挤出模头设计课件

挤出模头设计1挤出模头设计1塑料熔体的粘性流动低分子流动聚合物熔体黏性流动及其黏度的数学模型2塑料熔体的粘性流动低分子流动2影响黏性流动的因素1温度对黏度的影响聚合物熔体的流动黏度受温度的影响十分显著，一般黏度随着温度的升高而降低。因为当温度升高时聚合物分子的链段活动能力增加，熔体的“自由体积”也会扩大，所以聚合物熔体的流动性增大，黏度降低。不同的聚合物在不同的温度段，不同的剪切速率和剪切应力范围内，其黏度受温度影响的敏感程度是不同的3影响黏性流动的因素1温度对黏度的影响3塑料表观黏度的影响PVC-U挤出模塑料的熔体黏度，可以减小挤出模头的阻力，降低挤出加工过程的能耗。温度少许的波动就可能导致熔体黏度很大的变化，这对挤出模头的稳定作业是很不利的。对PVC-U模塑料来说，因为PVC是热敏性树脂，在考虑加工温度时，还需要特别考虑由热量引起的热降解问题4塑料表观黏度的影响PVC-U挤出模塑料的熔体黏度，可以减小压力对黏度的影响实际挤出过程中，一种聚合物在正常的加工范围内，增加压力对黏度的影响和降低温度对黏度的影响具有等效性换算因子5压力对黏度的影响5PVC和绝大部分塑料熔体都是假塑性流体，熔体的黏度（表观黏度）都是随着剪切速率的增大而降低的，即“剪切变稀”。这种“剪切变稀”现象主要是由于聚合物熔体流动时，剪切力使高分子发生取向、伸展（缠结点解开）、变形或分散等，从而使流动阻力减少造成的剪切速率对聚合物熔体黏度的影响十分强烈，高剪切速率下的黏度值可能会比低剪切速率下的黏度值小几个数量级，而不同种类的聚合物对剪切速率的敏感性也有很大的差异3剪切速率对黏度的影响6PVC和绝大部分塑料熔体都是假塑性流体，熔体的黏度（表观黏度(1)PVC树脂本身结构的影响：分子量M是影响聚合物流变性能的最主要因素。聚合物熔体的黏度随分子量Mw的增加而增大(2)PVC-U模塑料配方的影响：（PVC-U模塑料需要稳定剂以防止热降解；需要改性剂以改善抗冲击性能；需要润滑剂和其他加工助剂，以增加流动性、降低加工温度等）这些添加剂的存在对模塑料的流动性能产生了复杂的影响。其中以润滑剂的影响最为显著，PVC-U模塑料组分对黏度的影响7(1)PVC树脂本身结构的影响：分子量M是影响聚合物889910101111121213131414151516161717其它截面形状的流道18其它截面形状的流道181919202021212222聚合物的粘弹性现象——1）入口效应入口效应(EntryEffect)是指聚合物熔体在通过截面急剧变化的入口区时，会产生特别大的压力降即入口压力损失△pE入口效应被总结为聚合物熔体中弹性的能量储存，即在流道收缩面大分子沿流线敛集方向，取向拉伸，以弹性变形能的形式消耗能量。在PVC-U挤出模头的实践中，一般认为保持入口半角α小于12°是有利的23聚合物的粘弹性现象——1）入口效应入口效应(EntryEf2离膜膨胀聚合物熔体挤出物的尺寸和截面形状与挤出口模不同，有明显的胀大，这一现象被称为巴拉斯(Barus)效应，又称为离模膨胀(DieSwell)或出口膨胀。离模膨胀用膨胀比口来表示：①由于入口效应等原因造成熔体流动收敛，对高分子链产生拉伸作用，形成可恢复的弹性形变，在挤出模头中来不及松弛，离开口模后才得以恢复，从而引起离模膨胀，故又称此为记忆效应，好像是高分子记忆着入口前的形状。②聚合物熔体在模头内剪切流动亦伴随有弹性形变，由于剪切应力和法向应力差也会使分子链的构象发生改变，导致弹性形变。在熔体离开口模后，弹性形变回复，造成离模膨胀。242离膜膨胀聚合物熔体挤出物的尺寸和截面形状与挤出口模不同离膜膨胀又称出口膨胀现象。

原因：受剪切而被迫舒展的高分子链出孔时突然自由，高弹形变立即得以恢复。

解决：补偿，估计会膨胀多少，然后扣除。如要做椭圆，采用近长方形模具25离膜膨胀又称出口膨胀现象。

原因：受剪切而被迫舒展的高分子链聚合物离模膨胀有以下特点。1）膨胀比β随熔体剪切速率ý的增大而增大。2）在剪切速率ý恒定的情况下，膨胀比β随模头长径比(L／DA)的增加而减小，在L/DA超过某一数值时，β趋于一定值。3）膨胀总是在速度梯度最大的方向上最大，也就是在截面尺寸最小的方向上最大26聚合物离模膨胀有以下特点。263熔体破裂聚合物熔体在挤出过程中，挤出速度有一个极限值。大于此极限值时，随着速度不断增大，可观察到挤出物光滑的表面逐步出现无光、粗糙、结节以至扭曲等现象这些现象统称熔体破裂现象273熔体破裂聚合物熔体在挤出过程中，挤出速度有一个极限值。大于4壁滑移在聚合物熔体流动中熔体黏附于流道的壁面，对于硬质PVC在超过某一临界剪切应力时，这些熔体会沿模壁滑移在挤出模头设计中，让模头的工作点不落到可能产生壁滑移的流动区域是十分必要的。拐角处熔体流动就容易出现引起熔体破裂的黏滑效应或材料滞留现象284壁滑移在聚合物熔体流动中熔体黏附于流道的壁面，对于硬质5多层流动在多股聚合物熔体汇合形成的多层流动中，会出现两种现象：囊包和界面不稳定囊包现象是指，当两股熔体并行流动时，低黏度的熔体总是试图包围高黏度的熔体。界面不稳定现象与囊包现象无直接的关系，因为在相同材料的合流共挤出中也会发生分界面不稳定现象295多层流动在多股聚合物熔体汇合形成的多层流动中，会出现两

