挤出模具中定型装置的设计

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摘要：塑料异型材是构成塑料门窗等化学建材产品的主体材料，挤出模具是异型材生产的关键技术装备之一，是挤出生产线的核心部分。文章主要阐述了挤出模具定型装置的结构设计、参数确定及其辅助部件的设计，同时探讨了异型材的定型方式和在定型装置中变形的预防措施。

关键词：型材；挤出模具；定型装置

中图分类号：TQ320 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）21-0014-02

近几年，我国从国外引进大量各种类型的挤出模具，为我们学习国外先进的挤出模技术提供了很好的机会，也带动了我国挤出模具的发展，同时由于缺少理论和实验研究，加上相应的配套条件不成熟，相比国内挤出模具和国外先进挤出模具，尤其在定型装置设计中还存在着一定差距。挤出加工业是一项综合性很强的技术型产业，而定型装置主要研究型材在挤出机内的运动情况与变化规律。定型装置只是挤出模具当中的一部分，是挤出模具的关键，通过不断的经验学习交流，来实现挤出模具的快速发展，本文也正是想通过对定型装置的研究做出一些有益的

探讨。

1 挤出模具的结构

挤出模具主要由机头和定型装置组成。从挤出机头挤出的熔融型坯虽然已经具有相应的截面形状，但是，此时型坯处于熔融状态温度较高，由于自重影响型坯很容易产生变形。因此，必须采用定型装置对其进行冷却定型，在真空吸附力的作用下与型腔壁紧贴，在定型装置内流动的冷却水将其热量带走达到冷却固化，使从挤出机头中挤出的型坯受到一定的外力作用，截面形状稳定下来，并通过合理的控制工艺，对其进行精整，使型材表面更加光亮，截面尺寸更加精确，以达到提高塑料制品产量与质量的目的。并在此过程中将型胚的形变内应力和热内应力基本消除。所以，定型装置在挤出模具设计中具有十分重要的

地位。

1.1 合理的结构设计

高速挤出定型模由干定型装置和湿定型装置组成，而且发展到现在干定型装置的长度越来越短，结构设计时普遍采用干式真空定型方法，在选择分型面时要考虑便于脱模，能简化模具结构，保证型材质量，易于清理模具。真空槽开设布局要合理，真空吸附均匀且足够。冷却水道分布对称均匀，且加工工艺良好。所以，冷却回路和真空吸附回路可分别联结组成可循环的独立系统，亦可交替设置，但不能串通。湿定型装置（水箱）的结构常见的有涡流式、直流式、喷淋式等多种形式。

1.2 参数的确定

1.2.1 定型模型腔尺寸。挤出成型中，挤出速度越快，制品壁越厚，型腔的横截面平面越翘曲，相应型腔尺寸就越大；适当增大定型模长度，型腔的横截面平面越平展，相应型腔尺寸越小；但在冷却定型水箱无真空负压时，型腔的横截面平面越翘曲，定型模型腔尺寸越大。

定型模型腔尺寸的大小主要受到型材的收缩率、牵引拉伸率、冷却方式、复杂程度、操作方法等因素的影响。由于熔融型坯在定型过程中，会产生冷却收缩、牵引拉长的变化，导致经定型后的型材截面尺寸会变小，因此设计定型模时径向尺寸应适度增大。

1.2.2 定型模长度确定。定型模长度应视制品的壁厚、形状、型材的牵引速度、定型模结构和成型工艺参数来定，目的是使从最终定型段出来的制品在横截面内外完全冷却、各处温度均匀。缩短干定型装置，这有利于定型模的设计、制造和提高冷却效率。但是，制品的壁越厚，形状越复杂，则要求湿定型装置越长，在进行型材冷却时，要注意避免冷却水直接接触型材表面可能造成的急冷和冷却不均现象。因此，必须根据型材壁厚、牵引速度和挤出成型工艺的要求以及定型模及水箱的冷却效率，合理确定水箱所需长度以及定型模的总长度。

1.3 冷却水道的设置

定型装置的冷却水道应遵循“统进单出”原则，使模具简洁、美观、操作方便。同时，水道中的外给水压不能太小，否则会影响型材的冷却效果。冷却水道不仅要开设在型腔表面，还应在辅助部分也开设冷却水孔，如密封条槽、排水槽等。这对加强和平衡型材的冷却会起到很大的作用，对提高模具挤出速度非常明显。

