2.2　型材成型設備的結構、機理和作用

2.2.1　塑料擠出成型的重要性及其特點

擠出成型在塑料制品成型加工工業中占有很重要的地位。據統計，在塑料制品成型中，擠出成型制品的產量居于首位。

與其它成型方法相比，擠出成型具有如下特點。

（1）連續化生產　可根據需要生產任意長度的管材、板材、型材、薄膜、電纜、單絲等。

（2）有很高的生產率　據統計，各國用擠出法加工的塑料大約占該國塑料產量的40％～60％。

（3）應用范圍廣　能加工大多數熱塑性塑料和一些熱固性塑料。目前，用擠出法生產的塑料制品有管材、板材、異型材、薄膜、電纜等。此外，還可用擠出法進行混合、塑化、造粒等準備工序的工作。

（4）結構較簡單、操作比較容易。

2.2.2　擠出機

（1）基本結構　生產塑料異型材的擠出機目前使用最多的是部分嚙合異向旋轉錐形雙螺桿擠出機，其基本結構主要有機架、擠壓系統、電氣控制系統、機筒加熱冷卻系統、螺桿調溫系統、抽真空系統、機械傳動系統及其它輔助系統。

（2）作用和機理　擠出機的主要作用是將物料經螺桿的混合、擠出、剪切、捏合作用塑化擠出成型。錐形雙螺桿擠出機分為以下幾段：加料段、預塑化段、壓縮段、排氣段、均化擠出段，每一段各有其作用。加料段：物料自加入料斗進入螺桿以后，在旋轉著的螺桿的作用下，通過機筒內壁和螺桿表面的摩擦作用向前輸送和壓實。一般來說，物料在加料段是呈粉狀向前輸送的。壓縮段和預塑化段：當物料到此段后，隨著物料的繼續向前輸送，并由螺桿螺槽的逐漸變淺，以及過濾網、分流板和機頭的阻礙作用，物料逐漸形成高壓，并進一步被壓實。與此同時，物料受到來自機筒的外部加熱以及螺桿與機筒的強烈攪拌、混合和剪切等作用，物料溫度不斷升高，熔融物料量不斷增加，而未熔融的固態物料則不斷減少。這一段的主要作用是為了壓實物料，以利于物料提高密度，增快傳熱速度，以利物料塑化和排氣；排氣段的作用是將包在物料中的空氣及物料分解出來的氣體排出，防止制品內部有氣泡；均化擠出段的作用是將物料進一步塑化、均化，使物料定量、定壓、定溫從口模擠出。

（3）對型材的影響　型材的擠出受綜合因素的影響，擠出的轉速、工藝溫度、擠出壓力、配方、模具等都對型材的質量產生影響，主要體現在以下幾個方面。

①影響型材的密度和顏色。

②影響加熱后的狀態，如表面有無氣泡、麻點、裂紋等。

③加熱后尺寸收縮率。

上述各種影響因素可根據型材成型的工藝條件及實際工作經驗來解決。

2.2.3　定型臺

（1）定型臺的作用　定型裝置是擠出成型設備中不可缺少的重要組成部分，其作用是將來自擠出機機頭連續不斷擠出、已獲得初步形狀和尺寸的高溫塑料連續體進行真空定型、冷卻，使其形狀及尺寸固定下來，達到一定的表面質量，并經過一定的工序最后成為可供使用的塑料制品或半成品。

（2）定型臺的重要性

①定型裝置冷卻能力不足，直接影響產品質量和產量。

②溫度條件控制不當，會影響型材結晶過程和分子取向，使制品產生內應力、翹曲變形、表面不光波紋等，使型材表面質量下降。

③如果定型材裝置設計不合理，很難得到所希望的型材尺寸精度和幾何形狀。

（3）異型材定型臺的基本結構

①機架。

②臺面（用來支撐、安裝模具）。

③水槽（用于集水）。

④集水箱。

⑤臺面升降及調整機構。

⑥真空泵和真空器。

⑦模具抽水箱及管道泵。

⑧導軌及其后移機構。

⑨打印裝置。

⑩遠紅外校直裝置。

吹風裝置。

（4）異型材定型臺的工作原理

①定型臺以數臺水循環真空泵作為形成模腔真空度的真空源。真空架分數段分別與數臺真空泵抽氣口相接，再從數段真空架上分出若干個小型真空接口，通過夾網真空軟管由接頭到模具相應的接口上。在定型模內形成負壓，使通過模腔的軟熱物料緊貼在模腔內壁上，形成模腔的截面形狀，并將模腔內型材表面的水氣和模腔內的部分冷卻水一同吸出，經真空排氣管排入水箱。真空架上的真空表分段顯示真空度的大小。定型模的冷卻是通過冷卻水的不斷流動來實現的。模具是由散熱系數很大的金屬制成。由于物料在真空的作用下緊貼在模腔內壁，故可使熱軟型材的熱量得以快速散失、冷卻變硬、精確定型。

②通入定型模具內的冷卻水是由定型臺上的若干分水口供給的。定型臺面上設有方形管道進水腔。外部冷卻水由管閥控制進入臺面上的若干個分配小型水口。臺面上的若干個分配水口由夾網供水軟管和開關閥及快裝接頭，與定型模進水口連接。定型模上的回水中再分別與臺面上若干個豎管回水口相連。冷卻水在定型模內循環一周后流入水槽，水槽通過漏斗將回水流入機架下水箱。水箱的水一部分供四臺真空泵用，多余的經粗徑排水管排入用戶冷卻水收集管道系統。

