新型折疊雙魚尾式型腔寬幅膠片擠出模

石瑩瑩 閆普選 王夢沂*

（桂林電子科技大學(xué)，廣西 桂林 541000）

1 前言

輸送帶產(chǎn)業(yè)的發(fā)展主要依賴于煤炭、鋼鐵、水泥、港口、礦山、電力等行業(yè)的發(fā)展, 近年來我國國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)、快速發(fā)展, 帶動(dòng)了這些產(chǎn)業(yè)不斷拓展, 從而為輸送帶行業(yè)帶來了良好的發(fā)展機(jī)遇, 輸送帶產(chǎn)品進(jìn)入了快速發(fā)展期。[1]輸送帶寬幅膠片一般采用壓延機(jī)壓延方法生產(chǎn)。壓延工序中，由于產(chǎn)品存在堆積膠，壓出的膠片中易夾帶氣泡，膠片表面常有魚鱗紋，且膠片厚度尺寸誤差較大。

在經(jīng)濟(jì)全球化發(fā)展之下，要想于國際接軌、滿足國際需求，還應(yīng)不斷優(yōu)化橡膠輸送帶生產(chǎn)水平[2]。因此針對寬幅橡膠膠片生產(chǎn)時(shí)的不足，本團(tuán)隊(duì)提出新型折疊雙魚尾式型腔寬幅膠片擠出模的設(shè)計(jì)。

2 模型參數(shù)確定

寬幅擠出模是整個(gè)寬幅擠出壓延系統(tǒng)的核心部件。因覆蓋膠膠片當(dāng)前主流設(shè)計(jì)尺寸在寬度方向大于2.2 米，使得單魚尾式擠出模在機(jī)械鑄造和流道分流設(shè)計(jì)方面面臨巨大困難。基于此問題，目前有兩種擠出模的設(shè)計(jì)策略，包括雙魚尾式擠出模成型段流道并聯(lián)拼接型和L 型擠出模，前者兩套擠出機(jī)增加了制造、機(jī)電協(xié)同設(shè)計(jì)、生產(chǎn)調(diào)節(jié)及維護(hù)的成本，后者擠出寬度較大時(shí)上、下模鑄造和膠片斷面寬度上熔體擠出速率調(diào)控均較困難。

2.1 CAD 模型建立

基于此，本團(tuán)隊(duì)提出折疊雙魚尾式型腔寬幅膠片擠出模設(shè)計(jì)，建立CAD 模型如下。可確定技術(shù)方案為寬幅膠片擠出模合模狀態(tài)下，上下模之間形成有前部的分流器容納腔（5）和后部的V 型流道腔（8）（9）。

設(shè)計(jì)確立分流器容納腔中夾持固定有分流器（3），分流器前部內(nèi)設(shè)置有圓形盲孔腔（4）。（圖1）V 狀雙魚尾型流道腔（6）的后端又連通著V 型流道腔的前端，即圖2 中加黑加粗虛線處。而V 型流道腔的后端通出上模和下模的后端面成為模具擠出口（箭頭②），所述圓形盲孔腔的前端連通上模和下模前端面上開設(shè)的擠入口（箭頭①）。

圖1 新型折疊雙魚尾式型腔寬幅膠片擠出模分流器

圖2 新型折疊雙魚尾式型腔寬幅膠片擠出模

將擠出模上下模成型軸側(cè)效果圖單獨(dú)呈現(xiàn)如下。圖3 的上模展現(xiàn)出擠入口半圓孔（7-1），分流器容納腔（5）以及V型塊（10）。圖4 的下模展現(xiàn)出擠入口半圓孔（7-1），分流器容納腔（5）以及V 型槽（11）。

圖3 新型折疊雙魚尾式型腔寬幅膠片擠出模上模結(jié)構(gòu)

圖4 新型折疊雙魚尾式型腔寬幅膠片擠出模下模結(jié)構(gòu)

圖號標(biāo)識：1、上模；2、下模；3、分流器；4、圓形盲孔腔；5、分流器容納腔；6、V 狀魚尾型流道腔；6-1、短流道槽；6-2、長流道槽；7、擠入口；7-1、半圓孔；8、喇叭狀V 型腔；9、直線狀V 型腔；10、V 型塊；11、V 型槽。

2.2 三維模型建立

Solid Works 主要是通過特征來建立三維模型的。特征是各種單獨(dú)的加工形狀，通過將不同的特征整合在一起，可以形成各種不同形狀的三維模型。[3]該擠出模模型建立使用SolidWorks 軟件，通過尺寸分析，進(jìn)行數(shù)據(jù)建模。