两层熔流汇合后，流道在二维方向上的变动（扩张或收缩）会在分界面上产生正应力，这对分界面有正负两方面的影响。扩张型流道对不稳定有较强的加剧作用，而收缩型流道对流动有稳定作用。有经验指出，分流筋的流出角约8°，对界面稳定最有利30两层熔流汇合后，流道在二维方向上的变动（扩张或收缩）会在分第五章挤出模头设计31第五章挤出模头设计31挤出模头设计的基本要求1）要有正确的出口截面形状从模头挤出的异型材型坯的截面形状——不是产品的最终截面形状——近似型坯挤出模头后受牵引经过气隙进入定型模中，其至少还将受到3种不能忽略的作用：离模膨胀、拉伸变形和冷却收缩，这些作用将会改变型坯截面的形状和尺寸32挤出模头设计的基本要求1）要有正确的出口截面形状322）要让型材坯料均匀地挤出在模头出口处，料流截面上各部分的平均流速相等。否则，在同样的牵引速度下，离开模头后的型坯各部分的形状就会产生不一样的变化——“稳”薄壁型材——截面形状复杂——壁厚也并不完全相等——异型材的各种功能块结构大多数不是规范的几何形状。要想获得均匀的流速分布，必须对各部分流道中的流动阻力进行调整挤出模头设计的基本要求332）要让型材坯料均匀地挤出挤出模头设计的基本要求33挤出模头设计的基本要求3）需要产生适当的背压挤出机螺杆与螺筒之间的模塑料，只有在一定的压力下才能实现塑化的要求，该压力称为背压。背压的大小主要是由模塑料料流通过模头流道时产生的压力降(△p)所决定的。背压过低会导致模塑料塑化不良，不能保证制品的物理性能；而背压高将消耗更多的动力，过高还可能对设备造成过度的磨损，甚至损坏影响背压的因素------34挤出模头设计的基本要求3）需要产生适当的背压344）流道的变化应尽量平缓流道壁面曲线应呈流线型，不能有突变。引起料流方向改变的扩张或收缩角的半角的角度，一般要求不大于12°。流道变化的过程，应尽可能做到均匀，或只是让熔体料流平缓地加速；要避免出现料流减速的现象。这样做的目的都是为了减轻熔体料流中的高分子链段可能产生的弹性变形的程度，使得弹性效应所引起的离模膨胀等不利影响减至最低，而让熔体破裂等现象产生的可能性趋于零挤出模头设计的基本要求354）流道的变化应尽量平缓挤出模头设计的基本要求35挤出模头设计的基本要求5）要让型材坯料在离开模头之前有足够的纯剪切流动过程目的是让料流在纯剪切流动的过程中尽可能充分地实现弹性松弛，使得在模头流道的前段熔体弹性效应对出口型坯的影响减至最小程度。即模头流道出口前都要有一段足够长的平直段（或称成型段）。但是，平直段长度也绝不是越长越好。平直段长，会增大背压，增加功耗；36挤出模头设计的基本要求5）要让型材坯料在离开模头之前有足够的6）流道壁表面需要十分光滑流道壁表面对于聚合物熔体在流道中的挤出流动状态会产生很大的影响，所以要求流道壁表面不但要平整光滑，而且要求粗糙度一致。不能有缺陷，更不能有死角和毛刺，以至出现挂料现象挤出模头设计的基本要求376）流道壁表面需要十分光滑挤出模头设计的基本要求37挤出模头的基本结构要实现挤出模头流道的基本要求方便加工制造38挤出模头的基本结构要实现挤出模头流道的基本要求3839394040①挤出模头的稳流段常由多孔板和机颈前半段组成，也有将机颈前半段和后半段分别设计成机颈和机颈过渡板两块模板。也可以不使用多孔板，而将机颈前半段流道设计成长圆柱形流道，起稳流作用。②挤出模头的分流段从机颈的后半段开始，包括分流锥、分流支架板和收缩板。收缩板可以不单独分割成一块模板，而与预成型板一起组成一块模板（图5-1）。对于开式型材和半开式型材的挤出模头，没有分流锥也没有分流支架板（图5-3）。③挤出模头的成型段涉及的模板有：模腔板（又称预成型板）、口模板（又称成型板）和型芯（又称模芯，开式型材没有模芯）。对于较简单的异型材模头，也有将预成型板与口模板合为一块模板的做法。41①挤出模头的稳流段常由多孔板和机颈前半段组成，也有将机颈前半影响挤出模头结构设计的主要因素1异型材的截面形状挤出模头流道的复杂程度，主要是由于异型材截面的复杂情况决定的。异型材截面上功能块和空腔数目越多，截面形状就越复杂，挤出模头的流道也会更加复杂。异型材截面面积的均匀分布，有利于模头中料流的均匀分流，容易实现均匀挤出。42影响挤出模头结构设计的主要因素1异型材的截面形状42PVC-U模塑料熔体的性能，是由其复杂的配方体系所决定的。模塑料配方不但决定着塑料熔体的黏度，而且也影响着塑料熔体的弹性效应，因此是影响挤出模头结构设计的重要因素。挤出模塑料配方对挤出模头设计的影响，还可能是这样的情况：对于一个已经实现均匀出料的挤出模头，这时若模塑料的成分出现波动，就会改变模塑料的黏弹性状况，破坏原先流道保证的均匀出料的平衡状态。因此，挤出模头的结构设计需要对模塑料成分的波动有更好的适应性，能让均匀出料的平衡状态在型材挤出过程中保持稳定。2挤出模塑料的配方43PVC-U模塑料熔体的性能，是由其复杂的配方体系所决定的。模挤出机机型和规格不同，机筒和螺杆的结构等方面都存在有差异。这些差异会影响被塑化的模塑料的结构形态，及其所表现出来的熔体黏弹性性能3挤出机的性能443挤出机的性能44塑料异型材挤出的速度是挤出模具（包括模头和定型模）设计的一个十分重要的参数。对于模头来说，随着挤出速度的提高，熔体剪切速率γ，将提高，体积流量Q将增加，模头压力降△p将增大。剪切速率γ的提高也将改变熔体的黏弹性状况，很明显，分流引起的拉伸流动会强烈；熔体入口效应、离模膨胀等弹性现象也都会增强，超过一定界限（临界剪切速率Y。）还将会出现熔体破裂现象。因此，在较低挤出速度下已获得平衡（料坯均匀挤出，截面形状正确）的挤出模头，提高挤出速度后，将可能失去平衡，出现出料不均现象和型坯形状的畸变4型材挤出的速度45塑料异型材挤出的速度是挤出模具（包括模头和定型模）设计的一个制造工艺强烈地影响着挤出模头的结构设计，满足同一种异型材挤出成型的流道基本要求，可以设计出很多种可行的挤出模头结构形式。模板厚度的选择、分流的结构设计和各分流道的流量调节方式等都可以有所不同，许多考虑都是为了能够适应不同的加工制造工艺的要求5挤出模头的制造工艺46制造工艺强烈地影响着挤出模头的结构设计，满足同一种异型材挤出挤出模头结构设计1异型材在挤出生产线上的坐标位置在异型材挤出模头的设计中，首先要考虑的是异型材在挤出生产线上的坐标位置挤出模头安装后，其中心线应该是挤出机的挤出系统中心线的延长线。因此，确定了挤出型坯（即异型材）在挤出模头上的坐标，也就确定了异型材在挤出生产线上的坐标位置问题？异型材的挤出中心?47挤出模头结构设计1异型材在挤出生产线上的坐标位置问题？4异型材的挤出中心异型材的挤出中心即挤出系统中心线与挤出中的异型材截面的交点①选择异型材横截面的重心作为挤出中心②选择异型材横截面外形的中心作为挤出中心③选择异型材横截面的主要型腔的中心，作为挤出中心48异型材的挤出中心异型材的挤出中心即挤出系统中心线与挤出中的异异型材挤出的方位异型材挤出方位的选择主要取决于型材牵引夹持的需要和定型模型腔的型板分块加工的有关要求异型材牵引几乎都是采用履带式牵引装置，牵引力是通过两根履带的橡胶块夹持型材来传递的。为便于稳定地夹紧型材，又不至于让夹紧力造成形状还没有完全稳定的异型材有大的变形，要求异型材在挤出生产线上的上下两个面最好能为平行面。这就决定了大部分塑料门窗主型材在挤出生产线上都是以可视面为上下面，而且，为方便型坯进入定型模，常让面积较小的一个可视面在下边49异型材挤出的方位异型材挤出方位的选择主要取决于型材牵引夹持的对于推拉窗框型材可以有两种方法来夹持型材的夹持方法不同，定型模型腔的型板分块方式会有改变。这对型腔板的加工、水气路的布置和定型模的操作影响很大，直接影响到挤出模具的制造成本和作业稳定性，所以是挤出模具设计时首先要考虑的问题。50对于推拉窗框型材可以有两种方法来夹持50口模截面图设计口模截面图（简称为口模图形）是挤出模头流道出口的截面形状（图5-7），是由挤出模头的型芯（包括型芯镶件）和口模板（亦称成型板）两种零件构成的。口模图形确定了型芯（包括内筋）的外形和口模板的内腔尺寸，是挤出模头上最关键的尺寸。正确的口模图形是挤出模头设计的基本要求之一。51口模截面图设计口模截面图（简称为口模图形）是挤出模头流道出口型材主体口模图形的设计在口模出口处，如果型坯各部分的平均速度相等，若不考虑自重的影响，那么均匀挤出的型坯还要受到三方面的作用：熔体离模膨胀；型坯牵伸收缩；型坯冷却收缩对于平缝口模中熔体的流动可以看作是一维流动——52型材主体口模图形的设计在口模出口处，如果型坯各部分的平均速度离模膨胀比53离模膨胀比535454555556565757内筋口模图形的设计内筋是指中空型材主体内部起分腔作用的分隔筋，与型材主体内部的功能块，如凸筋、螺钉孔等是相区别的内筋口模图形设计有两方面的问题：内筋与外壁连接位置的确定和内筋挤出的缝隙高度及形状的设计1）口模图形中内筋与外壁连接的位置——型材截面图上确定内筋的中心线——特殊因素——预留偏移量58内筋口模图形的设计内筋是指中空型材主体内部起分腔作用的分隔筋2）内筋缝隙的高度一般可以在两交点的连线两边均布内筋的缝隙高度往往不按照型材主体口模缝隙高度的计算选取筋的壁厚一般只有外壁厚度的50%～70%，若按主壁厚计算，内筋挤出的缝隙高度会很小，为了满足与外壁有相同的平均出料速度的要求，内筋流道出口前的平直段长度会很短——可能造成内筋出料不稳定。内筋流道的结构可能有多种（如内流道、外流道和吊锥,分流等结构形式——料流所受到的阻力不相同内筋缝隙的形状（型坯空腔内部的交叉内筋）——得不到定型模型腔壁的定型作用，在自然冷却的过程中，由于相交各内筋的冷却速度不一致，最终造成交叉点的位置发生偏移——偏移量（实践）592）内筋缝隙的高度一般可以在两交点的连线两边均布59口模中功能块的设计功能块——形状没有什么规律——其在流道出口前的平直流道也是不能看作一维流动的——挤出型坯的离模膨胀在各个方向是不相等的。所以，型材主体口模图形的设计公式，对大多数功能块的口模图形设计是不够准确的(1)功能块图形和型材主体图形的连接点

