塑料管材挤出机头CAD
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2 结构参数的确定 参数化 CAD 的 关键就是正确确 定驱动
参数, 一般驱动参数的数目不能太多, 对于管 材挤出机头而言, 挤出管材内、外径、塑料品 种和要求的尺寸精度 4 个参数是最基本的数 据。通过这些数据, 程序可自动判别、计算并 生成结构设计、尺寸设计所需的参数。
管材挤出成型工艺条件或参数需要在机 头设计时加以考虑, 这些工艺参数经常与口 模、芯模、分流器和分流支架的形状和尺寸等 因素相关。为了保证挤出管材的壁厚均匀, 在 机头内还必须对某些零件设置调节装置, 所 以一般将机头尺寸与挤出工艺参数设定结合 起来讨论[ 2] 。
图 3 二板形式标准模架的装配模型
¼
» lw ½
¹ lx ¾
º
À
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¹
º
»
¼ lx
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( a)
( b)
图 4 两种生成标准模架的装配树
a ) ) ) 以动模板 4 为第一基准零件所产生的装配树
b ) ) ) 以定模固定板 1为第一基准零件所产生的装配树
参考文献
1 张佑生等 1 微机注塑模 CAD/ CAM 系统的设计 1 模具技术, 1992, ( 5)
9
单提示问题出在何处。
313 设计实例 图 3 是管 材外径 D = 70mm, 管材 内径
d= 60mm, 塑料材料为 PVC, 精度要求 7 级 时, 系统输出的挤出机头总装图。
312 设计中的关键技术 31211 应用程序联机
每个 ADS 程序都必须 支持由 ADS 环境 定义的与 Auto lisp 的接口, 这种接口要求每 个应用程序要使用特定的数值, 并由特定的 顺序调用 ADS 库函数, 用 C 语言开发 ADS 时 联机的主程序基本上是固定不变的。 31212 数据读入与交换
L1= ( 0. 3~ 3. 0) ds 选取上式中的系数时应注意, 对于外径 比较大的管材, 因为需要稳流定型的表面积 比较大, 为了避免产生过大的流动阻力, 系数 可取较小值; 反之对于外径较小的管材, 系数 可取较大值。 按管材壁厚 t 确定 L1 的经验公式为:
L1= ct 式中 c 为与塑料品种有关的系数, 具体
针对常用的直管式机头, 结合多年挤出 模设计、制造经验, 对挤出机头各部尺寸关系 进行了归纳分类, 选择挤出管材内、外径、塑 料品种和要求的尺寸精度 4 个参数作为驱动 参数, 用 Borland C 开发 Auto CAD 的 ADS, 完 成了塑料管材挤出机头 CAD, 用户只要输入 4 个驱动参数, 仅需 1~ 2h, 计算机即可将挤出机 头的总装图和所有零件图全部输出。
L2= ( 1. 5~ 2. 5) d0 式中 d0 ) ) ) 多孔板出口处的直径, mm
芯模外径 d1 指稳流定型段的直径。由于 离模膨胀和长度收缩效应, 芯模外径 d1 不能 简单地使用管材内径计算, 而应综合考虑口 模内径与管材壁厚, 一般按下式计算:
d1= D1- 2D 式中 D1 )) ) 口模内径, mm
7
211 口 模 口模 是成型管 材外表 面轮廓 的机 头零
件, 其结构如图 1。口模的主要尺寸确定如下: 口模的内径 D1 决定于管材的外径, 但由
于塑料 离模膨胀以 及牵引和 冷却收缩 的影 响, 因此不能简单地按照管材外径确定口模 内径, 目前对离模膨胀还没有成熟的计算公 式, 所以, 口模内径可根据经验公式确定:
7 Rajneem Sodhi and Joshua U Turner. Towards modelling of assemblies for product desingn. CAD. 1994, 26( 2)
塑 料 管 材 挤 出 机 头 CAD
烟台大学( 山东烟台 264005) 李龙梅 贾昌乐 毕学峰
构如图 2 所示。芯模的主要尺寸确定如下: 稳流定型段 L1c与口模中的相应长度 L1
共同构成管材的稳流定型区, 通常 L1c与 L1 相等或稍长一些。
图 2 芯模
压缩段和压缩角。压缩段 L2 也叫锥面 段, 它与口模中相应的锥面部分构成塑料熔 体的压缩区, 其作用是为了在熔体进入稳流 区之前用锥形环隙所产生的挤压力来融合熔 体流经分流器支架所产生的分流痕。压缩角 B与塑料品种有关, 挤出粘度高的塑料时 B= 30b~ 45b, 挤出 粘度 低的 塑料 时 B= 45b~ 60b。压缩段长度 L2 可按下列公式确定:
2 赵 晶等 1 注射模 CAD 微机实用软件包 1 模具 工业, 1994, ( 8)
