出生產(chǎn)中的作用。
擠出模具穩(wěn)定性設(shè)計(jì)的幾個方面
1.模頭流道中最小橫向流動的設(shè)計(jì)
模頭流道中的橫向流動是模頭設(shè)計(jì)的困難所在,橫向流動最小化是擠出模頭流道優(yōu)化設(shè)計(jì)的主要指標(biāo)。這樣可以使無法完全控制的各種工藝波動所造成的料流不穩(wěn)定,對型材尺寸和性能的影響減至最小程度。
①分流支架處合理分流的設(shè)計(jì)
各分流道的流量應(yīng)和其對應(yīng)的部分型材的截面面積成比例,即滿足公式:
(1)
這里Qi為分流道的流量,Q為總流量,Si為分流道對應(yīng)部分型材的面積,S為型材的總面積。
采用數(shù)值分析方法可求得合理解。這里沒有“壓縮比”的說法。
②功能塊流道的合理設(shè)計(jì)
用數(shù)值分析的方法優(yōu)化功能塊(或特殊部位)的流道設(shè)計(jì),通過計(jì)算機(jī)仿真模擬,找出流動相對平衡,而且利于制造,方便修模的功能塊流道結(jié)構(gòu)。這將使得可能產(chǎn)生的,導(dǎo)至異型材制品質(zhì)量下降的內(nèi)應(yīng)力減至最小。
2.離模型坯多重作用的設(shè)計(jì)計(jì)算
對于中空薄壁異型材型坯,離開口模后主要受到三重作用,其所受到的牽引和冷卻收縮作用是以外形(牽引中心)為基礎(chǔ)的,而其所受到的出口膨脹作用是以壁厚(壁中線)為基礎(chǔ)的,最終的形狀應(yīng)是這三種作用的線性疊加。
因而口模外形尺寸應(yīng)是考慮這三重作用的結(jié)果:
A‘﹦ωAA(ωA-ωh)h(2)
式中:A為型材制品尺寸
A‘׳為口模尺寸
h為型材制品壁厚
ωA為考慮了牽引和冷卻收縮作用的口模放大系數(shù)
ωh為考慮了出口膨脹,牽引和冷卻收縮綜合作用的口模縫隙縮小系數(shù)
這與口模尺寸簡單縮放比例的選取是有很大差別的。沒有正確的設(shè)計(jì),只靠修模調(diào)整,不但會大量地增加修模費(fèi)用,而且必然犧牲掉工藝的調(diào)節(jié)空間,也就縮小了擠出模具穩(wěn)定使用的范圍。
3.型坯均勻緩冷的設(shè)計(jì)
型材擠出定型模的設(shè)計(jì)所追求的主要目標(biāo),應(yīng)是冷卻成型的均勻性;至于冷卻效率,主要受型材壁厚自身的熱擴(kuò)散系數(shù)所限制,因而,存在有熱傳導(dǎo)傅里葉微分方程導(dǎo)出的理論最小冷卻時間(中空型材):
(3)
這里--型材壁厚
--剛進(jìn)入定型模的塑料型坯的溫度
--定型模型腔溫度(常近似取冷卻水溫度)
--型材離開定型模時的平均溫度
--塑料熱擴(kuò)散系數(shù)
為實(shí)現(xiàn)均勻性目標(biāo),以下這些措施雖然增加了擠出模具的成本,但卻是很必要的,是保證穩(wěn)定擠出和擠出型材質(zhì)量的措施。
①型材大面模腔布置S形水道。
這樣就不會因?yàn)樗^損失而影響冷卻的均勻性。
②集中供水,出水“排空”設(shè)計(jì)。
忽略“排空”設(shè)計(jì),使得一些冷卻水管因背壓大而沒有流動,是造成冷卻不均勻的一個重要原因,也因此影響了擠出牽引的穩(wěn)定。
③水箱紊流設(shè)計(jì)。
水是不良導(dǎo)體,只有流動才能提高其散熱能力和對型材各部分散熱的均勻性。
④溝槽內(nèi)部的冷卻設(shè)計(jì)。
實(shí)際上,整個異型材的冷卻效率的高低,是由異型材上最難冷卻的部位的冷卻效率決定的。異型材上除內(nèi)筋無法直接冷卻外,最難冷卻的部位就是這些溝槽。所以,如果我們不能對溝槽部位進(jìn)行有效的冷卻,其它部位冷卻效率再高也不能提高整個異型材的冷卻效率,相反,還會加大冷卻不均勻所帶來的種種不穩(wěn)定的惡果。
⑤空氣隔離技術(shù),實(shí)現(xiàn)主要沖擊面的緩冷。
就RPVC異型材的高分子材料的物理性能而言,緩冷是有利的,這和提高冷卻效率是相矛盾的。為解決這一矛盾,在主型材主要沖擊面上方引入空氣,隔離定型模壁,實(shí)現(xiàn)緩冷。
實(shí)踐表明,冷卻定型過程對型材落錘沖擊強(qiáng)度有著強(qiáng)烈的影響,重修定的國標(biāo)(GB/T8814-2004)2004年10月1日執(zhí)行,I級型材落錘沖擊強(qiáng)度提高了50%。因此,有關(guān)型坯均勻緩冷的問題應(yīng)引起我們高度重視。