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1、 窗框異型材擠出機頭設(shè)計 摘 要 塑料窗框具有傳統(tǒng)窗框難以比擬的優(yōu)異性能，是國家建設(shè)部推廣使用的節(jié)能、環(huán)保型產(chǎn)品。目前已廣泛用于各種建筑工程中，其發(fā)展空間很大，前景十分看好。本文是關(guān)于窗框異型材擠出機頭的設(shè)計，設(shè)計主要包含兩部分內(nèi)容，一是80型推拉框擠出機頭和定型模的設(shè)計,二是窗框異型材原材料配方的設(shè)計。其中擠出機頭模具設(shè)計是該設(shè)計的重要內(nèi)容，也是設(shè)計的難點。擠出機頭模具的設(shè)計主要包括機頭各部件外形和尺寸的設(shè)計以及定型模的設(shè)計。定型模的設(shè)計主要包括定型模腔的設(shè)計和定型模長度的設(shè)計。原材料配方設(shè)計主要包括PVC樹脂型號、穩(wěn)定劑、改性劑、潤滑劑、著色劑、加工助劑和填充劑等的選取和分

2、配比例。 關(guān)鍵詞：PVC-U，塑料異型材，窗框，機頭，定型模 Design of Extruder Head Mold of the Window Frame Profiles ABSTRACT Plastic window frames has excellent performance that traditional window frames difficult to compare. It is so energy-saving and environment-friendly as to becoming the product that ministr

3、y of our construction promotes it’s use. For the present, plastic window frames has been widely used in all kinds of architectural engineering, it has a bright future. This article is about the design of sash profile extruder head. The design consists mainly of two parts. The first part includes sli

4、ding frame of 80 type extruder head and the design of stock mould. The second part includes the design of sash profiles raw recipe. Wherein the extruder head design is the important part of the design, but also the difficulty of the design. The design of the extruder die for the various components i

5、ncludes the shape and size of the head design and sizing die design. The design includes sizing die cavity shape length of the mold design and the design of the type. Formulation materials include the selection and allocation ratio of PVC resin model, stabilizers, modifiers, lubricants, colorant, pr

6、ocessing aids and fillers and so on. KEY WORDS:：PVC-U， plastic profile， window frame， extruder head， stock mould II 前 言 1 第1章 概述 2 1.1 塑料門窗異型材概述 2 1.2 硬聚氯乙烯塑料窗的發(fā)展與現(xiàn)狀 2 1.2.1 硬聚氯乙烯塑料窗的性能和特點 2 1.2.2 硬聚氯乙烯塑料窗的發(fā)展歷史 4 1.2.3塑料窗框異型材的發(fā)展趨勢 5 第2章 塑料制件的結(jié)構(gòu)設(shè)計及螺桿擠出機的選擇 7 2.1 80型推拉窗框橫截面的設(shè)計 7 2.1

7、.1 設(shè)計原則 7 2.1.2 外形和空腔設(shè)計 7 2.1.3 壁厚設(shè)計 7 2.1.4 圓角設(shè)計 8 2.2 螺桿擠出機的選擇 9 第3章 產(chǎn)品配方設(shè)計 11 3.1 配方設(shè)計目的 11 3.2 配方設(shè)計原理 11 3.2.1 配方設(shè)計應(yīng)考慮的因素 11 3.2.2 制品主要性能和原材料的關(guān)系 12 3.2.3 主原料和助劑的選擇及作用 13 3.3 產(chǎn)品配方設(shè)計 15 第4章 擠出機頭結(jié)構(gòu)設(shè)計 16 4.1 擠出機頭設(shè)計的基本要求 16 4.2 口模截面圖的設(shè)計 17 4.2.1 異型材的擠出中心的選取 17 4.2.2 型材主體口模圖形的設(shè)計 17 4.

8、2.3 內(nèi)筋口模圖形的設(shè)計 18 4.2.4 口模圖形中功能塊的設(shè)計 19 第5章 分流支架的設(shè)計 20 5.1 分流支架流道設(shè)計的的流量平衡原則 20 5.2 分流支架流道的設(shè)計 20 5.3 分流筋外形尺寸的設(shè)計 21 第6章 型芯和分流錐的設(shè)計 23 6.1 內(nèi)筋內(nèi)流道的設(shè)計 23 6.2 內(nèi)筋外流道的設(shè)計 24 6.3 型芯分塊安裝 24 6.4 型芯和分流錐外形設(shè)計 24 第7章 模腔的設(shè)計 26 7.1 綜述 26 7.1 收縮段流道設(shè)計 26 7.2 成型段流道設(shè)計 27 第8章 模頭模板設(shè)計和強度校核 28 8.1 模頭模板的設(shè)計 28 8.

9、2 模頭的強度校核 28 第9章 定型模設(shè)計 30 9.1 綜述 30 9.2 定型模長度的設(shè)計 30 9.3 定型模型腔的設(shè)計 30 9.3.1 真空吸附面積和真空槽設(shè)計 30 9.3.2 冷卻水路設(shè)計 31 9.3.3 定型模型腔尺寸計算 31 結(jié) 論 33 謝 辭 34 參考文獻(xiàn) 35 外文資料翻譯 37 中文翻譯 45 18 前 言 近年來塑料擠出成型模具的產(chǎn)量和發(fā)展水平十分迅速，高效率、自動化、大型、精密、長壽命模具在模具總產(chǎn)量中所占比例越來越大?？梢哉f，一個國家模具設(shè)計生產(chǎn)能力的強弱、水平的高低，影響著產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益的

10、提高。目前發(fā)達(dá)國家模具標(biāo)準(zhǔn)化程度達(dá)到30%以上，我國模具標(biāo)準(zhǔn)化工作也有了很大進(jìn)展，基本上配齊了主要模具類別的零件標(biāo)準(zhǔn)。模具標(biāo)準(zhǔn)化為塑料模具設(shè)計和制造帶來極大方便，由于標(biāo)準(zhǔn)件可直接購買，因此模具設(shè)計制造者只需精心設(shè)計加工型腔，這使得塑料模具的設(shè)計和制造周期大為縮短，成本降低質(zhì)量得到保證。 本次畢業(yè)設(shè)計主要是針對80型塑料推拉框擠出機頭（模頭）的設(shè)計，設(shè)計中主要依據(jù)聚合物加工流變學(xué)和傳熱學(xué)等基礎(chǔ)理論，來分析和計算擠出機頭各零部件的形狀和尺寸。采用CAD軟件重點對擠出機頭各塊模板進(jìn)行了參數(shù)化設(shè)計。例如：本次設(shè)計中的成型板，分流支架板，以及型芯和分流錐都有詳細(xì)的尺寸。在做異型材擠出模具設(shè)計時，根據(jù)實

11、際情況，對沒有標(biāo)準(zhǔn)或成熟理論支持的部件設(shè)計時，多采用了采用經(jīng)驗數(shù)據(jù)。  第1章 概述 1.1 塑料門窗異型材概述 許多聚合物可以通過擠出成型工藝制成橫向截面為非圓形、環(huán)形等常規(guī)形狀的各種復(fù)雜形狀的連續(xù)型體，通常稱這種連續(xù)型材為塑料異型材。塑料異型材可以通過塑料擠出機由擠出工藝生產(chǎn)，其制品具有外觀色澤鮮艷，光亮平滑，不需要油漆涂飾，耐腐蝕等特點?？梢酝ㄟ^改變擠出機機頭的形狀，生產(chǎn)多種截面形狀復(fù)雜的異型材制品。 近年來，塑料異型材在建筑、家具、電器、汽車等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，尤其在建筑業(yè)中用途最廣，可用作塑料門窗框、門板、樓梯扶手、壁材、隔墻、屏風(fēng)、線槽、地板條、密封條等建筑

