塑料异型材挤出成型模具AutoUTOCAD设计

工业设计之模具工艺原创

塑料异型材挤出成型模具AutoUTOCAD设计

李辉

塑料异型材大多采用PVC—U塑料，其配方成分复杂，制品的结构和形

状

复杂，且配合尺寸和精度要求高，故而影响挤出成型的因素较多，模具设计难度也较大。

机头设计

机头设计理念：①支承板流道截面积为口模截面积的4倍以上，便于

调节

料流速度和异型材挤出形状。②要有足够的压缩比和定型长度，以保证制品密实和消除熔

接痕。③异型材横截面厚的部位定型段长度要比薄的部位长，以均一流速，防止制品变形。

④模腔的流量与定型长度成反比，与口模间隙的三次方成正比。⑤制品形状复杂部位，料

流多，压缩角要大一些。⑥平直段过长，则机头压力大，挤出速度慢，机头负荷大；⑦平

直段过短，则物料不稳，型材内应力大，易变形，型材强度低。

1、机头结构选择

其主要组成部分如图一所示。

模具设计时一般采用此结构，尤其适用于塑料门窗的主型材等复杂断

面形

式。其优点在于：

①有利于对PVC—U料流进行加热塑化，使其内外温度趋于均匀。

②减少易引起紊流的压缩段的长度，使PVC—U料流尽可能地形成稳定

流

动，有利于减少离模膨胀(也称Barus效应)。

③分流锥是平直走向，有利于减少料流阻力，预防高聚物受热降解。

④型芯内开设了单独给内筋供料的流道腔，有利于减少PVC—U料流在

模

内的界面应力，有利于减少形变应力。

2、机头流道设计

近几年，机头流道设计中开始运用塑料流变学原理，但PVC—U异型材，

尤其是塑料门窗异型材机头内料流的特殊流动形式，国内外仍在研究之中，大多还是靠经

验设计和试模修正的方法。

①塑料门窗异型材截面重心的位置坐标

塑料门窗异型材截面重心必须位于挤出机的输出物料的中心轴线上，

以确

保熔融物料对复杂中空异型材截面有较均匀的分布。用AutoCAD软件可以容易地求出截面

重心的位置坐标。先用region,Subtract等命令把截面图形组成一个面域，再用list命令

可以方便地查出重心的X、Y值。

②口模横截面型腔尺寸

对于异型材流道理论计算可参阅相关的书籍，一般可作为设计验证，

本文

拉伸比、成型收缩比。

A、口模间隙计算

求成型壁厚的间隙h,对于异型材壁厚H，筋厚T

有经验数据统计表明：

——壁厚H大于2.5mm，口模间隙h=0.85～0.89H。

——壁厚H小于2.5mm大于2mm，口模间隙h=0.9～0.95H。

——筋厚T大于1.5mm，口模间隙h=0.9～1T。

——筋厚T小于1.5mm，口模间隙h=0.8T。

——毛条开口处取系数0.9，胶条开口处取系数0.95，压条开口处取

系数

1。

——实际挤出生产中，牵引拉伸比、冷却收缩对异型材截面的型腔尺

寸影

响大，而离模膨胀比对内筋影响甚大，因而对于口模中类似突筋、卡脚突起结构的部分间

隙，考虑到其由于物料流动性能与膨胀不同而产生较大的收缩，其系数一般取1.04～1.1，

通常取1.06左右。

对于型材突起部分一般为塑料门窗的配合部分，尺寸大多数是相同的。

在

不断地总结试模经验的基础上，可利用Autolisp编写程序实现模块化设计，以利于提高设

计开发速度。

B、口模型腔外形尺寸计算

对于塑料门窗外形尺寸放大系数γ,一般取1.02～1.06，其中半开式取

1.05～1.06,开式取1.1～1.5，高速挤出取1.03，低速挤出取1.05。相对大尺寸的横截面

的粘贴命令中的X、Y方向输入不同的数值来计算图形的形状。

设计口模型腔的外形及型芯的步骤：

——求出定型模型腔外的图形。(具体参见定型模设计2)

——对定型模型腔外形的图形放大γ倍(AutoCAD中用Scale命令)，求

出

口模型腔外形。

——根据口模的间隙，依次求出各个型芯的图形。

C、口模形状修正

有些塑料门窗型材的空腔过小，给型芯的强度与机械加工带来一定的

困

难，可对其口模形状进行放大处理，再靠定型模的定型作用来回复原来结构的尺寸要求(如

图2所示)。

图2

图3a 图3b

易出现制品弯筋的现象。对于模具温度△T从200℃降到60℃，查表得PVC—U的线性收缩

率α为(5～18.5)×10-5/℃，则△L=Lα△T。考虑到料流在缝隙机头中的流动性，一般△L

取0.5～0.8。

③机头成型段长度的计算

A、理论法(塑料门窗型材机头可作为缝隙机头的数学模型)

L=PWh3/12Qη

其中:

P—异型材机头的挤出压力。单螺杆挤出机机头挤出压力一般为8～

12MPa,

双螺杆则为12.5～20MPa。有条件的应测出挤出压力的实际数据。

W—口模缝隙当量宽度cm，即为异型材中型层的宽度。

h—口模缝隙当量高度cm,即口模壁厚间隙。

η—熔融物料表观粘度Pas。

Q—口模流量cm3/s。

Q=GV/pm

G—异型材每米长的理论重量g/m。

V—异型材挤出时牵引速度m/s。

pm—熔融物料密度g/cm3。

B、经验法

成型段长度的经验公式L=(30～40)h(h为模壁厚间隙)，求出的数值应

代

非牛顿流体在宽扁孔模壁处剪切速率v=6Q/Wh2。验证剪切速率是否超过临界剪切速率。

综上所述，PVC—U的临界剪切速率以-40s-1为佳，口模挤出压力不超

过