PVC异型材挤出模具中内筋的口模流道设计讨论
栏目：行业动态 发布时间：2021-06-01 15:53
许多PVC型材有各种不同类型的内筋,从而形成种类不同的模具芯体结构。如果型材的内筋宽厚比较小,内筋流道设计也比较容易,然而有些内筋的宽厚比往往大于外壁的宽厚比。因此在保证...
许多PVC型材有各种不同类型的内筋,从而形成种类不同的模具芯体结构。如果型材的内筋宽厚比较小,内筋流道设计也比较容易,然而有些内筋的宽厚比往往大于外壁的宽厚比。因此在保证各分流道的压力降相同的原则下,内筋流道的汇合条件就比较恶劣。一套模具芯体装配的方案合适与否,很大程度上决定于芯体结构工艺性。由于内筋在进入定型模冷却时一般不能直接冷却,冷却速度慢;而异型材制品的外壁直接与定型模接触,冷却速度快,这样内外冷却不均匀,势必引起制品的变形,因此内筋的设计成为模具设计的难点之一。要提高内筋的冷却速度,从定型模设计的角度出发,可以把真空槽的气孔开在内筋的位置上。但是仅从定型模的冷却系统入手,是很难从根本上解决这一问题。内筋成型的好坏,实质上是口模的流道结构是否合理。要解决由内筋成型不良而引发的塑料异型材制品变形,关键是改善模具中口模流道的结构。另外,口模内筋处流道物料流动快慢对型材外观上有
无收缩痕及型材变形关系极大。
1 内筋口模流道分析
塑料挤出模具的内筋口模流道大致可以分为分流段、压缩段、汇流段、定型段。由于内筋的结构特点,要保证均匀的分流和顺利的汇流是内筋口模设计的难点。不同结构形式的内筋,其分流段、压缩段、汇流段、定型段各不相同。本文对不同形式的内筋和在不同的挤出速度下,内筋的口模流道结构和供料方式作了探讨。
2 内筋常见形式与设计
2. 1 支撑型内筋
支撑型内筋对塑料异型材主要起着加强、承托、连接的作用〔如图1 (a) 〕。在普通挤出速度下,一般模具的支撑型内筋口模流道可采取两侧供料的形式设计
〔如图1 (b) 所示〕。即在每一内筋的位置上,从尾锥开始,在上下表面各加工两道宽物料压缩为4～7. 5mm的料槽,料槽由尾锥至口模出口面逐步变窄,以满足物料的压缩段的要求,保证了和口模中其他的物料的压力保持一致。两股物料在距离口模出口面20～40mm的位置汇合,以满足物料定型段的要求。采用这种供料形式的模具结构简单,便于加工。在普通的PVC改性粒料挤出速度下,牵引速度一般不超过1. 2～1. 5m/ min〔1〕,这种口模流道结构既能满足内筋的供料要求,又不会因为内筋出料太快,造成内筋过厚或弯曲,而影响制品的成型。而在高速挤出速度下,模具的支撑型内筋若也采用两侧供PVC颗粒料的形式,挤出速度将上不去,若强行提高挤出速度,势必将导致内筋的缺料和外形成型的缺陷。所以对于高速挤出模具的支撑型内筋应采取中央供料的形式设计〔如图1 (c) 〕,
以保证料流的供应。所谓中央供料形式就是将内筋的流道分成进料段、压缩段和定型段来分别加工,从内筋位置的尾锥部分上,在中央部分作一方形进料孔,然后逐步经口模压缩段、定型段,从口模出口面挤出。这种设计方法能保证在联接头处就有一股单独的物料供应给内筋,避免了口模中提供给外壁的熔融物料和内筋熔融物料之间牵连,各截面部分的流道相对独立,整个流道过渡相对平缓,从而提高了模具的设计挤出速度。但是这种设计方法对加工要求高,型芯各段光滑过渡,各结合面光洁度不能低于0. 8 ,在口模装配时,各段用螺钉紧固,并用圆销定位,以保证型芯各段拼合紧密,否则易发生溢料的现象。此外,在含有支撑型内筋的制品设计中,筋的厚度应至少比外壁薄20 % ,这是内筋成型良好的前提条件。
2. 2 板材型内筋
PVC板材型内筋制品由于壁薄、幅宽、内筋多,流道中存在大量的停滞点,极易粘料、糊料〔3〕。它的设计难点有两点:一是内筋多,且所有内筋壁厚必须均匀一致;二是内筋的设计不当将引起外形产生收缩痕。普通速度下,板材型内筋的流道设计可以采取整体式型芯局部供料的形式〔如图2 ( b) 所示〕。