(2)功能块在异型材上的3种不同位置(3)以功能尺寸为主的设计在异型材的功能块上——保证更高的精度60口模中功能块的设计功能块——形状没有什么规律——其在流道出口功能块在异型材上的不同位置①完全处于异型材空腔内部的功能块，如凸筋、螺钉孔类功能块——定型模的型腔无法对其直接冷却定型。这一类功能块进入定型模后，与内筋一样，处于自然冷却的过程中，会由于冷却的不均匀和自重的作用而发生变形——难预测和控制②本身是型材空腔一段外壁的功能块，有内置五金件槽、集水曲面和装饰面等61功能块在异型材上的不同位置①完全处于异型材空腔内部的功能块，例题如图512所示密封胶条槽功能块，其功能尺寸A要求为3.2±0.3，另一尺寸B要求为1.3。由于此处结构复杂，流道的阻力大，所以，此处的流料经过成型段的平直流道，出口的流速慢，出料少。按照以功能尺寸A为主的口模图形设计方法，将口模图形中的A和B两尺寸分别设计为2.5±0.03和1.45，来增大该处平直流道的截面积，以获得足够的熔料。如此挤出的型坯进入定模时，让定型模型腔中的A和B尺寸分别设计为3.2±0.03和1.5。这样，一般可以保证型材的功能尺寸A的尺寸精度。当然，还必须有适当的供料流道，真空吸附和冷却系统等措施的配合，才能获得满意的结果。62例题如图512所示密封胶条槽功能块，其功能尺寸A要求为3.63636464图5-15画出了图5-9(a)所示推拉窗扇型材的型材主体和主要功能块的图形，并标出了各功能块与型材主体的连接点。接下来的工作是分别设计型材主体、内筋和功能块的口模图形，然后，将内筋和功能块的口模图形，通过原先设定的连接点，连接到型材主体的口模图形之中，完成整个异型材截面的口模图形设计65图5-15画出了图5-9(a)所示推拉窗扇型材的型材主体和分流支架设计分流支架结构是针对中空型材设计的，为保证型芯和分流锥在模头流道中悬空，以形成异型材的空腔，所以要有分流筋支撑型芯和分流锥，这样就形成了由分流筋分开的若干个分流道，成为分流支架流道的特征。上分流支架流道还有另外一个要求，即在口模图形基础上扩大流道截面，使分流支架流道在向成型段流道（即形成口模图形的平直流道）过渡时有一个明显的收缩过程。这样有两个作用，一是使得经分流筋分流后再汇合的熔料在收缩流道中，对流动有稳定作用。二是可以通过控制收缩角（即控制平直段长度，来局部调节模头各部分的出口流量，实现均匀挤出）66分流支架设计分流支架结构是针对中空型材设计的，为保证型芯和分压缩比压缩比：支架板处流道截面积与成型板处流道截面积之比67压缩比压缩比：支架板处流道截面积与成型板处流道截面积之比67分流支架流道的设计分流支架流道a为平行于挤出方向的平直流道，内侧边界b-般选择与口模图形的内侧边界一致，也就是和模头中型芯的外形尺寸一致。分流支架流道的外侧边界c，一般是在型材主体的口模图形基础上，将口模图形的外侧边界向外平移约3～5mm形成，在有功能块的部位，需要根据功能块截面面积所占整个型材截面面积的比例，适当增加向外平移的平移量d。形成分流支架分流道的分流筋布置e，追求分布和受力的均匀性。68分流支架流道的设计分流支架流道a为平行于挤出方向的平直流道，6969形成分流支架分流道的分流筋布置e，追求分布和受力的均匀性。但是，复杂的异型材结构和有限的结构空间，使这种追求。很难做到完美。分流筋的布置将分流支架流道分隔成若干个分流道，我们必须让这些分流道符合前文所提出的流量平衡的设计原则，这样，除了分流筋位置要因此而进行调整外，还要考虑在流道中设置阻流筋f等措施。分流支架分流道的外侧边界的拐角一般取大圆(R2—5mm)g，这样做主要也与流量平衡设计有关。70形成分流支架分流道的分流筋布置e，追求分布和受力的均匀性。但(2)分流筋外形尺寸分流筋一般与流道壁垂直相交（图5-19），这样方便加工，对流道中的剪切流动干扰最小。分流筋的厚度t，从减少对剪切流动的干扰考虑也希望薄一点，但保证承载强度是第一位的。厚度t一般在1～3mm选取，最后通过强度校核确定。分流筋入口角α-般在40°左右，可以更小一些，但不能够成“刀口”，因为这样反而容易“卷刃“挂料。分流筋的出口角β对减轻两股料流合流线的不良影响有一定的作用，对β有16°的要求。但是，异型材对于合流线的影响不是那么敏感，出口角β-般取30°左右，也要避免出现过薄的“刀口”。分流筋与流道壁面相连接的根部都要设计圆角。圆角的半径一般取0.2～0.5mm。71(2)分流筋外形尺寸分流筋一般与流道壁垂直相交（图5-19）7272图5-20分流道支架设计新措施①分流筋的设置在两块分流支架板中的位置不一致，使得两块分流支架板上的分流道相互交叉图5-20(a)，这样做应该能够减轻由分流筋引起的，料流分合所形成的合流线的不良影响。②分流筋的设置尽量避开主型材可视面的位置。这样做可以避免可视面的异型材外壁强度受合流线的影响，对于提高主型材的落锤冲击性能应该是有好处的图5-20(b)。③将分流支架板（二）的流道外侧向内侧少量收缩，形成一段收缩流道c。这样有利于消除由分流支架板（一）的分流筋造成的合流线，同时也增加了一段便于调节流动平衡的收缩流道。④由于加工技术的进步，型芯的外壁也可以在流动方向上加工出斜面，这样收缩段可以形成双面收缩的收缩流道，更方便分流支架流道流量平衡的调节。73图5-20分流道支架设计新措施①分流筋的设置在两块分流支架板型芯和分流锥设计型芯和分流锥锥底的外形依据口模图形的内侧边界进行设计，一般选择和内侧边界一致。然而，形成异型材内筋和内部功能块的料流的流道，都要设置在型芯与分流锥上，这使得型芯的结构变得非常复杂。口模图形中确定了内筋和内部功能块的流道的出口位置和形状大小，但是它们的供料流道各不相同，需要根据不同的内筋和内部功能块的结构要求，结合不同的异型材的结构空间和模头制造工艺的可行性进行设计，会有很大的差异。而且，内筋流道的合理设计非常重要，会直接影响到模头制作的难易程度和模头挤出的稳定性水平，已成为进一步提高挤出模头设计水平的一个关注重点。内筋流道可以分成三类结构形式：内流道（也有称为内供料），外流道（也有称为外供料）和型芯分块安装74型芯和分流锥设计型芯和分流锥锥底的外形依据口模图形的内侧边界内筋内流道设计内筋的内流道：从分流锥开始，设计一直通流道，经过分流支架板和型芯直接通往内筋的口模出口。是设计在型芯等构件内部的流道相对于型材主体流道来说，内筋内流道是不与其相通的独立流道，直至接近口模出口，离出口的距离为k1时，才与型材主体流道相连接（又称之为单独供料）3段：L3成型段，流道间隙高度与口模图形尺寸h2-致；L1称为供料段，设其流道间隙高度为b。L2称为过渡段。在过渡段L2，流道间隙高度从b收缩为h275内筋内流道设计内筋的内流道：从分流锥开始，设计一直通流道，经内筋外流道设计分流锥上的内筋外流道的基本结构如图所示。与内筋的内流道设计一样，也是依据内筋的口模图形，在挤出方向投影，形成平直流道。在流道中心部位保留支撑筋a，两边开口与外壁流道连通，形成了两个对称的矩形流道，直至离口模出口的距离为k1时，支撑筋断开，支撑筋两边流道中的料流合流，形成完整的内筋料流挤出。76内筋外流道设计分流锥上的内筋外流道的基本结构如图所示。7677777878797980808181内部功能块流道设计

