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​成都PC/ABS挤出定型模设计及优化方法

2021-01-25 10:16:57

成都PC/ABS挤出定型模设计及优化
        (1) 基本结构及型腔尺寸。
        干定型段模简称定型模,是利用干定型法将高温熔融型坯冷却成型的一段模具。其原理是模头的型坯在牵引力的作用下从定型模的空腔中通过,在定型模空腔的内表面设置有真空吸附单元,使得型坯能够紧贴在型腔表面滑移并与型腔表面发生热传导,型坯逐渐冷却定型,模板的热量又通过冷却水道中的冷却水带走。定型模显著的特点是,型材成型过程并不与冷却水直接接触[8]。
        图6 为PC/ABS 材料定型模基本结构。图6是在常规PVC–U 定型模基础上增加了丝杠开合模装置,定型模主要由上下模板、侧模板、镶件板和上下盖板由螺钉联接而成。由于此断面宽度较宽,定型模上模板( 需开启的模板) 相对较重,PC/ABS材料在调试生产过程中易发生堵模现象,采用丝杠开合模可以使工人及时且方便地完成模具开合操作。


        制品的几何尺寸精度主要是由定型模控制的。定型模的长度可以通过类比法取300 mm 左右,长度过长不仅会增加成本,还会使牵引过程中的阻力增加,容易造成型材牵引时抖动甚至卡模现象;长度过短又会使型坯还未达到完全冷却定型就进入后续模具部分( 湿定型部分),使制品达不到要求尺寸。定型模中的型坯在冷却过程中存在收缩现象,所以定型模的尺寸还不是制品要求的尺寸,需要有一定的放大量。通常入口端面型腔径向尺寸可由式(4) 计算得到[9]。

                 


式中:l 为型材公称尺寸;Δ 为型材尺寸公差;q为型材收缩率;i为型材与模具之间滑动间隙,一般取0.1 mm。
        本次型材宽度l=200 mm,Δ=0.5 mm,q 取值0.5。得出定型模型腔宽度尺寸L≈201.35 mm。
        (2) 真空强度及冷却方法优化设计。
        型坯离开模头后,在自重和内应力的作用下很快变形。进入定型模后,在真空吸附力作用下与定型模型腔吻合,依靠冷却液的冷却,按型腔形状准确定型。所以在定型模中,除了型腔尺寸的设计外,真空强度以及冷却作用对型材尺寸起着至关重要的作用[4]。但是由于断面自身结构特点以及加工工艺条件限制,按常规设计方法使得制品有些位置无法获得足够强的真空度,无法使型坯与定型模贴合紧密,影响成型尺寸。图7 为真空吸附优化设计图。


        在镶件板常规设计中,吸附真空槽宽1 mm,为了不使型腔表面有较大缺陷从而影响制品表面质量,一般连接真空槽的宽度与吸附真空槽款相等,都为1 mm,同时为增强真空度,长度方向可以取2~3 mm,这样就形成了吸附真空槽通过两段3 mm×1 mm 的连接真空槽与主真空孔相通。但是这种槽与槽相对接的连接方式严重限制了真空强度的提高,再加上加工误差等因素,使得小腔体内侧型腔的真空度无法达到所需强度,造成小腔体成型不规整,成型尺寸较差。通过优化设计,将较长的一段连接真空槽改成真空腔的形式,将较短一段连接真空槽改成多个直径为1 mm 的真空孔。生产实践证明,这种采用腔与多个孔连接,多个孔与槽连接的样式可以有效达到增强真空度,提高制品尺寸精度的效果。
        在定型模中,物料形态是从黏流态逐渐转变成高弹态,达到玻璃态的过程[10]。定型模常规冷却方法主要是通过水泵使常温冷却水在冷却孔中循环流动,与模具实现热交换,达到冷却型坯的作用。由于PC/ABS 材料的黏流温度要远高于PVC–U,如果使用常规水冷却方法,会导致型坯冷却过快,型坯还未达到理想尺寸就已经冷却至玻璃态,从而产生制品形状不规则、表面质量差的缺陷,并且冷却过快,型坯提前定型,减少了与模具的缓冲间隙,增加了牵引阻力,造成了牵引困难等问题。将常规水冷优化成由气、油、水共同组成的新型冷却方法,可以避免以上问题的产生,具体结构如图8。


        当黏流态型坯经过定型模时,进入空气预冷段,具体结构是在定型模模板的入口端,通过两排吹气管、吹气孔及吹气槽,在气泵的作用下向型坯表面吹气;吹气槽宽度0.8 mm。可通过阀门合理控制吹气强度,尽可能保证既有较大吹气强度的同时,也应避免吹气过大使型材表面产生凹痕。接着型坯进入高温油续冷段,结构见图9。


        在定型模外部设置有恒温油箱,使冷却油温度始终保持在60~80℃,恒温油箱底部分别安装有出油管以及回油管,出油管的一端安装有油泵,油泵另一端连接至定型模模板的总进油管接头上,油泵提供了油冷却循环往复的动力。冷却油经过总进油管分散至各个纵向油冷孔中,与模板完成热交换的冷却油通过回油管路重新回到恒温油箱中,完成油冷循环过程。经过冷却油冷却后的型坯逐步从高弹态进入玻璃态,形状已初步成型。型坯再经过常温水冷却后,达到在定型模中的冷却定型。
        空气预冷,高温油冷,常温水冷共同在定型模中发挥作用,形成了一种新的综合冷却方法。该种冷却方法虽然在设备成本上有一定增加,但是实际生产实践证明了它能够很好地减缓        型坯冷却速度,稳定型坯逐步冷却状态,降低牵引阻力的同时,保证了制品的尺寸和表面质量。


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