即在距离口模出口面60～100mm 的位置上,内筋的上下表面各铣一个由浅至深的圆形过渡料槽,两圆的直径可以根据外壁的口模放大系数比来决定。由于板材型内筋的壁厚一般不超过1. 2mm ,所以过渡段的长度不必太
长,实际设计中,可取15～30mm ,经过渡段之后,两股料流汇合。因为板材的内筋比较多,为了保证所有内筋的出口模的速度稳定一致,板材型内筋的口模定型段一般比同样厚度的支撑型内筋的长一些。这种供料形式便于保证加工精度,且在普通挤出速度下能保证内筋的设计要求。同时还必须注意到制品中央部分的内筋,由于挤出阻力小,流程短,内筋易于成型;而制品两侧部分的内筋挤出的阻力大,流程长,容易造成内筋的缺料。所以在内筋的设计时,其中内筋供料部分长度应由中央至两侧逐步加大。在实际设计中可以取L = L 0 + X&tgα其中: L 为任意内筋供料部分长度;L 0 为制品中心内筋供料部分长度;X 为制品任意内筋到中心的距离;α为L 、L 0 的长度差与水平方向的夹角, 其值小于6°。
在较高速度下,其内筋的设计可以采取分体式型芯单独供料的形式〔如图2 (c) 〕。
即将型芯分成若干件来加工,每一件称为分体式型芯,每一分体式型芯直接用带燕尾的镶件直接装配在口模的模体上,型芯之间留有间隙,间隙值为内筋的壁厚。分体式型芯一直伸入联接头内,并在尾部通过铣加工,作一方槽延伸至口模过渡段。方槽的宽度TS2可根据口模过渡段壁厚T2 与口模定型段壁厚T2 的比值来计算。实际设计
中可参考以下公式:TS2 = K&( T2/ T1) &TS1其中: TS2为方槽的宽度;TS1为口模定型段内筋的壁厚;T2为口模过渡段外壁壁厚;T1为口模定型段外壁壁厚;K 为经验系数,一般取K = 1～1. 2。这种设计方法能很好的解决内筋供料与提高挤出速度之间的矛盾。但是这种流道设计形式对加工精度的要求较高,装配难度较大,分体的小型芯之间,型芯与模体之间都要求配磨。此外含板材型内筋的制品同支撑型内筋一样,在制品截面的设计中,内筋的厚度应是外壁厚度的50 %～75 %〔2〕。为改善制品的成型和内筋与外壁的结合强度,还可以在内筋与外壁的结合处加圆角。除了良好的供料形式和良好的定型冷却系统之外,这是板材外表面避免收缩痕的诀窍所在。
2. 3 突出物型加强筋
突出物型内筋往往起着装饰、加强的作用。在一些非封闭型腔制品中,有些突出物型加强筋还能起到减少收缩痕的作用。这种加强筋只要制品截面设计合理,其流道并不难设计。这种内筋的流道通常采取在型芯上开槽的形式来保证供料,其定型长度L 可以参照以下公式:L = (50～100) &t其中:t 为加强筋高度。在一般挤出速度下,这个经验系数可以取小一些,在高速挤出模具设计中,该经验系数可适当取大一些。但是含有突出物型加强筋的制品截面要合理,突出物内筋不应大于壁厚,否则容易在制品的外表面产生收缩痕,不利于制品的成型。
2. 4 十字花型内筋
这种内筋除了装饰和加强的作用以外,在型材装配时可以免去焊接这一道工序,而通过螺钉直接连接。这种PVC内筋在型芯的设计与加工中存在很大的难度,所以在流道形式上考虑将十字花型内筋的流道放置口模板过渡段上,并不将其延伸入联接头内,对应的型芯部分为凹型,以保证料流的供应。在口模板上利用线切割加工手段,作一单独的小拼块,其突出部分一直延伸到口模的出口面〔如图3 (b) 〕。
在普通挤出速度和较高挤出速度下,十字花型内筋的口模流道均采用同一种结构形式。但后者的定型段的长度比前者长些,前者可取20～30mm ,后者可取25～40mm。除挤出速度外,定型段长度的取值还和壁厚有关。
3 结语
(1) 支撑型内筋在普通挤出速度下,口模流道应采用两侧供料的结构形式;在高速挤出下,为保证料流供应,口模流道应采用中央重点供料的结构形式。
