賈志雄

（連云港杰瑞模具技術(shù)有限公司，江蘇 連云港222006）

異型材型芯內(nèi)冷卻擠出成型

賈志雄

（連云港杰瑞模具技術(shù)有限公司，江蘇 連云港222006）

介紹了型芯內(nèi)冷卻擠出成型新工藝，闡述了型芯內(nèi)冷卻系統(tǒng)，特別是型芯內(nèi)冷卻擠出機(jī)頭的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，采用此種模具結(jié)構(gòu)，可有效提高異型材擠出的冷卻效率和成型效果，從而提高異型材擠出生產(chǎn)速度和產(chǎn)品品質(zhì)。

異型材；擠出；型芯；內(nèi)冷卻

0 前言

塑料擠出行業(yè)經(jīng)過多年的發(fā)展，已經(jīng)獲得了長足的進(jìn)步，越來越多的新技術(shù)、新工藝在實(shí)際生產(chǎn)中得到了應(yīng)用，這也反過來推動了塑料擠出行業(yè)的技術(shù)革新和生產(chǎn)效率的不斷提高。型芯內(nèi)冷卻擠出成型正是一種基于傳統(tǒng)擠出方法而作出有效改進(jìn)的一種新的成型工藝。

現(xiàn)有的普通塑料擠出模具對復(fù)雜截面制品的冷卻效率較低，制品內(nèi)腔成型較差，從一定程度上影響了生產(chǎn)效率和制品性能，型芯內(nèi)冷卻擠出技術(shù)可以使制品的冷卻效率和制品內(nèi)腔成型效果得到很大程度的改善。但是，由于型芯內(nèi)冷卻擠出模具的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計(jì)和加工難度較高，實(shí)際生產(chǎn)中對工藝控制要求也較高，因此，型芯內(nèi)冷卻擠出模具尚未得到大規(guī)模的應(yīng)用。

1 型芯內(nèi)冷卻擠出成型的機(jī)理

熱塑性塑料由柔韌的大分子鏈組成，分子間的相互作用和相對分子質(zhì)量是決定其力學(xué)性能的主要因素。在通過機(jī)頭的擠出成型加工處理過程中，塑料在外部溫度、壓力以及內(nèi)部分子間剪切力的作用下經(jīng)歷玻璃態(tài)、高彈態(tài)和黏流態(tài)的三態(tài)變化，擠出機(jī)頭的整個設(shè)計(jì)正是由這些變化決定的[1]。

型芯內(nèi)冷卻擠出成型是指在擠出機(jī)頭成型段之后增加冷卻段，在冷卻段內(nèi)設(shè)置循環(huán)冷卻流道，采用循環(huán)冷卻水對型芯冷卻段進(jìn)行冷卻，實(shí)現(xiàn)在保證塑化的前提下對型坯內(nèi)腔進(jìn)行冷卻定型，從而顯著提高型材冷卻效率，改善型材內(nèi)腔成型效果，提高擠出速度及生產(chǎn)效率。機(jī)頭流道通常設(shè)計(jì)為流線形，按功能不同分為發(fā)散、分流、壓縮、預(yù)成型及冷卻5個區(qū)域，其基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。經(jīng)擠出機(jī)擠出的熔融物料經(jīng)機(jī)頭發(fā)散段由原來的螺旋流動變?yōu)榉€(wěn)定的平行于螺桿軸線方向的流動，再經(jīng)過分流段和壓縮段使料流穩(wěn)定密實(shí)，然后通過預(yù)成型段產(chǎn)生與制品形狀相近的型坯，型坯經(jīng)冷卻段初步冷卻定型后進(jìn)入定型模完全冷卻定型。

圖1 異型材芯部冷卻擠出機(jī)頭Fig.1 Profile extrusion die with cooling in mandrel

2 型芯內(nèi)冷卻擠出成型的工藝實(shí)現(xiàn)

型芯內(nèi)冷卻擠出是一項(xiàng)全新的先進(jìn)擠出技術(shù)，它是擠出設(shè)備、機(jī)頭成型系統(tǒng)、機(jī)頭冷卻系統(tǒng)、冷卻定型系統(tǒng)和擠出工藝控制等的有機(jī)結(jié)合體，在所有這些因素當(dāng)中，機(jī)頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)是其重中之重。

2.1 異型材芯部冷卻擠出機(jī)頭的結(jié)構(gòu)

在機(jī)頭設(shè)計(jì)上，口模與型芯分別由塑化段和冷卻段組成，在塑化段與冷卻段之間需加工3～5mm隔熱腔，隔熱腔里面可填充特殊的隔熱材料以加強(qiáng)隔熱效果。在口模支承板以及型芯支承筋上加工槽孔，冷卻水管可埋設(shè)在此槽孔中進(jìn)出型芯，為了滿足埋設(shè)冷卻水管的需要，支撐筋的尺寸需適當(dāng)加大，而考慮到其對塑料熔體料流流動的影響，支撐筋的尺寸一般以5～8mm為宜。型芯冷卻段加工特殊的冷卻水循環(huán)流道，冷卻水管經(jīng)過型芯塑化段與冷卻水循環(huán)流道相通，冷卻段的長度可控制在30～100mm。在口模塑化段加熱以保證原料塑化效果的同時，冷卻水經(jīng)冷卻管進(jìn)入型芯冷卻段內(nèi)的冷卻流道，由此實(shí)現(xiàn)對型材內(nèi)腔的不斷冷卻及初步定型。由于冷卻管與口模板和型芯塑化段之間隔熱材料的作用，循環(huán)冷卻水只對型芯冷卻段進(jìn)行冷卻，從而在對型坯內(nèi)腔進(jìn)行初步冷卻定型的同時也保證了原料的塑化，其基本結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 芯部內(nèi)通水冷卻結(jié)構(gòu)Fig.2 Structure of mandrel cooling inside by water

