PVC異型材擠出模具中內筋的口模流道設計討論
欄目：行業動態 發布時間：2021-06-01 15:53
許多PVC型材有各種不同類型的內筋,從而形成種類不同的模具芯體結構。如果型材的內筋寬厚比較小,內筋流道設計也比較容易,然而有些內筋的寬厚比往往大于外壁的寬厚比。因此在保證...
許多PVC型材有各種不同類型的內筋,從而形成種類不同的模具芯體結構。如果型材的內筋寬厚比較小,內筋流道設計也比較容易,然而有些內筋的寬厚比往往大于外壁的寬厚比。因此在保證各分流道的壓力降相同的原則下,內筋流道的匯合條件就比較惡劣。一套模具芯體裝配的方案合適與否,很大程度上決定于芯體結構工藝性。由于內筋在進入定型模冷卻時一般不能直接冷卻,冷卻速度慢;而異型材制品的外壁直接與定型模接觸,冷卻速度快,這樣內外冷卻不均勻,勢必引起制品的變形,因此內筋的設計成為模具設計的難點之一。要提高內筋的冷卻速度,從定型模設計的角度出發,可以把真空槽的氣孔開在內筋的位置上。但是僅從定型模的冷卻系統入手,是很難從根本上解決這一問題。內筋成型的好壞,實質上是口模的流道結構是否合理。要解決由內筋成型不良而引發的塑料異型材制品變形,關鍵是改善模具中口模流道的結構。另外,口模內筋處流道物料流動快慢對型材外觀上有
無收縮痕及型材變形關系極大。
1 內筋口模流道分析
塑料擠出模具的內筋口模流道大致可以分為分流段、壓縮段、匯流段、定型段。由于內筋的結構特點,要保證均勻的分流和順利的匯流是內筋口模設計的難點。不同結構形式的內筋,其分流段、壓縮段、匯流段、定型段各不相同。本文對不同形式的內筋和在不同的擠出速度下,內筋的口模流道結構和供料方式作了探討。
2 內筋常見形式與設計
2. 1 支撐型內筋
支撐型內筋對塑料異型材主要起著加強、承托、連接的作用〔如圖1 (a) 〕。在普通擠出速度下,一般模具的支撐型內筋口模流道可采取兩側供料的形式設計
〔如圖1 (b) 所示〕。即在每一內筋的位置上,從尾錐開始,在上下表面各加工兩道寬物料壓縮為4～7. 5mm的料槽,料槽由尾錐至口模出口面逐步變窄,以滿足物料的壓縮段的要求,保證了和口模中其他的物料的壓力保持一致。兩股物料在距離口模出口面20～40mm的位置匯合,以滿足物料定型段的要求。采用這種供料形式的模具結構簡單,便于加工。在普通的PVC改性粒料擠出速度下,牽引速度一般不超過1. 2～1. 5m/ min〔1〕,這種口模流道結構既能滿足內筋的供料要求,又不會因為內筋出料太快,造成內筋過厚或彎曲,而影響制品的成型。而在高速擠出速度下,模具的支撐型內筋若也采用兩側供PVC顆粒料的形式,擠出速度將上不去,若強行提高擠出速度,勢必將導致內筋的缺料和外形成型的缺陷。所以對于高速擠出模具的支撐型內筋應采取中央供料的形式設計〔如圖1 (c) 〕,
以保證料流的供應。所謂中央供料形式就是將內筋的流道分成進料段、壓縮段和定型段來分別加工,從內筋位置的尾錐部分上,在中央部分作一方形進料孔,然后逐步經口模壓縮段、定型段,從口模出口面擠出。這種設計方法能保證在聯接頭處就有一股單獨的物料供應給內筋,避免了口模中提供給外壁的熔融物料和內筋熔融物料之間牽連,各截面部分的流道相對獨立,整個流道過渡相對平緩,從而提高了模具的設計擠出速度。但是這種設計方法對加工要求高,型芯各段光滑過渡,各結合面光潔度不能低于0. 8 ,在口模裝配時,各段用螺釘緊固,并用圓銷定位,以保證型芯各段拼合緊密,否則易發生溢料的現象。此外,在含有支撐型內筋的制品設計中,筋的厚度應至少比外壁薄20 % ,這是內筋成型良好的前提條件。
2. 2 板材型內筋
PVC板材型內筋制品由于壁薄、幅寬、內筋多,流道中存在大量的停滯點,極易粘料、糊料〔3〕。它的設計難點有兩點:一是內筋多,且所有內筋壁厚必須均勻一致;二是內筋的設計不當將引起外形產生收縮痕。普通速度下,板材型內筋的流道設計可以采取整體式型芯局部供料的形式〔如圖2 ( b) 所示〕。
