异型材型芯内冷却挤出成型

贾志雄

（连云港杰瑞模具技术有限公司，江苏 连云港222006）

异型材型芯内冷却挤出成型

贾志雄

（连云港杰瑞模具技术有限公司，江苏 连云港222006）

介绍了型芯内冷却挤出成型新工艺，阐述了型芯内冷却系统，特别是型芯内冷却挤出机头的结构和设计。实践经验表明，采用此种模具结构，可有效提高异型材挤出的冷却效率和成型效果，从而提高异型材挤出生产速度和产品品质。

异型材；挤出；型芯；内冷却

0 前言

塑料挤出行业经过多年的发展，已经获得了长足的进步，越来越多的新技术、新工艺在实际生产中得到了应用，这也反过来推动了塑料挤出行业的技术革新和生产效率的不断提高。型芯内冷却挤出成型正是一种基于传统挤出方法而作出有效改进的一种新的成型工艺。

现有的普通塑料挤出模具对复杂截面制品的冷却效率较低，制品内腔成型较差，从一定程度上影响了生产效率和制品性能，型芯内冷却挤出技术可以使制品的冷却效率和制品内腔成型效果得到很大程度的改善。但是，由于型芯内冷却挤出模具的结构复杂，设计和加工难度较高，实际生产中对工艺控制要求也较高，因此，型芯内冷却挤出模具尚未得到大规模的应用。

1 型芯内冷却挤出成型的机理

热塑性塑料由柔韧的大分子链组成，分子间的相互作用和相对分子质量是决定其力学性能的主要因素。在通过机头的挤出成型加工处理过程中，塑料在外部温度、压力以及内部分子间剪切力的作用下经历玻璃态、高弹态和黏流态的三态变化，挤出机头的整个设计正是由这些变化决定的[1]。

型芯内冷却挤出成型是指在挤出机头成型段之后增加冷却段，在冷却段内设置循环冷却流道，采用循环冷却水对型芯冷却段进行冷却，实现在保证塑化的前提下对型坯内腔进行冷却定型，从而显著提高型材冷却效率，改善型材内腔成型效果，提高挤出速度及生产效率。机头流道通常设计为流线形，按功能不同分为发散、分流、压缩、预成型及冷却5个区域，其基本结构如图1所示。经挤出机挤出的熔融物料经机头发散段由原来的螺旋流动变为稳定的平行于螺杆轴线方向的流动，再经过分流段和压缩段使料流稳定密实，然后通过预成型段产生与制品形状相近的型坯，型坯经冷却段初步冷却定型后进入定型模完全冷却定型。

图1 异型材芯部冷却挤出机头Fig.1 Profile extrusion die with cooling in mandrel

2 型芯内冷却挤出成型的工艺实现

型芯内冷却挤出是一项全新的先进挤出技术，它是挤出设备、机头成型系统、机头冷却系统、冷却定型系统和挤出工艺控制等的有机结合体，在所有这些因素当中，机头的结构设计应是其重中之重。

2.1 异型材芯部冷却挤出机头的结构

在机头设计上，口模与型芯分别由塑化段和冷却段组成，在塑化段与冷却段之间需加工3～5mm隔热腔，隔热腔里面可填充特殊的隔热材料以加强隔热效果。在口模支承板以及型芯支承筋上加工槽孔，冷却水管可埋设在此槽孔中进出型芯，为了满足埋设冷却水管的需要，支撑筋的尺寸需适当加大，而考虑到其对塑料熔体料流流动的影响，支撑筋的尺寸一般以5～8mm为宜。型芯冷却段加工特殊的冷却水循环流道，冷却水管经过型芯塑化段与冷却水循环流道相通，冷却段的长度可控制在30～100mm。在口模塑化段加热以保证原料塑化效果的同时，冷却水经冷却管进入型芯冷却段内的冷却流道，由此实现对型材内腔的不断冷却及初步定型。由于冷却管与口模板和型芯塑化段之间隔热材料的作用，循环冷却水只对型芯冷却段进行冷却，从而在对型坯内腔进行初步冷却定型的同时也保证了原料的塑化，其基本结构如图2所示。

