2.2　型材成型设备的结构、机理和作用

2.2.1　塑料挤出成型的重要性及其特点

挤出成型在塑料制品成型加工工业中占有很重要的地位。据统计，在塑料制品成型中，挤出成型制品的产量居于首位。

与其它成型方法相比，挤出成型具有如下特点。

（1）连续化生产　可根据需要生产任意长度的管材、板材、型材、薄膜、电缆、单丝等。

（2）有很高的生产率　据统计，各国用挤出法加工的塑料大约占该国塑料产量的40％～60％。

（3）应用范围广　能加工大多数热塑性塑料和一些热固性塑料。目前，用挤出法生产的塑料制品有管材、板材、异型材、薄膜、电缆等。此外，还可用挤出法进行混合、塑化、造粒等准备工序的工作。

（4）结构较简单、操作比较容易。

2.2.2　挤出机

（1）基本结构　生产塑料异型材的挤出机目前使用最多的是部分啮合异向旋转锥形双螺杆挤出机，其基本结构主要有机架、挤压系统、电气控制系统、机筒加热冷却系统、螺杆调温系统、抽真空系统、机械传动系统及其它辅助系统。

（2）作用和机理　挤出机的主要作用是将物料经螺杆的混合、挤出、剪切、捏合作用塑化挤出成型。锥形双螺杆挤出机分为以下几段：加料段、预塑化段、压缩段、排气段、均化挤出段，每一段各有其作用。加料段：物料自加入料斗进入螺杆以后，在旋转着的螺杆的作用下，通过机筒内壁和螺杆表面的摩擦作用向前输送和压实。一般来说，物料在加料段是呈粉状向前输送的。压缩段和预塑化段：当物料到此段后，随着物料的继续向前输送，并由螺杆螺槽的逐渐变浅，以及过滤网、分流板和机头的阻碍作用，物料逐渐形成高压，并进一步被压实。与此同时，物料受到来自机筒的外部加热以及螺杆与机筒的强烈搅拌、混合和剪切等作用，物料温度不断升高，熔融物料量不断增加，而未熔融的固态物料则不断减少。这一段的主要作用是为了压实物料，以利于物料提高密度，增快传热速度，以利物料塑化和排气；排气段的作用是将包在物料中的空气及物料分解出来的气体排出，防止制品内部有气泡；均化挤出段的作用是将物料进一步塑化、均化，使物料定量、定压、定温从口模挤出。

（3）对型材的影响　型材的挤出受综合因素的影响，挤出的转速、工艺温度、挤出压力、配方、模具等都对型材的质量产生影响，主要体现在以下几个方面。

①影响型材的密度和颜色。

②影响加热后的状态，如表面有无气泡、麻点、裂纹等。

③加热后尺寸收缩率。

上述各种影响因素可根据型材成型的工艺条件及实际工作经验来解决。

2.2.3　定型台

（1）定型台的作用　定型装置是挤出成型设备中不可缺少的重要组成部分，其作用是将来自挤出机机头连续不断挤出、已获得初步形状和尺寸的高温塑料连续体进行真空定型、冷却，使其形状及尺寸固定下来，达到一定的表面质量，并经过一定的工序最后成为可供使用的塑料制品或半成品。

（2）定型台的重要性

①定型装置冷却能力不足，直接影响产品质量和产量。

②温度条件控制不当，会影响型材结晶过程和分子取向，使制品产生内应力、翘曲变形、表面不光波纹等，使型材表面质量下降。

③如果定型材装置设计不合理，很难得到所希望的型材尺寸精度和几何形状。

（3）异型材定型台的基本结构

①机架。

②台面（用来支撑、安装模具）。

③水槽（用于集水）。

④集水箱。

⑤台面升降及调整机构。

⑥真空泵和真空器。

⑦模具抽水箱及管道泵。

⑧导轨及其后移机构。

⑨打印装置。

⑩远红外校直装置。

吹风装置。

（4）异型材定型台的工作原理

①定型台以数台水循环真空泵作为形成模腔真空度的真空源。真空架分数段分别与数台真空泵抽气口相接，再从数段真空架上分出若干个小型真空接口，通过夹网真空软管由接头到模具相应的接口上。在定型模内形成负压，使通过模腔的软热物料紧贴在模腔内壁上，形成模腔的截面形状，并将模腔内型材表面的水气和模腔内的部分冷却水一同吸出，经真空排气管排入水箱。真空架上的真空表分段显示真空度的大小。定型模的冷却是通过冷却水的不断流动来实现的。模具是由散热系数很大的金属制成。由于物料在真空的作用下紧贴在模腔内壁，故可使热软型材的热量得以快速散失、冷却变硬、精确定型。

②通入定型模具内的冷却水是由定型台上的若干分水口供给的。定型台面上设有方形管道进水腔。外部冷却水由管阀控制进入台面上的若干个分配小型水口。台面上的若干个分配水口由夹网供水软管和开关阀及快装接头，与定型模进水口连接。定型模上的回水中再分别与台面上若干个竖管回水口相连。冷却水在定型模内循环一周后流入水槽，水槽通过漏斗将回水流入机架下水箱。水箱的水一部分供四台真空泵用，多余的经粗径排水管排入用户冷却水收集管道系统。