通過數(shù)據(jù)分析，確定擠出模擠入口的直徑為300mm，分流器外觀確定數(shù)據(jù)為600mm×1000mm×1000mm，上下模容納腔處尺寸為450mm×600mm×1000mm。

再通過Cinema 4D 三維設(shè)計(jì)、渲染軟件，進(jìn)行模型的外觀優(yōu)化，為后續(xù)軟件模擬建立基礎(chǔ)。

圖5

表2

2.3 模型流道分析

擠出模流道設(shè)計(jì)是在入口預(yù)成型段設(shè)計(jì)為喇叭狀向外張開式的V 型折疊結(jié)構(gòu)式，再延伸至成型段，在成型段呈現(xiàn)直線型V 型狀。根據(jù)模擬分析及數(shù)據(jù)結(jié)果，將V 型中心線夾角定為62°，有限度地降低了模具在寬度方向上的尺寸。而由于雙魚尾式擠出模的并列折疊方式，可避免在使用雙擠出系統(tǒng)協(xié)同工作以及工藝調(diào)整的困難。

但雙流道腔寬幅機(jī)頭的設(shè)計(jì)難點(diǎn)在于左右流道腔的結(jié)構(gòu)必須能夠滿足膠料在流道腔內(nèi)就實(shí)現(xiàn)可靠地結(jié)合，并且在流出口型時(shí)，沿寬度方向的速度誤差不大于5%，才能生產(chǎn)出合格的膠片，故流道的設(shè)計(jì)精度要求非常高。[4]因此在設(shè)計(jì)過程中，三維設(shè)計(jì)是必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)，再通過計(jì)算機(jī)軟件模擬仿真，改正修正流道結(jié)構(gòu)，力求達(dá)到理想狀態(tài)。最終確定設(shè)計(jì)擠出模雙魚尾式末端流道長度為1245mm，寬度設(shè)計(jì)為8.5mm。

物料在圓形入口流入時(shí)，流經(jīng)雙魚尾式結(jié)構(gòu)，漸漸均勻地填滿流道，物料運(yùn)動(dòng)更為均勻，直至流道填充完畢，再保壓成型擠出，最后通過鋪展、延壓，根據(jù)擠出模雙魚尾各邊兩處流道的長度及寬度合理安排生產(chǎn)線機(jī)器，從而獲得所需厚度和寬度的寬幅膠片。

圖6

通過SolidWorks Flow Simulation 插件，可分析流體流經(jīng)流道情況，進(jìn)行擠出過程的模擬仿真。而SolidWorks FloXpress 為第一關(guān)定性流量分析工具，可洞察SOLIDWORKS 模型中的流體流動(dòng)。使用工具SolidWorks FloXpress 進(jìn)行模擬結(jié)果的最終確認(rèn)。假設(shè)數(shù)據(jù)進(jìn)行流體模擬分析如表1、2，圖7、8 所示。可根據(jù)流體容積流量比、環(huán)境壓力等類型，輸入數(shù)值，由Solidworks Floxpress 分析出現(xiàn)的流體圖像?？煽闯隽黧w分布均勻，壓力大小差別并不大，因此雙魚尾式V 型型腔在流體流入時(shí)，可均勻填充內(nèi)部結(jié)構(gòu)，不會(huì)造成成型膠片厚度分布不均或者局部粗糙等產(chǎn)品問題。

表1

圖7

3 結(jié)論

當(dāng)橡膠熔體流經(jīng)V 型雙魚尾式擠出模，將其鋪展及壓延后，便可得到所需厚度及寬度的寬幅膠片制品。且流體流經(jīng)雙魚尾式型腔時(shí)，由于結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)，可使得流體均勻分布，均勻擠出，使得生產(chǎn)出的寬幅膠片制品擁有精巧的外觀及優(yōu)良的品質(zhì)。

圖8

隨著我國橡膠片材應(yīng)用面的不斷擴(kuò)大, 對于幅寬2 000 mm 以上的片材需求日益迫切, 特別是巨型工程輪胎、防水卷材和運(yùn)輸帶等領(lǐng)域。[5]因此需要能提供足夠?qū)挾乳L度的寬幅膠片的生產(chǎn)機(jī)器。成型段流道并聯(lián)拼接型的雙魚尾式擠出模在很大程度上可緩解這種迫切的市場需求。