由于塑料異型材為不對稱結(jié)構(gòu)，并具有導(dǎo)熱系數(shù)低，加熱與冷卻都比較困難的特點(diǎn)，其成型過程經(jīng)過加熱、冷卻、并在剪切、摩擦、吸附、牽引、壓緊等作用力下完成，不可避免地會產(chǎn)生相應(yīng)的內(nèi)應(yīng)力。其內(nèi)應(yīng)力對型材的使用強(qiáng)度影響很大。雖然完全消除是不可能的，但通過其內(nèi)應(yīng)力對應(yīng)分析，采用相應(yīng)方法，盡可能地減少內(nèi)應(yīng)力對型材強(qiáng)度的作用和影響，還是可以實現(xiàn)的。

塑料異型材內(nèi)應(yīng)力大致可以分為結(jié)構(gòu)應(yīng)力和溫度應(yīng)力。也有一些應(yīng)力界乎于兩者之間，難以明確劃分。其結(jié)構(gòu)應(yīng)力主要在外力作用下，由于型材結(jié)構(gòu)因素造成的力傳遞不連續(xù)，應(yīng)力突變或集中形成的。結(jié)構(gòu)應(yīng)力又分為邊角過渡應(yīng)力和壁厚不均應(yīng)力。型材結(jié)構(gòu)應(yīng)力比較容易解決。模具設(shè)計時在型材邊角過渡處和不同壁厚相交處，采用圓弧或斜角過渡形式，盡量使力的傳遞力阻變緩，降低其應(yīng)力集中造成的破壞。其溫度應(yīng)力主要是在型材擠出加工過程中，加熱、冷卻不均，抑或局部冷卻速度過快，使部分應(yīng)力得不到同步釋放，被凝固在型材內(nèi)部，或者型坯與型材未完全冷卻前，在一定外力作用下形成的。產(chǎn)生的原因很多，消除的難度也比較大。可對產(chǎn)生溫度應(yīng)力的途徑和原因辯證地進(jìn)行分析，對癥下藥，盡量予以減少或解決。

生產(chǎn)過程產(chǎn)生溫度應(yīng)力的途徑和原因

塑料異型材在擠出生產(chǎn)過程中，有哪些途徑和原因會產(chǎn)生型

溫度應(yīng)力集中呢？

楊忠久老師認(rèn)為主要有三個途徑八方面原因：

1、口模出料不均產(chǎn)生型坯截面應(yīng)力和軸向應(yīng)力

①機(jī)頭、過渡段外加熱設(shè)定溫度不當(dāng)，造成的型材截面應(yīng)力

熔體物料經(jīng)擠出機(jī)擠出后，經(jīng)過機(jī)頭、過渡段與均布盤，為最后通過口模做準(zhǔn)備。由于熔體物料在該階段已不存在內(nèi)加熱，該階段的外加熱主要是為改變物料運(yùn)動方向，彌補(bǔ)物料與機(jī)頭、過渡段，均布盤的界面摩擦熱損失服務(wù)的，該階段外加熱所提供的熱量過大或過小，均會使截面上物料產(chǎn)生溫度差，使型坯產(chǎn)生截面扭曲應(yīng)力。

②口模外加熱溫度不均產(chǎn)生的型坯軸向應(yīng)力

道理同上，由于型坯截面各部位持有的物料量不同，熔體物料在通過口模時，型坯截面各部位物料所需的熱量亦不同，如果口模截面各部位加熱圈所提供的熱量不能與其相適應(yīng)，物料在通過

口模時，流速與阻力亦會產(chǎn)生差異。這種差異不僅會使型坯產(chǎn)生一定的軸向彎曲應(yīng)力，甚至變形。

2、定型模阻力產(chǎn)生的型坯截面和軸向應(yīng)力

①型坯經(jīng)口模擠出后，進(jìn)入定型模被真空吸附和冷卻，使型坯由熔體轉(zhuǎn)化為固體。在定型模內(nèi)壁真空吸附阻力作用下，定型模與牽引機(jī)之間的型材承受相應(yīng)的軸向拉伸應(yīng)力。其拉伸應(yīng)力大小與定型模真空度大小有關(guān)。

②型坯在經(jīng)過定型模真空吸附和冷卻時，由于其截面各部位持有的物料量與熱量不同，所需要定型模截面各部位提供的冷卻量亦不同。如果定型模所提供的冷卻水量不能有效地移走型坯截面各部位物料的熱量，經(jīng)定型模定型后的型材則會產(chǎn)生相應(yīng)的軸向彎曲應(yīng)力，甚至變形。

③型坯在經(jīng)過定型模真空吸附和冷卻時，由于其截面各部位持有的物料量不同，與定型模內(nèi)壁接觸面和所產(chǎn)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調(diào)整其摩擦力，經(jīng)定型模定型后的型材則會產(chǎn)生相應(yīng)的軸向彎曲應(yīng)力，嚴(yán)重時型材甚至變形。