12、材料。其中，塑料門窗是塑料建材眾多品種中的佼佼者，它是繼木門窗、鋼門窗、鋁合金門窗之后的第四代新型建筑門窗，是人們至今尋覓到的較理想的門窗材料。 塑料門窗異型材是以聚合物樹脂為主，以各種助劑和增強材料為輔制成的一類新型材質(zhì)的門窗。塑料門窗按材質(zhì)可分為塑料包覆門窗（噴塑門窗）、組合塑料門窗和全塑門窗三大類。其中，全塑門窗是目前發(fā)展最快、技術(shù)最成熟、用量最大的一類，是塑料門窗發(fā)展的主流產(chǎn)品。全塑門窗是完全以塑料材料制造而成的，主要以由擠出成型的改性硬質(zhì)聚氯乙烯（PVC-U）塑料中空異型材組裝而成的塑料門窗為主。 1.2 硬聚氯乙烯塑料窗的發(fā)展與現(xiàn)狀 1.2.1 硬聚氯乙烯塑料窗的性能

13、和特點 1. 硬聚氯乙烯塑料窗的主要性能 （1）隔熱、保溫性 隔熱、保溫是塑料門窗的整體突出優(yōu)點。原因是PVC-U塑料熱導(dǎo)率極低，僅為鋼材的1/4-1/5，鋁材的1/4-1/3；塑料窗框異型材多為多腔室中空斷面結(jié)構(gòu)，各封閉的空氣腔室進(jìn)一步改善了它的熱性能；型材側(cè)面帶有嵌固彈性密封條的凹槽，在此嵌裝密封條，使成窗縫隙熱的滲透量大大降低。由于上述原因，塑料窗框的隔熱效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于鋁、鋼、木窗。 （2）物理性能 塑料窗框的物理性能主要包括抗風(fēng)壓強度、空氣滲透性（氣密性）、雨水滲透性（水密性）、保溫及隔聲等性能。由于PVC-U材料的優(yōu)良性能，塑料異型材具有的獨特的多腔結(jié)構(gòu)，精湛的擠出、組裝

14、工藝，以及通過嵌入鋼質(zhì)加強筋進(jìn)行補強，使得塑料窗框具有一系列優(yōu)良性能。 （3）耐候性能 通過優(yōu)化配方、添加紫外光屏蔽劑和吸收劑，以阻止陽光中紫外線對窗框的老化破壞作用，大大提高了PVC-U塑料窗的使用壽命。 （4）燃燒性能 PVC-U塑料不助燃、不自燃、燃燒后能自熄，安全可靠。防火的安全性高于木門窗，其氧指數(shù)通常大于40%。但PVC-U型材燃燒時會變軟，釋放出的氯化氫會使人感到很強的窒息性氣味。 2. 硬聚氯乙烯塑料窗框的特點 塑料異型材自誕生以來得到了快速的發(fā)展和應(yīng)用，尤其近年來在建筑門窗領(lǐng)域的應(yīng)用非常廣泛，這一切與其獨特的性能特點是分不開的。塑料異型材的主要特點如下： （1）

15、輕質(zhì) 塑料異型材的密度在1.5g/cm3以下，個別的甚至只有0.9g/cm3。因此，其輕質(zhì)的特點使其在建筑、汽車等領(lǐng)域的應(yīng)用具有突出的優(yōu)勢。 （2）環(huán)保 塑料產(chǎn)品具有可回收再利用的特點，對于減少資源消耗具有重要的現(xiàn)實意義，是國家提倡的節(jié)能環(huán)保材料，符合當(dāng)今世界發(fā)展潮流。 （3）節(jié)能 塑料異型材不但生產(chǎn)能耗低，為鋼材的1/5，鋁材的1/8，而且絕熱性、氣密性、水密性、隔音性等極佳。因此，在當(dāng)今全球能源危機問題日益嚴(yán)重的今天，合理使用塑料異型材顯得尤為重要。 （4）美觀、耐用 塑料異型材與鋁材相比，具有色彩豐富、表面形式多樣的優(yōu)點。另外，塑料異型材本身的耐腐蝕特性使其具有防水耐油、歷

16、久如新的優(yōu)點。 （5）成本低 塑料異型材密度小，單位質(zhì)量的價格低于鋁型材；且具有一定的彈性，運輸、堆放過程中因變形而產(chǎn)生的損耗較小。另外，塑料異型材在安裝時多采用扣、粘等安裝形式，施工簡便快捷，大大降低了安裝成本。 （6）開發(fā)周期短 塑料異型材從產(chǎn)品設(shè)計到樣品生產(chǎn)，一般只需3～20天的時間。而且，塑料異型材還可以進(jìn)行二次加工以滿足使用過程中各種線型的需要。 目前，世界上已開發(fā)出的眾多異型材制品當(dāng)中，以塑料門窗應(yīng)用為最，而PVC門窗異型材在其中又占據(jù)了主導(dǎo)地位，約為塑料門窗總量的90%以上。 1.2.2 硬聚氯乙烯塑料窗的發(fā)展歷史 總結(jié)歐洲塑料窗的發(fā)展，大體經(jīng)歷了如下四個階段：

17、①用塑料外包覆鋼架或木框，實際上只起到了對芯材的防腐蝕作用。②用PVC混合料擠出單腔室異型材制造的塑料窗，這種窗承受風(fēng)壓的能力和耐熱變形性能都存在一定問題。③擠出的PVC-U異型材（內(nèi)部有塑料加強筋）為多腔室異型材，雖然其耐熱變形性得到提高，但當(dāng)承受較強的風(fēng)壓時仍存在一定問題，只能用作小面積窗體。④擠出的多腔室PVC-U異型材內(nèi)襯金屬加強筋制成的整體窗，即目前各國通用的塑料窗。 第四代塑料窗的開發(fā)成功，解決了PVC-U塑料門窗生產(chǎn)的一系列技術(shù)工藝問題。此后，確定了技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；安裝施工技術(shù)規(guī)范；異型材有了專用原料和專用生產(chǎn)設(shè)備；小五金等配件不斷改進(jìn)完善；安裝施工有了專用工具，塑料窗逐漸得到了人們

18、的認(rèn)可和歡迎。目前，塑料門窗在德國已經(jīng)形成了規(guī)模巨大、標(biāo)準(zhǔn)完善、技術(shù)成熟、高度發(fā)達(dá)的現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)。 塑料窗因其有獨特的節(jié)能、隔熱、隔音和防腐的優(yōu)點，在歐洲迅速推廣應(yīng)用。隨之，塑料窗工藝技術(shù)和產(chǎn)品性能得到不斷的改進(jìn)和提高。與此相適應(yīng)，塑料異型材擠出機、擠出模具、混合設(shè)備、門窗組裝設(shè)備也應(yīng)運而生，不斷發(fā)展。同時，塑料窗配套產(chǎn)品的生產(chǎn)也獲得長足進(jìn)步。塑料窗產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和配套標(biāo)準(zhǔn)相繼制定、發(fā)布和實施，由此，以聯(lián)邦德國、奧地利為首的歐洲塑料門窗形成了一個完整的體系。 20世紀(jì)80年代我國開始引進(jìn)制造塑料門窗的設(shè)備和技術(shù)。追溯我國開發(fā)塑料產(chǎn)品的根源，主要有以下三點。 首先，20世紀(jì)70年代末至80年代初期

19、，我國PVC原料大量積壓，價格很低，主要原因是沒有足夠的產(chǎn)品來消耗，因而當(dāng)時急需開發(fā)、研制出可大量使用PVC原料的產(chǎn)品。所以，經(jīng)國內(nèi)部分專家及技術(shù)人員赴國外考察和認(rèn)真論證后，選定了PVC門窗這一具有發(fā)展?jié)摿Φ漠a(chǎn)品。 其次，當(dāng)時人們已開始具有環(huán)保意識，“以塑代鋼、以塑代木”的口號就是當(dāng)時提出來的，作為新生的高科技產(chǎn)品，塑料門窗異型材具有很強的生命力。 最后，眾所周知，由于鋼、木、鋁門窗的保溫、密封效果遠(yuǎn)不及塑鋼門窗，因而使用塑鋼門窗可以大量節(jié)約能源，符合國家大力提倡的節(jié)能號召，因此開發(fā)塑鋼門窗就是大勢所趨，更符合當(dāng)時我國發(fā)展戰(zhàn)略的總體規(guī)劃。 基于以上三點基本原因，塑料門窗于1980年被正式

