PVC-U异型材挤出模具调试常见异常现象分析

PVC－U异型材挤出模具调试常见异常现象分析中船重工集团第716研究所周密摘要：本文分析了PVC－U异型材挤出模具调试过程中常见的制品弯曲、塌陷、带“鱼鳞斑”或有收缩痕等异常现象产生的原因，并提出了解决的办法。关键词：PVC－U异型材；模具；调试；异常现象近年来，国内PVC－U塑料门窗的迅速普及应用，极大地促进了国产异型材挤出模具研制技术的发展。由于受物料特性、技术水平和工艺条件等因素的制约，挤出模具制造完成后并不能直接投入使用，要生产出合格的异型材，模具还必须在特定的配方、工艺、设备体系下进行修整调试，以弥补设计的不足和制造误差。模具产品的最终质量既是设计制造水平的体现，也极大地依赖于调试者的经验和操作技能。笔者结合多年来在异型材挤出模具设计调试过程中积累的经验和教训，分析了调试过程常见的型材弯曲、制品边角塌陷、表面带“鱼鳞斑”或有收缩痕等异常现象产生的原因并提出解决的方法。1型材弯曲挤出型材直线度是检验塑料门窗异型材产品品质的一个重要指标，它直接影响门窗焊接、组装质量以及五金配件的安装。GB/T8814-1998规定，当门窗主要异型材(诸如：扇、框、梃)弯曲量大于2mm/m时为不合格。造成挤出制品弯曲的因素很多，最常见的有以下几个方面：1.1口模出料不均匀口模出料均匀性包括“出料速度差异”和“型坯壁厚差异”两个要素。判断口模出料是否均匀，只需在口模出口处用专用铲刀迅速截取长约20mm、塑化良好的型坯4～5片进行测量，若型坯纵向各侧面的长度误差(取各片的平均值)不超过10%，且外壁、内筋等各处的厚度(因有离模膨胀效应，故此厚度并不等同于制品壁厚)对应关系符合产品截面图纸要求则视为合格。口模出料不均匀造成的弯曲，其弯曲方向在定型系统对型坯冷却充分、牵引阻力平衡的前提下向出料慢的一侧弯曲(冷却效果和牵引阻力的影响在后面讨论)。调整口模出料均匀性的措施如下：(1)检查口模定型段型腔主间隙的均匀性，间隙差不大于0.02mm；(2)检查流道内有无死角、台阶或糊料现象，将型腔抛光至镜面(Ra≤0.02μm)；(3)检查尾锥分流中心是否合理并予以调整；(4)调整口模局部出料速度还可在压缩段、分流段或发散段采取“阻流”或“疏流”两种不同的方式(严禁改变口模定型段间隙)。对出料快的区域可通过设置阻尼块或采用与模体相同的材料对型腔进行堆焊以达到“限流”的目的；对出料慢的区域可通过局部延长压缩段长度(即缩短定型段长度)、加大分流段型腔尺寸或调整尾锥分流角度以达到“疏流”的目的。1.2型坯通过定型冷却系统时的牵引阻力不平衡PVC－U异〖BF〗型材定型冷却系统通常采用干－湿结合定型装置。在干定型段(普遍采用数段定型模安装在同一底板上的串联结构)通过抽真空使高弹态的型坯被吸附在型腔壁上定型冷却，并在牵引机的作用下滑移。由于多数异型材结构相对复杂，且在沿型腔滑移的过程中逐渐收缩，因此牵引阻力不平衡很常见，主要应从以下几方面分析：(1)因阻力不平衡造成的弯曲(主要发生在非对称型材)，往往向阻力大的一侧弯；(2)真空吸附力越大，则型坯与型腔间的摩擦阻力越大，可通过调整真空吸附强度来改变局部牵引阻力；(3)检查易产生较大牵引阻力的沟槽、凸台的结构尺寸设计是否合理。表1为门窗型材上常见的密封条安装槽结构。为避免型坯在通过定型系统时因收缩抱紧该凸台而产生较大阻力，其尺寸设计应逐渐减小及至完全简化；表1密封条安装槽结构在定型系统中的设计制品尺寸定型系统型腔设计尺寸前段中段（局部缩小）后段（简化结构）(4)检查制品小爪部位出料是否过快。为避免小爪通过定型系统(特别是干定型段)时出现挂料、卡(堵)模等不良现象，模具沟槽的设计应比制品对应部位的小爪大20%以上，如表1中的1.3尺寸在定型系统中设计尺寸为1.6(1.7)。同时，首段定型模型腔入口应有1.5∶8的(型坯)导入坡口(参见图1)。图1定型模型腔(型坯)导入坡口示意(5)检查〖BF〗干定型段型腔的对中性，其偏差应控制在0.05mm以下。