3 Ibrahim Zeid. CAD/ CAM Theory and Practice. Mc_ Graw- Hill, Inc. 1991.
4 Lieberman L J and Wesley M A. AUTO PASS: an automatic programming system for computer contro_ lledmechanical assembly. IBMJ. Res & Develop, 1977, 21( 4)
5 Kunwoo Lee and David C Gossard. A hierarchical data structure for representing assemblies: Part 1. CAD. 1985, 17( 1)
6 李德群 1 塑料成型工艺及模具设计 1 北京: 机械 工业出版社, 19941
为了适应市场的变化, 必须在保证质量 的前提下, 尽可能缩短挤出机头的设计与制 造周期, 而最有效的方法就是在挤出机头的 设计中应用 CAD。
设计管材挤出机头时不仅要考虑挤出材 料、管材直径等因素, 还需综合一些实际设计 经验公式、数据才能完成, 人工设计既繁琐又 费时 ( 一般需一周左右) 。由于常用的管材挤 出机头有直管机头、弯机头和旁侧式机头 [ 1] , 机头各部分尺寸关系比较明确, 是较为典型 的参数化 CAD 应用的场合。
D1 = ( 0. 9~ 0. 93) ds 式中 D1 )) ) 口模内径, mm
ds ) ) ) 管材外径, mm 如果不合适, 再通过调节螺钉调节口模 与芯模之间间隙使其达到合理值。需要指出 的是, 在开发的参数化 CAD 系统中, 这个公 式的系数的选定与管材直径、塑料的收缩率 有关。当管材直径较大、塑料的收缩率较高时 系数选小值。
种、离模膨胀、口模和芯模的温度、定型装置
结构和牵引速度有关, 常用下式计算:
R 12-
R
2 2
r12-
r
2 2
式中 L ) ) ) 拉伸比 R1 ) ) ) 口模内半径, mm R2 ) ) ) 芯棒外半径, mm r1 ) ) ) 管材外半径, mm r2 ) ) ) 管材内半径, mm
文献[ 2] 给出了部分塑料允许的拉伸比。 压缩比是指机头和多孔板相接处最大的
8
数值见文献 [ 2] 。挤软管时取大值, 挤硬管时 取小值。
但应注意, L1 数值的大小应适中, L1 过 大, 管状型坯的流动阻力过大, 需要的牵引力 也大, 对管壁的粗糙度有影响; 而 L1 过小, 又 不能对塑料熔体充分发挥稳流定型作用。
212 芯 模 芯模是成型管材内形的机头零件, 其结
5模具工业6 1997. No. 8 总 198
的环形通道( 挤出机头) , 挤出连续管材。常用 的管材塑料有聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯和 ABS, 它们的直径范围从几毫米到 500mm。管 材的性质不同( 如软管、硬管) 、尺寸不同和所 用的塑料原料不同时, 其挤出成型工艺过程 和工艺参数不同, 所用的挤出机头也不同。
料流截面与口模和芯模在稳流成型区的环隙
Βιβλιοθήκη Baidu
截面积之比, 它反映了挤出成型过程中塑料 熔体的压实程度。对于低粘度塑料压缩比取
4~ 10, 对于高粘度塑料取 2. 5~ 6。
214 分流器 塑料通过分流器变成薄环状, 有利于塑
料的均匀加热和进一步塑化。分流器与多孔 板之间的空腔, 起着汇集料流、补充塑化和重 新组合的作用。所以分流器与多孔板之间的 距离 K 不宜过小, 以免出管不匀; 但也不可过 大, 过大时塑料停留时间长, 易分解。一般取 10~ 20mm 或小于 0. 1D, D 指螺杆直径。
[ 摘要] 介绍了塑料管材挤出机头结构设计、工艺参数选择的原则及开发其 CAD 系统的关键技术。
关键词 塑料管材 挤出机头 CAD
1引 言 管材是挤出成 型生产的主要 产品之一,
))) ))) ))) ))) )) ) ))) )