20、列入國家“六五”重大科技攻關(guān)項目，并于1989年成立了塑料異型材及門窗制品專業(yè)委員會。從1994年起全國化學(xué)建材發(fā)展開始進(jìn)入了推廣應(yīng)用階段，中國塑協(xié)及其專委會曾多次召開塑料異型材及門窗制品的生產(chǎn)技術(shù)交流會和產(chǎn)品推廣應(yīng)用會。國家產(chǎn)業(yè)扶植政策力度的加大、從業(yè)人員的專業(yè)知識和技術(shù)水平的提高、國家擴大內(nèi)需的需要，以及作為建筑業(yè)支柱行業(yè)之一的化學(xué)建材的持續(xù)高速發(fā)展等，對塑料門窗的數(shù)量、品種、規(guī)格、性能不斷提出更多、更高的要求。我國塑料行業(yè)不失時機的抓住這一難得機遇，促使我國塑料異型材和門窗行業(yè)不斷上規(guī)模、上水平，在過去的20多年中得到了飛躍性的發(fā)展、。 1.2.3塑料窗框異型材的發(fā)展趨勢 從開始

21、使用到現(xiàn)在聚氯乙烯窗框型材已經(jīng)有幾十年的歷史了，用于制造窗框異型材用的原料硬質(zhì)聚氯乙烯使得型材的顏色幾乎全部是白色的。造成這一事實的主要原因在于除白色以外的其它顏色的聚氯乙烯異型材都很容易發(fā)生褪色或變色現(xiàn)象。顯然，這種白色PVC一統(tǒng)天下的現(xiàn)狀遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了人們在材料性能和建筑美學(xué)等方面的要求。因此人們始終沒有放棄新的聚氯乙烯型材的研究開發(fā)工作。另外，PVC-U異型材生產(chǎn)過程中的粉塵和毒性以及PVC可能存在對環(huán)境的潛在危害等問題也不斷引起人們的重視。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，聚氯乙烯以下的發(fā)展出現(xiàn)了一些令人高興的趨勢，主要表現(xiàn)在PVC-U異型材的改性研究和制品開發(fā)上[1]。 PVC-U異型材的

22、改進(jìn)主要包括三個方面：首先是生產(chǎn)彩色（深顏色）的PVC-U異型材；其次是改進(jìn)配方和生產(chǎn)工藝；第三是改善PVC-U異型材與環(huán)境的協(xié)調(diào)性。  第2章 塑料制件的結(jié)構(gòu)設(shè)計及螺桿擠出機的選擇 2.1 80型推拉窗框橫截面的設(shè)計 2.1.1 設(shè)計原則 推拉窗型材設(shè)計時，須研究和計算其窗型受力模式、承力大小、剛度高低，以選擇最佳受力結(jié)構(gòu)，充分發(fā)揮塑料具有的特性和功能。 （1）推拉窗型材應(yīng)具有良好的力學(xué)機械性能，如抗低溫沖擊、抗彎、抗壓、導(dǎo)熱系數(shù)、線膨脹系數(shù)及維卡耐熱等物理性能。 （2）推拉窗型材設(shè)計為滿足密封、五金件安裝、排水、配合等多種功能，設(shè)計帶有溝、槽、凸起、內(nèi)腔加強筋

23、等結(jié)構(gòu)，要考慮擠出機和擠出成型模具對型材設(shè)計的“制約”作用。 （3）推拉窗型材設(shè)計要考慮用戶的使用要求，如立面形式、最大窗型尺寸、地區(qū)的溫差，推拉窗應(yīng)達(dá)到的氣密、水密、抗風(fēng)壓強度和剛度及隔熱等建筑功能。 （4）推拉窗的施工安裝力求簡便，墻體與推拉窗聯(lián)接部位結(jié)構(gòu)設(shè)計要考慮塑料推拉窗窗框的熱膨脹系數(shù)。 2.1.2 外形和空腔設(shè)計 本設(shè)計中80型推拉框的橫截面結(jié)構(gòu)主要借鑒于河北豐輝型材有限公司生產(chǎn)的HD-80推拉系列中的HD-80TLK結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)圖如圖2-1所示. 2.1.3 壁厚設(shè)計 壁厚盡可能均勻，這是異型材設(shè)計的一個基本原則。因為這樣有利于實現(xiàn)型材擠出過程的穩(wěn)定流動和冷卻定

24、型過程的均勻冷卻，這是提高型材擠出正品率的前提。推拉框為構(gòu)成窗子骨架的主型材，GB/T8814-2004《門、窗框用硬聚氯乙烯（PVC）型材》中對于主型材壁厚做出了相關(guān)規(guī)定（表 圖2-1 80型推拉框橫截面結(jié)構(gòu)圖 2-1）。根據(jù)要求，本設(shè)計中推拉框的主要結(jié)構(gòu)壁厚取3.0mm，分隔空腔的內(nèi)筋厚度取2.0mm。 表2-1 主型材壁厚分類（單位mm） 項目 A 類 B 類 C 類 可視面 非可視面 ≥2.8 ≥2.5 ≥2.5 ≥2.0 不規(guī)定 不規(guī)定 2.1.4 圓角設(shè)計 制品應(yīng)避免直角，彎角處弧度也不能太小。彎角處應(yīng)按異型材的

25、壁厚平滑圓弧過渡，以避免應(yīng)力集中影響制品的強度。由于物料通過模具尖角處受到的阻力最大，容易使物料滯留，引起物料流動不均勻，以致難于保證與其它部位的相同擠出速度，所以，轉(zhuǎn)角處的半徑R不能太小。大的轉(zhuǎn)角不僅有助于物料流動，使變形現(xiàn)象減少，而且可以減少轉(zhuǎn)角處的應(yīng)力集中。最理想的轉(zhuǎn)角是使內(nèi)外側(cè)的轉(zhuǎn)角半徑R同心。一般圓弧過渡半徑R應(yīng)隨型材壁厚來選取，壁厚在2mm以上者R取1.6mm，壁厚小于2mm者R取0.4～0.8mm。通常外側(cè)轉(zhuǎn)角R至少為壁厚的1/2，不小于0.4mm，內(nèi)半徑不小于0.25mm。 2.2 螺桿擠出機的選擇 自20世紀(jì)80年代以來，我國塑料異型材、PVC塑料門窗行業(yè)發(fā)展迅速，擁

26、有了世界第一位的產(chǎn)能規(guī)模和應(yīng)用；原料、助劑、設(shè)備、模具、門窗附件等全部上下游產(chǎn)品完成了配套供應(yīng)國產(chǎn)化的進(jìn)程；塑料異型材及門窗行業(yè)基本掌握了產(chǎn)品的一流制造技術(shù)。 隨著時代的發(fā)展，人們對于塑料門窗有了更多新的更高的要求，相應(yīng)的PVC異型材擠出技術(shù)也有了更高的發(fā)展。目前，雙螺桿擠出機正在逐步替代單螺桿擠出機，成為塑料異型材擠出成型的主要機型。與單螺桿擠出機相比，雙螺桿擠出機有很大的優(yōu)越性： （1）生產(chǎn)能力大，根據(jù)理論計算，在相同螺桿直徑下，雙螺桿擠出機產(chǎn)量能達(dá)到單螺桿擠出機的4倍。 （2）能耗低，雙螺桿擠出機的單位能耗僅為單螺桿擠出機的1/3～1/2左右。 （3）產(chǎn)品質(zhì)量好，且在保證產(chǎn)品強度

