4.6 异型材挤出机头及定型模
4.6.1 异型材挤出机头
4.6.2 异型材定型方式及定型模
4.6.1 异型材挤出机头
挤出制品断面形状多种多样。
除圆管，圆棒及扁平的板、片、膜等断面形状简单规则的制品外，挤出工艺还可生产异型管材（空心异型材）、异型棒材（实心异型材），以及各种复杂断面的异型材，图4-8-1。
挤出各种异型材所用的机头统称为异型材挤出成型机头，简称异型材机头。
如图4-8-1所示，异型材有多种结构形式，断面形状尺寸千差万别。
所以异型材机头也多种多样，模口形状、模腔结构各不相同。
异型材机头的模口形状尺寸设计，因情况各异，计算复杂而且经验性很强，不能一概而论。
具体设计时，根据拟生产型材的结构尺寸、物料特性、产率要求、生产批量等具体情况，依据流变学原理分析计算。
需要时可参阅有关机头设计及流变学方面的专著。
异型材机头的模腔结构设计，遵循机头设计一般原则，根据生产批量、制品要求、原料特性、机头的设计加工手段等实际情况考虑确定。
异型材机头一般都采用直向机头的结构形式。
目前应用的异型材成型机头根据模腔构成不同可分为板孔式机头、流线型机头、异型材多级挤塑机头三种结构类型。
下面就其结构类型、性能特点、适用情况及设计加工要求等作一简介。
1、板孔式机头
这类机头通常由三块挖孔板件（机颈座、口模板和夹持板）串连而成，故称板孔式机头。
机颈座直接与挤出机料筒相连。
在机颈座上加工的模腔为比较简单的流线型空腔，入口呈圆形与多孔板相连，出口为略大于模口外型尺寸，形状与模口外形相近的圆形、长圆形或园角矩形，图4-8-5。
夹持板为一块中间开有与机颈座出口形状相同或相似的孔洞的板，主要作用是固定（夹持）口模板。
口模板是开有与所成型的型材断面形状相仿的模口的板件。
将机颈座，口模板，夹持板同轴叠合并用螺栓固定在一起就构成了典型的板孔式异型材挤出机头，图4-8-4。
板孔式机头工作时来自挤出机的物料经多孔板进入机颈座内孔（机头模腔），然后从口模板上的成型孔（模口）挤出形成形状与制品断面形状相仿的料坯，料坯经冷却定型即成为异型材。
这类机头结构简单，设计加工容易，造价低，宜快速加工生产，而且易于拆装、调整和清理，是试产和小批量生产异型材的常用机头形式。
这种机头的致命缺点是：模腔与模口间非平滑过渡，机头内存在滞料的死角（如图）易造成物料过热分解。
所以这种机头只能用于聚烯烃等热稳定性较好的物料，不能用于硬PVC等热敏性物料，即使用于PE，PP等物料也必须经常清理机头。
设计板孔式机头时主要注意两点：
一是机颈座的出口形状要尽可能的与成型孔（模口）接近，减小暴露在模腔中的口模板面积，减小滞料区（图4.6+1）。
二是口模板要求足够的厚度，口模板除应满足模口长度（平直部分）要求外，还应同时满足抵抗料压的强度、刚度要求（暴露在模腔中的口模板面积越大，料压对口模板的作用力越大）。
当按强度计算的口模板厚度大于稳流所需要的模口长度时，可将口模板入料端扩成锥面（如图4-8-6）这样即保证了模口平直段的稳流作用又减小了滞料死角。
板孔式机头用于挤出中空异型材时的芯模支撑固定方式：
桥式支撑。
板孔式机头用于挤出中空异型材时的内压定型进气孔设计。
2、流线型机头
机头模腔呈流线型逐渐变化的异型材挤出机头称为流线型机头（图4-8-10）。
这种机头模腔严格按物料流动要求设计，模腔表面平滑过渡，无滞料，可长时间连续生产，可加工热敏性物料，制品质量好，操作费用低，是理想的异型材成型机头。
特别适合大批量定型产品的生产。
流线型机头模腔多为不规则曲面借助CAD/CAE/CAM 及数控加工中心等现代制模手段设计制造，设计制造费用高，造价昂贵，不适于快速投产和试产。
流线型机头设计的关键在于，模腔形状必须均匀而缓慢地由圆形逐渐过渡到模口的形状，而且必须保证进入模口时，在模口断面上各点的料流速度均匀一致。
由于物料在异型模腔内的流动规律很难掌握，所以流线型机头的设计难度很大，即使采用CAD/CAE手段也难获得理想结果。
为简化设计，当型材壁厚较大时，可在模腔出口与口模之间设置一块留有修模余量的阻尼板，图4.6+2。
阻尼板上的物料通道断面尺寸比模口断面尺寸小30—60%，这样即使模腔形状与实际流动情况略有不符，可在试模时通过阻尼板流道尺寸的修正加以补偿，改变通过的料流速度，使进入口模的物料流量，流速均匀一致。