水箱的冷却速率直接影响着型材的挤出效率，同时冷却平衡也影响着型材的挤出效率，尤其是在型材的高速挤出中，冷却速率较快而冷却平衡是难以实现的。因此，在设计定型模时要认真地分析计算型材热量的传递和传递速率，使型材表面各处的冷却尽量均匀，残余应力小、不变形、不弯曲。

1.4 水箱及支撑板的设计

湿定型装置中最常见的是涡流水箱。这种水箱可调真空度大小、水流通畅、密封好，水箱中的水直接与型材外表面接触，型材在水箱中热交换效果好，冷却速度快且均匀，定型的效果好。

在水箱中还必须辅以支撑板，对型材起到作用，要求支撑板表面光滑、导流角度合理，在真空的作用下，水流流动通畅。尤其在高速挤出模具中，干定型装置长度的缩短和挤出速度的提高，水箱中支撑板对型材的定型作用就尤为重要。支撑板的厚度约为3～5mm，材料通常为黄铜或铝，其数量应根据型材的复杂程度来定，但增加要成倍，排列时要前密后疏，间距逐渐增大。由于型材在冷却后的收缩现象，所以在支撑板设计时，开设在中央的形孔尺寸是逐渐减小的，最后一块的形孔尺寸比第一块的尺寸要缩小2%～3%。

1.5 高速挤出定型模真空的设计

真空气路的吸附作用可限制制品在冷却过程中的收缩和变形，制品与型腔的接触状态将影响冷却效果。应使型坯较早受到真空吸附，以贴紧定型模。高速挤出模具中由于干定型装置长度的缩短和挤出速度的提高，造成型材在干定型装置中停滞的时间越来越短，因此，必须增加干定装置中真空气槽数量，来提高真空吸附强度。尤其在定型装置中容易塌陷和变形的部位应增设气槽，提高吸附，在其他部位也应开设气槽，就可以通过干定型装置强大均匀的密封真空吸附来实现高速挤出。

2 型材的定型方式

2.1 多板式定型

多板式定型是型材定型中最常见的一种方式，通过将一定数量支撑板，按照前密后疏、逐渐增大的间隔依次放置在水箱中。支撑板的中央所开设的形孔与所挤型材的截面形状完全一样，形孔尺寸且逐渐减小，保证从干定型装置挤出的型材顺利穿过支撑板，达到冷却定型的目的。支撑板型腔面与型材型面可能不是所有的面都有摩擦接触，没有接触的型面就尽量不让其接触，接触面越大阻力越大，型材越易发生变形。

2.2 加压定型

这种定型主要靠由机头芯模导入型材内部的压缩空气，一般空气压力达到0.02～0.1MPa，就可以使型材表面完全贴附在定型装置的型腔表面。因为型材内部有一定的压力，且型材和定型装置的接触时间较长，所以采取此种定型方式时，可以获得外表面尺寸精度较高、表面更光亮的型材。

2.3 真空定型

型材与定型装置间的紧密接触，是靠给定型装置外壁上开设的真空气槽、孔抽真空实现的。如要使在型材内无浮塞，仅需增大大气压力便可。但对于闭式空心型材，定型装置数量多，如门窗异型材的定型装置就有3段，每段约长400～500mm。型材在第1段中，会受到拉、压力而发生塑性变形，贴附在型腔内壁形成与定型装置相一致的截面形状。如型材上有特殊部位时如凹槽、凸缘等，可在定型装置的最后一段成型，来防止型材的堵塞。

3 型材在定型过程中变形及预防措施

型材的变形防范及补偿措施要求准确、及时。如果型材冷却不好、在型材易塌陷的部位，尤其是在有内筋连接的部位除了正常放大外，还要预放大变形、收缩尺寸量。

（1）PVC异型材的原料配方对挤出部分的抗裂强度是有显著的影响，外剂品种和用量的选择也有一定的影响。

（2）在满足型材外观质量的前提下，真空度应尽可能小，产生的内应力小，型材的变形就小。

（3）冷却时，可以尝试在水箱入口处加上一个淋水装置，让冷却水能连续均匀地淋在型坯表面，使其表面产生一层硬化层，料坯不堵模，然后进入水箱冷却定型。当然，水流量的调节就特别重要，如水流量过大，型材表面粗糙，易产生斑点凹坑；如水流量过小，型材表面产生亮斑易拉断，流量分布不均匀，型材壁厚不均，截面变形。

参考文献

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作者简介：赵忠玉（1980-），男，甘肃武威人，供职于武威职业学院，研究方向：模具设计与制造。