27、的條件下，原材料消耗下降約1/5～1/4。 （4）摩擦產(chǎn)生的熱量少。 （5）塑料所受的剪切比較均勻。 （6）螺桿輸送能力較大，擠出速度比較穩(wěn)定，塑料在料筒內(nèi)停留時間按較短。 （7）料筒自潔性能好。 （8）加料容易特別是PVC粉料。 現(xiàn)在，PVC異型材的擠出傾向于粉料直接擠出。常用擠出機為排氣式異向雙螺桿擠出機。異向雙螺桿擠出機的顯著特點是，它比同向雙螺桿擠出機的物料輸送能力和擠出能力強，在相同直徑下，擠出量比同向擠出機一般高1倍左右。物料在機內(nèi)的滯留時間比同向機短，并且剪切發(fā)熱小，物料分散充分、溫差也小，物料溫度分布十分均勻。對加工熱敏性塑料十分有利。因此，它最適宜加工熱穩(wěn)定溫度低

28、的聚氯乙烯無毒配方，同時可減少穩(wěn)定劑用量50%左右，不僅降低成本，而且有利于提高制品的物理性能，特別是沖擊強度的提高。 故此，本設(shè)計選用排氣式異向雙螺桿擠出機作為型材擠出主機，不僅有利于提高生產(chǎn)質(zhì)量，而且省去了單螺桿擠出機造粒工序，既節(jié)約能耗，由可以提高生產(chǎn)效率。  第3章 產(chǎn)品配方設(shè)計 3.1 配方設(shè)計目的 塑料異型材產(chǎn)品配方是按一定比例在樹脂中混入各種助劑而形成的復(fù)合體系。助劑的種類很多，具體有增塑劑、穩(wěn)定劑、增韌劑、加工助劑、著色劑、抗氧劑、填料等。配方設(shè)計是指選擇在樹脂中加入何種助劑，并確定其加入量大小的一個過程。配方設(shè)計主要實現(xiàn)下面幾方面的目的。 （1）改善

29、樹脂加工性能。有些樹脂品種（如PVC）加工性能很差，不加入適當(dāng)?shù)奶砑觿╇y于進(jìn)行常規(guī)的加工。 （2）改善樹脂的內(nèi)在性能。完全符合制品性能要求的樹脂品種是很難找到的，即使有這樣的品種，不是價格過高，就是難于加工。因此，配方設(shè)計人員常選取性能最接近制品性能要求的樹脂品種，并對其進(jìn)行適當(dāng)?shù)母男?，使之達(dá)到完全滿足制品要求。 （3）降低成本。物美價廉是每一個配方設(shè)計者的首選目標(biāo)，因此，樹脂及助劑在滿足制品需求性能的前提下，其價格愈低愈好。 3.2 配方設(shè)計原理 3.2.1 配方設(shè)計應(yīng)考慮的因素 純PVC樹脂性能較差，加工十分困難。PVC是熱敏性樹脂，光熱穩(wěn)定性差，熔體粘度高，成型加工工藝

30、范圍狹窄，加工性能不好，抗沖擊性能，尤其是低溫抗沖擊性能較差。但是PVC體系同其他類材料比較，其物性指標(biāo)和加工性能受各類添加劑、混煉技術(shù)和成型加工條件的影響較大，因而通過選配各類助劑，調(diào)整不同配方和加工條件，即可獲得各項性能指標(biāo)優(yōu)異的窗框異型材。窗框型材能夠具有足夠的剛性、強度、良好的耐沖擊性，以及較好的加工性、光熱穩(wěn)定性，能夠保證制品尺寸穩(wěn)定，并在較寬的氣候條件下，保持長期的機械性能及色澤，配方的設(shè)計至關(guān)重要。配方設(shè)計時應(yīng)著重應(yīng)考慮以下因素： （1）成型加工用的設(shè)備。 （2）成型加工方法和工藝對配方的要求。 （3）制品的性能、結(jié)構(gòu)、用途、使用環(huán)境條件和期望的壽命。 （4）各類原材料的

31、選擇及用量，各組分間的組合、相互影響及協(xié)同效應(yīng)。 3.2.2 制品主要性能和原材料的關(guān)系 PVC配方中加入的各種助劑有利于改善PVC或其成品的性能，不同助劑對其性能的影響方面是不同的，人們希望得到的性能與助劑的關(guān)系如下所述。 （1）拉伸強度：表征制品剛度。一般隨PVC樹脂分子量增加，填料含量的減少，填料粒度的微細(xì)，成型加工塑化程度良好而增加。隨抗沖擊改性劑用量增加而減少。 （2）沖擊強度、伸長率、彎曲模量：表征制品韌性。一般隨PVC樹脂分子量增加、抗沖擊改性劑用量增加、填料用量的減少（微細(xì)CaCO3除外）而增加。應(yīng)注意潤滑劑的種類和用量有時也會影響制品的沖擊強度。特別在用ACR改性

32、PVC體系中。如潤滑劑的選擇和配合不當(dāng)，可使抗沖擊改性劑的作用全部失效。 （3）光穩(wěn)定性：表征制品耐候性及使用壽命。隨PVC樹脂分子量增加，分子結(jié)構(gòu)中支鏈減少而增加。二鹽基亞磷酸鉛對紫外光有較強的吸收作用，其中亞磷酸陽離子抗氧作用也有助于其良好的耐候性，是已知在無碳黑存在情況下唯一具有良好電性能及耐候性穩(wěn)定劑。當(dāng)它與金紅石型TiO2并用時，可大大延長制品壽命。此外，在氣溫較高、紫外光照射較強地區(qū)，可微量添加紫外線吸收劑如UV531、UV9等。 （4）加工性能：PVC熔體粘度高，流動性不好，流動摩擦熱大，制品表面粗糙。PVC樹脂的分子量和結(jié)構(gòu)、加工助劑、潤滑劑、抗沖改性劑及穩(wěn)定劑等各類助劑的

33、添加，都會影響或改善其物料流動性能。配方最后確定要求配制的UPVC具有適宜的流動溫度和良好的成型加工性。 3.2.3 主原料和助劑的選擇及作用 （1）PVC樹脂 PVC樹脂是制造窗框異型材的基本材料，其用量約占85%。制造異型材通常選用懸浮聚合PVC樹脂。其性能應(yīng)滿足成型加工工藝和制品性能的要求。PVC樹脂平均分子量愈大，即聚合度n值愈大，材料機械性能愈高，耐低溫及耐熱性能愈好。但成型加工溫度愈高，流動性愈差，成型加工愈困難。綜合平衡各項性能，制造PVC異型材通常選用 K值為65～68，平均聚合度為850～1000的SG-5型樹脂。表3-1為SG-5型PVC樹脂的部分物化性能。

34、 表3-1 擠出成型時常用塑料的壓縮比 項目 優(yōu)等品 一等品 合格品 粘數(shù)/（ml/g） （或K值） （或平均聚合度） 118-170 68-66 1100-1000 雜質(zhì)粒子數(shù)/個 揮發(fā)物含量/% 表觀密度/（g/ml） 篩余物/% 0.25mm 篩余物/% 0.063mm 魚眼數(shù)/(個/400m2) 100樹脂增塑劑吸收量/g 白度( 160℃，10min后)/% 殘留氯乙烯含量/(mg/kg) ≤ ≤ ≥ ≤ ≥ ≤ ≥ ≥ ≤ 16 0.40 0.45 2.0 90 20 20 74 8 30 0.40

