異型材型芯內冷卻擠出成型

賈志雄

（連云港杰瑞模具技術有限公司，江蘇 連云港222006）

異型材型芯內冷卻擠出成型

賈志雄

（連云港杰瑞模具技術有限公司，江蘇 連云港222006）

介紹了型芯內冷卻擠出成型新工藝，闡述了型芯內冷卻系統，特別是型芯內冷卻擠出機頭的結構和設計。實踐經驗表明，采用此種模具結構，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速度和產品品質。

異型材；擠出；型芯；內冷卻

0 前言

塑料擠出行業經過多年的發展，已經獲得了長足的進步，越來越多的新技術、新工藝在實際生產中得到了應用，這也反過來推動了塑料擠出行業的技術革新和生產效率的不斷提高。型芯內冷卻擠出成型正是一種基于傳統擠出方法而作出有效改進的一種新的成型工藝。

現有的普通塑料擠出模具對復雜截面制品的冷卻效率較低，制品內腔成型較差，從一定程度上影響了生產效率和制品性能，型芯內冷卻擠出技術可以使制品的冷卻效率和制品內腔成型效果得到很大程度的改善。但是，由于型芯內冷卻擠出模具的結構復雜，設計和加工難度較高，實際生產中對工藝控制要求也較高，因此，型芯內冷卻擠出模具尚未得到大規模的應用。

1 型芯內冷卻擠出成型的機理

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量是決定其力學性能的主要因素。在通過機頭的擠出成型加工處理過程中，塑料在外部溫度、壓力以及內部分子間剪切力的作用下經歷玻璃態、高彈態和黏流態的三態變化，擠出機頭的整個設計正是由這些變化決定的[1]。

型芯內冷卻擠出成型是指在擠出機頭成型段之后增加冷卻段，在冷卻段內設置循環冷卻流道，采用循環冷卻水對型芯冷卻段進行冷卻，實現在保證塑化的前提下對型坯內腔進行冷卻定型，從而顯著提高型材冷卻效率，改善型材內腔成型效果，提高擠出速度及生產效率。機頭流道通常設計為流線形，按功能不同分為發散、分流、壓縮、預成型及冷卻5個區域，其基本結構如圖1所示。經擠出機擠出的熔融物料經機頭發散段由原來的螺旋流動變為穩定的平行于螺桿軸線方向的流動，再經過分流段和壓縮段使料流穩定密實，然后通過預成型段產生與制品形狀相近的型坯，型坯經冷卻段初步冷卻定型后進入定型模完全冷卻定型。

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

2 型芯內冷卻擠出成型的工藝實現

型芯內冷卻擠出是一項全新的先進擠出技術，它是擠出設備、機頭成型系統、機頭冷卻系統、冷卻定型系統和擠出工藝控制等的有機結合體，在所有這些因素當中，機頭的結構設計應是其重中之重。

2.1 異型材芯部冷卻擠出機頭的結構

在機頭設計上，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，冷卻水管可埋設在此槽孔中進出型芯，為了滿足埋設冷卻水管的需要，支撐筋的尺寸需適當加大，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流道，冷卻水管經過型芯塑化段與冷卻水循環流道相通，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，冷卻水經冷卻管進入型芯冷卻段內的冷卻流道，由此實現對型材內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，循環冷卻水只對型芯冷卻段進行冷卻，從而在對型坯內腔進行初步冷卻定型的同時也保證了原料的塑化，其基本結構如圖2所示。

圖2 芯部內通水冷卻結構Fig.2 Structure of mandrel cooling inside by water

機頭流道通常采用流線形結構流道，先以型材制品中心層算法確定預成型段大腔體的尺寸，預成型段的尺寸放量，通常按制品中心層的1.01～1.03倍放大，預成型段模板預芯體間隙按制品壁厚的0.8～0.9倍取值；局部溝槽計邊緣部位須適當補料，在流道變化較大處須設置筋肋限流，以減少流道各部分之間的相互影響和內應力作用。設計壓縮段尺寸時，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加工一過渡段，以消除離模膨脹，釋放制品內應力。

圖3 冷卻水循環流道Fig.3 Channels of cooling water in mandrel

2.2 芯部冷卻流道

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

2.3 擠出工藝參數

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，在滿足擠出機正常工作的情況下，機筒溫度可控制在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。在型材擠出生產過程中，可視制品成型情況及擠出機生產狀況適當調整[4]。

型芯內冷卻擠出成型的關鍵在型芯內冷卻擠出模具，而型芯內冷卻擠出模具的關鍵又在于型芯內冷卻系統。在模頭加熱以保證原料塑化的前提下，型芯內冷卻系統運行穩定良好，并盡量提高冷卻效率是順利實現型芯內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隔熱效果；冷卻水進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）生產過程中需視制品成型情況和生產線工藝參數變化控制冷卻水的流量，在正常生產和保證制品具備良好的理化性能的基礎上達到理想的冷卻效果。

3 結論

（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，型材內腔已得到較為充分的冷卻，并且使制品的內應力得到了釋放，因此制品的后期收縮明顯減小，成型效果改善明顯，制品性能更加穩定。

[1] W·邁切里.塑料橡膠擠出模頭設計[M].北京：中國輕工業出版社，2000：103－115.

[2] 楊安昌，孫振環，陳 方，等.塑料異型材擠出模技術[M].北京：機械工業出版社，1999：36－58.

[3] 劉昌祺，唐培遠，張 鳴，等.塑料模具設計[M].北京：機械工業出版社，1998，10：361－365.

[4] 楊安昌，徐 軍，周 密，等.塑料門窗技術手冊[M].北京：機械工業出版社，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

聯系人，jzx7912＠sina.com