機(jī)頭流道通常采用流線形結(jié)構(gòu)流道，先以型材制品中心層算法確定預(yù)成型段大腔體的尺寸，預(yù)成型段的尺寸放量，通常按制品中心層的1.01～1.03倍放大，預(yù)成型段模板預(yù)芯體間隙按制品壁厚的0.8～0.9倍取值；局部溝槽計(jì)邊緣部位須適當(dāng)補(bǔ)料，在流道變化較大處須設(shè)置筋肋限流，以減少流道各部分之間的相互影響和內(nèi)應(yīng)力作用。設(shè)計(jì)壓縮段尺寸時，通常壓縮比取值3～4，既要保證一定的模頭背壓加強(qiáng)物料塑化，又要兼顧型材的致密度[2－3]。

考慮到型坯擠出口模后有一定的離模膨脹，在型芯冷卻段與塑化段之間還應(yīng)加工一過渡段，以消除離模膨脹，釋放制品內(nèi)應(yīng)力。

圖3 冷卻水循環(huán)流道Fig.3 Channels of cooling water in mandrel

2.2 芯部冷卻流道

冷卻水循環(huán)流道可根據(jù)制品截面形狀和實(shí)際生產(chǎn)要求采用串聯(lián)直線形和雙螺旋形2種，相比于串聯(lián)直線形流道，雙螺旋形流道的冷卻效果要好，但加工難度較大。另外，在實(shí)際生產(chǎn)中還可在冷卻水出口端采用真空抽吸的方式加強(qiáng)冷卻水在流道內(nèi)的流動從而加強(qiáng)冷卻效果。

2.3 擠出工藝參數(shù)

芯部冷卻擠出成型的工藝控制與普通擠出成型的工藝控制基本相同，在滿足擠出機(jī)正常工作的情況下，機(jī)筒溫度可控制在160～190℃之間，螺桿冷卻溫度80℃，模頭加熱溫度可控制在190～200℃之間，芯部冷卻水溫以15～25℃為宜。在型材擠出生產(chǎn)過程中，可視制品成型情況及擠出機(jī)生產(chǎn)狀況適當(dāng)調(diào)整[4]。

型芯內(nèi)冷卻擠出成型的關(guān)鍵在型芯內(nèi)冷卻擠出模具，而型芯內(nèi)冷卻擠出模具的關(guān)鍵又在于型芯內(nèi)冷卻系統(tǒng)。在模頭加熱以保證原料塑化的前提下，型芯內(nèi)冷卻系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定良好，并盡量提高冷卻效率是順利實(shí)現(xiàn)型芯內(nèi)冷卻擠出成型的根本保障。在此，需特別注意以下幾個方面：

（1）冷卻循環(huán)水路與口模及型芯塑化段必須保證良好隔熱，避免制品因物料塑化不充分而出現(xiàn)缺陷。除了在塑化段與冷卻段之間加工隔熱腔外，還可在其中填充隔熱材料以加強(qiáng)隔熱效果；冷卻水進(jìn)出水管須采用特殊的耐高溫隔熱管（如聚四氟乙烯管等）；

（2）冷卻水路須密封緊密，絕對不能漏水；

（3）生產(chǎn)過程中需視制品成型情況和生產(chǎn)線工藝參數(shù)變化控制冷卻水的流量，在正常生產(chǎn)和保證制品具備良好的理化性能的基礎(chǔ)上達(dá)到理想的冷卻效果。

3 結(jié)論

（1）芯部冷卻擠出成型的擠出制品的冷卻效率得到了極大程度的提高，直接體現(xiàn)在擠出速度的提高上，相對于普通擠出成型方式，芯部冷卻擠出成型的擠出速度可有效提高10%～15%；

（2）由于在擠出成型過程中，型材內(nèi)腔已得到較為充分的冷卻，并且使制品的內(nèi)應(yīng)力得到了釋放，因此制品的后期收縮明顯減小，成型效果改善明顯，制品性能更加穩(wěn)定。

[1] W·邁切里.塑料橡膠擠出模頭設(shè)計(jì)[M].北京：中國輕工業(yè)出版社，2000：103－115.

[2] 楊安昌，孫振環(huán)，陳 方，等.塑料異型材擠出模技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999：36－58.

[3] 劉昌祺，唐培遠(yuǎn)，張 鳴，等.塑料模具設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998，10：361－365.

[4] 楊安昌，徐 軍，周 密，等.塑料門窗技術(shù)手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999：122－131，170－171.

Extrusion Technology of Profiles with Cooling in Mandrels

JIA Zhixiong
（Lianyungang JARI Tooling Co，Ltd，Lianyungang 222006，China）

This paper introduced the extrusion technology of profile with cooling in mandrel.The theory and advantages of extrusion by cooling in mandrel and the technical realization were discussed.The key point to be controlled on production chains was introduced.It was showed that this mold process could increase the cooling efficiency and molding effect，and increase the production rate and product quality of the profile.

profile；extrusion；mandrel；cooling inside

TQ320.66＋3

B

1001－9278（2011）11－0098－03

2011－02－25

聯(lián)系人，jzx7912＠sina.com