图4.6+2 带有阻尼板的流线型机头
阻尼板
3、异型材多级挤塑机头
异型材多级挤塑机头模腔由多段构成（机头体由多块板件串联而成），俗称多板式机头。
这种机头相当于把模腔分成若干段，分别加工后再组合起来（图4-8-9）。
沿料流方向第一块板为入口板，最后一块板为模口板，中间各板为构成模腔的过渡板。
多板式机头即有较好的工作特性又比较容易加工，是目前生产异型材最常用的机头形式。
图4-8-9异型材多级挤塑机头及其模腔断面形状
多板式机头实际上就是将流线型模腔分解成若干段并分别在相应的过渡板上加工。
为便于加工，每块过渡板上的流道都按该板中心处的模腔断面形状作成与机头轴线平行的直孔，并在入口端倒角，通过斜面与前一块过渡板的出口平滑衔接。
这样加工成的各板依次叠合后即形成了近似流线型的模腔。
（如果各板都按设计的曲面形状加工制造，得到的将是流线型机头）
多板式机头模腔中物料流动情况虽不如整体式流线型机头，但比板孔式机头要好的多。
其工作特性及物料适应性介于板孔式机头和流线型机头之间，接近流线型机头。
同时，多板式机头加工制造则比流线型机头方便得多，加工难度也介于两者之间，接近板孔式机头（多板式机头可用线切割加工，流线型机头一般要用多轴数控加工中心加工）。
多板式机头与流线型机头相比，加工难度大大减小，但设计难度及工作量并未减小，仍需以保证模口断面上各点的料流速度均匀一致为原则，根据物料在机头内流动的流量、流速以及压缩比等，计算出模腔表面形状后再行分解。
不难理解，模腔分解的级数（过渡板）越多，分别加工组合后模腔形状与严格按流线型加工的理想模腔形状（整体流线型机头的模腔形状）越接近，物料在机头内的流动情况越好。
所以多板式机头的设计要点及设计方法与流线型机头相同，另外还需注意各板之间的衔接、定位，以及模腔实际形状与计算形状差异对出料量的影响。
图4-8-11、图4-8-12所示分别为适用于双螺杆和单螺杆挤出机的压缩比不同的塑窗型材挤出机头。
4.6.2 异型材定型方式及定型模
前面我们已述及了圆管、圆棒、板、片等规则形状挤出制品的冷却定型工艺及装备。
实际上异型材与圆管等规则形状挤出制品的成型过程及设备组成相似，只是挤出机头、定型装置和牵引装置的具体形式有所不同。
异型材挤出成型的关键是定型，定型不仅决定着异型材形状的准确性，而且决定了异型材的尺寸精度。
常用的异型材定型方式主要有以下几种，它们各有其特点和适应范围。
1、多板式定型
这是一种最简单的定型装置，可用于各种结构形式异型材的外定型。
多板式定型的定型装置是一组（一块或几块）平行排列于水槽中的易导热金属板—定型板。
每块板上都开有与型材外型相仿的异型孔，沿型材前进方向各孔的尺寸按型材收缩量依次减小，在型材进入的一侧孔沿上作成圆角（图4-8-16）。
工作时型材依次通过每块板上的定型孔逐渐定型。
对中空异型材还可采用型材内通压缩空气或将定型板密封在真空室内的方法（与管材内压和真空定径相似），使型材外壁紧贴在定型板的定型孔壁上。
2、滑动式定型
这种定型方式仅适用于某些薄壁开放式异型材（如建筑水沿槽等）。
滑动式定型装置是扣合后形成断面形状与型材外型相同的缝隙的上下两块金属定型膜。
定型模分别用水冷却，图4-8-18、图4-8-19。
工作时挤出的型材在缝隙内边滑动边冷却定型。
3、内压定型
这种定型方式仅适用于中空异型材（异型管材）定外型。
结构原理与管材内压定径完全相同，只是需将定型套内孔形状加工成与异型管材外型相同，同时堵气用的塞子形状也要与异型管材内型相吻合。
4、真空定型
模具异型材真空定型有两种。
一种用于单孔或多孔异型管材定外型，原理与管材真空定径相同，也是要求定型套内孔与异型管外型相同，图4-8-21、图4-8-23。
另一种是将真空吸塑与滑动式定型原理相结合，用于薄壁宽幅开放式异型材，其装置是一块定型面上开有很多与真空系统相连的小孔或窄缝的定型模（图4.6+3）。
模体用导热性好的铜或铝制造，定型面附近开有冷却水通道或浸在冷却水槽中。
工作时抽真空使挤出的型坯紧贴在定型模的定型面上，同时在牵引力作用下从定型面上滑过，实现冷却定型。
图4.6+3 真空—滑动定型示意图
模具
5、内芯定型
这是一种异型管材定内型的方式，原理与管材内径定径相同。
其装置是在挤出机头的芯棒前面连接一根强制冷却的芯模。
工作时挤出的型材在芯模上滑过实现冷却定型。