收稿日期: 1996年 10 月 7 日
约占挤出成型产品产量的 1/ 4。管材的挤出过 程是: 熔融塑料由挤出机挤出后, 经过多孔 板、过滤网、分流器, 被分流器支架分成若干 股, 然后再汇合, 最后进入由芯棒与口模形成
扩张角 A( 如图 2 所示) 不得大于 90b, 过 大时, 塑料流动阻力增加, 且分流器处温度较 高, 容易造成塑料分解; 过小时, 结构庞大, 塑 料受热不均匀。
分流器长度 L3 , 一般取( 1~ 1. 5) D0。 关于挤出机头其它部分的结构参数的确 定, 可参阅文献[ 1] 、[ 2] 。
6 5, 6, 9) , ( 7, 4, 5, 6, 8) }
5模具工业6 1997. No. 8 总 198
图 4 表示了由于用户的两种不同的操作 过程所产生的 2 棵装配树, 图 4a 以动模板 4 为第一基准零件, 而图 4b 则以定模固定板 1 为第一基准零件, 这 2 棵装配树所生成的装 配模型是相同的( 图 3 所示) 。
本系统所需的 4 个驱动参数的读入是由 对话框采用人机交互的方式实现的, 具有简 洁、迅速和不易出错的优点。
在不同 模块间进行数据 传递是 CAD 编 程需解决的问题, 一般有 2 种方法: ¹ 利用 Auto CAD 提供的 ASI 接口函数实现 Auto CAD 和外部数据库之间的双向数据交换; º 利用 数据 结构文件实现 不同模块 之间的数 据交 换。本系统采用后一种方法。先在总装图模块 中产生数据文件, 将对话框接受到的数据传 入数据文件, 在各个零件图模块中读取数据。 31213 系统出错控制与处理
D)) ) 口模与芯模的单边间隙, mm D= ( 0. 03~ 0. 94) t
213 拉伸比与压缩比
5模具工业6 1997. No. 8 总 198
拉伸比和压缩比是与口模、芯模、挤出成 型有关的工艺参数。拉伸比是口模与芯模在
稳流定型区的间隙截面积与管材截面积的比
值, 它反映了管材从高温型坯到冷却定型后 截面变形的程度, 以及管材在其纵向可能获 得的取向程度和拉伸长度。拉伸比与塑料品
图 1 口模
稳流定型段长度也称为口模内径平直段 长度, 如图 1 中 L1 所示。在这一定型段中塑 料的流动阻力增加, 熔体的密度进一步提高, 消除分流痕迹, 使熔体进一步融合, 形成平直 的型坯。L1 与塑料品种、管材内、外径尺寸( 即 管材的壁厚) 以及牵引速度有关, 通常可以按 下面两个公式确定。
开发 CAD 系统有 2 个主要的规则: 第一, 用户接口自然且使用方便; 第二, 系统具有合 适的错误检测方法和出错控制能力。本系统 在多处设置了错误检测与控制, 如在读入数 据时, 在程序的调用或返回值错误时会有菜
图 3 挤出机头总装图
3 管材挤出机头 CAD 系统开发 311 软件总体设计
5模具工业6 1997. No. 8 总 198
在模具设计中, 不仅要对其工艺原理进 行研究, 而且鉴于塑料制品的多样性、复杂 性, 设计需要具有灵活性、便捷性, 故要求模 具 CAD 系统在一定范围 内具有一定的柔性 和通用性。Auto CAD 是目前国内外广泛使用 的计算机辅助设计软件包, 其开发系统( ADS) 是 Auto CAD 中最具吸引力的部分, 它允许用 户使用 C 语言开发强大的 Auto CAD 应用程 序。它在某些方面具有 Auto lisp、Fortran 所不 能达到的功能优点。采用将二者有机结合的 方法开发管材挤出机头 CAD 系统。系统包括 挤出机头总装图模块、各零件图模块、帮助模 块等几个模块, 各模块的调用控制由主控界 面菜单选择启动。
参数, 一般驱动参数的数目不能太多, 对于管 材挤出机头而言, 挤出管材内、外径、塑料品 种和要求的尺寸精度 4 个参数是最基本的数 据。通过这些数据, 程序可自动判别、计算并 生成结构设计、尺寸设计所需的参数。
管材挤出成型工艺条件或参数需要在机 头设计时加以考虑, 这些工艺参数经常与口 模、芯模、分流器和分流支架的形状和尺寸等 因素相关。为了保证挤出管材的壁厚均匀, 在 机头内还必须对某些零件设置调节装置, 所 以一般将机头尺寸与挤出工艺参数设定结合 起来讨论[ 2] 。