35、0.42 2.0 90 40 19 - 10 90 0.50 0.40 8.0 80 - - - - （2）為了保證型材的使用壽命，且其各項技術(shù)指標(biāo)如（硬度、拉伸強度、斷裂伸長率、彎曲彈性模量、低溫落錘沖擊、維卡軟化點、簡支梁沖擊強度、氧指數(shù)）都達(dá)到國標(biāo)，須在選擇助劑時必須想到光熱穩(wěn)定性，抗老化性對型材的物理性能要求，以及生產(chǎn)過程的生產(chǎn)效率，并要兼顧配方成本等因素，下面將不同助劑作簡要闡述。 穩(wěn)定劑 純的PVC樹脂對熱極為敏感，當(dāng)加熱溫度達(dá)到90℃以上時，就會發(fā)生輕微的熱分解反應(yīng)，當(dāng)溫度升到120℃后分解反應(yīng)加劇，在150℃，10min，PVC樹脂就由原

36、來的白色逐步變?yōu)辄S色-紅色-棕色-黑色。PVC樹脂分解過程是由于脫HCl反應(yīng)引起的一系列連鎖反應(yīng)，最后導(dǎo)致大分子鏈斷裂。PVC門窗生產(chǎn)中一般使用硬脂酸金屬皂類穩(wěn)定劑。 潤滑劑 潤滑劑的作用是降低物料之間及物料和加工設(shè)備表面的摩擦力，從而降低熔體的流動阻力，降低熔體粘度，提高熔體的流動性,避免熔體與設(shè)備的粘附，提高制品表面的光潔度等。于減低了摩擦，使PVC混合料能在較低溫度下加工。潤滑劑使用不可過多，否則會影響焊接強度。一般使用脂肪酸、石蠟及金屬皂類。 著色劑 著色劑除了使制品具有美麗的顏色外，還可提高耐光性，對延長型材的使用壽命起很大作用。型材中一般使用的著色劑為TiO2，它具有屏蔽紫

37、外線和反射紅外線的作用，可提高耐熱性和耐候性。TiO2分為兩種，金紅石型和銳鈦型。金紅石型光學(xué)穩(wěn)定性強，適于戶外使用。鈦白在PVC塑料門窗型材中的使用量為3～6phr。 加工改性助劑 由于PVC熔體延展性差，易導(dǎo)致熔體破碎；PVC熔體松弛慢，易導(dǎo)致制品表面粗糙、無光澤及鯊魚皮等。因此，PVC加工時往往需要加入加工助劑，以改善其熔體的缺陷。加工助劑為一類可以改善樹脂加工性能的助劑，其主要作用方式有三種：促進(jìn)樹脂熔融、改善熔體流變性能及賦予潤滑功能。 填充劑 填充劑不僅可降低成本，還可提高其剛性和耐熱性，改善耐候性，增加尺寸穩(wěn)定性，有利于擠出成型，經(jīng)過反復(fù)試驗，使用輕質(zhì)活性CaCO3所生產(chǎn)

38、的型材，其各項技術(shù)指標(biāo)均優(yōu)于其它填充劑所生產(chǎn)的型材。 3.3 產(chǎn)品配方設(shè)計 （1）樹脂牌號的選擇 根據(jù)前述分析，本設(shè)計選用懸浮法緊密型SG-5型PVC樹脂作為主原料。 （2）熱穩(wěn)定劑系統(tǒng)的確定 主熱穩(wěn)定劑采用Ba/Cd復(fù)合熱穩(wěn)定劑，輔助熱穩(wěn)定劑為亞磷酸酯和環(huán)氧大豆油。 （3）潤滑劑體系的配合設(shè)計 由于本配方采用的主熱穩(wěn)定劑為Ba/Cd復(fù)合熱穩(wěn)定劑，故潤滑劑選用石蠟烴類。本品采用固體石蠟作為潤滑劑。 （4）光穩(wěn)定體系的確定 PVC塑料門窗異型材中的鈦白應(yīng)選用金紅石型的，本設(shè)計選用上海躍江鈦白化工制品有限公司生產(chǎn)的R288型鈦白粉。 根據(jù)前述分析，最終確定UPVC窗框異型材擠出

39、配方，如表3-2所示。 表3-2 窗框用異型材配方 成 分 用量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） PVC（SG-5） CPE（35%） ACR-201 ACR-401 EVA CaCO3（活性輕鈣） Ba/Cd復(fù)合熱穩(wěn)定劑 環(huán)氧大豆油 亞磷酸酯 TiO2（金紅石型） 固體石蠟 100 3.0 0.5 2.0 2.0 4.0 2.5 1.0 0.5 4.0 0.5 總計 120 第4章 擠出機頭結(jié)構(gòu)設(shè)計 4.1 擠出機頭設(shè)計的基本要求 在塑料異型材擠出成型過程中，對于由擠出機擠出的熔融的模塑料，擠出機頭起著穩(wěn)流、分流和成型3種作用。通過擠出

40、模頭流道被擠出的模塑料型坯，必須經(jīng)過氣隙后，被牽引進(jìn)入定型模進(jìn)行定型和坑卻，才能最終成為塑料異型材產(chǎn)品。根據(jù)模塑料的粘彈性特性，要完成這樣一系列擠出成型工藝要求，對于與模塑料直接作用的擠出機頭流道設(shè)計，應(yīng)該有以下一些基本要求： ①要有正確的出口截面形狀。需要注意的是從擠出機頭擠出的異型材型坯的截面形狀，不是產(chǎn)品的最終截面形狀，最多是近似形狀。 ②要讓型材坯料均勻的擠出。即在模頭出口處，料流截面上各部分的平均流速相等。否則，在同樣的牽引力下，離開模頭后的型坯各部分的形狀就會發(fā)生不一樣的變化，這樣就很難保證要求的型材產(chǎn)品截面形狀。 ③需要產(chǎn)生適當(dāng)?shù)谋硥?。從擠出穩(wěn)定性考慮，讓擠出機工作在其產(chǎn)量

41、范圍的適中部位是合理的。對于PVC-U塑料異型材擠出成型，其背壓一般不低于3~5MPa。 ④流道的變化應(yīng)盡量平緩。流道壁面曲線應(yīng)呈流線型，不能有突變。引起料流方向改變的擴張或收縮角的半角的角度，一般要求不大于12℃。 ⑤要讓型材坯料在離開模頭之前要有這足夠的純剪切流動過程。即模頭流道出口前都要有一段做夠長的平直段，但是，平直段長度也絕不是越長越好。模頭流道出口前的平直段流道的壓力降的理論計算，可以作為平直段流道長度選擇的一個依據(jù)。⑥ ⑥流道壁表面需要十分光滑，而且要求粗糙度一致。不能有缺陷，更不能有死角和毛刺，以至出現(xiàn)掛料現(xiàn)象，這一點對于PVC塑料更加重要。 4.2 口模截面圖的設(shè)

42、計 4.2.1 異型材的擠出中心的選取 異型材的擠出中心即擠出系統(tǒng)中心線與擠出中的異型材截面的交點。擠出模頭安裝后，其中心線應(yīng)該是擠出機的擠出系統(tǒng)中心線的延長線。本設(shè)計中選擇推拉框橫截面外形的中心作為異型材的擠出中心，這樣的選擇會較有利于實現(xiàn)整個模頭流道均衡的分流，對于提高模頭的出料穩(wěn)定性是大有好處的。 4.2.2 型材主體口模圖形的設(shè)計 可將復(fù)雜的型材截面圖形分解為相對簡單的型材主體和具有特定功能的功能塊區(qū)。本設(shè)計中的模頭及口模圖形如圖4-1所示。 圖4-1 模頭及其口模圖形 口模截面圖是擠出模頭流道出口的截面形狀，是由擠出機頭的型芯（包括型芯鑲件）和口模板

