淺談PVC-U管材擠出模具設計
作者：占金福
黃石市中誠模具制造有限公司專業生產PVC-U管材模具，在多年的生產實踐中，我們借鑒了國外西德克老死瑪菲公司，奧地利辛辛那提公司，重慶互通管道有限公司等生產擠出模具特點，總和國內生產實際情況摸索出我們設計PVC-U管材擠出模具一些經驗，現淺述如下：
一、概述
擠出成型是將塑料在旋轉的螺桿與料筒之間進行輸送、壓縮、熔融塑化、定量的通過出去擠出模具口模和定型裝置，生產出連續型材的加工工藝過程，擠出成型及其定型裝置的設計，在擠出成型加工過程中占有特別重要的的位置，擠出模具可以使來自擠出機的塑料熔體，有螺旋運動變成直線運動，使塑料熔體進一步塑化均勻�？梢酝ㄟ^模腔內流道幾何形狀與尺寸的變化，產生必要的成型壓力，卻倒型材密實，通過模具成型及口模的調節作用，獲得所需斷面形狀的連續管材。
設計擠出模具是我們主要考慮型腔流道尺寸，這涉及到流變學方面的知識，PVC熔體在環形流道中的流變情況，考慮熱傳遞和熱散失，這涉及到力學方面的知識，保證PVC熔體有足夠的流量，無波動�？紤]到經濟耐用可靠，易加工，考慮模具應有的適宜的剛度，易于拆卸，清理等
擠出模具的設計
模具與擠出機的關系
雙螺桿擠出機生產PVC-U管材時，其直徑可控制在螺桿直徑的30%-500%；
管材擠出模具的結構
目前，我們公司PVC-U管材擠出模具采用中心供料機頭，
由擠出機提供給圓形流道的熔體，在機頭模腔內被芯棒錐尖變成環形熔體流，在芯棒支架區，熔體被分割成若干獨立的熔體流，并環繞支架支撐流動，在機頭內連接的收斂區，形成10-20度的斜角（資料介紹為10-15度），并逐漸變窄，獨立的熔體流在此區域內再一次匯合在一起，在收斂區后緊接——平直流道的成型區，其成型段長度與口模間隙之比通常為8-30（資料介紹為10-30），芯棒支架直徑與出口直徑之比，對于PVC取1.4-3.0（資料介紹為1.4-1.6），大管相應取小值；
與芯棒支架相連接的各部分，即模芯，模體和模套，可以更換，因而一個中心供料的機頭，可用于若干不同直徑的擠出管材，如ф75-125mm規格的管材可用一個中心供料機頭；
芯棒支架的設計
芯棒支架的長度我們采用一般不超過30-80mm，寬度不大于8-25mm（資料介紹一般為9-12mm），芯棒支架的數目一般為4-16mm，原則是大管取大值，中心供料的芯棒支架機頭，可承受高達60MPa的壓力，支架支撐的尺寸要符合強度和剛度的要求。
分流錐的設計
因外部常采用90°錐角，使經細頸壓縮的熔體一方面繼續受阻，另一方面盡量展開；國內文獻介紹一般取60°錐角，相應增加了模具尺寸；而我們的經驗，分流錐錐角一般取60°-90°，尖角半徑R一般取1-2.5mm，長度一般取L=(1.0-1.5)do。
Do---擠出機與機頭連接口處直徑
口模的設計
口模是成型的關鍵部分，平直段長度L，視管材的壁厚t不同，通常我們取L=（18-33）t，口模內徑：小管我們采用小于管材外徑的尺寸，管材離模后，壓力變小會膨脹，提高管材的性能，例如ф110管材口模內徑我們ф106.
芯棒的設計
為了使PVC熔體離開分流錐后很好的融合，芯棒的壓縮角β應小于擴張角α，我們一般取10°到30°，國外的機頭有高達55°，芯棒的平直段長度L比口模上的平直段長度略長，芯棒的直徑要考慮PVC材料的膨脹性，同種材料的管材壁厚厚度膨脹程度大。
擠出模具壓縮比C
模具流道應具有足夠的壓縮比使制品密實，擠出模具壓縮比為分流區支架出口處截面積與成型區環形截面積之比，目前雙螺桿PVC擠出機模具壓縮比我們經驗認為：小管機頭壓縮比一般比大管大些，小管在10-30左右，大管在6-15左右，壓力管取大些好。
拉伸比T
經過牽引的管材，可明顯提高其力學性能，管材拉伸比即為機頭成型區環形性截面積與管材截面積之比，PVC-U管材的T值一般為1.0-1.5；
三，管材定型模的設計
定徑方法
有三種：壓縮空氣外定徑，真空外定徑，內定徑，目前PVC-U管材定徑方法我們采用真空外定徑法，真空度一般在30-60KPa比較好操作，正空冷卻套采用開槽，槽寬一般取1.0-1.5mm為佳；
定徑套尺寸
定徑套是設計中的關鍵尺寸，設計合理與否，對管材的冷卻與定型影響極大；
PUC-U管材才用外定徑，應烤爐管材質量與產量，管材的冷卻收縮性能，我們采用定徑套內徑比管材外徑大0.8-1.2%左右。
定徑套長度
定徑套長度取決與管材尺寸，塑料性能，管壞溫度，擠出速度，冷卻效率及熱傳導性能等待，我們的經驗是，對直徑小于300mm的PUC-U 管材，其定徑套長度為管徑的3-6倍，且倍數隨直徑的減少而增加，當管徑小于35mm時，定徑套長度可增至管徑的8倍。
定徑套材料
定徑套宜以導熱性良好的金屬材質支撐，我們選用鋁合金、銅材效果較好。
以上就是我們多年來在設計模具和客戶生產中積累的一些經驗，有不當之處敬請批評指正。
參考文獻
<<擠塑模設計>> 唐志玉等編著
2017.11.18
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