内部功能块是指在中空型材内部的功能块结构，一类称为凸筋，一类称为螺钉孔。这两类功能块的流道都需要在型芯上，或者从分流锥就开始设置凸筋流道的设计与开始于分流支架之后的单侧进料的内筋外流道相似82内部功能块流道设计内部功能块是指在中空型材内部的功能块结构8383型芯与分流锥外形设计型芯和分流锥底部的外形与分流支架流道的内侧边界是一致的，都是根据口模图形的内侧边界设计的，其中要去掉准备作型芯吊锥处理的个别型芯块和螺钉孔功能块流道的部分型芯实际上是口模图形的内侧边界，在挤出方向投影所形成的柱体，高度等于分流支架之后的模头长度，即口模板、预成型板和收缩板加在一起的高度。如果需要在型芯上设置内筋内流道，则要将型芯截出一段作为型芯镶件，分别加工，但是型芯的总高度不变。型芯镶件也可仅取型芯上的部分型芯块截出，这样常常可以更加方便内筋流道的构建和加工分流锥底部外形与分流支架流道的内侧边界一致，顶部收缩，设计成棱锥或锲块形状（图5-32）。要保证分流锥的迎流面不会出现流动的“死区”，也不应有尖角挂料a。在锥面与底面之间应该留2～3mm长的一小段底面的垂直面b，以保证分流锥与分流支架流道内侧的平顺连接84型芯与分流锥外形设计型芯和分流锥底部的外形与分流支架流道的内型芯和分流锥的固定方式85型芯和分流锥的固定方式85模腔设计按照异型材截面上各部分的作用和位置的不同，我们可以将异型材截面分为外壁、功能块（不包括内部功能块）、内筋和内部功能块四个不同的部分。内筋和内部功能块流道形成于模头的分流锥和型芯零件的内部，外壁和功能块流道形成于模头的分流锥和型芯零件的外部。在机颈处，由分流锥的外表面与机颈内腔表面之间形成流道，连接分流支架流道。在分流支架流道之后，是在型芯的外表面与收缩板、预成型板和口模板的内腔表面之间形成的流道，我们称之为模腔，或模腔流道。模腔流道的入口形状由分流支架流道所决定，出口形状与口模图形一致。86模腔设计按照异型材截面上各部分的作用和位置的不同，我们可以将模腔流道的设计就是要在保证各流动路径上的压力降相等的前提下，将入口的分流支架流道（除去分流筋）的截面形状，改变成出口截面的口模图形形状。根据聚合物熔体黏弹性的流变学理论和流道加工的工艺考虑，一般不采取渐变的形式，而是设计一收缩段，在较短的过程中实现流道形状的改变，随后即进入较长的截面形状为口模图形的平直流道，即模头的成型段流道。模腔中的外壁流道基本上是型材主体的口模图形形状，而分流支架流道只是在该型材主体口模图形的基础上，等距离外扩（功能块部分除外）形成的。对于等壁厚的异型材外壁流道，由分流支架流道等角度收缩至平直流道，除了拐角外，是都能够保证各流动路径上的压力损耗相等的；87模腔流道的设计就是要在保证各流动路径上的压力降相等的前提下，而对于复杂的功能块等部位的流道，很难在收缩段设计出与外壁平缝流道收缩角作用等效的流道结构。在模腔的平直流道段，功能块和拐角等处流道截面的最大内切圆半径和外壁的平缝流道不一样，其流径上的压力损耗，也不会和外壁的平缝流道一致，所以，不作处理也必然影响出口料流的均匀性。虽然这些部位在异型材上往往只是局部，但是可能造成的横向流动，会严重破坏料流的平衡。因此，在模腔流道设计中对功能块和拐角等部位的流道是设计的重点，这里对于挤出模具品质提升所起的作用非常重要。88而对于复杂的功能块等部位的流道，很难在收缩段设计出与外壁平缝收缩段流道设计收缩段流道有两种构成方法，一是直接在预成型板内腔切削斜面与分流支架流道外侧衔接（图5-1），二是单独设置一块收缩板，让其一端与分流支架流道外侧衔接，另一端与预成型板内腔衔接，这时是将单独的收缩板内腔切削成斜面（图5-2）。斜面的角度称为收缩角α，常在10°～20°之间选择。根据分流支架流道在口模图形基础上外扩3～5mm的情况，收缩段流道长度约10～15mm。而独立的收缩板的厚度一般设计为20～30mm收缩角α的设计只是对收缩段上的外壁流道而言，在功能块处由于结构复杂，往往涉及多个面的收缩，不是一两个收缩角能够决定的。让这里不出现流动的“死区”和“挂料”现象是最重要的。89收缩段流道设计收缩段流道有两种构成方法，一是直接在预成型板内

成型段（平直段）流道设计

除了特别简单的异型材模头外，模腔成型段流道都分成多块模板来加工，这是因为异型材复杂的结构所形成的细小流道，只有分块才能进行精整加工，才方便模具调试时的修正。有两种分块的方法：纵向分块（图5-34）和横向分块(图5-20)。纵向分块是将模腔中刀具或精整工具无法触及的流道剖分开来方便加工；横向分块是将整个模腔流道截成几段，以便精整工具从每段的两端触及流道内部加工。塑料异型材挤出模头成型段平直流道长度L的经验值的取值：L=(20～50)h(5-26)90成型段（平直段）流道设计除了特别简单的异型材模头外，模腔

在保证挤出制品所需要的塑化度的前提下，缩短模头成型段平直流道的长度应该是有利的。因为这样做减小了模头压力降，减少了挤出机的动力消耗；而且可以缩短模塑料在模头高温下的停留时间。91在保证挤出制品所需要的塑化度的前提下，缩短模头成型段平直9292功能块和拐角处流道的局部处理在模腔的平直流道段，为了让功能块和拐角等处流径上的压力降与外壁平缝流道相等，以保证整个模头各部分出口料流的平均速度相等，需要对功能块和拐角流道作一些处理

(1)将功能块作为型材主体外壁的延长部分处理93功能块和拐角处流道的局部处理在模腔的平直流道段，为了让功能块9494完全独立功能块流道设计95完全独立功能块流道设计95不等壁厚异型材外壁流道设计96不等壁厚异型材外壁流道设计969797机颈和多孔板设计98机颈和多孔板设计989999挤出定型模定型模的作用是让离开模头的塑料型坯，在正确的形状下，从熔融状态冷却固化成最终的塑料异型材产品。定型模中要同时完成冷却和定型（只有截面形状和要求都很简单的型材，可能不需要定型作用，熔融的型坯挤出后，在牵引中经水浴和／或风吹冷却，自然定型）定型模最终决定着异型材的尺寸精度，这包括异型材的形状、尺寸、公差和表观质量，并且直接影响异型材的落锤冲击，加热后尺寸变化等物理性能。100挤出定型模定型模的作用是让离开模头的塑料型坯，在正确的形状下定型模的类型(1)摩擦定型

