美式截面PVC塑料異型材擠出模具的設計

肖學仕

(中國船舶重工集團第716研究所杰瑞模具公司,江蘇連云港222006)

美式截面PVC塑料異型材擠出模具的設計

肖學仕

(中國船舶重工集團第716研究所杰瑞模具公司,江蘇連云港222006)

以典型的美式截面型材為例,從塑料異型材組裝、使用及成型的角度,對擠出模具口模部分的各段流道進行了分析,對定型模中水氣路排布、尺寸放量與口模的匹配程度、物料特別是對內筋在定型模中冷卻定型規律進行了總結,對定型水箱中定型塊等作用進行了分析,探討了如何完善塑料異型材模具的設計問題。

聚氯乙烯;塑料異型材;美式截面;功能區;阻力平衡;模具

0 前言

塑料異型材中美式型材和歐式型材單就截面的形狀而言,歐式主要形狀為封閉的腔體而美式多半為腔體加上一個或多個長單臂類的開式結構組成。國內塑料異型材擠出模具的設計和制造,以及相關截面的設計最開始是以仿制歐式起步的。所以在此類的模具設計中對歐式的相關系統把握比美式的經驗要豐富的多,模具設計的最終效果也要好很多。設計經驗欠缺時設計美式截面模具往往會比歐式截面模具出現更多的疑難問題,更有甚者模具不能正常使用以致整套模具的報廢。

對歐式型材而言由于它以腔體為主體在定型過程中容易被模具吸附均勻冷卻定型,不但容易保證尺寸而且整個截面的本身剛性也比較強。而美式型材存在開式結構,口模中由于邊界效應致使單臂出料很難與主體相協調,在定型模的冷卻定型過程中長單臂的收縮量比腔體大很多,即出料難以匹配也不容易吸附定型,開式結構的冷卻比腔體快,容易造成冷卻不平衡,再則單臂與腔體在冷卻定型過程中阻力不易平衡等,綜合多方面的原因很容易造成型材尺寸形狀不到位及彎曲現象等。但只要我們在設計前充分認識它們的特殊性并進行細致認真的分析,找到可能出現問題的地方,在設計過程中進行針對性的處理,也就一定能設計好美式截面模具的。

1 模具的設計

如何才能避免美式截面型材成型后的各種缺陷,設計好此類模具呢?以圖1所示的典型美式截面的模具設計為例,來解釋說明設計的詳細過程。

1.1 PVC門窗截面分析

從型材最終使用的角度確切了解截面各部分形狀的功用和配合裝配關系。以圖1為例,三處4.6 mm為毛條的裝配尺寸,都要求最終成型尺寸偏向負差。因為安裝此類配件要求不易松動和脫落。46 mm為扇的配合尺寸、46.85 mm為連接尺寸,這二處都要求最終成型尺寸偏向正差。因為與扇配合要有活動余量,連接尺寸要求配合緊密可靠。

從型材的本身結合以往的設計調試經驗,分析不同的截面形狀在成型時可能會出現的各種缺陷,以備在設計時做到心中有數采取對應的有效措施。這一類的截面由于形狀不規則,有典型的美式單臂結構。所以我們在設計時要考慮到成型尺寸的精度,以及由于冷卻和定型過程的阻力不平衡造成的彎曲現象。

圖1 典型的美式PVC門窗截面Fig.1 Typical American style profile section of PVC windows

1.2 模具的設計

結合廠家提供的配方情況和各種技術參數以及設備情況等各種內在特點和外部影響條件綜合考慮模具的最佳結構配置。單就截面的大小和壁厚的尺寸,口模可按常規結構設計。但由于要關照成型時的彎曲問題,定型模的定型段要加長,以利于對彎曲的強制定型作用。增加水箱部分加長定型塊以利于生產效率的提高。綜合考慮擠出類模具理論不成熟的情況,在具體設計時要充分考慮設計成本的經濟性、加工的工藝性、以及技術的先進性等要做到綜合兼顧。這三者的平衡要求設計者要有相當先進的模具設計知識,更要有機械加工以及數控精密機床的加工相關知識和經驗,當然也要有很清晰的價格成本意識。

此類模具在加工結束后,通常要在使用廠家結合最終生產使用的實際環境和條件,要對模具做相應的調整,所以設計時對不太確定的部位要充分考慮預留調整的余量,以及可調整的便捷性。通常在廠家的調試現場,加工返修的條件都相對比較有限。所以前期的設計、加工、廠內調試等相關環節要做細做到位。對可能的大余量調整要有備件或可行的預案。