图 3 二板形式标准模架的装配模型
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图 4 两种生成标准模架的装配树
a ) ) ) 以动模板 4 为第一基准零件所产生的装配树
b ) ) ) 以定模固定板 1为第一基准零件所产生的装配树
参考文献
1 张佑生等 1 微机注塑模 CAD/ CAM 系统的设计 1 模具技术, 1992, ( 5)
9
单提示问题出在何处。
313 设计实例 图 3 是管 材外径 D = 70mm, 管材 内径
d= 60mm, 塑料材料为 PVC, 精度要求 7 级 时, 系统输出的挤出机头总装图。
312 设计中的关键技术 31211 应用程序联机
每个 ADS 程序都必须 支持由 ADS 环境 定义的与 Auto lisp 的接口, 这种接口要求每 个应用程序要使用特定的数值, 并由特定的 顺序调用 ADS 库函数, 用 C 语言开发 ADS 时 联机的主程序基本上是固定不变的。 31212 数据读入与交换
L1= ( 0. 3~ 3. 0) ds 选取上式中的系数时应注意, 对于外径 比较大的管材, 因为需要稳流定型的表面积 比较大, 为了避免产生过大的流动阻力, 系数 可取较小值; 反之对于外径较小的管材, 系数 可取较大值。 按管材壁厚 t 确定 L1 的经验公式为:
L1= ct 式中 c 为与塑料品种有关的系数, 具体
针对常用的直管式机头, 结合多年挤出 模设计、制造经验, 对挤出机头各部尺寸关系 进行了归纳分类, 选择挤出管材内、外径、塑 料品种和要求的尺寸精度 4 个参数作为驱动 参数, 用 Borland C 开发 Auto CAD 的 ADS, 完 成了塑料管材挤出机头 CAD, 用户只要输入 4 个驱动参数, 仅需 1~ 2h, 计算机即可将挤出机 头的总装图和所有零件图全部输出。
L2= ( 1. 5~ 2. 5) d0 式中 d0 ) ) ) 多孔板出口处的直径, mm
芯模外径 d1 指稳流定型段的直径。由于 离模膨胀和长度收缩效应, 芯模外径 d1 不能 简单地使用管材内径计算, 而应综合考虑口 模内径与管材壁厚, 一般按下式计算:
d1= D1- 2D 式中 D1 )) ) 口模内径, mm
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211 口 模 口模 是成型管 材外表 面轮廓 的机 头零
件, 其结构如图 1。口模的主要尺寸确定如下: 口模的内径 D1 决定于管材的外径, 但由
于塑料 离模膨胀以 及牵引和 冷却收缩 的影 响, 因此不能简单地按照管材外径确定口模 内径, 目前对离模膨胀还没有成熟的计算公 式, 所以, 口模内径可根据经验公式确定:
7 Rajneem Sodhi and Joshua U Turner. Towards modelling of assemblies for product desingn. CAD. 1994, 26( 2)
塑 料 管 材 挤 出 机 头 CAD
烟台大学( 山东烟台 264005) 李龙梅 贾昌乐 毕学峰
构如图 2 所示。芯模的主要尺寸确定如下: 稳流定型段 L1c与口模中的相应长度 L1
共同构成管材的稳流定型区, 通常 L1c与 L1 相等或稍长一些。
图 2 芯模
压缩段和压缩角。压缩段 L2 也叫锥面 段, 它与口模中相应的锥面部分构成塑料熔 体的压缩区, 其作用是为了在熔体进入稳流 区之前用锥形环隙所产生的挤压力来融合熔 体流经分流器支架所产生的分流痕。压缩角 B与塑料品种有关, 挤出粘度高的塑料时 B= 30b~ 45b, 挤出 粘度 低的 塑料 时 B= 45b~ 60b。压缩段长度 L2 可按下列公式确定:
2 赵 晶等 1 注射模 CAD 微机实用软件包 1 模具 工业, 1994, ( 8)
