美式截面PVC塑料异型材挤出模具的设计

肖学仕

(中国船舶重工集团第716研究所杰瑞模具公司,江苏连云港222006)

美式截面PVC塑料异型材挤出模具的设计

肖学仕

(中国船舶重工集团第716研究所杰瑞模具公司,江苏连云港222006)

以典型的美式截面型材为例,从塑料异型材组装、使用及成型的角度,对挤出模具口模部分的各段流道进行了分析,对定型模中水气路排布、尺寸放量与口模的匹配程度、物料特别是对内筋在定型模中冷却定型规律进行了总结,对定型水箱中定型块等作用进行了分析,探讨了如何完善塑料异型材模具的设计问题。

聚氯乙烯;塑料异型材;美式截面;功能区;阻力平衡;模具

0 前言

塑料异型材中美式型材和欧式型材单就截面的形状而言,欧式主要形状为封闭的腔体而美式多半为腔体加上一个或多个长单臂类的开式结构组成。国内塑料异型材挤出模具的设计和制造,以及相关截面的设计最开始是以仿制欧式起步的。所以在此类的模具设计中对欧式的相关系统把握比美式的经验要丰富的多,模具设计的最终效果也要好很多。设计经验欠缺时设计美式截面模具往往会比欧式截面模具出现更多的疑难问题,更有甚者模具不能正常使用以致整套模具的报废。

对欧式型材而言由于它以腔体为主体在定型过程中容易被模具吸附均匀冷却定型,不但容易保证尺寸而且整个截面的本身刚性也比较强。而美式型材存在开式结构,口模中由于边界效应致使单臂出料很难与主体相协调,在定型模的冷却定型过程中长单臂的收缩量比腔体大很多,即出料难以匹配也不容易吸附定型,开式结构的冷却比腔体快,容易造成冷却不平衡,再则单臂与腔体在冷却定型过程中阻力不易平衡等,综合多方面的原因很容易造成型材尺寸形状不到位及弯曲现象等。但只要我们在设计前充分认识它们的特殊性并进行细致认真的分析,找到可能出现问题的地方,在设计过程中进行针对性的处理,也就一定能设计好美式截面模具的。

1 模具的设计

如何才能避免美式截面型材成型后的各种缺陷,设计好此类模具呢?以图1所示的典型美式截面的模具设计为例,来解释说明设计的详细过程。

1.1 PVC门窗截面分析

从型材最终使用的角度确切了解截面各部分形状的功用和配合装配关系。以图1为例,三处4.6 mm为毛条的装配尺寸,都要求最终成型尺寸偏向负差。因为安装此类配件要求不易松动和脱落。46 mm为扇的配合尺寸、46.85 mm为连接尺寸,这二处都要求最终成型尺寸偏向正差。因为与扇配合要有活动余量,连接尺寸要求配合紧密可靠。

从型材的本身结合以往的设计调试经验,分析不同的截面形状在成型时可能会出现的各种缺陷,以备在设计时做到心中有数采取对应的有效措施。这一类的截面由于形状不规则,有典型的美式单臂结构。所以我们在设计时要考虑到成型尺寸的精度,以及由于冷却和定型过程的阻力不平衡造成的弯曲现象。

图1 典型的美式PVC门窗截面Fig.1 Typical American style profile section of PVC windows

1.2 模具的设计

结合厂家提供的配方情况和各种技术参数以及设备情况等各种内在特点和外部影响条件综合考虑模具的最佳结构配置。单就截面的大小和壁厚的尺寸,口模可按常规结构设计。但由于要关照成型时的弯曲问题,定型模的定型段要加长,以利于对弯曲的强制定型作用。增加水箱部分加长定型块以利于生产效率的提高。综合考虑挤出类模具理论不成熟的情况,在具体设计时要充分考虑设计成本的经济性、加工的工艺性、以及技术的先进性等要做到综合兼顾。这三者的平衡要求设计者要有相当先进的模具设计知识,更要有机械加工以及数控精密机床的加工相关知识和经验,当然也要有很清晰的价格成本意识。

此类模具在加工结束后,通常要在使用厂家结合最终生产使用的实际环境和条件,要对模具做相应的调整,所以设计时对不太确定的部位要充分考虑预留调整的余量,以及可调整的便捷性。通常在厂家的调试现场,加工返修的条件都相对比较有限。所以前期的设计、加工、厂内调试等相关环节要做细做到位。对可能的大余量调整要有备件或可行的预案。

有了对此类模具设计的主体思路,下面就对模具的口模、定型模、水箱等三大关键组成部分的设计做具体的描述:

(1)口模的设计。按惯例先以中性层算法确定大腔体的尺寸。对单臂按1.08～1.15的倍乘以确定长度,考虑到单臂的外端头会受到物料边界效益的影响,口模1在外端头采用异型补料的办法来消除缺陷。对局部功能复杂的如毛条口等形状,考虑到定型冷却和阻力平衡的问题,应综合协调以确定尺寸。对平直段、压缩比、尾锥角度、连接头的角度等其余尺寸的确定可按确定欧式模具的方法设计。

口模1的尺寸放量,腔体和有限位形状的尺寸,通常按中性层的1.03倍放大,局部沟爪要注意补料。图2为在口模1的基础上,型芯吊装的设计及有键位置的出料补偿办法。在形状的突变部位要加限流筋,以此来减少各部位的出料影响和突变部位的内应力作用。

图2 模板2的设计图Fig.2 Design drawing of No.2 formwork

压缩板设计时,压缩比通常取值3～4之间。既要保证一定的背压增加物料的塑化,又要兼顾型材的米重和致密度。分流板的设计要重点考虑出料的均匀性,使物料在流动的过程中不会产生无序的紊流状态,如图3所示。对连接头及尾锥的角度匹配,这要充分考虑在此部位的物料,既要完成初步的分流,又要把压力的损耗降到最低,还要考虑有利于物料的塑化等。

图3 分流板设计图Fig.3 Design drawing of splitter plate

综上所述口模考虑点就是放量与定型尺寸的匹配、局部出料的边界效应的规避、物料的塑化及压力的平衡等。

(2)干定型的定型模的设计。对于腔体可按1.005～1.01的比例计算后再适当取整。如图4和图5所示。单臂要如前面的分析充分考虑会出现的缺陷,在设计时采取有效措施,如判断单臂局部弯曲的方向给予反向校正,考虑到定型冷却和阻力平衡问题可调整定型模的间隙和水气的排布,对有内筋的位置要考虑其后收缩对大面造成的影响等,这一点也是美式模具的设计关键点。

图4 定型模型腔设计图Fig.4 Design drawing of shaper cavity

图5 定型模水气布置图Fig.5 Arrangement diagram of water and gas channel in shaper

(3)湿定型水箱定型块的设计。首先要明确水箱的作用,即主要起强制冷却定型的作用。由于美式型材普遍存在弯曲的现象,为了平衡阻力所以毛条口等部位形状要做适当的保留,以利于后续修整对弯曲的校正,如图6所示。

图6 水箱定型块设计图Fig.6 Design drawing of molding block of radiator grille

2 结论

(1)口模设计时要考虑放量与定型尺寸的匹配关系、规避局部出料的边界效应、保证物料的塑化及压力的平衡等因素;

(2)定型模设计时,要考虑定型冷却和阻力平衡问题,可调整定型模的间隙和水气的排布,对有内筋的位置要考虑其后收缩对大面造成的影响等问题;

(3)由于美式型材普遍存在弯曲的现象,为了平衡阻力,毛条口等部位形状要做适当的保留,以利于后续修整对弯曲进行校正。

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

联系人,xxslyg@sina.com