图2 芯部内通水冷却结构Fig.2 Structure of mandrel cooling inside by water

机头流道通常采用流线形结构流道，先以型材制品中心层算法确定预成型段大腔体的尺寸，预成型段的尺寸放量，通常按制品中心层的1.01～1.03倍放大，预成型段模板预芯体间隙按制品壁厚的0.8～0.9倍取值；局部沟槽计边缘部位须适当补料，在流道变化较大处须设置筋肋限流，以减少流道各部分之间的相互影响和内应力作用。设计压缩段尺寸时，通常压缩比取值3～4，既要保证一定的模头背压加强物料塑化，又要兼顾型材的致密度[2－3]。

考虑到型坯挤出口模后有一定的离模膨胀，在型芯冷却段与塑化段之间还应加工一过渡段，以消除离模膨胀，释放制品内应力。

图3 冷却水循环流道Fig.3 Channels of cooling water in mandrel

2.2 芯部冷却流道

冷却水循环流道可根据制品截面形状和实际生产要求采用串联直线形和双螺旋形2种，相比于串联直线形流道，双螺旋形流道的冷却效果要好，但加工难度较大。另外，在实际生产中还可在冷却水出口端采用真空抽吸的方式加强冷却水在流道内的流动从而加强冷却效果。

2.3 挤出工艺参数

芯部冷却挤出成型的工艺控制与普通挤出成型的工艺控制基本相同，在满足挤出机正常工作的情况下，机筒温度可控制在160～190℃之间，螺杆冷却温度80℃，模头加热温度可控制在190～200℃之间，芯部冷却水温以15～25℃为宜。在型材挤出生产过程中，可视制品成型情况及挤出机生产状况适当调整[4]。

型芯内冷却挤出成型的关键在型芯内冷却挤出模具，而型芯内冷却挤出模具的关键又在于型芯内冷却系统。在模头加热以保证原料塑化的前提下，型芯内冷却系统运行稳定良好，并尽量提高冷却效率是顺利实现型芯内冷却挤出成型的根本保障。在此，需特别注意以下几个方面：

（1）冷却循环水路与口模及型芯塑化段必须保证良好隔热，避免制品因物料塑化不充分而出现缺陷。除了在塑化段与冷却段之间加工隔热腔外，还可在其中填充隔热材料以加强隔热效果；冷却水进出水管须采用特殊的耐高温隔热管（如聚四氟乙烯管等）；

（2）冷却水路须密封紧密，绝对不能漏水；

（3）生产过程中需视制品成型情况和生产线工艺参数变化控制冷却水的流量，在正常生产和保证制品具备良好的理化性能的基础上达到理想的冷却效果。

3 结论

（1）芯部冷却挤出成型的挤出制品的冷却效率得到了极大程度的提高，直接体现在挤出速度的提高上，相对于普通挤出成型方式，芯部冷却挤出成型的挤出速度可有效提高10%～15%；

（2）由于在挤出成型过程中，型材内腔已得到较为充分的冷却，并且使制品的内应力得到了释放，因此制品的后期收缩明显减小，成型效果改善明显，制品性能更加稳定。

[1] W·迈切里.塑料橡胶挤出模头设计[M].北京：中国轻工业出版社，2000：103－115.

[2] 杨安昌，孙振环，陈 方，等.塑料异型材挤出模技术[M].北京：机械工业出版社，1999：36－58.

[3] 刘昌祺，唐培远，张 鸣，等.塑料模具设计[M].北京：机械工业出版社，1998，10：361－365.

[4] 杨安昌，徐 军，周 密，等.塑料门窗技术手册[M].北京：机械工业出版社，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

联系人，jzx7912＠sina.com