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摘要：為了提高異型材的擠出質量，提高擠出模具的穩定性和可靠性并大幅縮短模具設計時間，提出了用于塑料異型材精確成型的新型整體直通串聯式定型模具，通過型材斷面初步設計、模具定型模部分結構以及關鍵零件型板加工工藝分析，給出了一種異型材擠出生產中整體直通串聯式定型模具設計的有效方法，并分析了直通串聯式定型模具制造加工的關鍵工藝技術。

關鍵詞：串聯式定型模具；塑料異型材；真空吸附系統；冷卻系統

眾所周知，以塑料異型材為原料的塑料門窗不僅在使用性能上可代替傳統木門窗、鋼門窗和鋁合金門窗，并在節能、保護生態、改善居住環境和提高建筑功能與質量等方面具有優勢[1]。擠出模具在塑料門窗異型材的生產中占有重要的地位，直接影響塑料異型材的生產速度和產品質量[2]。如何提高擠出模具的生產速度，控制擠出異型材的斷面尺寸公差及表面質量是各個異型材生產企業和模具制造企業的技術攻關難點，這其中模具的真空定型模部分是影響擠出速度和異型材斷面成型質量的主要因素[3–4]。筆者介紹了用于塑料異型材精確成型的整體直通串聯式定型模具的設計思路及加工制造方式，以提高異型材擠出模具的生產加工速度及異型材斷面尺寸精度和生產效率。

1整體直通串聯式定型模具異型材斷面初步設計

塑料異型材擠出成型過程中，熔融的塑料通常需經過穩流、分流和成型三個階段，經由擠出模頭擠出的型坯，經過氣隙在牽引力作用下進入定型模定型和冷卻，最終獲得合格的異型材產品[5]。因此保證異型材尺寸精度和減小變形的定型模設計至關重要，串聯各段定型型腔的尺寸變化量應盡量符合型坯的實際冷卻收縮，冷卻設計應兼顧高效性和均勻性兩個方面[6]。首先要保證型腔和型坯的良好匹配，從而達到高效率冷卻的效果；而冷卻的均勻性對于異型材截面多內筋、多溝槽、變壁厚的結構特點，直接影響擠出異型材的直線度、幾何尺寸精度和熱變形率等重要物性指標，是整體直通串聯式定型模設計的重點和難點。筆者所設計的塑窗異型材斷面尺寸如圖1所示，其中左上角為與玻璃壓條配合的壓條槽，要求保證關鍵尺寸多；下半部分為與鋁型材配合的滾壓連接部分，配合精度直接影響滾壓結合強度；右側中間部分為歐式聯動執手安裝槽，有配合尺寸精度要求[7]；右上角部分為密封膠條安裝槽口，有配合尺寸精度要求。上下大面為可視面，平面度和表面光亮度要求高。通過分析發現該斷面有如此多的精度要求，應采用直通串聯式定型模具保證其產品精度。85.0051.8054.6051.0031.5014.0012.2045.20圖1　型材斷面尺寸型坯在進入定型模后，由于真空吸附的定型作用，基本能夠保持原有的擠出形狀。通過定型模后異型材的最終尺寸，應該是型坯離開口模時的尺寸經過離模膨脹、牽引收縮和冷卻收縮線性疊加決定的。而離模膨脹一般只發生在型坯的壁厚方向，即異型材壁厚中心線之間的距離不受離模膨脹作用的影響，因此筆者只考慮牽引收縮和冷卻收縮兩方面的耦合作用[8]。根據異型材的斷面形式，采用3種不同的型腔尺寸進行過渡，如圖2所示，保證型材在不同的溫度下的收縮量，最終來保證異型材斷面的尺寸精度。

2模具定型模部分結構

模腔成型段流道之所以會分解成多塊模板串聯組成，主要因為異型材復雜的結構所形成的細小流道，在多數情況下只有分塊才能完成精細加工，才能保證模具調試時修整的便利[9]。通常流道分塊有兩種方法，縱向分割和橫向分割。橫向分割是將整個模腔流道分割成幾段串聯組成，有利于精修工具從每段的兩端完成流道內部的修整，筆者正是采用橫向分割法進行模具設計。異型材擠出成型采用真空外定型設計，真空定型技術又分為干式和濕式兩種。干式定型是擠出的型坯不直接與冷卻介質接觸，其熱量是通過定型套的金屬表面傳到冷卻介質中；濕式定型是采用定型水箱，擠出型坯的熱量至少有一部分是通過對流直接傳到冷卻介質中。根據異型材斷面尺寸，選定入口型板和出口型板尺寸為220mm×170mm×50mm，中間型板尺寸為160mm×120mm×50mm，詳細尺寸如圖3、圖4所示。

3入口型板圖紙

定型模型腔之所以分割成諸多型板串聯而成，主要是為了便于加工型腔中細小成型特征的溝槽、真空縫或孔以及定型和冷卻系統中的各種管道。用螺釘和定位銷將多塊型板和上下蓋板組裝在一起就形成了定型套，定型套一般分為上下兩個部分，常采用連桿和鉸鏈等進行連接[10–11]。上部型板和蓋板能夠翻轉或提升打開，這樣可以在擠出模具剛剛啟動時，讓還沒有成型的擠出型坯能夠方便地進入定型套型腔中。然后根據水孔的排列確定入口型板的環形水槽如圖5所示，根據型腔變形圖排布縱向水孔如圖6所示，冷卻水回路應盡量做到上下、左右對稱，保證擠出型坯的冷卻均勻性，從而有效防止異型材的彎曲和扭曲變形。50.8950.8921.8825.103133.933.633.6圖5　環形水槽及蓋板圖49.849.97852264228.79.425.637.8919.120.326.76圖6　縱向水孔定位圖考慮到該斷面產品可視面要求光亮度高，在入口型板之前加裝前置增亮板，如圖7所示，對上下兩大面進行局部增亮。10220148843331122圖7　前置增亮板圖3　型板加工工藝出、入口型板和中間型板均使用標準鍛造板料，圖8為出口型板圖。臥銑四周側面并留余量，調質處理后，采用精密平面磨成型上下平面、氣槽，鉗工倒角，左上角為基準，做基準標示完成毛坯精料的準備。其主要特征加工工藝過程如下：(1)線切割。以左上角為基準，切中間型腔與銷孔，型腔單邊留0.02mm，銷孔留0.01mm。(2)加工中心。銑氣槽，點出氣孔、水孔位置。(3)普銑。銑起模槽，周邊倒角1×45°。(4)鉗工。打水孔、氣孔，鉸銷釘孔。(5)鉗工。拋光，組裝。502205417011061圖8　出口型板圖設計的整體直通串聯式定型模具真空定型模組裝圖及三維示意圖如圖9、圖10所示。

4結語

串聯式真空定型模具具有設計結構簡潔、制造方便、加工周期短、成型精度高、標準化程度高的優點，這種技術將為擠出模具的發展打開一片新的技術領域，并為塑料異型材的生產帶來革命性的變化，可以預見串聯式真空定型模具的廣闊發展前景。

作者:馮志新 劉華剛 郝瑞參 單位:北京電子科技職業學院