简单的开式型材可通过冷却压板来定型，在压板上刻出型材的廓形，形成滑道。让冷却压板适当地压在型材上（压板荷载可利用弹簧或平衡器来调节）。在滑道中设置与挤出方向反向的水流来冷却(2)内压外定型内压外定型是通过内部通人的压缩空气压迫定型器中的挤出物，与定型器内表面接触，实现挤出物定型。内压外定型一般只用于管材101定型模的类型(1)摩擦定型简单的开式型材可通过冷却压板来(3)内定型固定中空挤出物内部尺寸。挤出模头与定型器模芯相连，由模头挤出的中空挤出物，被牵引经过定型器模芯时被定型冷却。定型器模芯有独立的冷却系统（空气或水）。利用定型器模芯可以将简单的管材模头挤出的圆管转变成其他形状的相对简单的型材102(3)内定型固定中空挤出物内部尺寸。102(4)真空外定型这是利用真空负压吸引挤出物贴附于定型器的内表面，实现挤出物定型的系统根据定型系统在定型过程中散热方式的不同，外定型可以分为两类：干式定型和湿式定型定型套——干式定型水箱——湿式定型异型材：干湿混合型103(4)真空外定型这是利用真空负压吸引挤出物贴附于定型器的104104定型套的基本结构型腔定型套的内腔称为型腔，型腔的形状要求与异型材外形相吻合105定型套的基本结构型腔105真空槽型腔的壁上，垂直于异型材运动方向，开设多排细槽（或小孔），称为真空槽。通过管路和腔室将这些真空槽与真空泵相连接，形成真空系统。真空系统抽真空使得真空槽形成的真空负压，吸引异型材型坯贴附于型腔壁表面实现定型真空负压值要求在-0.6～-0.8bar之间106真空槽106定型套内还设置有由管道组成的独立的冷却系统。异型材型坯的热量则通过型腔壁传到冷却系统的冷却介质中，再传递到定型套外部。在定型套中，冷却效率受到型坯与型腔壁表面接触状况的强烈影响。为了保证冷却效率，两接触表面之间要接触良好，接触压力应足够大。在异型材被牵引通过定型套时，必然会引起阻碍异型材运动的摩擦力。该摩擦力分布在整个定型套长度上，并作用于异型材。复杂的异型材必须在定型套中，在外表面受约束（定型）的状态下冷却，直到其有足够的厚度被冷却，从黏弹态转变成玻璃态，整体强度足以承受外力（重力和牵引力）和内应力作用。尺寸不会有明显变化的时候，异型材型坯才可以离开定型套。107定型套内还设置有由管道组成的独立的冷却系统。异型材型坯定型套的型腔一般是由沿着挤出方向剖分的数块型腔模板（简称型板）组成，这是为了方便加工型腔中的沟槽、真空缝（孔）以及定型和冷却系统中的管道等。定型套是用螺钉和定位销将数块型板和上下盖板一起组装形成的。定型套一般分为上下两部分，用连杆、铰链等连接上部型板和盖板能够翻转（或提升）打开，这样，可以在挤出模具启动时，让还没有获得定型的挤出型坯能够方便地进入定型套型腔中108定型套的型腔一般是由沿着挤出方向剖分的数块型腔模板（简称型板109109水箱真空负压水箱110水箱真空负压水箱110111111112112水槽113水槽113一模多腔114一模多腔114115115

116116共挤模具-异型材色彩共挤117共挤模具-异型材色彩共挤117

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125125发泡挤出模126发泡挤出模126木塑型材挤出模具127木塑型材挤出模具127挤出模头设计128挤出模头设计1塑料熔体的粘性流动低分子流动聚合物熔体黏性流动及其黏度的数学模型129塑料熔体的粘性流动低分子流动2影响黏性流动的因素1温度对黏度的影响聚合物熔体的流动黏度受温度的影响十分显著，一般黏度随着温度的升高而降低。因为当温度升高时聚合物分子的链段活动能力增加，熔体的“自由体积”也会扩大，所以聚合物熔体的流动性增大，黏度降低。不同的聚合物在不同的温度段，不同的剪切速率和剪切应力范围内，其黏度受温度影响的敏感程度是不同的130影响黏性流动的因素1温度对黏度的影响3塑料表观黏度的影响PVC-U挤出模塑料的熔体黏度，可以减小挤出模头的阻力，降低挤出加工过程的能耗。温度少许的波动就可能导致熔体黏度很大的变化，这对挤出模头的稳定作业是很不利的。对PVC-U模塑料来说，因为PVC是热敏性树脂，在考虑加工温度时，还需要特别考虑由热量引起的热降解问题131塑料表观黏度的影响PVC-U挤出模塑料的熔体黏度，可以减小压力对黏度的影响实际挤出过程中，一种聚合物在正常的加工范围内，增加压力对黏度的影响和降低温度对黏度的影响具有等效性换算因子132压力对黏度的影响5PVC和绝大部分塑料熔体都是假塑性流体，熔体的黏度（表观黏度）都是随着剪切速率的增大而降低的，即“剪切变稀”。这种“剪切变稀”现象主要是由于聚合物熔体流动时，剪切力使高分子发生取向、伸展（缠结点解开）、变形或分散等，从而使流动阻力减少造成的剪切速率对聚合物熔体黏度的影响十分强烈，高剪切速率下的黏度值可能会比低剪切速率下的黏度值小几个数量级，而不同种类的聚合物对剪切速率的敏感性也有很大的差异3剪切速率对黏度的影响133PVC和绝大部分塑料熔体都是假塑性流体，熔体的黏度（表观黏度(1)PVC树脂本身结构的影响：分子量M是影响聚合物流变性能的最主要因素。聚合物熔体的黏度随分子量Mw的增加而增大(2)PVC-U模塑料配方的影响：（PVC-U模塑料需要稳定剂以防止热降解；需要改性剂以改善抗冲击性能；需要润滑剂和其他加工助剂，以增加流动性、降低加工温度等）这些添加剂的存在对模塑料的流动性能产生了复杂的影响。其中以润滑剂的影响最为显著，PVC-U模塑料组分对黏度的影响134(1)PVC树脂本身结构的影响：分子量M是影响聚合物135813691371013811139121401314114142151431614417其它截面形状的流道145其它截面形状的流道1814619147201482114922聚合物的粘弹性现象——1）入口效应入口效应(EntryEffect)是指聚合物熔体在通过截面急剧变化的入口区时，会产生特别大的压力降即入口压力损失△pE入口效应被总结为聚合物熔体中弹性的能量储存，即在流道收缩面大分子沿流线敛集方向，取向拉伸，以弹性变形能的形式消耗能量。在PVC-U挤出模头的实践中，一般认为保持入口半角α小于12°是有利的150聚合物的粘弹性现象——1）入口效应入口效应(EntryEf2离膜膨胀聚合物熔体挤出物的尺寸和截面形状与挤出口模不同，有明显的胀大，这一现象被称为巴拉斯(Barus)效应，又称为离模膨胀(DieSwell)或出口膨胀。离模膨胀用膨胀比口来表示：①由于入口效应等原因造成熔体流动收敛，对高分子链产生拉伸作用，形成可恢复的弹性形变，在挤出模头中来不及松弛，离开口模后才得以恢复，从而引起离模膨胀，故又称此为记忆效应，好像是高分子记忆着入口前的形状。②聚合物熔体在模头内剪切流动亦伴随有弹性形变，由于剪切应力和法向应力差也会使分子链的构象发生改变，导致弹性形变。在熔体离开口模后，弹性形变回复，造成离模膨胀。1512离膜膨胀聚合物熔体挤出物的尺寸和截面形状与挤出口模不同离膜膨胀又称出口膨胀现象。