43、兩種零件構(gòu)成?？谀D形確定了型芯的外形和口模板的內(nèi)腔尺寸，是基礎(chǔ)模頭上最關(guān)鍵的尺寸。 定義以下參數(shù)： 離模膨脹比 = （5-1） 牽伸比 = （5-2） 冷卻收縮率 = （5-3） 上述各式中a0，b0，c0為擠出型坯離開口模時的尺寸，a,b,c,為型坯離開口模并承受某一方面作用后的尺寸。型坯擠出機頭后受牽引經(jīng)過氣隙進(jìn)入定型模中，至少會將受到3種不能忽略的作用：離模膨脹、拉伸變形和冷卻收縮作用. 對于平縫口模中熔體的流動可以看做是一維流動，其擠出型坯的離模膨脹也是一維的，只發(fā)生

44、在型坯壁厚方向。擠出物收牽引作用產(chǎn)生的形狀和尺寸的變化遵循幾何相似規(guī)律，在均勻冷卻的條件下，型坯的冷卻收縮也是線性的。經(jīng)過推導(dǎo)計算，型材壁厚A0與口模出口縫隙高度A之間關(guān)系滿足以下關(guān)系式: A0=ω0A-(ω0-ωh)h （5-4） 式中h為型材壁厚，ω0=為口?？p隙中心線之間的距離變形系數(shù)，ωh=為口?？p隙高度變形系數(shù)。 本設(shè)計選用的HD-80推拉系列中的HD-80TLK結(jié)構(gòu)及尺寸如下： 4.2.3 內(nèi)筋口模圖形的設(shè)計 內(nèi)筋是指中空型材主體內(nèi)部起分腔作用的分割筋，與型材主體內(nèi)部的功能塊。 內(nèi)筋口模圖形設(shè)計應(yīng)考慮兩個方

45、面的問題：內(nèi)筋與外壁連接位置的確定和內(nèi)筋擠出的縫隙高度及形狀的設(shè)計。 對于內(nèi)筋與外壁連接位置的確定可采用中心線之間的距離不受離模膨脹影響的原則，以內(nèi)筋中心線的交點與其相鄰?fù)獗谥行木€之間的距離來確定口模圖形中內(nèi)筋與外壁連接位置。 但是對于一些與外壁拐角連接的內(nèi)筋，由于冷卻過程比較復(fù)雜，處理這些影響的辦法是預(yù)留偏移量，即在口模圖形中按照型材成型后，內(nèi)筋連接點可能的最終位置與設(shè)計的位置的偏差，在相反的方向按該偏移量移動內(nèi)筋連接點，致使內(nèi)筋連接點發(fā)生偏移后的位置，正好在型材設(shè)計的位置上。而此處的偏移量目前只能采用經(jīng)驗數(shù)值。 對于內(nèi)筋口模圖形縫隙的設(shè)計主要考慮型坯空腔內(nèi)部的交叉內(nèi)筋最終冷卻后發(fā)生的

46、偏移量，以及內(nèi)筋縫隙高度的設(shè)計值均采用經(jīng)驗數(shù)值。 4.2.4 口模圖形中功能塊的設(shè)計 對于大部分異型材的功能塊來說，其形狀是沒有什么幾何規(guī)律可循，其在流道出口前的平直流道也不能看做一維流動，擠出型材的離模膨脹在各個方向上是不等的，因此成型非常復(fù)雜，前文推導(dǎo)公式不可用。對于本設(shè)計功能塊的口模設(shè)計也采用經(jīng)驗數(shù)值。 第5章 分流支架的設(shè)計 5.1 分流支架流道設(shè)計的的流量平衡原則 分流支架結(jié)構(gòu)是針對中空型材（本設(shè)計中的窗框異型材就是真空型材）設(shè)計的，為保證型芯和分流錐在模頭流道中懸空，以形成異型材的空腔，所以要有分流筋支撐型芯和分流錐，這樣就形成了由分流筋分開的若干個分

47、流道，成為分流支架的一個特征。但是實際上分流支架流道還有另外一個要求，即在口模圖形基礎(chǔ)上擴大流道截面使分流支架流道在向成型段流道過渡時有一個明顯的收縮過程。這樣有兩個作用：一是使得經(jīng)分流筋分流后再會合的熔料在收縮流道中，對流動有穩(wěn)定作用。二是可以通過控制收縮角來調(diào)節(jié)模頭各部分的出口流量，實現(xiàn)均勻擠出。 流量平衡設(shè)計原則，即所謂“避免橫向流動”的設(shè)計原則，是假設(shè)在模頭流道內(nèi)料流中有一個主導(dǎo)的流動方向，完全忽略其他方向的流動，料流的分布有垂直于擠出方向的一系列橫截面所決定。每一橫截面又被細(xì)分為許多部分。然后，通過橫截面幾何尺寸的調(diào)整，使得橫截面上各部分的料流流量在模頭流量中的百分比相同。流量平衡

48、的設(shè)計原則可歸結(jié)于如下公式： = 式中，Qi為型材上每一特定部分所對應(yīng)的流量；Si為該部分型材的截面面積；Q為模頭總流量；S為型材橫截面總面積 模頭的成型段主要為截面形狀與口模形狀一致的平直流道，對于異型材的型材主體，其流道為縫隙高度一致的平縫流道，各流動路徑的壓力損失相等。這樣，對于向成型段供料的分流支架流道，能夠流量平衡的向成型段供應(yīng)料流就顯得尤為重要。否則，流量再分配引起的橫向流動還是要在成型段發(fā)生，這樣對于模頭出口料流

49、的穩(wěn)定非常不利的。 5.2 分流支架流道的設(shè)計 分流支架流道為平行于擠出方向的平直流道，內(nèi)側(cè)邊界一般選擇與口模圖形的內(nèi)側(cè)邊界一致，也就是和模頭中型芯的外形一致。這樣設(shè)計的最大好處是，從分流錐經(jīng)分流支架到型芯，有多塊模板組成的流道的內(nèi)側(cè)尺寸一致，可以直接用線切割的方法獲得，這樣大大方便了機械加工，也有利于保證多快模板裝配的精度，獲得平滑鏈接。 分流支架流道的外側(cè)邊界一般是在型材主體的口模圖形基礎(chǔ)上，將口模圖形的外側(cè)邊界向外平移約3~5mm形成。 形成分流支架分流道分流筋布置，追求分布和受力的均勻性。但是，復(fù)雜的異型材結(jié)構(gòu)和有限的結(jié)構(gòu)空間，使這種追求很難做到完美。更重要的是，分流筋的布

50、置將分流支架流道分割成若干個分流道，我們必須讓這些分流道符合流量平衡設(shè)計原則。這樣，除了分流筋位置要因此而進(jìn)行調(diào)整外，還要考慮在流道中設(shè)置阻流筋等措施。分流支架分流道的外側(cè)邊界的拐角一般取2~5mm，這樣做主要也與流量平衡設(shè)計有關(guān)。 根據(jù)流量平衡設(shè)計原則，分流支架的流量平衡計算，首先要在模頭流道擠出方向的投影圖中，用分流支架流道的分流筋中心線的投影線，將口模圖形劃分成不同的部分，各部分分別于一個分流支架的分流道相對應(yīng)，如圖5-1所示。 圖5-1 與分流支架各分流道截面相對應(yīng)的口模圖形各部分 5.3 分流筋外形尺寸的設(shè)計 分流筋一般與流道壁垂直相交，這樣設(shè)計方便加工，對于流

51、道中的剪切流動的干擾也最小。 分流筋的厚度t，從減少對剪切流動的干擾考慮也希望薄一些，但保證承載強度時第一位的。實際的做法是，一般在1~3mm選取。最后通過強度校核。 分流筋入口角一般在40o左右，可以更小些，本設(shè)計中設(shè)計選取30o，這樣避免卷刃掛料。 分流筋的出口角對減輕兩股料流合流線的不良影響有一定的作用，本設(shè)計中選取30o。 分流筋與流道壁面相連接的根部都要設(shè)計成圓角，圓角半徑一般選取0.2~0.5mm。本設(shè)計中選取0.5mm。分流筋外形設(shè)計如圖5-2所示。 圖5-2 分流筋外形設(shè)計圖 32 第6章 型芯和分流錐的設(shè)計 6.1 內(nèi)筋內(nèi)流道的設(shè)計 型

