塑料异型材挤出成型模具AutoUTOCAD设计
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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