肖學(xué)仕

(中國船舶重工集團(tuán)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(shè)計

肖學(xué)仕

(中國船舶重工集團(tuán)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(jìn)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(nèi)筋在定型模中冷卻定型規(guī)律進(jìn)行了總結(jié),對定型水箱中定型塊等作用進(jìn)行了分析,探討了如何完善塑料異型材模具的設(shè)計問題。

聚氯乙烯;塑料異型材;美式截面;功能區(qū);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(jié)構(gòu)組成。國內(nèi)塑料異型材擠出模具的設(shè)計和制造,以及相關(guān)截面的設(shè)計最開始是以仿制歐式起步的。所以在此類的模具設(shè)計中對歐式的相關(guān)系統(tǒng)把握比美式的經(jīng)驗要豐富的多,模具設(shè)計的最終效果也要好很多。設(shè)計經(jīng)驗欠缺時設(shè)計美式截面模具往往會比歐式截面模具出現(xiàn)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(qiáng)。而美式型材存在開式結(jié)構(gòu),口模中由于邊界效應(yīng)致使單臂出料很難與主體相協(xié)調(diào),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(jié)構(gòu)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(xiàn)象等。但只要我們在設(shè)計前充分認(rèn)識它們的特殊性并進(jìn)行細(xì)致認(rèn)真的分析,找到可能出現(xiàn)問題的地方,在設(shè)計過程中進(jìn)行針對性的處理,也就一定能設(shè)計好美式截面模具的。

1 模具的設(shè)計

如何才能避免美式截面型材成型后的各種缺陷,設(shè)計好此類模具呢?以圖1所示的典型美式截面的模具設(shè)計為例,來解釋說明設(shè)計的詳細(xì)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(guān)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(fù)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(jié)合以往的設(shè)計調(diào)試經(jīng)驗,分析不同的截面形狀在成型時可能會出現(xiàn)的各種缺陷,以備在設(shè)計時做到心中有數(shù)采取對應(yīng)的有效措施。這一類的截面由于形狀不規(guī)則,有典型的美式單臂結(jié)構(gòu)。所以我們在設(shè)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(xiàn)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(shè)計

結(jié)合廠家提供的配方情況和各種技術(shù)參數(shù)以及設(shè)備情況等各種內(nèi)在特點和外部影響條件綜合考慮模具的最佳結(jié)構(gòu)配置。單就截面的大小和壁厚的尺寸,口?？砂闯Ｒ?guī)結(jié)構(gòu)設(shè)計。但由于要關(guān)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(qiáng)制定型作用。增加水箱部分加長定型塊以利于生產(chǎn)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(shè)計時要充分考慮設(shè)計成本的經(jīng)濟(jì)性、加工的工藝性、以及技術(shù)的先進(jìn)性等要做到綜合兼顧。這三者的平衡要求設(shè)計者要有相當(dāng)先進(jìn)的模具設(shè)計知識,更要有機(jī)械加工以及數(shù)控精密機(jī)床的加工相關(guān)知識和經(jīng)驗,當(dāng)然也要有很清晰的價格成本意識。

此類模具在加工結(jié)束后,通常要在使用廠家結(jié)合最終生產(chǎn)使用的實際環(huán)境和條件,要對模具做相應(yīng)的調(diào)整,所以設(shè)計時對不太確定的部位要充分考慮預(yù)留調(diào)整的余量,以及可調(diào)整的便捷性。通常在廠家的調(diào)試現(xiàn)場,加工返修的條件都相對比較有限。所以前期的設(shè)計、加工、廠內(nèi)調(diào)試等相關(guān)環(huán)節(jié)要做細(xì)做到位。對可能的大余量調(diào)整要有備件或可行的預(yù)案。

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

(1)口模的設(shè)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(bǔ)料的辦法來消除缺陷。對局部功能復(fù)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(yīng)綜合協(xié)調(diào)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(shè)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(bǔ)料。圖2為在口模1的基礎(chǔ)上,型芯吊裝的設(shè)計及有鍵位置的出料補(bǔ)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(nèi)應(yīng)力作用。

圖2 模板2的設(shè)計圖Fig.2 Design drawing of No.2 formwork

壓縮板設(shè)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(shè)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(chǎn)生無序的紊流狀態(tài),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(shè)計圖Fig.3 Design drawing of splitter plate

綜上所述口?？紤]點就是放量與定型尺寸的匹配、局部出料的邊界效應(yīng)的規(guī)避、物料的塑化及壓力的平衡等。

(2)干定型的定型模的設(shè)計。對于腔體可按1.005～1.01的比例計算后再適當(dāng)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(xiàn)的缺陷,在設(shè)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(diào)整定型模的間隙和水氣的排布,對有內(nèi)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(shè)計關(guān)鍵點。

圖4 定型模型腔設(shè)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(shè)計。首先要明確水箱的作用,即主要起強(qiáng)制冷卻定型的作用。由于美式型材普遍存在彎曲的現(xiàn)象,為了平衡阻力所以毛條口等部位形狀要做適當(dāng)?shù)谋Ａ?以利于后續(xù)修整對彎曲的校正,如圖6所示。

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

2 結(jié)論

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

(2)定型模設(shè)計時,要考慮定型冷卻和阻力平衡問題,可調(diào)整定型模的間隙和水氣的排布,對有內(nèi)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(xiàn)象,為了平衡阻力,毛條口等部位形狀要做適當(dāng)?shù)谋Ａ?以利于后續(xù)修整對彎曲進(jìn)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(lián)系人,xxslyg@sina.com