3 Ibrahim Zeid. CAD/ CAM Theory and Practice. Mc_ Graw- Hill, Inc. 1991.
4 Lieberman L J and Wesley M A. AUTO PASS: an automatic programming system for computer contro_ lledmechanical assembly. IBMJ. Res & Develop, 1977, 21( 4)
5 Kunwoo Lee and David C Gossard. A hierarchical data structure for representing assemblies: Part 1. CAD. 1985, 17( 1)
6 李德群 1 塑料成型工艺及模具设计 1 北京: 机械 工业出版社, 19941
为了适应市场的变化, 必须在保证质量 的前提下, 尽可能缩短挤出机头的设计与制 造周期, 而最有效的方法就是在挤出机头的 设计中应用 CAD。
设计管材挤出机头时不仅要考虑挤出材 料、管材直径等因素, 还需综合一些实际设计 经验公式、数据才能完成, 人工设计既繁琐又 费时 ( 一般需一周左右) 。由于常用的管材挤 出机头有直管机头、弯机头和旁侧式机头 [ 1] , 机头各部分尺寸关系比较明确, 是较为典型 的参数化 CAD 应用的场合。
D1 = ( 0. 9~ 0. 93) ds 式中 D1 )) ) 口模内径, mm
ds ) ) ) 管材外径, mm 如果不合适, 再通过调节螺钉调节口模 与芯模之间间隙使其达到合理值。需要指出 的是, 在开发的参数化 CAD 系统中, 这个公 式的系数的选定与管材直径、塑料的收缩率 有关。当管材直径较大、塑料的收缩率较高时 系数选小值。
种、离模膨胀、口模和芯模的温度、定型装置
结构和牵引速度有关, 常用下式计算:
R 12-
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2 2
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式中 L ) ) ) 拉伸比 R1 ) ) ) 口模内半径, mm R2 ) ) ) 芯棒外半径, mm r1 ) ) ) 管材外半径, mm r2 ) ) ) 管材内半径, mm
文献[ 2] 给出了部分塑料允许的拉伸比。 压缩比是指机头和多孔板相接处最大的
8
数值见文献 [ 2] 。挤软管时取大值, 挤硬管时 取小值。
但应注意, L1 数值的大小应适中, L1 过 大, 管状型坯的流动阻力过大, 需要的牵引力 也大, 对管壁的粗糙度有影响; 而 L1 过小, 又 不能对塑料熔体充分发挥稳流定型作用。
212 芯 模 芯模是成型管材内形的机头零件, 其结
5模具工业6 1997. No. 8 总 198
的环形通道( 挤出机头) , 挤出连续管材。常用 的管材塑料有聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯和 ABS, 它们的直径范围从几毫米到 500mm。管 材的性质不同( 如软管、硬管) 、尺寸不同和所 用的塑料原料不同时, 其挤出成型工艺过程 和工艺参数不同, 所用的挤出机头也不同。
料流截面与口模和芯模在稳流成型区的环隙
Βιβλιοθήκη Baidu
截面积之比, 它反映了挤出成型过程中塑料 熔体的压实程度。对于低粘度塑料压缩比取
4~ 10, 对于高粘度塑料取 2. 5~ 6。
214 分流器 塑料通过分流器变成薄环状, 有利于塑
料的均匀加热和进一步塑化。分流器与多孔 板之间的空腔, 起着汇集料流、补充塑化和重 新组合的作用。所以分流器与多孔板之间的 距离 K 不宜过小, 以免出管不匀; 但也不可过 大, 过大时塑料停留时间长, 易分解。一般取 10~ 20mm 或小于 0. 1D, D 指螺杆直径。
