塑料挤出模具的设计准则技巧

未济

挤出型热塑性弹性体的设计包括几何参数的设计(比如壁厚、筋、半径、中空和铰链)，同时要考虑它们对产品加工及其性能会产生什么影响。以下罗列了挤出设计的一般准则。
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　　壁厚


　　均匀的或者近乎均匀的截面厚度将更具备易加工性，降低成本，更好的误差控制，更好的表面光洁度和更复杂的形状。最小壁厚为0.5毫米(0.02”)，而最大壁厚为9.5毫米(0.375”)。更薄的壁厚是可能的，但需要用到santoprene8000热塑性弹性体系列。壁厚的变化要光顺平稳，并应尽可能小，因为这将有助于冲压模均衡。
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' w, l0 J5 Z; l/ C" M* U　　筋


- g$ Y7 d2 p6 e( s! z　　在壁厚变化过程中，如果厚度变化太剧烈太大，在平衡流场过程中可能会出现问题。筋的厚度应该是标称壁厚的50%，半径应该以此为基础设计。
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　　半径
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  J3 P" ~# k; X3 O- ]3 T- P　　急剧变化的地方要用圆角代替过渡。挤出部件最小的半径是0.20mm(0.007”)。

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8 {; I' t6 o: |' R0 O1 r+ H# V　　中空
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! [9 x! Z  |8 n/ p* R6 v, V3 X  m　　在横截面里可能会有中空截面。挤压模具可能刚开始便具有中空截面的形状，在冷却的时候可以在中空截面内使用压缩空气以保持形状，另一种方法是在挤出机的外部使用真空来帮助中空截面保持形状。更多的中空截面使得模具的设计变得更复杂，其轮廓形状的保持也变得更加困难。除非是设计要求，中空截面应该尽量减少甚至全部避免。

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7 T* b& C3 y, |2 k　　在挤出的过程中往内吹风是冷却部件内壁的一种手段。这就需要沿着切割线或冲孔方向有空气可以流通。

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( ]6 h8 b) Q+ W) V/ ]　　发泡挤出
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# Q7 J/ ?# W# d　　热塑性弹性体tpv可以通过化学和机械方法来起泡。对化学起泡，可以使用诸如重盐酸盐之类的发泡剂。可以达到的泡沫密度比重为0.97(典型的未起泡tpv)到0.70。更低的密度受专利影响。发泡剂在180℃到190℃下会退化，因为大部分tpv的基础是在195到215℃条件下进行的。
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1 Y. t- [9 k, C  h/ b5 t- s　　对于机械方法，水是作用介质。这里，名为“水起泡”的技术，是一项专利技术。需要用专门的设备来获得一致的泡沫结构和密度。密度由0.97减少到0.20。在这个范围内的密度可以通过控制加工工艺来获得。密度的减小会影响机械特性，所以这被归为应用中的外形设计。


6 V0 a; X* o! K  l( X　　多层挤出


　　共挤出法是将两种材料在一道挤出工序里结合成一个部件的技术。两个挤出机被串联起来以提供底模并使得各自的聚合物材料沿着对应通道共挤在一起，以得到两种材料的挤出胶。均匀的材料，比如tpv和聚丙烯，都可以融合在一起。多层挤出是混合硬质和软质材料的好方法。比较典型的是，高硬度截面段，如热塑性弹性体tpv，一般作为部件的支撑结构，而低硬度的材料提供可挠性。这在密封应用场合很常见，因为密封区域较软，柔软的材料可以被压扁以得到良好的密封效果。而在平衡流场过程中，使用硬度较高的热塑性弹性体tpv作为刚性材料来代替聚丙烯则较简单。

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, F+ M1 I* [  z3 j* \% ]　　焊接节点


　　热焊接是比较流行的用来接合用tpv制成的挤出胶的方法。热量被引入到连接面，使得表面熔解，再将表面贴合到一起，并施加轻微的压力以保证没有气体进入到接触面间。冷却之后，结合处与部件本身强度几乎一样。另一个接合挤出部件的方法是使用胶粘系统。需要一些装填物，取决于接合处材料的联合及粘接强度的要求。
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　　铰链
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+ ^% m2 ]! u  p9 s　　铰链是消除某点的应力或者针对一个特殊的点集中挠度的一种方法。如果在某一点处有弯曲，则应力会集中在拐角处。

8 ]0 D% }2 W! t% I8 e1 y3 b　　铰接是截面上的一个缺口，与相邻的截面相比更薄。由于相邻壁更厚，最薄的截面(铰接)将在边缘受到形变的时候首先弯曲。从而，铰链将有助于控制唇边的挠度。由于在更薄的界面处弯曲，则促使边缘变形的力将消除，但相应的厚度将被重新调整以满足需要。同样，由于应力发生在局部，弹性恢复能力应该变得更好。
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2 t* S! C3 }: Q  i0 |( [5 F　　注意，在铰接处避免把壁厚设计得过薄是非常重要的，因为它需要足够的厚度来消除发生的应力，并避免部件有扭折的倾向。为了保证适当的厚度，需要合理选择铰接的尺寸。有限元分析(fea)将有助于判断厚度是否合理。为了取得最优化的设计，实际的加工误差和最后的截面几何特性也应该考虑到。

% B1 l; v4 ]) w' [6 y0 ?5 r3 P+ \　　唇形密封和球状密封

　　唇形和球状密封是常见的密封应用。通常来说，球状密封较好，这是由于其相对唇形密封而言具备更出众的弹性恢复能力。相对于唇形密封，球型密封提供了更高的密封力。这是因为球状密封可以在每一边都像唇形密封一样，提供密封力。当然，事情总是公平的，球型密封要求提供比唇形密封更多的力，这些力转变成更高的密封力。

　　扭折
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0 R, E3 a& x( ^" R% R. G% a　　当挤出部件被安装好后，并以一定的半径弯曲，此时可能出现一种不利的现象，那就是挤出部件的扭折。扭折可能导致密封不良或者对水流有限制。一般来说，弯曲的半径越大，弯角旁边安装的挤出部件扭折的可能性越小。


$ Q# E" }% i+ U% z& q1 o　　为了避免扭折的发生，可以采用两种可行的方法。第一种是增加部件的壁厚，它将减小扭折。变大的壁厚，其内径弯曲比外径弯曲的影响更大。另外一种解决方法就是使部件起泡。发泡的部件使得材料可以在内部弯曲时压缩。现在已经知道的是，材料的硬度对扭折有一定的影响。