即在距離口模出口面60～100mm 的位置上,內筋的上下表面各銑一個由淺至深的圓形過渡料槽,兩圓的直徑可以根據外壁的口模放大系數比來決定。由于板材型內筋的壁厚一般不超過1. 2mm ,所以過渡段的長度不必太
長,實際設計中,可取15～30mm ,經過渡段之后,兩股料流匯合。因為板材的內筋比較多,為了保證所有內筋的出口模的速度穩定一致,板材型內筋的口模定型段一般比同樣厚度的支撐型內筋的長一些。這種供料形式便于保證加工精度,且在普通擠出速度下能保證內筋的設計要求。同時還必須注意到制品中央部分的內筋,由于擠出阻力小,流程短,內筋易于成型;而制品兩側部分的內筋擠出的阻力大,流程長,容易造成內筋的缺料。所以在內筋的設計時,其中內筋供料部分長度應由中央至兩側逐步加大。在實際設計中可以取L = L 0 + X&tgα其中: L 為任意內筋供料部分長度;L 0 為制品中心內筋供料部分長度;X 為制品任意內筋到中心的距離;α為L 、L 0 的長度差與水平方向的夾角, 其值小于6°。
在較高速度下,其內筋的設計可以采取分體式型芯單獨供料的形式〔如圖2 (c) 〕。
即將型芯分成若干件來加工,每一件稱為分體式型芯,每一分體式型芯直接用帶燕尾的鑲件直接裝配在口模的模體上,型芯之間留有間隙,間隙值為內筋的壁厚。分體式型芯一直伸入聯接頭內,并在尾部通過銑加工,作一方槽延伸至口模過渡段。方槽的寬度TS2可根據口模過渡段壁厚T2 與口模定型段壁厚T2 的比值來計算。實際設計
中可參考以下公式:TS2 = K&( T2/ T1) &TS1其中: TS2為方槽的寬度;TS1為口模定型段內筋的壁厚;T2為口模過渡段外壁壁厚;T1為口模定型段外壁壁厚;K 為經驗系數,一般取K = 1～1. 2。這種設計方法能很好的解決內筋供料與提高擠出速度之間的矛盾。但是這種流道設計形式對加工精度的要求較高,裝配難度較大,分體的小型芯之間,型芯與模體之間都要求配磨。此外含板材型內筋的制品同支撐型內筋一樣,在制品截面的設計中,內筋的厚度應是外壁厚度的50 %～75 %〔2〕。為改善制品的成型和內筋與外壁的結合強度,還可以在內筋與外壁的結合處加圓角。除了良好的供料形式和良好的定型冷卻系統之外,這是板材外表面避免收縮痕的訣竅所在。
2. 3 突出物型加強筋
突出物型內筋往往起著裝飾、加強的作用。在一些非封閉型腔制品中,有些突出物型加強筋還能起到減少收縮痕的作用。這種加強筋只要制品截面設計合理,其流道并不難設計。這種內筋的流道通常采取在型芯上開槽的形式來保證供料,其定型長度L 可以參照以下公式:L = (50～100) &t其中:t 為加強筋高度。在一般擠出速度下,這個經驗系數可以取小一些,在高速擠出模具設計中,該經驗系數可適當取大一些。但是含有突出物型加強筋的制品截面要合理,突出物內筋不應大于壁厚,否則容易在制品的外表面產生收縮痕,不利于制品的成型。
2. 4 十字花型內筋
這種內筋除了裝飾和加強的作用以外,在型材裝配時可以免去焊接這一道工序,而通過螺釘直接連接。這種PVC內筋在型芯的設計與加工中存在很大的難度,所以在流道形式上考慮將十字花型內筋的流道放置口模板過渡段上,并不將其延伸入聯接頭內,對應的型芯部分為凹型,以保證料流的供應。在口模板上利用線切割加工手段,作一單獨的小拼塊,其突出部分一直延伸到口模的出口面〔如圖3 (b) 〕。
在普通擠出速度和較高擠出速度下,十字花型內筋的口模流道均采用同一種結構形式。但后者的定型段的長度比前者長些,前者可取20～30mm ,后者可取25～40mm。除擠出速度外,定型段長度的取值還和壁厚有關。
3 結語
(1) 支撐型內筋在普通擠出速度下,口模流道應采用兩側供料的結構形式;在高速擠出下,為保證料流供應,口模流道應采用中央重點供料的結構形式。