④型坯經(jīng)過定型模真空吸附和冷卻時，定型模真空吸附冷卻的僅是型坯可視面外壁，型坯內(nèi)腔筋得不到同步冷卻。當(dāng)型坯外壁冷卻收縮時，在真空吸附作用下，仍然要緊貼定型模內(nèi)壁向前移動，型坯外壁呈受相應(yīng)的截面拉伸應(yīng)力。出定型模后外壁在自由狀態(tài)急劇收縮，內(nèi)腔筋則呈受相應(yīng)的截面擠壓應(yīng)力，甚至被迫變形。同時隨著內(nèi)腔筋逐步冷卻產(chǎn)生的后收縮現(xiàn)象，型材外壁則呈受截面收縮應(yīng)力，甚至產(chǎn)生軸向溝槽。如果冷卻水接反（應(yīng)逆向接），高溫熔體進(jìn)入定型模時，直接與定型模冷卻水進(jìn)口水源進(jìn)行熱交換，由于兩者溫差大，上述現(xiàn)象則更加明顯。

3、牽引機(jī)速度與壓力產(chǎn)生的型材截面與軸向應(yīng)力

①在型材擠出時，為使口模出口型坯順利通過定型模，牽引速度一般大于擠出速度，以防止型坯進(jìn)入定型模困難，發(fā)生阻料現(xiàn)象。但牽引速度如果過大，不僅會使型坯壁厚減薄，而且也會使口模出口與定型模之間的型坯呈受過大的軸向拉伸應(yīng)力。

②型材在通過牽引機(jī)時，雖然已成型，外壁已基本冷卻硬化，但由于ＰＶＣ具有難以冷卻的特點(diǎn)，其內(nèi)壁還沒有完全冷卻，如果牽引力過大，型材在正壓力作用下，會產(chǎn)生相應(yīng)的截面擠壓應(yīng)力，甚至變形。

減少與解決型材內(nèi)應(yīng)力的方法

1、口模出料不均產(chǎn)生的型坯內(nèi)應(yīng)力解決方法

①依據(jù)口模出口型坯形狀，調(diào)整機(jī)頭、過渡段設(shè)定溫度，見圖一、圖二。

圖一所示說明機(jī)頭、過渡段設(shè)定溫度偏高，應(yīng)適當(dāng)降低。

圖二所示說明機(jī)頭、過渡段設(shè)定溫度偏低，應(yīng)適當(dāng)提高。

②依據(jù)口模物料偏流情況修模，盡量使口模流道按型坯截面各部位對物料的需求量進(jìn)行均勻分配。

③依據(jù)口模物料偏流情況調(diào)整口模外加熱圈各部位的設(shè)定溫度。

2、定型模阻力產(chǎn)生的型坯內(nèi)應(yīng)力解決方法

①在保證型坯成型外觀質(zhì)量前提下，適當(dāng)減小定型模真空度。

②依據(jù)型坯截面持有物料量的多少或型材出定型模后的彎曲情況，對應(yīng)調(diào)整冷卻水量。

③依據(jù)型材出定型模型材彎曲情況，對應(yīng)調(diào)整定型模截面各部位真空度。

④在型坯進(jìn)入定型模前，用銅針在型坯內(nèi)筋對應(yīng)部位戳數(shù)個小孔，使內(nèi)筋與外壁呈開放型，以強(qiáng)化內(nèi)筋冷卻效果。檢查定型模冷卻水管，將進(jìn)水管安裝在定型模尾端，使型坯冷卻為逆向換熱。采用安裝在定型臺尾部的紅外線調(diào)溫器對型材進(jìn)行時效調(diào)溫處理，釋放型材局部存在的集中的應(yīng)力。

3、牽引機(jī)速度與壓力產(chǎn)生的應(yīng)力解決方法

①在保證型材順利擠出與壁厚符合要求的前提條件下盡量減小牽引與擠出速度比。

②在保證型材順利牽引條件下，盡量減小牽引壓力。如效果不明顯可適當(dāng)降低擠出速度。

問題與討論

塑料異型材在擠出過程中發(fā)生彎曲變形現(xiàn)象，多為應(yīng)力釋放不均的一種表現(xiàn)形式。盡管也可以采取局部加熱與冷卻方法糾正其彎曲變形現(xiàn)象，但往往又將已釋放的內(nèi)應(yīng)力，又重新集結(jié)在型材內(nèi)部，實際是治標(biāo)不治本的做法。

型材彎曲變形時，正確的處理方法應(yīng)是查明原因、對癥下藥。是口模流道問題就應(yīng)用修模方法解決；是口模溫度問題，就應(yīng)用口模溫度調(diào)整方法解決。雖然用口模調(diào)溫方法在一定程度上也可以糾正口模流道不均造成的型坯彎曲變形，但又會使型材內(nèi)應(yīng)力增加，影響型材強(qiáng)度，故應(yīng)慎用。