52、芯和分流錐錐底的外形依據(jù)口模圖形的內(nèi)側(cè)邊界進(jìn)行設(shè)計，一般選擇與內(nèi)側(cè)邊界一致。然而形成異型材內(nèi)筋和內(nèi)部功能塊的料流的流道，都要設(shè)置在型芯和分流錐上，這使得型芯的結(jié)構(gòu)變得非常復(fù)雜。 總結(jié)起來，內(nèi)筋流道可以分成三類結(jié)構(gòu)形式：內(nèi)流道，外流道和型芯分塊安裝。 內(nèi)筋的內(nèi)流道，通常是從分流錐開始的設(shè)計一直通流道，進(jìn)過分流支架板和型芯直接通往內(nèi)筋的口模出口。所以，內(nèi)筋的內(nèi)流道是設(shè)計在型芯等構(gòu)件的內(nèi)部流道。相對于型材主體流道來說，內(nèi)筋內(nèi)流道是不與其相同的獨立流道，直至接近口模出口，離出口的距離為某一值時，才與型材主體流道相連接。 內(nèi)筋內(nèi)流道設(shè)計依據(jù)內(nèi)筋口模圖形在擠出方向投影形成平直流道，流道截面為矩形。

53、 內(nèi)筋內(nèi)流道的寬度a，是用內(nèi)筋口模圖形的寬度m，減去兩邊的內(nèi)流道壁厚k得到，即： a = m -2k 內(nèi)流道的間隙高度一般有3段不同尺寸，出口的一段l3稱為成型段，流道間隙高度與口模圖形尺寸一致。入口的一段l1稱為供料段，設(shè)其流道間隙高度為b。在供料段與成型段之間有一段收縮型流道l2稱為過渡段。在過渡段，流道間隙高度從b收縮到口模圖形尺寸。 若要實現(xiàn)內(nèi)筋與外壁在口模出口處平均流速相等，只有縮短內(nèi)筋流道的成型段的長度，增加供料段的長度，即要能夠保證內(nèi)筋流道與外壁流道，在形同的平均流速下，各自的總壓力降相等。 對于這樣的內(nèi)流道結(jié)構(gòu)，按目前擁有的工藝手段，必須在型芯內(nèi)流道

54、過渡段的開始處將型芯分成兩部分，這樣才能夠進(jìn)行流道內(nèi)部的精加工。通常將這樣從型芯上分割的一段型芯部件稱為型芯鑲塊。型芯鑲塊上應(yīng)該有內(nèi)流道的過渡段和成型段兩部分。擁有型芯鑲塊是內(nèi)流道結(jié)構(gòu)模頭的一個特點。 6.2 內(nèi)筋外流道的設(shè)計 內(nèi)筋的外流道是在分流錐和型芯的外部，或者是僅在型芯的外部加工的，內(nèi)筋料流經(jīng)過的流道。因此，內(nèi)筋外流道始終與外壁流道相連通。 內(nèi)筋外流道的設(shè)計經(jīng)驗成分很大，造成模頭調(diào)試修模工作量也很大，同時，由于內(nèi)筋外流道大量的橫向流動的存在，也嚴(yán)重影響了模頭作業(yè)的穩(wěn)定性；更不能適應(yīng)適應(yīng)擠出模具的擠出速度和異型材的品質(zhì)不斷提高的要求。所以，目前內(nèi)筋外流道結(jié)構(gòu)已經(jīng)很少采用，只是對

55、于很短小的內(nèi)筋，或者是因為內(nèi)筋的結(jié)構(gòu)空間無法設(shè)計內(nèi)流道的地方還需要使用。 6.3 型芯分塊安裝 在有多個空腔的異型材口模圖形中，型芯實際上是被內(nèi)筋分割成了很多塊，稱為型芯塊。在在異型材中每一個型芯快都要形成一個獨立的空腔。若將型芯設(shè)計成一個整體，那么分割各型芯塊的內(nèi)筋就只能夠采用內(nèi)流道和外流道相結(jié)合的形式。 采用兩塊分流支架板，用螺栓和銷釘分別固定型芯和分流錐。這樣固定型芯的螺栓和固定型芯鑲塊的分別在型芯的兩端，不會出現(xiàn)位置干涉，所以能夠進(jìn)行內(nèi)筋內(nèi)流道的設(shè)置。該結(jié)構(gòu)雖然出現(xiàn)較晚，但目前已成為主要的采用的型芯和分流錐的固定方式。 6.4 型芯和分流錐外形設(shè)計 型芯和分流錐底部外

56、形與分流支架流道的內(nèi)側(cè)邊界是一致的，都是根據(jù)口模圖形的內(nèi)側(cè)邊界設(shè)計的，其中要去掉準(zhǔn)備作型芯吊錐處理的個別型芯塊和螺釘孔功能塊流道的部分。 型芯實際上是口模圖形的內(nèi)側(cè)邊界，在擠出方向投影所形成的柱體，高度等于分流支架之后的模頭長度，即口模板，成型板和收縮板加在一起的高度。如果需要在型芯上設(shè)置內(nèi)筋內(nèi)流道，則要將型芯截出一段作為型芯鑲塊，分別加工，但是型芯的總高度不變。 分流錐底部外形與分流支架流道的內(nèi)側(cè)邊界一致，頂部收縮，設(shè)計成棱錐形狀。要保證分流錐的迎流面不會出現(xiàn)流動的“死區(qū)”，也不應(yīng)有尖角掛料。在錐面與地面之間應(yīng)該有2~3mm的一小段地面垂直面，以保證分流錐與分流支架流道內(nèi)側(cè)的平順鏈接。分

57、流錐的椎的角度在本設(shè)計中設(shè)計成50。分流錐的俯視圖和剖面如圖6-1所示： 圖6-1 分流錐設(shè)計圖  第7章 模腔的設(shè)計 7.1 綜述 按照異型材截面上各部分的作用和位置的不同，將異型材截面分為外壁，功能塊，內(nèi)筋和內(nèi)部功能塊四部分。由于內(nèi)部功能塊設(shè)計非常復(fù)雜，常采用經(jīng)驗數(shù)據(jù)，本設(shè)計不做考慮。內(nèi)筋流道形成于模頭的分流錐和型芯零件的內(nèi)部。外壁流道形成于模頭的分流筋和型芯零件的外部。在機頸處，由分流錐的外表面與機頸內(nèi)腔表面之間形成流道，鏈接分流支架流道。在分流支架流道之后，是在型芯的外表面與收縮板，預(yù)成型板和口模板的內(nèi)腔表面之間形成的流道，稱為模腔。模腔流道的入口形狀由分流

58、支架流道所決定，出口形狀與口模圖形一致。 模腔流道的設(shè)計就是要在保證各流動路徑上的壓力降相等的前提下，將入口的分流支架流道的截面形狀，改變成出口截面的口模圖形形狀。對于這個改變過程，根據(jù)聚合物熔體粘彈性的流變學(xué)理論和流道加工的工藝考慮，一般不采取漸變的形式，隨后即進(jìn)入較長的截面形狀為口模圖形的平直流道，即模頭的成型段流道。 模腔中的外壁流道基本上是型材主體的口模圖形形狀，而分流支架流道只是該型材主體口模圖形基礎(chǔ)上，等距離外擴形成的。所以對于本設(shè)計的等壁厚異型材外壁流道，由分流支架流道等角度收縮至平直流道。除了拐角外，是都能夠保證各流動路徑上的壓力損耗相等的。 7.1 收縮段流道設(shè)計

