提高塑料异型材挤出模具的稳定性

挤出模具在异型材稳定挤出中的作用

塑料异型材的稳定挤出生产涉及，包括原料混配、机组动力和真空水冷在内的一个大的挤出系统。对于这样一个大的挤出系统要求其绝对稳定是很困难的，亦是很不经济的。而工艺的波动则是不可避免的。因此，要能稳定地生产出严格质量要求的异型材产品，就必须要求挤出模具有一个尽可能宽的工艺适应范围，也就是所谓的模具“工作窗”要大。

所以，对挤出模具要进行稳定性设计(即对工艺波动适应性的设计)，应该有挤出模具稳定性指标(即所适应的工艺范围的界定和在所界定范围内可靠性的指标)。

另外，需要强调的是，在整个挤出系统的综合调整中，挤出模具作适应性调整是成本最低的，因为对模具的调整只是一次性作业的投入。因此，我们应该对挤出模具全面地进行稳定性设计，提高挤出模具的稳定性指标，以充分发挥挤出模具在塑料异型材稳定挤出生产中的作用。

挤出模具稳定性设计的几个方面

1.模头流道中最小横向流动的设计

模头流道中的横向流动是模头设计的困难所在，横向流动最小化是挤出模头流道优化设计的主要指标。这样可以使无法完全控制的各种工艺波动所造成的料流不稳定，对型材尺寸和性能的影响减至最小程度。

①分流支架处合理分流的设计

各分流道的流量应和其对应的部分型材的截面面积成比例，即满足公式：

（1）

这里Qi为分流道的流量，Q为总流量，Si为分流道对应部分型材的面积，S为型材的总面积。

采用数值分析方法可求得合理解。这里没有“压缩比”的说法。

②功能块流道的合理设计

用数值分析的方法优化功能块(或特殊部位)的流道设计，通过计算机仿真模拟，找出流动相对平衡，而且利于制造，方便修模的功能块流道结构。这将使得可能产生的，导至异型材制品质量下降的内应力减至最小。

2.离模型坯多重作用的设计计算

对于中空薄壁异型材型坯，离开口模后主要受到三重作用，其所受到的牵引和冷却收缩作用是以外形(牵引中心)为基础的，而其所受到的出口膨胀作用是以壁厚(壁中线)为基础的，最终的形状应是这三种作用的线性叠加。

因而口模外形尺寸应是考虑这三重作用的结果：

A‘﹦ωAA(ωA-ωh)h（2）

式中:A为型材制品尺寸

A‘׳为口模尺寸

h为型材制品壁厚

ωA为考虑了牵引和冷却收缩作用的口模放大系数

ωh为考虑了出口膨胀，牵引和冷却收缩综合作用的口模缝隙缩小系数

这与口模尺寸简单缩放比例的选取是有很大差别的。没有正确的设计，只靠修模调整，不但会大量地增加修模费用，而且必然牺牲掉工艺的调节空间，也就缩小了挤出模具稳定使用的范围。

3.型坯均匀缓冷的设计

型材挤出定型模的设计所追求的主要目标，应是冷却成型的均匀性；至于冷却效率，主要受型材壁厚自身的热扩散系数所限制，因而，存在有热传导傅里叶微分方程导出的理论最小冷却时间(中空型材)：

(3)

这里--型材壁厚

--刚进入定型模的塑料型坯的温度

--定型模型腔温度（常近似取冷却水温度）

--型材离开定型模时的平均温度

--塑料热扩散系数

为实现均匀性目标，以下这些措施虽然增加了挤出模具的成本，但却是很必要的，是保证稳定挤出和挤出型材质量的措施。

①型材大面模腔布置S形水道。

这样就不会因为水头损失而影响冷却的均匀性。

②集中供水，出水“排空”设计。

忽略“排空”设计，使得一些冷却水管因背压大而没有流动，是造成冷却不均匀的一个重要原因，也因此影响了挤出牵引的稳定。

③水箱紊流设计。

水是不良导体，只有流动才能提高其散热能力和对型材各部分散热的均匀性。

④沟槽内部的冷却设计。

实际上，整个异型材的冷却效率的高低，是由异型材上最难冷却的部位的冷却效率决定的。异型材上除内筋无法直接冷却外，最难冷却的部位就是这些沟槽。所以，如果我们不能对沟槽部位进行有效的冷却，其它部位冷却效率再高也不能提高整个异型材的冷却效率，相反，还会加大冷却不均匀所带来的种种不稳定的恶果。

⑤空气隔离技术，实现主要冲击面的缓冷。

就RPVC异型材的高分子材料的物理性能而言，缓冷是有利的，这和提高冷却效率是相矛盾的。为解决这一矛盾，在主型材主要冲击面上方引入空气，隔离定型模壁，实现缓冷。

实践表明，冷却定型过程对型材落锤冲击强度有着强烈的影响，重修定的国标(GB/T8814-2004)2004年10月1日执行，I级型材落锤冲击强度提高了50%。因此，有关型坯均匀缓冷的问题应引起我们高度重视。