[ 摘要] 介绍了塑料管材挤出机头结构设计、工艺参数选择的原则及开发其 CAD 系统的关键技术。
关键词 塑料管材 挤出机头 CAD
1引 言 管材是挤出成 型生产的主要 产品之一,
))) ))) ))) ))) )) ) ))) )
收稿日期: 1996年 10 月 7 日
约占挤出成型产品产量的 1/ 4。管材的挤出过 程是: 熔融塑料由挤出机挤出后, 经过多孔 板、过滤网、分流器, 被分流器支架分成若干 股, 然后再汇合, 最后进入由芯棒与口模形成
扩张角 A( 如图 2 所示) 不得大于 90b, 过 大时, 塑料流动阻力增加, 且分流器处温度较 高, 容易造成塑料分解; 过小时, 结构庞大, 塑 料受热不均匀。
分流器长度 L3 , 一般取( 1~ 1. 5) D0。 关于挤出机头其它部分的结构参数的确 定, 可参阅文献[ 1] 、[ 2] 。
6 5, 6, 9) , ( 7, 4, 5, 6, 8) }
5模具工业6 1997. No. 8 总 198
图 4 表示了由于用户的两种不同的操作 过程所产生的 2 棵装配树, 图 4a 以动模板 4 为第一基准零件, 而图 4b 则以定模固定板 1 为第一基准零件, 这 2 棵装配树所生成的装 配模型是相同的( 图 3 所示) 。
本系统所需的 4 个驱动参数的读入是由 对话框采用人机交互的方式实现的, 具有简 洁、迅速和不易出错的优点。
在不同 模块间进行数据 传递是 CAD 编 程需解决的问题, 一般有 2 种方法: ¹ 利用 Auto CAD 提供的 ASI 接口函数实现 Auto CAD 和外部数据库之间的双向数据交换; º 利用 数据 结构文件实现 不同模块 之间的数 据交 换。本系统采用后一种方法。先在总装图模块 中产生数据文件, 将对话框接受到的数据传 入数据文件, 在各个零件图模块中读取数据。 31213 系统出错控制与处理
D)) ) 口模与芯模的单边间隙, mm D= ( 0. 03~ 0. 94) t
213 拉伸比与压缩比
5模具工业6 1997. No. 8 总 198
拉伸比和压缩比是与口模、芯模、挤出成 型有关的工艺参数。拉伸比是口模与芯模在
稳流定型区的间隙截面积与管材截面积的比
值, 它反映了管材从高温型坯到冷却定型后 截面变形的程度, 以及管材在其纵向可能获 得的取向程度和拉伸长度。拉伸比与塑料品
图 1 口模
稳流定型段长度也称为口模内径平直段 长度, 如图 1 中 L1 所示。在这一定型段中塑 料的流动阻力增加, 熔体的密度进一步提高, 消除分流痕迹, 使熔体进一步融合, 形成平直 的型坯。L1 与塑料品种、管材内、外径尺寸( 即 管材的壁厚) 以及牵引速度有关, 通常可以按 下面两个公式确定。
开发 CAD 系统有 2 个主要的规则: 第一, 用户接口自然且使用方便; 第二, 系统具有合 适的错误检测方法和出错控制能力。本系统 在多处设置了错误检测与控制, 如在读入数 据时, 在程序的调用或返回值错误时会有菜
图 3 挤出机头总装图
3 管材挤出机头 CAD 系统开发 311 软件总体设计
5模具工业6 1997. No. 8 总 198
在模具设计中, 不仅要对其工艺原理进 行研究, 而且鉴于塑料制品的多样性、复杂 性, 设计需要具有灵活性、便捷性, 故要求模 具 CAD 系统在一定范围 内具有一定的柔性 和通用性。Auto CAD 是目前国内外广泛使用 的计算机辅助设计软件包, 其开发系统( ADS) 是 Auto CAD 中最具吸引力的部分, 它允许用 户使用 C 语言开发强大的 Auto CAD 应用程 序。它在某些方面具有 Auto lisp、Fortran 所不 能达到的功能优点。采用将二者有机结合的 方法开发管材挤出机头 CAD 系统。系统包括 挤出机头总装图模块、各零件图模块、帮助模 块等几个模块, 各模块的调用控制由主控界 面菜单选择启动。