(2) 板材型内筋在普通挤出速度下,口模流道应采用整体式型芯局部供料的结构形式;在较高速度挤出下,板材型内筋的口模流道应采用分体式型芯单独供料的较高形式。
(3) 突出物型内筋由于结构较为简单,所以在普通挤出速度和较高挤出速度下均采用在型芯上开槽的口模流道结构形式,但高速挤出模具中突出物型内筋的口模定型长度要比普通挤出速度下的要长得多。
(4) 十字花型内筋由于加工难度较高,所以将其作为口模板拼块的一部分,而在型芯对应的位置上呈凹型,以保证料流的供应。
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无收缩痕及型材变形关系极大。
1 内筋口模流道分析
塑料挤出模具的内筋口模流道大致可以分为分流段、压缩段、汇流段、定型段。由于内筋的结构特点,要保证均匀的分流和顺利的汇流是内筋口模设计的难点。不同结构形式的内筋,其分流段、压缩段、汇流段、定型段各不相同。本文对不同形式的内筋和在不同的挤出速度下,内筋的口模流道结构和供料方式作了探讨。
2 内筋常见形式与设计
2. 1 支撑型内筋
支撑型内筋对塑料异型材主要起着加强、承托、连接的作用〔如图1 (a) 〕。在普通挤出速度下,一般模具的支撑型内筋口模流道可采取两侧供料的形式设计
〔如图1 (b) 所示〕。即在每一内筋的位置上,从尾锥开始,在上下表面各加工两道宽物料压缩为4～7. 5mm的料槽,料槽由尾锥至口模出口面逐步变窄,以满足物料的压缩段的要求,保证了和口模中其他的物料的压力保持一致。两股物料在距离口模出口面20～40mm的位置汇合,以满足物料定型段的要求。采用这种供料形式的模具结构简单,便于加工。在普通的PVC改性粒料挤出速度下,牵引速度一般不超过1. 2～1. 5m/ min〔1〕,这种口模流道结构既能满足内筋的供料要求,又不会因为内筋出料太快,造成内筋过厚或弯曲,而影响制品的成型。而在高速挤出速度下,模具的支撑型内筋若也采用两侧供PVC颗粒料的形式,挤出速度将上不去,若强行提高挤出速度,势必将导致内筋的缺料和外形成型的缺陷。所以对于高速挤出模具的支撑型内筋应采取中央供料的形式设计〔如图1 (c) 〕,
以保证料流的供应。所谓中央供料形式就是将内筋的流道分成进料段、压缩段和定型段来分别加工,从内筋位置的尾锥部分上,在中央部分作一方形进料孔,然后逐步经口模压缩段、定型段,从口模出口面挤出。这种设计方法能保证在联接头处就有一股单独的物料供应给内筋,避免了口模中提供给外壁的熔融物料和内筋熔融物料之间牵连,各截面部分的流道相对独立,整个流道过渡相对平缓,从而提高了模具的设计挤出速度。但是这种设计方法对加工要求高,型芯各段光滑过渡,各结合面光洁度不能低于0. 8 ,在口模装配时,各段用螺钉紧固,并用圆销定位,以保证型芯各段拼合紧密,否则易发生溢料的现象。此外,在含有支撑型内筋的制品设计中,筋的厚度应至少比外壁薄20 % ,这是内筋成型良好的前提条件。
2. 2 板材型内筋
PVC板材型内筋制品由于壁薄、幅宽、内筋多,流道中存在大量的停滞点,极易粘料、糊料〔3〕。它的设计难点有两点:一是内筋多,且所有内筋壁厚必须均匀一致;二是内筋的设计不当将引起外形产生收缩痕。普通速度下,板材型内筋的流道设计可以采取整体式型芯局部供料的形式〔如图2 ( b) 所示〕。
即在距离口模出口面60～100mm 的位置上,内筋的上下表面各铣一个由浅至深的圆形过渡料槽,两圆的直径可以根据外壁的口模放大系数比来决定。由于板材型内筋的壁厚一般不超过1. 2mm ,所以过渡段的长度不必太