③經干式定型模快速牽引出的型材，由于運動速度較快而未完全固化，需進入真空冷卻水箱內繼續冷卻。這就要該水箱為連續水循環冷卻。但是，由于存在一定的真空度，冷卻水不能自動進行回水，因此在機架下方設置一個強力排水系統。該系統由一個或兩個接口與真空水箱相通，一個接口與真空泵相通，使冷卻水箱與強力排水系統具有同等的真空度。在水泵作用下，真空冷卻水箱中的水可順利排出，進入整機水循環系統。

④定型臺都具有的一個顯著特點就是無專門的汽水分離裝置。通過對水箱的專門設計，使真空排氣系統免去了這一裝置，簡化了外觀，使用戶用起來更方便，空間更節省。

⑤定型臺操作箱在操作者工作面的都可以左右轉動90°，便于操作者對操作位置進行調整。定型臺縱向移動滾輪與導軌形成緊密定位配合，極大地提高了定型臺在縱移調整過程中的整體橫向定位精度。

⑥定型臺臺面是由三個縱向呈直線布置的支撐座支撐著，支撐座與臺面采用三根銷軸鉸接，臺面在支撐座上可以左右擺動。而支撐座又由三根支撐軸支撐著。電機減速后，經鏈傳動由中間渦輪減速器的蝸桿通過聯軸器，傳動軸向兩邊的渦輪減速器傳遞動力。渦輪帶動螺桿轉動，螺桿則帶動固聯在支撐軸上的螺母，使三根支撐軸沿著固聯在水槽上的導向套同步作上下運動，實現臺面上下調節。通過調整臺面上靠近機頭端的兩個調整螺栓，使臺面沿中間銷軸左右擺動，改變臺面的平面位置，達到臺面調平的目的。臺面橫向（左右）調整采用先進的調整機構，即臺面兩端的支撐座可用扳手扳動兩根螺桿使臺面橫向移動，中間的支撐座則沿著支撐軸橫向滑動。以上手動調節量很小，屬微調范圍，故工人勞動強度明顯下降。

⑦為保證型材冷卻后表面不帶水珠，便于貼膜、牽引，定型臺一般都在型材水冷后加設強力吹風裝置，阻止型材表面水珠前行。吹風裝置風源來自風機。風機出口與風架相通，在風架上有四個窄形風嘴，以極高的風速吹出強風，吹向型材的四個表面，使水珠難以逾越，形成風墻而掉落回水槽或向后流動，保持型材表面光潔無水。每個風嘴均與型材呈45°角且與型材表面距離可調。

⑧吹風處理后定型臺還對型材采用了遠紅外加熱去應力校直，這是因為截面不對稱的型材和型材內應力不均勻及其它因素，使型材定型擠出后會產生彎曲，因此有必要校直。遠紅外加熱校直裝置在型材的四個方向上可安裝加熱板，實際校直作業中只用1～2塊。

2.2.4　牽引機

（1）作用

①給型材提供一定的牽引力和牽引速度。

②通過調節牽引速度來調節型材的壁厚。

牽引速度的快慢是決定產品截面尺寸、性能及外觀質量的主要因素，型材擠出中要使擠出速度與牽引速度相匹配。

（2）結構及工作原理　牽引機主要由機架、牽引履帶、貼膜裝置、動力傳遞部分、電控系統等幾部分組成。牽引履帶由上下兩部分組成，它是由鏈條和一組支撐架組成，支撐架上鋪設有導軌，是鏈條在上面運行的軌道。鏈條上連接著牽引膠塊，其設計成可拆卸式，當其中一件因特殊原因而損壞時，可以方便地對其更換。上下履帶之間通過兩導向柱和壓緊氣缸連接，氣缸可以將上履帶頂起，進行調整和維修工作，上下履帶的壓力通過壓緊氣缸進口的調壓閥來調節，以使型材既不打滑又不壓扁。

動力傳遞有兩種方式：一種是上下履帶同時驅動，一種是上下履帶單獨驅動。

上下履帶同時驅動是將由電機經減速機傳遞來的動力經過一齒輪箱，由齒輪箱內一對大小相同的齒輪將其分成兩路，分別對上下履帶進行驅動。

上下履帶單獨驅動是指上下履帶不是由同一動力源提供動力，而是分別由一電機經變速軸承變速后將動力傳遞給上下履帶。

2.2.5　切割機

（1）作用　將連續擠出的型材根據需要長度切斷的裝置。

（2）結構及工作原理　切割機與牽引機設計成一體，其原理是由一電動機帶動圓盤鋸高速旋轉，對型材進行切斷工作。圓盤鋸的升降由一個氣缸控制。當型材長度達到設定值時，通過一行程開關控制，使切割鋸抬起，同時，通過電磁離合器將牽引下履帶一側的動力傳遞到小車上，使切割小車的運動速度與型材牽引速度保持嚴格同步，切割鋸片迅速將型材切斷。當切割工作完成后，切割鋸片落下，切割小車在復位氣缸的作用下，快速回位到原始位置；等待下次切割工作的進行。

（3）牽引切割機常見故障及排除辦法見表2-1。

2.2.6　堆放臺

其作用是定長切割、翻料。它主要由機架、翻料裝置及氣路系統組成。

2.2.7　主機與輔機的同步性

同步性主要是指擠出機的擠出螺桿與加料螺桿轉速比例搭配，擠出量與牽引速度比例搭配。為保證同步性，擠出機驅動裝置調速方式有兩種：單調、同步。在“單調”狀態下調整好各電機的速度，該速度能滿足工藝要求后，如果還要提高或降低生產速度，將單調改為同步位置，按增速或降速鈕，主電機、加料電機、牽引電機將按單調結束時的速度比例調速。在實際工藝配方中，要求的各單機速度并不是嚴格按比例調速，因此同步調速后，還要在單調位置進行微調。