原因：受剪切而被迫舒展的高分子链出孔时突然自由，高弹形变立即得以恢复。

解决：补偿，估计会膨胀多少，然后扣除。如要做椭圆，采用近长方形模具152离膜膨胀又称出口膨胀现象。

原因：受剪切而被迫舒展的高分子链聚合物离模膨胀有以下特点。1）膨胀比β随熔体剪切速率ý的增大而增大。2）在剪切速率ý恒定的情况下，膨胀比β随模头长径比(L／DA)的增加而减小，在L/DA超过某一数值时，β趋于一定值。3）膨胀总是在速度梯度最大的方向上最大，也就是在截面尺寸最小的方向上最大153聚合物离模膨胀有以下特点。263熔体破裂聚合物熔体在挤出过程中，挤出速度有一个极限值。大于此极限值时，随着速度不断增大，可观察到挤出物光滑的表面逐步出现无光、粗糙、结节以至扭曲等现象这些现象统称熔体破裂现象1543熔体破裂聚合物熔体在挤出过程中，挤出速度有一个极限值。大于4壁滑移在聚合物熔体流动中熔体黏附于流道的壁面，对于硬质PVC在超过某一临界剪切应力时，这些熔体会沿模壁滑移在挤出模头设计中，让模头的工作点不落到可能产生壁滑移的流动区域是十分必要的。拐角处熔体流动就容易出现引起熔体破裂的黏滑效应或材料滞留现象1554壁滑移在聚合物熔体流动中熔体黏附于流道的壁面，对于硬质5多层流动在多股聚合物熔体汇合形成的多层流动中，会出现两种现象：囊包和界面不稳定囊包现象是指，当两股熔体并行流动时，低黏度的熔体总是试图包围高黏度的熔体。界面不稳定现象与囊包现象无直接的关系，因为在相同材料的合流共挤出中也会发生分界面不稳定现象1565多层流动在多股聚合物熔体汇合形成的多层流动中，会出现两

两层熔流汇合后，流道在二维方向上的变动（扩张或收缩）会在分界面上产生正应力，这对分界面有正负两方面的影响。扩张型流道对不稳定有较强的加剧作用，而收缩型流道对流动有稳定作用。有经验指出，分流筋的流出角约8°，对界面稳定最有利157两层熔流汇合后，流道在二维方向上的变动（扩张或收缩）会在分第五章挤出模头设计158第五章挤出模头设计31挤出模头设计的基本要求1）要有正确的出口截面形状从模头挤出的异型材型坯的截面形状——不是产品的最终截面形状——近似型坯挤出模头后受牵引经过气隙进入定型模中，其至少还将受到3种不能忽略的作用：离模膨胀、拉伸变形和冷却收缩，这些作用将会改变型坯截面的形状和尺寸159挤出模头设计的基本要求1）要有正确的出口截面形状322）要让型材坯料均匀地挤出在模头出口处，料流截面上各部分的平均流速相等。否则，在同样的牵引速度下，离开模头后的型坯各部分的形状就会产生不一样的变化——“稳”薄壁型材——截面形状复杂——壁厚也并不完全相等——异型材的各种功能块结构大多数不是规范的几何形状。要想获得均匀的流速分布，必须对各部分流道中的流动阻力进行调整挤出模头设计的基本要求1602）要让型材坯料均匀地挤出挤出模头设计的基本要求33挤出模头设计的基本要求3）需要产生适当的背压挤出机螺杆与螺筒之间的模塑料，只有在一定的压力下才能实现塑化的要求，该压力称为背压。背压的大小主要是由模塑料料流通过模头流道时产生的压力降(△p)所决定的。背压过低会导致模塑料塑化不良，不能保证制品的物理性能；而背压高将消耗更多的动力，过高还可能对设备造成过度的磨损，甚至损坏影响背压的因素------161挤出模头设计的基本要求3）需要产生适当的背压344）流道的变化应尽量平缓流道壁面曲线应呈流线型，不能有突变。引起料流方向改变的扩张或收缩角的半角的角度，一般要求不大于12°。流道变化的过程，应尽可能做到均匀，或只是让熔体料流平缓地加速；要避免出现料流减速的现象。这样做的目的都是为了减轻熔体料流中的高分子链段可能产生的弹性变形的程度，使得弹性效应所引起的离模膨胀等不利影响减至最低，而让熔体破裂等现象产生的可能性趋于零挤出模头设计的基本要求1624）流道的变化应尽量平缓挤出模头设计的基本要求35挤出模头设计的基本要求5）要让型材坯料在离开模头之前有足够的纯剪切流动过程目的是让料流在纯剪切流动的过程中尽可能充分地实现弹性松弛，使得在模头流道的前段熔体弹性效应对出口型坯的影响减至最小程度。即模头流道出口前都要有一段足够长的平直段（或称成型段）。但是，平直段长度也绝不是越长越好。平直段长，会增大背压，增加功耗；163挤出模头设计的基本要求5）要让型材坯料在离开模头之前有足够的6）流道壁表面需要十分光滑流道壁表面对于聚合物熔体在流道中的挤出流动状态会产生很大的影响，所以要求流道壁表面不但要平整光滑，而且要求粗糙度一致。不能有缺陷，更不能有死角和毛刺，以至出现挂料现象挤出模头设计的基本要求1646）流道壁表面需要十分光滑挤出模头设计的基本要求37挤出模头的基本结构要实现挤出模头流道的基本要求方便加工制造165挤出模头的基本结构要实现挤出模头流道的基本要求381663916740①挤出模头的稳流段常由多孔板和机颈前半段组成，也有将机颈前半段和后半段分别设计成机颈和机颈过渡板两块模板。也可以不使用多孔板，而将机颈前半段流道设计成长圆柱形流道，起稳流作用。②挤出模头的分流段从机颈的后半段开始，包括分流锥、分流支架板和收缩板。收缩板可以不单独分割成一块模板，而与预成型板一起组成一块模板（图5-1）。对于开式型材和半开式型材的挤出模头，没有分流锥也没有分流支架板（图5-3）。③挤出模头的成型段涉及的模板有：模腔板（又称预成型板）、口模板（又称成型板）和型芯（又称模芯，开式型材没有模芯）。对于较简单的异型材模头，也有将预成型板与口模板合为一块模板的做法。168①挤出模头的稳流段常由多孔板和机颈前半段组成，也有将机颈前半影响挤出模头结构设计的主要因素1异型材的截面形状挤出模头流道的复杂程度，主要是由于异型材截面的复杂情况决定的。异型材截面上功能块和空腔数目越多，截面形状就越复杂，挤出模头的流道也会更加复杂。异型材截面面积的均匀分布，有利于模头中料流的均匀分流，容易实现均匀挤出。169影响挤出模头结构设计的主要因素1异型材的截面形状42PVC-U模塑料熔体的性能，是由其复杂的配方体系所决定的。模塑料配方不但决定着塑料熔体的黏度，而且也影响着塑料熔体的弹性效应，因此是影响挤出模头结构设计的重要因素。挤出模塑料配方对挤出模头设计的影响，还可能是这样的情况：对于一个已经实现均匀出料的挤出模头，这时若模塑料的成分出现波动，就会改变模塑料的黏弹性状况，破坏原先流道保证的均匀出料的平衡状态。因此，挤出模头的结构设计需要对模塑料成分的波动有更好的适应性，能让均匀出料的平衡状态在型材挤出过程中保持稳定。2挤出模塑料的配方170PVC-U模塑料熔体的性能，是由其复杂的配方体系所决定的。模挤出机机型和规格不同，机筒和螺杆的结构等方面都存在有差异。这些差异会影响被塑化的模塑料的结构形态，及其所表现出来的熔体黏弹性性能3挤出机的性能1713挤出机的性能44塑料异型材挤出的速度是挤出模具（包括模头和定型模）设计的一个十分重要的参数。对于模头来说，随着挤出速度的提高，熔体剪切速率γ，将提高，体积流量Q将增加，模头压力降△p将增大。剪切速率γ的提高也将改变熔体的黏弹性状况，很明显，分流引起的拉伸流动会强烈；熔体入口效应、离模膨胀等弹性现象也都会增强，超过一定界限（临界剪切速率Y。）还将会出现熔体破裂现象。因此，在较低挤出速度下已获得平衡（料坯均匀挤出，截面形状正确）的挤出模头，提高挤出速度后，将可能失去平衡，出现出料不均现象和型坯形状的畸变4型材挤出的速度172塑料异型材挤出的速度是挤出模具（包括模头和定型模）设计的一个制造工艺强烈地影响着挤出模头的结构设计，满足同一种异型材挤出成型的流道基本要求，可以设计出很多种可行的挤出模头结构形式。模板厚度的选择、分流的结构设计和各分流道的流量调节方式等都可以有所不同，许多考虑都是为了能够适应不同的加工制造工艺的要求5挤出模头的制造工艺173制造工艺强烈地影响着挤出模头的结构设计，满足同一种异型材挤出挤出模头结构设计1异型材在挤出生产线上的坐标位置在异型材挤出模头的设计中，首先要考虑的是异型材在挤出生产线上的坐标位置挤出模头安装后，其中心线应该是挤出机的挤出系统中心线的延长线。因此，确定了挤出型坯（即异型材）在挤出模头上的坐标，也就确定了异型材在挤出生产线上的坐标位置问题？异型材的挤出中心?174挤出模头结构设计1异型材在挤出生产线上的坐标位置问题？4异型材的挤出中心异型材的挤出中心即挤出系统中心线与挤出中的异型材截面的交点①选择异型材横截面的重心作为挤出中心②选择异型材横截面外形的中心作为挤出中心③选择异型材横截面的主要型腔的中心，作为挤出中心175异型材的挤出中心异型材的挤出中心即挤出系统中心线与挤出中的异异型材挤出的方位异型材挤出方位的选择主要取决于型材牵引夹持的需要和定型模型腔的型板分块加工的有关要求异型材牵引几乎都是采用履带式牵引装置，牵引力是通过两根履带的橡胶块夹持型材来传递的。为便于稳定地夹紧型材，又不至于让夹紧力造成形状还没有完全稳定的异型材有大的变形，要求异型材在挤出生产线上的上下两个面最好能为平行面。这就决定了大部分塑料门窗主型材在挤出生产线上都是以可视面为上下面，而且，为方便型坯进入定型模，常让面积较小的一个可视面在下边176异型材挤出的方位异型材挤出方位的选择主要取决于型材牵引夹持的对于推拉窗框型材可以有两种方法来夹持型材的夹持方法不同，定型模型腔的型板分块方式会有改变。这对型腔板的加工、水气路的布置和定型模的操作影响很大，直接影响到挤出模具的制造成本和作业稳定性，所以是挤出模具设计时首先要考虑的问题。177对于推拉窗框型材可以有两种方法来夹持50口模截面图设计口模截面图（简称为口模图形）是挤出模头流道出口的截面形状（图5-7），是由挤出模头的型芯（包括型芯镶件）和口模板（亦称成型板）两种零件构成的。口模图形确定了型芯（包括内筋）的外形和口模板的内腔尺寸，是挤出模头上最关键的尺寸。正确的口模图形是挤出模头设计的基本要求之一。178口模截面图设计口模截面图（简称为口模图形）是挤出模头流道出口型材主体口模图形的设计在口模出口处，如果型坯各部分的平均速度相等，若不考虑自重的影响，那么均匀挤出的型坯还要受到三方面的作用：熔体离模膨胀；型坯牵伸收缩；型坯冷却收缩对于平缝口模中熔体的流动可以看作是一维流动——179型材主体口模图形的设计在口模出口处，如果型坯各部分的平均速度离模膨胀比180离模膨胀比5318154182551835618457内筋口模图形的设计内筋是指中空型材主体内部起分腔作用的分隔筋，与型材主体内部的功能块，如凸筋、螺钉孔等是相区别的内筋口模图形设计有两方面的问题：内筋与外壁连接位置的确定和内筋挤出的缝隙高度及形状的设计1）口模图形中内筋与外壁连接的位置——型材截面图上确定内筋的中心线——特殊因素——预留偏移量185内筋口模图形的设计内筋是指中空型材主体内部起分腔作用的分隔筋2）内筋缝隙的高度一般可以在两交点的连线两边均布内筋的缝隙高度往往不按照型材主体口模缝隙高度的计算选取筋的壁厚一般只有外壁厚度的50%～70%，若按主壁厚计算，内筋挤出的缝隙高度会很小，为了满足与外壁有相同的平均出料速度的要求，内筋流道出口前的平直段长度会很短——可能造成内筋出料不稳定。内筋流道的结构可能有多种（如内流道、外流道和吊锥,分流等结构形式——料流所受到的阻力不相同内筋缝隙的形状（型坯空腔内部的交叉内筋）——得不到定型模型腔壁的定型作用，在自然冷却的过程中，由于相交各内筋的冷却速度不一致，最终造成交叉点的位置发生偏移——偏移量（实践）1862）内筋缝隙的高度一般可以在两交点的连线两边均布59口模中功能块的设计功能块——形状没有什么规律——其在流道出口前的平直流道也是不能看作一维流动的——挤出型坯的离模膨胀在各个方向是不相等的。所以，型材主体口模图形的设计公式，对大多数功能块的口模图形设计是不够准确的(1)功能块图形和型材主体图形的连接点