长,实际设计中,可取15～30mm ,经过渡段之后,两股料流汇合。因为板材的内筋比较多,为了保证所有内筋的出口模的速度稳定一致,板材型内筋的口模定型段一般比同样厚度的支撑型内筋的长一些。这种供料形式便于保证加工精度,且在普通挤出速度下能保证内筋的设计要求。同时还必须注意到制品中央部分的内筋,由于挤出阻力小,流程短,内筋易于成型;而制品两侧部分的内筋挤出的阻力大,流程长,容易造成内筋的缺料。所以在内筋的设计时,其中内筋供料部分长度应由中央至两侧逐步加大。在实际设计中可以取L = L 0 + X&tgα其中: L 为任意内筋供料部分长度;L 0 为制品中心内筋供料部分长度;X 为制品任意内筋到中心的距离;α为L 、L 0 的长度差与水平方向的夹角, 其值小于6°。
在较高速度下,其内筋的设计可以采取分体式型芯单独供料的形式〔如图2 (c) 〕。
即将型芯分成若干件来加工,每一件称为分体式型芯,每一分体式型芯直接用带燕尾的镶件直接装配在口模的模体上,型芯之间留有间隙,间隙值为内筋的壁厚。分体式型芯一直伸入联接头内,并在尾部通过铣加工,作一方槽延伸至口模过渡段。方槽的宽度TS2可根据口模过渡段壁厚T2 与口模定型段壁厚T2 的比值来计算。实际设计
中可参考以下公式:TS2 = K&( T2/ T1) &TS1其中: TS2为方槽的宽度;TS1为口模定型段内筋的壁厚;T2为口模过渡段外壁壁厚;T1为口模定型段外壁壁厚;K 为经验系数,一般取K = 1～1. 2。这种设计方法能很好的解决内筋供料与提高挤出速度之间的矛盾。但是这种流道设计形式对加工精度的要求较高,装配难度较大,分体的小型芯之间,型芯与模体之间都要求配磨。此外含板材型内筋的制品同支撑型内筋一样,在制品截面的设计中,内筋的厚度应是外壁厚度的50 %～75 %〔2〕。为改善制品的成型和内筋与外壁的结合强度,还可以在内筋与外壁的结合处加圆角。除了良好的供料形式和良好的定型冷却系统之外,这是板材外表面避免收缩痕的诀窍所在。
2. 3 突出物型加强筋
突出物型内筋往往起着装饰、加强的作用。在一些非封闭型腔制品中,有些突出物型加强筋还能起到减少收缩痕的作用。这种加强筋只要制品截面设计合理,其流道并不难设计。这种内筋的流道通常采取在型芯上开槽的形式来保证供料,其定型长度L 可以参照以下公式:L = (50～100) &t其中:t 为加强筋高度。在一般挤出速度下,这个经验系数可以取小一些,在高速挤出模具设计中,该经验系数可适当取大一些。但是含有突出物型加强筋的制品截面要合理,突出物内筋不应大于壁厚,否则容易在制品的外表面产生收缩痕,不利于制品的成型。
2. 4 十字花型内筋
这种内筋除了装饰和加强的作用以外,在型材装配时可以免去焊接这一道工序,而通过螺钉直接连接。这种PVC内筋在型芯的设计与加工中存在很大的难度,所以在流道形式上考虑将十字花型内筋的流道放置口模板过渡段上,并不将其延伸入联接头内,对应的型芯部分为凹型,以保证料流的供应。在口模板上利用线切割加工手段,作一单独的小拼块,其突出部分一直延伸到口模的出口面〔如图3 (b) 〕。
在普通挤出速度和较高挤出速度下,十字花型内筋的口模流道均采用同一种结构形式。但后者的定型段的长度比前者长些,前者可取20～30mm ,后者可取25～40mm。除挤出速度外,定型段长度的取值还和壁厚有关。
3 结语
(1) 支撑型内筋在普通挤出速度下,口模流道应采用两侧供料的结构形式;在高速挤出下,为保证料流供应,口模流道应采用中央重点供料的结构形式。
(2) 板材型内筋在普通挤出速度下,口模流道应采用整体式型芯局部供料的结构形式;在较高速度挤出下,板材型内筋的口模流道应采用分体式型芯单独供料的较高形式。
(3) 突出物型内筋由于结构较为简单,所以在普通挤出速度和较高挤出速度下均采用在型芯上开槽的口模流道结构形式,但高速挤出模具中突出物型内筋的口模定型长度要比普通挤出速度下的要长得多。
(4) 十字花型内筋由于加工难度较高,所以将其作为口模板拼块的一部分,而在型芯对应的位置上呈凹型,以保证料流的供应。
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