59、 設(shè)計中的收縮流道采用單獨設(shè)計一塊收縮板讓其一端與分流支架流道外側(cè)鏈接，另一端與預(yù)成型板內(nèi)腔鏈接，這時是將單獨的收縮板內(nèi)腔切削成斜面，斜面角度成為收縮角，本設(shè)計選取15。根據(jù)分流支架流道在口模圖形上外擴3~5mm，收縮流道長度約10~15mm，所以這里收縮板的厚度設(shè)計為20mm。 收縮角設(shè)計只是對收縮段流道而言，在功能塊處，由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，往往涉及多個面的收縮，不是一個收縮角能決定的。讓這里不出現(xiàn)流動的死區(qū)和掛料現(xiàn)象是最重要的。因為尺寸小，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，各個面的真實角度往往是由模具鉗工最后決定的。 7.2 成型段流道設(shè)計 模腔成型段流道分為多塊模板來加工，這是因為異型材復(fù)雜結(jié)構(gòu)所形成的細(xì)小

60、流道，只有分塊才能進(jìn)行精整加工，才方便模具調(diào)試時的修正。單獨設(shè)置一塊收縮板的主要目的也是如此。 本設(shè)計采用橫向分快法，將整個模腔流道截成幾段，一遍精整工具從每段的兩端觸及流道內(nèi)部加工。 模腔流道中由平直流道構(gòu)成的模頭成型段，是擠出機頭設(shè)計中不可缺少的一個結(jié)構(gòu)。這主要是因為平直流道中的純剪切作用可使聚合物熔體分子松弛，減少前級流道，主要是收縮段流道，分流和變截面等情況產(chǎn)生的粘彈性效應(yīng)的影響。這對保證口模出口的料流平穩(wěn)是很重要的，但是，這不是決定平直段流道長度的全部因素。因為，聚合物分子松弛雖然是一個較長的過程，而真正對擠出成型過程有影響的一般只是在最初階段。 綜合各資料的推薦，PVC-U塑

61、料異型材擠出機頭成型段平直流道長度L的經(jīng)驗值得取值： L=（20~50）h 式中，h為口模出口縫隙高度。本設(shè)計中h=4.14mm，所以L取值為81mm。 在保證擠出制品所需要的塑化度的前提下，縮短模頭成型段平直流道長度應(yīng)該是有利的，因為這樣做減小了模頭壓力降，減少了擠出機的動力消耗；而且可以縮短模塑料在高溫下的停留時間。尤其對于降低熱敏性的PVC-U模塑料的降解風(fēng)險十分有利。另外，縮短模頭長度，減輕模頭重量，對于節(jié)約機頭金屬材料和制造成本，方便機頭的作業(yè)操作也是很明顯的。 目前，模頭平直段長度設(shè)計更常采取的做法是將其標(biāo)準(zhǔn)化，由設(shè)計者根據(jù)以往的經(jīng)驗類比選用。

62、  第8章 模頭模板設(shè)計和強度校核 8.1 模頭模板的設(shè)計 擠出機頭都是由多塊模板疊接形成的。由于這種模式，所以保證兩模板之間密合無縫，沒有熔料擠出，對于擠出模頭的品質(zhì)非常重要，否則會因為有熔料的殘留和進(jìn)一步的降解，干擾正常擠出，并加快模頭的損壞。要做到這一點，首先要求模板相互疊合的平面，有很高的平面精度，而且還要求模板有很強的剛度，在反復(fù)受力的情況下不會發(fā)生形變，所以模板有一定的厚度要求。 模板的鏈接普遍采用圓柱頭內(nèi)六角螺釘，按承受軸向靜載荷的預(yù)緊鏈接要求選用螺釘。為保證模板間的密合，安裝空間允許的情況下，需要盡量選用較大的預(yù)緊力，或多布置連接點。 型芯對分流支架板的連接

63、以及型芯鑲件對于型芯的連接，由于截面面積窄小，又多內(nèi)筋流道，對此，考慮多布置小一點的螺釘，重復(fù)安排定位銷釘，以保證整個結(jié)合面密合無縫。 模頭上的連接螺釘，必須使用高強度級的螺釘。 8.2 模頭的強度校核 擠出機頭設(shè)計中有兩部分的強度是需要校核的。 （1）分流筋強度的校核 分流筋必須有足夠的強度支撐型芯和分流錐，不出現(xiàn)變形和損傷現(xiàn)象，然而從減少對熔體料流的粘彈性擾動方面考慮，希望分流筋盡可能的細(xì)小，數(shù)量上也盡可能的少一些。另外分流筋的布置還經(jīng)常受到模頭結(jié)構(gòu)空間的限制，很難獲得合理的力學(xué)平衡。因此，對分流筋進(jìn)行強度校核往往是很有必要的。許用應(yīng)力的值得選取可參考有關(guān)的機械工程手冊。也要

64、注意過薄過長的分流筋有可能會因為意外出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象，分流筋厚度應(yīng)大于1.5mm。 （2）聯(lián)接螺釘強度的校核 對于將型芯與分流支架板相連接的螺釘，雖然其所承受的僅僅是熔體沿型芯壁流動的黏性剪切力，但由于型芯截面面積一般較窄小，又多內(nèi)筋流道，無法布置大螺釘，所以常常需要進(jìn)行強度校核。  第9章 定型模設(shè)計 9.1 綜述 定型模的作用是讓離開模頭的塑料型坯，在正確的形狀下，從熔融狀態(tài)冷卻固化成最終的塑料異型材產(chǎn)品。所以在定型模中要同時完成冷卻和定型兩個工藝過程，也就同時并列存在著冷卻和定型兩個作業(yè)系統(tǒng)。 實際上，定型模對于塑料異型材擠出成型起著十分重要的作用，它最終決定

65、著異型材的尺寸精度，這包括異型材的尺寸、形狀、公差和表觀質(zhì)量，并且直接影響異型材的落錘沖擊，加熱后的尺寸變化等物理性能。 目前，塑料門窗異型材擠出成型幾乎全部采用真空外定型技術(shù)。 9.2 定型模長度的設(shè)計 定型模長度L應(yīng)視制品的壁厚、形狀來定。制品的壁越厚，形狀越復(fù)雜，要求定型模越長。其目的是使從最終定型段出來的制品在橫截面內(nèi)外各處溫度達(dá)到完全冷卻(14℃左右)。據(jù)文獻(xiàn)介紹經(jīng)驗公式： L = 40vt2 其中：t——型材最大壁厚，mm v——牽引速度， m/s （按最大值考慮。） 9.3 定型模型腔的設(shè)計 9.3.1 真

66、空吸附面積和真空槽設(shè)計 結(jié)構(gòu)設(shè)計原則：①選擇上、下分型面要考慮便于操作，出故障時能取出型胚，易于清理。②冷卻水孔分布均勻。③真空吸附足夠且均勻。④真空槽(孔)和冷卻水道加工工藝性好。⑤水冷回路和真空吸附回路分別相聯(lián)組成獨立的、可循環(huán)的系統(tǒng)，要交替設(shè)置，但不能串通。 1. 真空吸附面積：S=0.67fG/M 式中：G——型材每米的重量Kg/m， f——系數(shù)，取16～30，f與型材、壁厚、質(zhì)量、真空度有關(guān) M——定型模真空度，一般在-0.05～0.08MPa 算出的數(shù)值需驗證，可按下式驗證：牽引力/真空吸附面積<型材的拉伸強度，其結(jié)果必須小于型材的拉伸強度(≥36.8MPa)，否則要調(diào)整真空吸附面積和牽引力。 2. 真空槽設(shè)計 由于進(jìn)入第一節(jié)定型模時，擠出的型胚仍是粘流態(tài)，易被吸入真空溝槽中，故第一段定型模的前面1～6道的真空吸附溝槽寬度采用0.8mm，間距為25～30mm，其余溝槽寬度為1.2mm，間距為30～40mm。吸附力要布置均勻，定型模上下兩半真空溝槽要對齊，并要各自相通，但在分型面處盡量