(2)功能块在异型材上的3种不同位置(3)以功能尺寸为主的设计在异型材的功能块上——保证更高的精度187口模中功能块的设计功能块——形状没有什么规律——其在流道出口功能块在异型材上的不同位置①完全处于异型材空腔内部的功能块，如凸筋、螺钉孔类功能块——定型模的型腔无法对其直接冷却定型。这一类功能块进入定型模后，与内筋一样，处于自然冷却的过程中，会由于冷却的不均匀和自重的作用而发生变形——难预测和控制②本身是型材空腔一段外壁的功能块，有内置五金件槽、集水曲面和装饰面等188功能块在异型材上的不同位置①完全处于异型材空腔内部的功能块，例题如图512所示密封胶条槽功能块，其功能尺寸A要求为3.2±0.3，另一尺寸B要求为1.3。由于此处结构复杂，流道的阻力大，所以，此处的流料经过成型段的平直流道，出口的流速慢，出料少。按照以功能尺寸A为主的口模图形设计方法，将口模图形中的A和B两尺寸分别设计为2.5±0.03和1.45，来增大该处平直流道的截面积，以获得足够的熔料。如此挤出的型坯进入定模时，让定型模型腔中的A和B尺寸分别设计为3.2±0.03和1.5。这样，一般可以保证型材的功能尺寸A的尺寸精度。当然，还必须有适当的供料流道，真空吸附和冷却系统等措施的配合，才能获得满意的结果。189例题如图512所示密封胶条槽功能块，其功能尺寸A要求为3.1906319164图5-15画出了图5-9(a)所示推拉窗扇型材的型材主体和主要功能块的图形，并标出了各功能块与型材主体的连接点。接下来的工作是分别设计型材主体、内筋和功能块的口模图形，然后，将内筋和功能块的口模图形，通过原先设定的连接点，连接到型材主体的口模图形之中，完成整个异型材截面的口模图形设计192图5-15画出了图5-9(a)所示推拉窗扇型材的型材主体和分流支架设计分流支架结构是针对中空型材设计的，为保证型芯和分流锥在模头流道中悬空，以形成异型材的空腔，所以要有分流筋支撑型芯和分流锥，这样就形成了由分流筋分开的若干个分流道，成为分流支架流道的特征。上分流支架流道还有另外一个要求，即在口模图形基础上扩大流道截面，使分流支架流道在向成型段流道（即形成口模图形的平直流道）过渡时有一个明显的收缩过程。这样有两个作用，一是使得经分流筋分流后再汇合的熔料在收缩流道中，对流动有稳定作用。二是可以通过控制收缩角（即控制平直段长度，来局部调节模头各部分的出口流量，实现均匀挤出）193分流支架设计分流支架结构是针对中空型材设计的，为保证型芯和分压缩比压缩比：支架板处流道截面积与成型板处流道截面积之比194压缩比压缩比：支架板处流道截面积与成型板处流道截面积之比67分流支架流道的设计分流支架流道a为平行于挤出方向的平直流道，内侧边界b-般选择与口模图形的内侧边界一致，也就是和模头中型芯的外形尺寸一致。分流支架流道的外侧边界c，一般是在型材主体的口模图形基础上，将口模图形的外侧边界向外平移约3～5mm形成，在有功能块的部位，需要根据功能块截面面积所占整个型材截面面积的比例，适当增加向外平移的平移量d。形成分流支架分流道的分流筋布置e，追求分布和受力的均匀性。195分流支架流道的设计分流支架流道a为平行于挤出方向的平直流道，19669形成分流支架分流道的分流筋布置e，追求分布和受力的均匀性。但是，复杂的异型材结构和有限的结构空间，使这种追求。很难做到完美。分流筋的布置将分流支架流道分隔成若干个分流道，我们必须让这些分流道符合前文所提出的流量平衡的设计原则，这样，除了分流筋位置要因此而进行调整外，还要考虑在流道中设置阻流筋f等措施。分流支架分流道的外侧边界的拐角一般取大圆(R2—5mm)g，这样做主要也与流量平衡设计有关。197形成分流支架分流道的分流筋布置e，追求分布和受力的均匀性。但(2)分流筋外形尺寸分流筋一般与流道壁垂直相交（图5-19），这样方便加工，对流道中的剪切流动干扰最小。分流筋的厚度t，从减少对剪切流动的干扰考虑也希望薄一点，但保证承载强度是第一位的。厚度t一般在1～3mm选取，最后通过强度校核确定。分流筋入口角α-般在40°左右，可以更小一些，但不能够成“刀口”，因为这样反而容易“卷刃“挂料。分流筋的出口角β对减轻两股料流合流线的不良影响有一定的作用，对β有16°的要求。但是，异型材对于合流线的影响不是那么敏感，出口角β-般取30°左右，也要避免出现过薄的“刀口”。分流筋与流道壁面相连接的根部都要设计圆角。圆角的半径一般取0.2～0.5mm。198(2)分流筋外形尺寸分流筋一般与流道壁垂直相交（图5-19）19972图5-20分流道支架设计新措施①分流筋的设置在两块分流支架板中的位置不一致，使得两块分流支架板上的分流道相互交叉图5-20(a)，这样做应该能够减轻由分流筋引起的，料流分合所形成的合流线的不良影响。②分流筋的设置尽量避开主型材可视面的位置。这样做可以避免可视面的异型材外壁强度受合流线的影响，对于提高主型材的落锤冲击性能应该是有好处的图5-20(b)。③将分流支架板（二）的流道外侧向内侧少量收缩，形成一段收缩流道c。这样有利于消除由分流支架板（一）的分流筋造成的合流线，同时也增加了一段便于调节流动平衡的收缩流道。④由于加工技术的进步，型芯的外壁也可以在流动方向上加工出斜面，这样收缩段可以形成双面收缩的收缩流道，更方便分流支架流道流量平衡的调节。200图5-20分流道支架设计新措施①分流筋的设置在两块分流支架板型芯和分流锥设计型芯和分流锥锥底的外形依据口模图形的内侧边界进行设计，一般选择和内侧边界一致。然而，形成异型材内筋和内部功能块的料流的流道，都要设置在型芯与分流锥上，这使得型芯的结构变得非常复杂。口模图形中确定了内筋和内部功能块的流道的出口位置和形状大小，但是它们的供料流道各不相同，需要根据不同的内筋和内部功能块的结构要求，结合不同的异型材的结构空间和模头制造工艺的可行性进行设计，会有很大的差异。而且，内筋流道的合理设计非常重要，会直接影响到模头制作的难易程度和模头挤出的稳定性水平，已成为进一步提高挤出模头设计水平的一个关注重点。内筋流道可以分成三类结构形式：内流道（也有称为内供料），外流道（也有称为外供料）和型芯分块安装201型芯和分流锥设计型芯和分流锥锥底的外形依据口模图形的内侧边界内筋内流道设计内筋的内流道：从分流锥开始，设计一直通流道，经过分流支架板和型芯直接通往内筋的口模出口。是设计在型芯等构件内部的流道相对于型材主体流道来说，内筋内流道是不与其相通的独立流道，直至接近口模出口，离出口的距离为k1时，才与型材主体流道相连接（又称之为单独供料）3段：L3成型段，流道间隙高度与口模图形尺寸h2-致；L1称为供料段，设其流道间隙高度为b。L2称为过渡段。在过渡段L2，流道间隙高度从b收缩为h2202内筋内流道设计内筋的内流道：从分流锥开始，设计一直通流道，经内筋外流道设计分流锥上的内筋外流道的基本结构如图所示。与内筋的内流道设计一样，也是依据内筋的口模图形，在挤出方向投影，形成平直流道。在流道中心部位保留支撑筋a，两边开口与外壁流道连通，形成了两个对称的矩形流道，直至离口模出口的距离为k1时，支撑筋断开，支撑筋两边流道中的料流合流，形成完整的内筋料流挤出。203内筋外流道设计分流锥上的内筋外流道的基本结构如图所示。762047720578206792078020881内部功能块流道设计