(2) 板材型內筋在普通擠出速度下,口模流道應采用整體式型芯局部供料的結構形式;在較高速度擠出下,板材型內筋的口模流道應采用分體式型芯單獨供料的較高形式。
(3) 突出物型內筋由于結構較為簡單,所以在普通擠出速度和較高擠出速度下均采用在型芯上開槽的口模流道結構形式,但高速擠出模具中突出物型內筋的口模定型長度要比普通擠出速度下的要長得多。
(4) 十字花型內筋由于加工難度較高,所以將其作為口模板拼塊的一部分,而在型芯對應的位置上呈凹型,以保證料流的供應。
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無收縮痕及型材變形關系極大。
1 內筋口模流道分析
塑料擠出模具的內筋口模流道大致可以分為分流段、壓縮段、匯流段、定型段。由于內筋的結構特點,要保證均勻的分流和順利的匯流是內筋口模設計的難點。不同結構形式的內筋,其分流段、壓縮段、匯流段、定型段各不相同。本文對不同形式的內筋和在不同的擠出速度下,內筋的口模流道結構和供料方式作了探討。
2 內筋常見形式與設計
2. 1 支撐型內筋
支撐型內筋對塑料異型材主要起著加強、承托、連接的作用〔如圖1 (a) 〕。在普通擠出速度下,一般模具的支撐型內筋口模流道可采取兩側供料的形式設計
〔如圖1 (b) 所示〕。即在每一內筋的位置上,從尾錐開始,在上下表面各加工兩道寬物料壓縮為4～7. 5mm的料槽,料槽由尾錐至口模出口面逐步變窄,以滿足物料的壓縮段的要求,保證了和口模中其他的物料的壓力保持一致。兩股物料在距離口模出口面20～40mm的位置匯合,以滿足物料定型段的要求。采用這種供料形式的模具結構簡單,便于加工。在普通的PVC改性粒料擠出速度下,牽引速度一般不超過1. 2～1. 5m/ min〔1〕,這種口模流道結構既能滿足內筋的供料要求,又不會因為內筋出料太快,造成內筋過厚或彎曲,而影響制品的成型。而在高速擠出速度下,模具的支撐型內筋若也采用兩側供PVC顆粒料的形式,擠出速度將上不去,若強行提高擠出速度,勢必將導致內筋的缺料和外形成型的缺陷。所以對于高速擠出模具的支撐型內筋應采取中央供料的形式設計〔如圖1 (c) 〕,
以保證料流的供應。所謂中央供料形式就是將內筋的流道分成進料段、壓縮段和定型段來分別加工,從內筋位置的尾錐部分上,在中央部分作一方形進料孔,然后逐步經口模壓縮段、定型段,從口模出口面擠出。這種設計方法能保證在聯接頭處就有一股單獨的物料供應給內筋,避免了口模中提供給外壁的熔融物料和內筋熔融物料之間牽連,各截面部分的流道相對獨立,整個流道過渡相對平緩,從而提高了模具的設計擠出速度。但是這種設計方法對加工要求高,型芯各段光滑過渡,各結合面光潔度不能低于0. 8 ,在口模裝配時,各段用螺釘緊固,并用圓銷定位,以保證型芯各段拼合緊密,否則易發生溢料的現象。此外,在含有支撐型內筋的制品設計中,筋的厚度應至少比外壁薄20 % ,這是內筋成型良好的前提條件。
2. 2 板材型內筋
PVC板材型內筋制品由于壁薄、幅寬、內筋多,流道中存在大量的停滯點,極易粘料、糊料〔3〕。它的設計難點有兩點:一是內筋多,且所有內筋壁厚必須均勻一致;二是內筋的設計不當將引起外形產生收縮痕。普通速度下,板材型內筋的流道設計可以采取整體式型芯局部供料的形式〔如圖2 ( b) 所示〕。
即在距離口模出口面60～100mm 的位置上,內筋的上下表面各銑一個由淺至深的圓形過渡料槽,兩圓的直徑可以根據外壁的口模放大系數比來決定。由于板材型內筋的壁厚一般不超過1. 2mm ,所以過渡段的長度不必太
