作者：華僑大學(xué)模具技術(shù)研究中心 劉斌    來(lái)源：《現(xiàn)代模具》 |8$x  
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在擠出成型技術(shù)中，模頭設(shè)計(jì)是其中一個(gè)重要環(huán)節(jié)，擠出模頭的設(shè)計(jì)影響著生產(chǎn)效率、制品精度、模具壽命、模具生產(chǎn)周期和模具成本等諸多因素，因而研究擠出模頭設(shè)計(jì)尤為重要。塑料異型材擠出成型過程非常復(fù)雜，是一個(gè)連續(xù)的模塑成型過程，涉及到高分子材料熔體流變學(xué)、熱力學(xué)、摩擦學(xué)、機(jī)械學(xué)等多種學(xué)科，加之?dāng)D出異型材截面復(fù)雜多變，因而擠出模的設(shè)計(jì)相對(duì)于其它塑料成型模具的設(shè)計(jì)更為困難。 }'mBqn  
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1.擠出模設(shè)計(jì)理論和思想方面的研究 3+<}Hm+  
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歐洲特別是德國(guó)是塑料門窗異型材的發(fā)祥地，塑料擠出技術(shù)和理論也比較發(fā)達(dá)，許多擠出模的設(shè)計(jì)思想都源于此。文獻(xiàn)[1]提出了著名的橫向流動(dòng)最小化（Cross Flows Minimized）原則。認(rèn)為熔體流過一系列的截面，把截面再分為不同的小段，通過調(diào)整截面形狀尺寸，使截面上各個(gè)區(qū)域上的質(zhì)量流率成比例，其比例大小為該截面區(qū)域占截面總面積之比。該思想比較經(jīng)典，與擠出模機(jī)頸段建模方法中的面積測(cè)繪法有異曲同工之妙。 Ocq.<#||H  
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文獻(xiàn)[2]進(jìn)一步發(fā)展了這種思想，總結(jié)了調(diào)節(jié)流動(dòng)平衡的方法和數(shù)值分析的三種途徑，討論了橫截面計(jì)算和單獨(dú)流動(dòng)對(duì)擠出流動(dòng)的影響。 af61!?K  
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波蘭Sarsaw 理工大學(xué)的K.Wilczynski在《A computer model for a polymer single-screw extrusion》中提出了一個(gè)針對(duì)單螺桿擠出成型過程的計(jì)算機(jī)模型SSEM。SSEM能模擬擠出成型的全過程，可根據(jù)給定的工藝參數(shù)預(yù)測(cè)流動(dòng)特性。在實(shí)驗(yàn)中對(duì)其設(shè)計(jì)及模擬的正確性進(jìn)行了檢驗(yàn)，試驗(yàn)對(duì)比顯示模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)相差4%～10%，其設(shè)計(jì)具有較高的可信度。 $#g1Mx{  
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英國(guó)Dundee大學(xué)的G S H Chan和K K B Hon在《Integration of computing techniques for plastics extrusion die design》中介紹了他們應(yīng)用DUCT軟件根據(jù)給定的模頭進(jìn)口截面與模頭出口截面尺寸自動(dòng)生成流線型擠出流道。為使DUCT軟件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，文獻(xiàn)中作了兩個(gè)假設(shè)，即模頭進(jìn)口截面形狀恒為圓形和模頭出口截面尺寸等于異型材產(chǎn)品截面尺寸，即不考慮離模膨脹問題。文中總結(jié)了以前兩種生成流道的常規(guī)算法，對(duì)其作了巧妙的修改與組合，思路非常新穎。 gL(ny/Ob9  
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Queen's University of Belfast的Sun Da-Wen和華南理工大學(xué)的彭玉成指出，目前異型材擠出制品應(yīng)用很廣，但其模具設(shè)計(jì)很復(fù)雜，現(xiàn)有的文獻(xiàn)介紹實(shí)際設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的很少，因而他們?cè)凇禤ractical method to design hollow profile dies》中提出了一種簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)異型材擠出流道輪廓的方法，其依據(jù)條件是熔體在擠出模模頭出口流速一致，該方法利用過渡線理論（transitional line method）與變流道厚度法理論（variable channel thickness method）對(duì)組成整個(gè)擠出流道的每一塊模塊型腔輪廓進(jìn)行計(jì)算，并且在設(shè)計(jì)中考慮了各模塊組合成整體型腔的平衡問題。 l