一般情况下，干定型段后部中〖JP3〗心向哪侧偏，则挤出型材易向同一方向弯曲。湿定型部分多采用敞式水槽(只在水槽出口有一定型块)或涡流水箱，其中涡流水箱中的定型块可上下左右浮动，故只要型腔尺寸设计合理，型材通过该部分的阻力一般较小，对型材弯曲的影响也较小。1.3冷却不平衡冷却不平衡造成的弯曲常常发生在带长单壁的美式型材或厚度差异较大的小型材中，参见图2。在设计美式推拉框模具的定型系统时，由于单壁部位(①、②、③)型坯和模体接触面积是中空部位的两倍，加之腔体中内热的影响，为防止型材向中空体一侧弯曲，单壁部位的冷却水流量应按中空部位的约30%考虑；反之，压条的定型系统应特别加强厚壁处(④)的冷却，可在冷却水槽中直接向该部位喷水。图2另外，由于异型材具有多层内腔结构，牵引〖JP3〗冷却过程中内腔中的热量不易释放，可考虑从口模分流筋上向内腔通入压缩气体以提高热交换效率。因冷却不平衡造成的弯曲，还可在定型系统出口端用2kW左右的远红外线电加热管烘烤凹面一侧来矫正。1.4牵引上下履带不同步若牵引履带不同步，则型材易向速度慢的履带一侧弯曲。当出现此情况时，只需调整牵引机转速即可。2制品边角塌陷制品边角塌陷主要因口模出料不足或真空吸附强度较弱所造成，修模措施如下：图3(1)口模流道系统中边角对粘流体的滞流作用(边界效应)是造成边角出料不足的主要原因，可通过改变流道形状来补偿(参见图3)；(2)增强定型系统特别是干定型部分的密封效果(可在每段定型模间加水密封)，或加大塌陷部位的真空吸附强度和冷却能力。3制品表面带“鱼鳞斑”主要表现为在挤出物表面沿挤出方向上具有象“鱼鳞”一样的凸凹不平的有规则的波纹，从而极大地破坏了产品的表观质量。其产生的原因是：(1)塑化不良。当用额定产量较大的挤出设备挤出玻璃压条、封盖等米重很轻的制品时，若牵引速度不高，则往往因为螺杆转速低而使熔体在料筒中受到的剪切不足和塑化不良，致使“鱼鳞斑”的出现。要解决这一问题，可采取以下措施：其一，提高牵引速度；其二，选用挤出量较小的单螺杆挤出机以提高螺杆转速；其三，适当提高机头或料筒温度；其四，修改模具，通过增加口模长度来延长熔体在口模中的停留时间，提高塑化质量。(2)挤出速率过高。在高速挤出时，由于溶体在高应力或高剪切速率下的扰动难以抑制，极容易发展成为不稳定流动，在不稳定流动的初期表现为“鱼鳞斑”；当挤出速率进一步提高，熔体扰动加剧时，将引发熔体破裂。4制品表面有收缩痕图4收缩痕易发区域异型材表面的收缩痕，通常产生在内筋、小凸台对应的壁面或两壁“丁”字形交叉点上，如图4(①～⑥)所示。门窗型材(装配后)可见面(如图4推拉框的A面)上的收缩痕因影响美观在调模时必须予以消除。收缩痕产生的原因及解决途径如下：(1)内筋和外壁间出料有速度差，内筋的挤出速度往往滞后于外壁。修模时应增加内筋供料，并将内筋和外壁交汇处的芯体棱角倒圆RO.3～R1以消除尖点滞流效应。当然，要减少两股料流间的相互干扰，内筋最好采用单独供料，内筋和外壁的汇流长度有8～12mm即可。(2)内筋成型太厚(内筋厚为外壁的60%左右为宜)。无法完全冷却或冷却不充分，以至内筋“后收缩”而产生收缩痕。应减少内筋出料，增强定型系统冷却能力或降低牵引速度。(3)真空吸附力偏弱，定型系统密封不好。一方面，应在收缩痕对应部位设置真空吸附孔；另一方面，在各节定型模之间装密封条或注水密封。(4)型芯供料腔、槽抛光不到位，致使内筋或小凸起出料滞后，应抛光至镜面。(5)对内筋数量较多且极易产生收缩痕的型材，亦可在进行制品设计时就带上沟槽。如图5，门板上的沟槽结构既增加了美观，还能掩盖收缩痕、拼接痕等缺陷。图5门板上的沟槽结构5结语挤出模具调试是一项经验性非常强的工作，挤出不良现象产生的原因涉及到物料、挤出工艺、模具和挤出设备等诸多方面。问题出现后，模具调试人员应力求做到判断准确，采用最简单的方式解决问题。(原载《化学建材》2001-3)