③经干式定型模快速牵引出的型材，由于运动速度较快而未完全固化，需进入真空冷却水箱内继续冷却。这就要该水箱为连续水循环冷却。但是，由于存在一定的真空度，冷却水不能自动进行回水，因此在机架下方设置一个强力排水系统。该系统由一个或两个接口与真空水箱相通，一个接口与真空泵相通，使冷却水箱与强力排水系统具有同等的真空度。在水泵作用下，真空冷却水箱中的水可顺利排出，进入整机水循环系统。

④定型台都具有的一个显著特点就是无专门的汽水分离装置。通过对水箱的专门设计，使真空排气系统免去了这一装置，简化了外观，使用户用起来更方便，空间更节省。

⑤定型台操作箱在操作者工作面的都可以左右转动90°，便于操作者对操作位置进行调整。定型台纵向移动滚轮与导轨形成紧密定位配合，极大地提高了定型台在纵移调整过程中的整体横向定位精度。

⑥定型台台面是由三个纵向呈直线布置的支撑座支撑着，支撑座与台面采用三根销轴铰接，台面在支撑座上可以左右摆动。而支撑座又由三根支撑轴支撑着。电机减速后，经链传动由中间涡轮减速器的蜗杆通过联轴器，传动轴向两边的涡轮减速器传递动力。涡轮带动螺杆转动，螺杆则带动固联在支撑轴上的螺母，使三根支撑轴沿着固联在水槽上的导向套同步作上下运动，实现台面上下调节。通过调整台面上靠近机头端的两个调整螺栓，使台面沿中间销轴左右摆动，改变台面的平面位置，达到台面调平的目的。台面横向（左右）调整采用先进的调整机构，即台面两端的支撑座可用扳手扳动两根螺杆使台面横向移动，中间的支撑座则沿着支撑轴横向滑动。以上手动调节量很小，属微调范围，故工人劳动强度明显下降。

⑦为保证型材冷却后表面不带水珠，便于贴膜、牵引，定型台一般都在型材水冷后加设强力吹风装置，阻止型材表面水珠前行。吹风装置风源来自风机。风机出口与风架相通，在风架上有四个窄形风嘴，以极高的风速吹出强风，吹向型材的四个表面，使水珠难以逾越，形成风墙而掉落回水槽或向后流动，保持型材表面光洁无水。每个风嘴均与型材呈45°角且与型材表面距离可调。

⑧吹风处理后定型台还对型材采用了远红外加热去应力校直，这是因为截面不对称的型材和型材内应力不均匀及其它因素，使型材定型挤出后会产生弯曲，因此有必要校直。远红外加热校直装置在型材的四个方向上可安装加热板，实际校直作业中只用1～2块。

2.2.4　牵引机

（1）作用

①给型材提供一定的牵引力和牵引速度。

②通过调节牵引速度来调节型材的壁厚。

牵引速度的快慢是决定产品截面尺寸、性能及外观质量的主要因素，型材挤出中要使挤出速度与牵引速度相匹配。

（2）结构及工作原理　牵引机主要由机架、牵引履带、贴膜装置、动力传递部分、电控系统等几部分组成。牵引履带由上下两部分组成，它是由链条和一组支撑架组成，支撑架上铺设有导轨，是链条在上面运行的轨道。链条上连接着牵引胶块，其设计成可拆卸式，当其中一件因特殊原因而损坏时，可以方便地对其更换。上下履带之间通过两导向柱和压紧气缸连接，气缸可以将上履带顶起，进行调整和维修工作，上下履带的压力通过压紧气缸进口的调压阀来调节，以使型材既不打滑又不压扁。

动力传递有两种方式：一种是上下履带同时驱动，一种是上下履带单独驱动。

上下履带同时驱动是将由电机经减速机传递来的动力经过一齿轮箱，由齿轮箱内一对大小相同的齿轮将其分成两路，分别对上下履带进行驱动。

上下履带单独驱动是指上下履带不是由同一动力源提供动力，而是分别由一电机经变速轴承变速后将动力传递给上下履带。

2.2.5　切割机

（1）作用　将连续挤出的型材根据需要长度切断的装置。

（2）结构及工作原理　切割机与牵引机设计成一体，其原理是由一电动机带动圆盘锯高速旋转，对型材进行切断工作。圆盘锯的升降由一个气缸控制。当型材长度达到设定值时，通过一行程开关控制，使切割锯抬起，同时，通过电磁离合器将牵引下履带一侧的动力传递到小车上，使切割小车的运动速度与型材牵引速度保持严格同步，切割锯片迅速将型材切断。当切割工作完成后，切割锯片落下，切割小车在复位气缸的作用下，快速回位到原始位置；等待下次切割工作的进行。

（3）牵引切割机常见故障及排除办法见表2-1。

2.2.6　堆放台

其作用是定长切割、翻料。它主要由机架、翻料装置及气路系统组成。

2.2.7　主机与辅机的同步性

同步性主要是指挤出机的挤出螺杆与加料螺杆转速比例搭配，挤出量与牵引速度比例搭配。为保证同步性，挤出机驱动装置调速方式有两种：单调、同步。在“单调”状态下调整好各电机的速度，该速度能满足工艺要求后，如果还要提高或降低生产速度，将单调改为同步位置，按增速或降速钮，主电机、加料电机、牵引电机将按单调结束时的速度比例调速。在实际工艺配方中，要求的各单机速度并不是严格按比例调速，因此同步调速后，还要在单调位置进行微调。