在擠出成型技術(shù)中，模頭設(shè)計(jì)是其中一個(gè)重要環(huán)節(jié)，擠出模頭的設(shè)計(jì)影響著生產(chǎn)效率渤昌、制品精度、模具壽命走搁、模具生產(chǎn)周期和模具成本等諸多因素独柑，因而研究擠出模頭設(shè)計(jì)尤為重要。塑料異型材擠出成型過程非常復(fù)雜私植，是一個(gè)連續(xù)的模塑成型過程忌栅，涉及到高分子材料熔體流變學(xué)、熱力學(xué)曲稼、摩擦學(xué)索绪、機(jī)械學(xué)等多種學(xué)科，加之?dāng)D出異型材截面復(fù)雜多變贫悄，因而擠出模的設(shè)計(jì)相對于其它塑料成型模具的設(shè)計(jì)更為困難瑞驱。

　　1.擠出模設(shè)計(jì)理論和思想方面的研究

　　歐洲特別是德國是塑料門窗異型材的發(fā)祥地，塑料擠出技術(shù)和理論也比較發(fā)達(dá)窄坦，許多擠出模的設(shè)計(jì)思想都源于此唤反。著名的橫向流動最小化（Cross Flows Minimized）原則。認(rèn)為熔體流過一系列的截面鸭津，把截面再分為不同的小段旧搔，通過調(diào)整截面形狀尺寸，使截面上各個(gè)區(qū)域上的質(zhì)量流率成比例，其比例大小為該截面區(qū)域占截面總面積之比侣赘。該思想比較經(jīng)典，與擠出模機(jī)頸段建模方法中的面積測繪法有異曲同工之妙涝猩。

　　進(jìn)一步發(fā)展了這種思想频澜，總結(jié)了調(diào)節(jié)流動平衡的方法和數(shù)值分析的三種途徑，討論了橫截面計(jì)算和單獨(dú)流動對擠出流動的影響期司。

　　波蘭Sarsaw 理工大學(xué)的K.Wilczynski在《A computer model for a polymer single-screw extrusion》中提出了一個(gè)針對單螺桿擠出成型過程的計(jì)算機(jī)模型SSEM试授。SSEM能模擬擠出成型的全過程，可根據(jù)給定的工藝參數(shù)預(yù)測流動特性闭廊。在實(shí)驗(yàn)中對其設(shè)計(jì)及模擬的正確性進(jìn)行了檢驗(yàn)辈畜，試驗(yàn)對比顯示模擬結(jié)果與實(shí)測數(shù)據(jù)相差4%～10%，其設(shè)計(jì)具有較高的可信度典义。

　　英國Dundee大學(xué)的G S H Chan和K K B Hon在《Integration of computing techniques for plastics extrusion die design》中介紹了他們應(yīng)用DUCT軟件根據(jù)給定的模頭進(jìn)口截面與模頭出口截面尺寸自動生成流線型擠出流道洽腊。為使DUCT軟件設(shè)計(jì)簡單，文獻(xiàn)中作了兩個(gè)假設(shè)藕各，即模頭進(jìn)口截面形狀恒為圓形和模頭出口截面尺寸等于異型材產(chǎn)品截面尺寸池摧，即不考慮離模膨脹問題。文中總結(jié)了以前兩種生成流道的常規(guī)算法激况，對其作了巧妙的修改與組合作彤，思路非常新穎。

　　Queen's University of Belfast的Sun Da-Wen和華南理工大學(xué)的彭玉成指出乌逐，目前異型材擠出制品應(yīng)用很廣竭讳，但其模具設(shè)計(jì)很復(fù)雜，現(xiàn)有的文獻(xiàn)介紹實(shí)際設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的很少浙踢，因而他們在《Practical method to design hollow profile dies》中提出了一種簡單的設(shè)計(jì)異型材擠出流道輪廓的方法绢慢，其依據(jù)條件是熔體在擠出模模頭出口流速一致，該方法利用過渡線理論（transitional line method）與變流道厚度法理論（variable channel thickness method）對組成整個(gè)擠出流道的每一塊模塊型腔輪廓進(jìn)行計(jì)算洛波，并且在設(shè)計(jì)中考慮了各模塊組合成整體型腔的平衡問題呐芥。

