塑料异型材内应力分析和解决方法

由于塑料异型材为不对称结构，并具有导热系数低，加热与冷却都比较困难的特点，其成型过程经过加热、冷却、并在剪切、摩擦、吸附、牵引、压紧等作用力下完成，不可避免地会产生相应的内应力。其内应力对型材的使用强度影响很大。虽然完全消除是不可能的，但通过其内应力对应分析，采用相应方法，尽可能地减少内应力对型材强度的作用和影响，还是可以实现的。

塑料异型材内应力大致可以分为结构应力和温度应力。也有一些应力界乎于两者之间，难以明确划分。其结构应力主要在外力作用下，由于型材结构因素造成的力传递不连续，应力突变或集中形成的。结构应力又分为边角过渡应力和壁厚不均应力。型材结构应力比较容易解决。模具设计时在型材边角过渡处和不同壁厚相交处，采用圆弧或斜角过渡形式，尽量使力的传递力阻变缓，降低其应力集中造成的破坏。其温度应力主要是在型材挤出加工过程中，加热、冷却不均，抑或局部冷却速度过快，使部分应力得不到同步释放，被凝固在型材内部，或者型坯与型材未完全冷却前，在一定外力作用下形成的。产生的原因很多，消除的难度也比较大。可对产生温度应力的途径和原因辩证地进行分析，对症下药，尽量予以减少或解决。

大发500生产过程产生温度应力的途径和原因

塑料异型材在挤出生产过程中，有哪些途径和原因会产生型

温度应力集中呢？

杨忠久老师认为主要有三个途径八方面原因：

大发5001、口模出料不均产生型坯截面应力和轴向应力

①机头、过渡段外加热设定温度不当，造成的型材截面应力

熔体物料经挤出机挤出后，经过机头、过渡段与均布盘，为最后通过口模做准备。由于熔体物料在该阶段已不存在内加热，该阶段的外加热主要是为改变物料运动方向，弥补物料与机头、过渡段，均布盘的界面摩擦热损失服务的，该阶段外加热所提供的热量过大或过小，均会使截面上物料产生温度差，使型坯产生截面扭曲应力。

②口模外加热温度不均产生的型坯轴向应力

道理同上，由于型坯截面各部位持有的物料量不同，熔体物料在通过口模时，型坯截面各部位物料所需的热量亦不同，如果口模截面各部位加热圈所提供的热量不能与其相适应，物料在通过

口模时，流速与阻力亦会产生差异。这种差异不仅会使型坯产生一定的轴向弯曲应力，甚至变形。

2、定型模阻力产生的型坯截面和轴向应力

①型坯经口模挤出后，进入定型模被真空吸附和冷却，使型坯由熔体转化为固体。在定型模内壁真空吸附阻力作用下，定型模与牵引机之间的型材承受相应的轴向拉伸应力。其拉伸应力大小与定型模真空度大小有关。

大发500②型坯在经过定型模真空吸附和冷却时，由于其截面各部位持有的物料量与热量不同，所需要定型模截面各部位提供的冷却量亦不同。如果定型模所提供的冷却水量不能有效地移走型坯截面各部位物料的热量，经定型模定型后的型材则会产生相应的轴向弯曲应力，甚至变形。

③型坯在经过定型模真空吸附和冷却时，由于其截面各部位持有的物料量不同，与定型模内壁接触面和所产生的摩擦力不同，如果定型模截面各部位提供的真空度不能有效调整其摩擦力，经定型模定型后的型材则会产生相应的轴向弯曲应力，严重时型材甚至变形。

④型坯经过定型模真空吸附和冷却时，定型模真空吸附冷却的仅是型坯可视面外壁，型坯内腔筋得不到同步冷却。当型坯外壁冷却收缩时，在真空吸附作用下，仍然要紧贴定型模内壁向前移动，型坯外壁呈受相应的截面拉伸应力。出定型模后外壁在自由状态急剧收缩，内腔筋则呈受相应的截面挤压应力，甚至被迫变形。同时随着内腔筋逐步冷却产生的后收缩现象，型材外壁则呈受截面收缩应力，甚至产生轴向沟槽。如果冷却水接反（应逆向接），高温熔体进入定型模时，直接与定型模冷却水进口水源进行热交换，由于两者温差大，上述现象则更加明显。

大发5003、牵引机速度与压力产生的型材截面与轴向应力

大发500①在型材挤出时，为使口模出口型坯顺利通过定型模，牵引速度一般大于挤出速度，以防止型坯进入定型模困难，发生阻料现象。但牵引速度如果过大，不仅会使型坯壁厚减薄，而且也会使口模出口与定型模之间的型坯呈受过大的轴向拉伸应力。

②型材在通过牵引机时，虽然已成型，外壁已基本冷却硬化，但由于ＰＶＣ具有难以冷却的特点，其内壁还没有完全冷却，如果牵引力过大，型材在正压力作用下，会产生相应的截面挤压应力，甚至变形。

减少与解决型材内应力的方法

1、口模出料不均产生的型坯内应力解决方法

大发500①依据口模出口型坯形状，调整机头、过渡段设定温度，见图一、图二。

图一所示说明机头、过渡段设定温度偏高，应适当降低。

图二所示说明机头、过渡段设定温度偏低，应适当提高。

②依据口模物料偏流情况修模，尽量使口模流道按型坯截面各部位对物料的需求量进行均匀分配。

③依据口模物料偏流情况调整口模外加热圈各部位的设定温度。

2、定型模阻力产生的型坯内应力解决方法

大发500①在保证型坯成型外观质量前提下，适当减小定型模真空度。

②依据型坯截面持有物料量的多少或型材出定型模后的弯曲情况，对应调整冷却水量。

③依据型材出定型模型材弯曲情况，对应调整定型模截面各部位真空度。

大发500④在型坯进入定型模前，用铜针在型坯内筋对应部位戳数个小孔，使内筋与外壁呈开放型，以强化内筋冷却效果。检查定型模冷却水管，将进水管安装在定型模尾端，使型坯冷却为逆向换热。采用安装在定型台尾部的红外线调温器对型材进行时效调温处理，释放型材局部存在的集中的应力。

大发5003、牵引机速度与压力产生的应力解决方法

①在保证型材顺利挤出与壁厚符合要求的前提条件下尽量减小牵引与挤出速度比。

②在保证型材顺利牵引条件下，尽量减小牵引压力。如效果不明显可适当降低挤出速度。

问题与讨论

塑料异型材在挤出过程中发生弯曲变形现象，多为应力释放不均的一种表现形式。尽管也可以采取局部加热与冷却方法纠正其弯曲变形现象，但往往又将已释放的内应力，又重新集结在型材内部，实际是治标不治本的做法。

型材弯曲变形时，正确的处理方法应是查明原因、对症下药。是口模流道问题就应用修模方法解决；是口模温度问题，就应用口模温度调整方法解决。虽然用口模调温方法在一定程度上也可以纠正口模流道不均造成的型坯弯曲变形，但又会使型材内应力增加，影响型材强度，故应慎用。