木塑模具——挤出木塑模具设计制作和工艺

博为生态木:木塑模具的设计制作和应用详解 2011-08-27

绿可木

木塑模具是用来制造各类木塑制品的模具。在现代化的工业生产中,产品用模具成型是比较通用的方法,木塑制品生产制造也不例外。根据目前的工艺特点,木塑制品对模具的全面要求是:首先是能够生产出在外观、尺寸精度、物理性能等方面均能满足使用需求的优质木塑制品;从模具使用角度的要求是:生产的高效率,自动化,操作简便和易于维护;从模具制造角度的要求则为:模具结构合理,制作容易,成本低廉,能为广大用户接受。在我们日常所见的木塑制品及工业木塑应用中,木塑模具根据制品的生产工艺不同可以分以下几类:

①压制成型类模具:我们熟知的汽车内饰板、轮船隔板、交通工具座舱板等采用的就是用压制模具生产的制品。

②注塑成型模具:公共场馆的座椅、家电外壳、儿童玩具都是以注塑模具成型的产品。

③中空吹制成型模具:如托盘、包装箱等制品,就是采用的中空吹制成型的模具。

④挤出成型模具:地板、型材、门窗、板材、片材等制品都是通过挤出模具成型。这类制品占目前国内木塑制品60%以上。

木塑材料作为一种新型复合材料,通常用天然植物纤维材料,如秸秆、稻壳、木粉、麻纤维与不同的高分子基材共混加工而成,所以挤出成型在木塑材料加工生产中具有重要地位。现就木塑挤出模具做一专门介绍。

挤出木塑挤出模具设计

借用现代的CAE/CAD设计软件在不同的天然纤维材料和不同的高分子基材的配比中,可以模拟出我们所要的制品在实际生产过程的全部成型状况。随着木塑加工工艺原理的研究越来越深入,模拟设计已渐趋近实际工况。模具设计由经验设计阶段逐渐向理论计算设计方向发展。在木塑挤出模具设计中尤其是这样,这使木塑挤出制品的产量和质量都得到很大提高。同时由于木塑材料所用高分子基材的不同以及天然材料的多样性,木塑模具设计较其它材料挤出模具增加了数倍的难度。目前,木塑模具界所显示出的一点成果,也是业内工程技术人员经百倍艰辛、反复不懈试验成功的结晶。

挤出木塑模具结构

木塑挤出成型是用加热或其它方法使木塑材料的原料在加工时成为流动状态,在压力作用下,通过木塑模具制得所需的型材。常见的木塑材料大都是采用这种方法制造而来的。木塑模具结构主要由挤出模头和定型模具组成。

①挤出模头是决定制品是否能正常成型的关键。制品物理性能指标能否达到标准,与模头结构设计和制作精度有着非常直接的关系。

通常情况下,挤出模头结构应满足以下功能:

A.使挤出的木塑流动物料由螺旋运动渐变成直线运动,这样材料挤出过程中的均匀性才能得到保证。

B.在模头上要形成足够的挤出压力,使制品密度达规定指标,制品密度不足其制成品就会产生疏松现象,从而导致产品受热后尺寸变化率大,以及吸水率增大,易产生老化和霉变,各项指标都将会受到影响。

C.模头结构要使材料进一步均化,天然纤维与高分子基材在模头部位进一步融合,直到再分散均匀挤出,完成木塑材料从粘流状态到固体状态的转化。

②定型模具是保证挤出物料的初始形状从挤出模头出来后,经过冷却定型成为最终制成品的模具部分,它在挤出工艺中同样发挥着重要作用。

木塑制品从挤出模头被挤出口模时还具有很高的温度,一般聚烯烃木塑材料出模温度在110℃~140℃之间,而聚氯乙烯木塑或其它木塑材料出模温度有的可高达180℃~190℃。为了使制成品获得良好的光洁度,准确的尺寸和标准几何形状,挤出定型模具必须满足以下要求:

A.定型模型腔尺寸必须满足制品外形尺寸的精度要求。

B.定型模具要具有良好均匀的热传导性。木塑制品形状千差万别,良好的热传导性能提高定型模的冷却效率,以致提高木塑制品的生产速度,更重要的是均匀的热传导是保证制品释放应力避免弯曲,提高制品内在质量的关键因素。

挤出木塑模具制造

挤出木塑模具一般选用优质不锈钢材料经煅造、热处理后进行电加工。选用材料一般有2Cr13、3Cr17、38CrMoAl、H13或进口DIN1.2316等材料。材料加工后热处理硬度须达到HRC55以上,木塑模具加工同其它材料模具的加工方法大同小异,应该特别注意的是:

①木塑材料在加工过程中对设备及模具具有很强的磨损性,这是木塑加工的一大特点。通用挤出设备及模具使用寿命在3~5年,而木塑挤出设备耐磨寿命通常只有1年左右,而模具寿命可能更短。为提高模具寿命,国内外都作了很多尝试,譬如提高模具表面硬度,减少挤出模具流道表面摩擦系数等。

②对中空形状的木塑模具制造,由于壁厚、型腔设计等因素,如何解决制成品内外冷却均匀是模具制造的关键。

国内外木塑模具差异

我国的木塑模具加工从2000年以后开始有了工业化的规模生产,但从理念、技术、装备上都与国外先进技术有着很大差距。具体表现在几个方面。

①模具材料。除国内模具材料与国外优质模具材料的价格差异外(国外大约比国内高5倍以上),在材料精炼程度、热处理的均匀性,加工过程中的精度控制上,国外材料还是占有优势。

②使用寿命。国外先进挤出木塑模具使用寿命明显高于国内挤出木塑模具,主要差异在其模具结构设计合理,材料硬度大,所以比较耐用,由此形成国内外木塑模具的使用寿命差异。

③挤出速度。国外先进的聚烯烃木塑模具挤出速度在2~6米/分钟,国内木塑模具在设备能力及材料配合合理的状况下,也仅可接近国外70%~80%的水平。但在我国的聚氯乙烯木塑模具挤出速度上与国外水平相差无几。

综上所述,虽然国内木塑产业的进步带动了木塑模具行业的发展,但由于基础的薄弱和总体水平的差距,木塑模具制造仍然存在许多亟待克服的问题。相信随着我国建筑建材行业的发展,木塑复合材料这一新兴环保材料将会得到更广泛的应用。木塑模具将会抓住机遇迎头赶上,创造更新、更美的木塑制品为建设资源节约型和环境友好型社会服务。

在其他厂家偏重模具硬件及一步法木塑挤出工艺的同时,我们更看好二步法木塑挤出工艺的未来。混料和挤出分开的二步法工艺更适合木塑挤出生产。那么我们的工艺特点是:

① 一个高质量的挤出过程需要质量稳定的原料

②采用分开的混料过程可改进型材产品的抗拉强度

③ 混料湿度可降低到1%以下

④挤出机可保证最佳的挤出量运行

⑤良好的原料保证优质的木塑挤出效果

⑥挤出操作参数稳定

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