有了對此類模具設計的主體思路,下面就對模具的口模、定型模、水箱等三大關鍵組成部分的設計做具體的描述:

(1)口模的設計。按慣例先以中性層算法確定大腔體的尺寸。對單臂按1.08～1.15的倍乘以確定長度,考慮到單臂的外端頭會受到物料邊界效益的影響,口模1在外端頭采用異型補料的辦法來消除缺陷。對局部功能復雜的如毛條口等形狀,考慮到定型冷卻和阻力平衡的問題,應綜合協調以確定尺寸。對平直段、壓縮比、尾錐角度、連接頭的角度等其余尺寸的確定可按確定歐式模具的方法設計。

口模1的尺寸放量,腔體和有限位形狀的尺寸,通常按中性層的1.03倍放大,局部溝爪要注意補料。圖2為在口模1的基礎上,型芯吊裝的設計及有鍵位置的出料補償辦法。在形狀的突變部位要加限流筋,以此來減少各部位的出料影響和突變部位的內應力作用。

圖2 模板2的設計圖Fig.2 Design drawing of No.2 formwork

壓縮板設計時,壓縮比通常取值3～4之間。既要保證一定的背壓增加物料的塑化,又要兼顧型材的米重和致密度。分流板的設計要重點考慮出料的均勻性,使物料在流動的過程中不會產生無序的紊流狀態,如圖3所示。對連接頭及尾錐的角度匹配,這要充分考慮在此部位的物料,既要完成初步的分流,又要把壓力的損耗降到最低,還要考慮有利于物料的塑化等。

圖3 分流板設計圖Fig.3 Design drawing of splitter plate

綜上所述口模考慮點就是放量與定型尺寸的匹配、局部出料的邊界效應的規避、物料的塑化及壓力的平衡等。

(2)干定型的定型模的設計。對于腔體可按1.005～1.01的比例計算后再適當取整。如圖4和圖5所示。單臂要如前面的分析充分考慮會出現的缺陷,在設計時采取有效措施,如判斷單臂局部彎曲的方向給予反向校正,考慮到定型冷卻和阻力平衡問題可調整定型模的間隙和水氣的排布,對有內筋的位置要考慮其后收縮對大面造成的影響等,這一點也是美式模具的設計關鍵點。

圖4 定型模型腔設計圖Fig.4 Design drawing of shaper cavity

圖5 定型模水氣布置圖Fig.5 Arrangement diagram of water and gas channel in shaper

(3)濕定型水箱定型塊的設計。首先要明確水箱的作用,即主要起強制冷卻定型的作用。由于美式型材普遍存在彎曲的現象,為了平衡阻力所以毛條口等部位形狀要做適當的保留,以利于后續修整對彎曲的校正,如圖6所示。

圖6 水箱定型塊設計圖Fig.6 Design drawing of molding block of radiator grille

2 結論

(1)口模設計時要考慮放量與定型尺寸的匹配關系、規避局部出料的邊界效應、保證物料的塑化及壓力的平衡等因素;

(2)定型模設計時,要考慮定型冷卻和阻力平衡問題,可調整定型模的間隙和水氣的排布,對有內筋的位置要考慮其后收縮對大面造成的影響等問題;

(3)由于美式型材普遍存在彎曲的現象,為了平衡阻力,毛條口等部位形狀要做適當的保留,以利于后續修整對彎曲進行校正。

Mould Design of American Style PVC Windows Profile Section

XIAO Xueshi
(JARI Tooling Corporation,No.716 Research Institute,China Shipbuilding Industry Corporation,Lianyungang 222006,China)

This article discusses how to improve the design quality of PVC window profiles from the point view of assembling and molding process.Window profile sections of American style were taken as references.According to the analysis of the flow channel,an integrated study was carried out on the following aspects:the layout design of water and vacuum in the calibrator;the dimension matching require between the calibrator and hot die;the flow of PVC compounds and especially the cooling rules of interior web in the calibrator;and the function research of tank plate in the water tank.

poly(vinyl chloride);plastics profile;American style windows profile section;function area;resistance balance;mould

TQ320.72

B

1001-9278(2011)03-0094-03

2010-11-30

聯系人,xxslyg@sina.com