内部功能块是指在中空型材内部的功能块结构，一类称为凸筋，一类称为螺钉孔。这两类功能块的流道都需要在型芯上，或者从分流锥就开始设置凸筋流道的设计与开始于分流支架之后的单侧进料的内筋外流道相似209内部功能块流道设计内部功能块是指在中空型材内部的功能块结构21083型芯与分流锥外形设计型芯和分流锥底部的外形与分流支架流道的内侧边界是一致的，都是根据口模图形的内侧边界设计的，其中要去掉准备作型芯吊锥处理的个别型芯块和螺钉孔功能块流道的部分型芯实际上是口模图形的内侧边界，在挤出方向投影所形成的柱体，高度等于分流支架之后的模头长度，即口模板、预成型板和收缩板加在一起的高度。如果需要在型芯上设置内筋内流道，则要将型芯截出一段作为型芯镶件，分别加工，但是型芯的总高度不变。型芯镶件也可仅取型芯上的部分型芯块截出，这样常常可以更加方便内筋流道的构建和加工分流锥底部外形与分流支架流道的内侧边界一致，顶部收缩，设计成棱锥或锲块形状（图5-32）。要保证分流锥的迎流面不会出现流动的“死区”，也不应有尖角挂料a。在锥面与底面之间应该留2～3mm长的一小段底面的垂直面b，以保证分流锥与分流支架流道内侧的平顺连接211型芯与分流锥外形设计型芯和分流锥底部的外形与分流支架流道的内型芯和分流锥的固定方式212型芯和分流锥的固定方式85模腔设计按照异型材截面上各部分的作用和位置的不同，我们可以将异型材截面分为外壁、功能块（不包括内部功能块）、内筋和内部功能块四个不同的部分。内筋和内部功能块流道形成于模头的分流锥和型芯零件的内部，外壁和功能块流道形成于模头的分流锥和型芯零件的外部。在机颈处，由分流锥的外表面与机颈内腔表面之间形成流道，连接分流支架流道。在分流支架流道之后，是在型芯的外表面与收缩板、预成型板和口模板的内腔表面之间形成的流道，我们称之为模腔，或模腔流道。模腔流道的入口形状由分流支架流道所决定，出口形状与口模图形一致。213模腔设计按照异型材截面上各部分的作用和位置的不同，我们可以将模腔流道的设计就是要在保证各流动路径上的压力降相等的前提下，将入口的分流支架流道（除去分流筋）的截面形状，改变成出口截面的口模图形形状。根据聚合物熔体黏弹性的流变学理论和流道加工的工艺考虑，一般不采取渐变的形式，而是设计一收缩段，在较短的过程中实现流道形状的改变，随后即进入较长的截面形状为口模图形的平直流道，即模头的成型段流道。模腔中的外壁流道基本上是型材主体的口模图形形状，而分流支架流道只是在该型材主体口模图形的基础上，等距离外扩（功能块部分除外）形成的。对于等壁厚的异型材外壁流道，由分流支架流道等角度收缩至平直流道，除了拐角外，是都能够保证各流动路径上的压力损耗相等的；214模腔流道的设计就是要在保证各流动路径上的压力降相等的前提下，而对于复杂的功能块等部位的流道，很难在收缩段设计出与外壁平缝流道收缩角作用等效的流道结构。在模腔的平直流道段，功能块和拐角等处流道截面的最大内切圆半径和外壁的平缝流道不一样，其流径上的压力损耗，也不会和外壁的平缝流道一致，所以，不作处理也必然影响出口料流的均匀性。虽然这些部位在异型材上往往只是局部，但是可能造成的横向流动，会严重破坏料流的平衡。因此，在