長,實際設計中,可取15～30mm ,經過渡段之后,兩股料流匯合。因為板材的內筋比較多,為了保證所有內筋的出口模的速度穩定一致,板材型內筋的口模定型段一般比同樣厚度的支撐型內筋的長一些。這種供料形式便于保證加工精度,且在普通擠出速度下能保證內筋的設計要求。同時還必須注意到制品中央部分的內筋,由于擠出阻力小,流程短,內筋易于成型;而制品兩側部分的內筋擠出的阻力大,流程長,容易造成內筋的缺料。所以在內筋的設計時,其中內筋供料部分長度應由中央至兩側逐步加大。在實際設計中可以取L = L 0 + X&tgα其中: L 為任意內筋供料部分長度;L 0 為制品中心內筋供料部分長度;X 為制品任意內筋到中心的距離;α為L 、L 0 的長度差與水平方向的夾角, 其值小于6°。
在較高速度下,其內筋的設計可以采取分體式型芯單獨供料的形式〔如圖2 (c) 〕。
即將型芯分成若干件來加工,每一件稱為分體式型芯,每一分體式型芯直接用帶燕尾的鑲件直接裝配在口模的模體上,型芯之間留有間隙,間隙值為內筋的壁厚。分體式型芯一直伸入聯接頭內,并在尾部通過銑加工,作一方槽延伸至口模過渡段。方槽的寬度TS2可根據口模過渡段壁厚T2 與口模定型段壁厚T2 的比值來計算。實際設計
中可參考以下公式:TS2 = K&( T2/ T1) &TS1其中: TS2為方槽的寬度;TS1為口模定型段內筋的壁厚;T2為口模過渡段外壁壁厚;T1為口模定型段外壁壁厚;K 為經驗系數,一般取K = 1～1. 2。這種設計方法能很好的解決內筋供料與提高擠出速度之間的矛盾。但是這種流道設計形式對加工精度的要求較高,裝配難度較大,分體的小型芯之間,型芯與模體之間都要求配磨。此外含板材型內筋的制品同支撐型內筋一樣,在制品截面的設計中,內筋的厚度應是外壁厚度的50 %～75 %〔2〕。為改善制品的成型和內筋與外壁的結合強度,還可以在內筋與外壁的結合處加圓角。除了良好的供料形式和良好的定型冷卻系統之外,這是板材外表面避免收縮痕的訣竅所在。
2. 3 突出物型加強筋
突出物型內筋往往起著裝飾、加強的作用。在一些非封閉型腔制品中,有些突出物型加強筋還能起到減少收縮痕的作用。這種加強筋只要制品截面設計合理,其流道并不難設計。這種內筋的流道通常采取在型芯上開槽的形式來保證供料,其定型長度L 可以參照以下公式:L = (50～100) &t其中:t 為加強筋高度。在一般擠出速度下,這個經驗系數可以取小一些,在高速擠出模具設計中,該經驗系數可適當取大一些。但是含有突出物型加強筋的制品截面要合理,突出物內筋不應大于壁厚,否則容易在制品的外表面產生收縮痕,不利于制品的成型。
2. 4 十字花型內筋
這種內筋除了裝飾和加強的作用以外,在型材裝配時可以免去焊接這一道工序,而通過螺釘直接連接。這種PVC內筋在型芯的設計與加工中存在很大的難度,所以在流道形式上考慮將十字花型內筋的流道放置口模板過渡段上,并不將其延伸入聯接頭內,對應的型芯部分為凹型,以保證料流的供應。在口模板上利用線切割加工手段,作一單獨的小拼塊,其突出部分一直延伸到口模的出口面〔如圖3 (b) 〕。
在普通擠出速度和較高擠出速度下,十字花型內筋的口模流道均采用同一種結構形式。但后者的定型段的長度比前者長些,前者可取20～30mm ,后者可取25～40mm。除擠出速度外,定型段長度的取值還和壁厚有關。
3 結語
(1) 支撐型內筋在普通擠出速度下,口模流道應采用兩側供料的結構形式;在高速擠出下,為保證料流供應,口模流道應采用中央重點供料的結構形式。
(2) 板材型內筋在普通擠出速度下,口模流道應采用整體式型芯局部供料的結構形式;在較高速度擠出下,板材型內筋的口模流道應采用分體式型芯單獨供料的較高形式。
(3) 突出物型內筋由于結構較為簡單,所以在普通擠出速度和較高擠出速度下均采用在型芯上開槽的口模流道結構形式,但高速擠出模具中突出物型內筋的口模定型長度要比普通擠出速度下的要長得多。
(4) 十字花型內筋由于加工難度較高,所以將其作為口模板拼塊的一部分,而在型芯對應的位置上呈凹型,以保證料流的供應。
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