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擠出脹大和流動(dòng)平衡是擠出模設(shè)計(jì)中必須考慮的兩個(gè)主要問題�，F(xiàn)有文獻(xiàn)給出的擠出脹大數(shù)據(jù)主要是基于乙烯基塑料的毛細(xì)管測(cè)量結(jié)果，不能直接用于熱塑性工程塑料，而CAE技術(shù)的發(fā)展雖然可以定量分析擠出流動(dòng)平衡問題，但現(xiàn)有技術(shù)還很難求解高剪切率下的黏彈性問題。為此，美國(guó)的Wang, H P等人提出了半經(jīng)驗(yàn)（Semi-empirical approach）擠出模設(shè)計(jì)方法[3]，該方法把實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬有機(jī)結(jié)合起來(lái)，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。 z O  
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加拿大的Hurez, P等人提出可一種用于復(fù)雜型材擠出模設(shè)計(jì)的新方法[4]，該方法可以應(yīng)用于有多個(gè)分支的擠出流道，也就是在平直段部分，各個(gè)分支流道是獨(dú)立的，不會(huì)互相干擾。采用網(wǎng)格逼近（Network Approach）和橫截面法（Cross-Section Method）的混和法, 解決擠出流動(dòng)的逆問題，即給定流動(dòng)平衡條件，來(lái)確定模具拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如平直段長(zhǎng)度和收斂角等。 O!}TZfC  
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美國(guó)的Charbonneaux, Thierry G在對(duì)片材和板材擠出進(jìn)行回顧時(shí)，對(duì)比分析了T型模、衣架型模和魚尾型模三種模具各自的優(yōu)缺點(diǎn)，提出了應(yīng)用最小停滯時(shí)間分布原則設(shè)計(jì)片材擠出模的思想[5]。Kloehn, W也提出了在復(fù)合共擠時(shí)采用使各組分層具有相同的模內(nèi)停留時(shí)間，和根據(jù)不同情況優(yōu)化模內(nèi)停留時(shí)間的設(shè)計(jì)思想[6]。 3[E3]]OVa  
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鄭州大學(xué)的申長(zhǎng)雨、陳靜波等人在塑料異型材擠出模CAE方面做了很多有意義的工作，相繼發(fā)表了《塑料異型材擠出模頭內(nèi)流動(dòng)的數(shù)值模擬》、《塑料型材擠出模具CAE技術(shù)》等多篇文章。他們?cè)趯?duì)擠出模頭內(nèi)的流動(dòng)行為進(jìn)行適當(dāng)簡(jiǎn)化和假定的基礎(chǔ)上，建立了擠出模頭內(nèi)流動(dòng)分析的數(shù)學(xué)模型。在其文獻(xiàn)中介紹了一種基于橫截面法、假想?yún)^(qū)域法和流動(dòng)路徑法混合的異型材擠出成型中熔體流動(dòng)平衡的分析方法，可用于確定具有多個(gè)分支流道、截面復(fù)雜的異型材擠出模模頭出口處物料的平均流速，幫助設(shè)計(jì)者判斷擠出模模頭流道設(shè)計(jì)是否合理，計(jì)算量較小，適于工程實(shí)際應(yīng)用。 W>Eee?  
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另外，北京化工大學(xué)的朱復(fù)華和華南理工大學(xué)彭玉成等人在聚合物加工可視化技術(shù)、擠出成型基礎(chǔ)理論及應(yīng)用方面進(jìn)行了大量的研究，為擠出模的設(shè)計(jì)提供了理論參考。加拿大COMPUPLAST公司在1998年推出的有關(guān)螺桿設(shè)計(jì)與擠出模模頭設(shè)計(jì)的軟件FLOW2000就用到了朱復(fù)華、彭玉成等人的某些理論成果。 Sni Ck*T,  
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