　　擠出脹大和流動平衡是擠出模設(shè)計(jì)中必須考慮的兩個(gè)主要問題。現(xiàn)有文獻(xiàn)給出的擠出脹大數(shù)據(jù)主要是基于乙烯基塑料的毛細(xì)管測量結(jié)果奋岁，不能直接用于熱塑性工程塑料思瘟，而CAE技術(shù)的發(fā)展雖然可以定量分析擠出流動平衡問題，但現(xiàn)有技術(shù)還很難求解高剪切率下的黏彈性問題槽邮。為此耻胖，美國的Wang, H P等人提出了半經(jīng)驗(yàn)（Semi-empirical approach）擠出模設(shè)計(jì)方法，該方法把實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬有機(jī)結(jié)合起來调捍，具有較強(qiáng)的實(shí)用性肌顾。

　　加拿大的Hurez, P等人提出可一種用于復(fù)雜型材擠出模設(shè)計(jì)的新方法，該方法可以應(yīng)用于有多個(gè)分支的擠出流道，也就是在平直段部分冕盅，各個(gè)分支流道是獨(dú)立的漆逐，不會互相干擾。采用網(wǎng)格逼近（Network Approach）和橫截面法（Cross-Section Method）的混和法, 解決擠出流動的逆問題宇颊，即給定流動平衡條件撬替，來確定模具拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如平直段長度和收斂角等传悍。

　　美國的Charbonneaux, Thierry G在對片材和板材擠出進(jìn)行回顧時(shí)梦柬，對比分析了T型模、衣架型模和魚尾型模三種模具各自的優(yōu)缺點(diǎn)幻狈，提出了應(yīng)用最小停滯時(shí)間分布原則設(shè)計(jì)片材擠出模的思想磺送。Kloehn, W也提出了在復(fù)合共擠時(shí)采用使各組分層具有相同的模內(nèi)停留時(shí)間，和根據(jù)不同情況優(yōu)化模內(nèi)停留時(shí)間的設(shè)計(jì)思想灿意。

　　鄭州大學(xué)的申長雨估灿、陳靜波等人在塑料異型材擠出模CAE方面做了很多有意義的工作，相繼發(fā)表了《塑料異型材擠出模頭內(nèi)流動的數(shù)值模擬》缤剧、《塑料型材擠出模具CAE技術(shù)》等多篇文章甲捏。他們在對擠出模頭內(nèi)的流動行為進(jìn)行適當(dāng)簡化和假定的基礎(chǔ)上，建立了擠出模頭內(nèi)流動分析的數(shù)學(xué)模型鞭执。在其文獻(xiàn)中介紹了一種基于橫截面法司顿、假想?yún)^(qū)域法和流動路徑法混合的異型材擠出成型中熔體流動平衡的分析方法，可用于確定具有多個(gè)分支流道兄纺、截面復(fù)雜的異型材擠出模模頭出口處物料的平均流速大溜，幫助設(shè)計(jì)者判斷擠出模模頭流道設(shè)計(jì)是否合理，計(jì)算量較小估脆，適于工程實(shí)際應(yīng)用钦奋。

　　另外，北京化工大學(xué)的朱復(fù)華和華南理工大學(xué)彭玉成等人在聚合物加工可視化技術(shù)疙赠、擠出成型基礎(chǔ)理論及應(yīng)用方面進(jìn)行了大量的研究付材，為擠出模的設(shè)計(jì)提供了理論參考。加拿大COMPUPLAST公司在1998年推出的有關(guān)螺桿設(shè)計(jì)與擠出模模頭設(shè)計(jì)的軟件FLOW2000就用到了朱復(fù)華鼠废、彭玉成等人的某些理論成果帜焰。

　　2.擠出模具設(shè)計(jì)優(yōu)化方面的研究

　　塑料異型材質(zhì)量的好壞很大程度上取決于模頭流道形狀，因而對擠出模頭設(shè)計(jì)的研究工作很大部分集中在擠出流道的優(yōu)化設(shè)計(jì)上络蜘。主要如下：

　　韓國的Lee Tai-yong在《Shape optimization of polymer extrusion die by three-dimensional flow simulation》中提出了基于三維流動模擬的衣架型擠出模優(yōu)化設(shè)計(jì)方法味爷。他采用三次樣條插值構(gòu)建流道模型，以插值點(diǎn)的流道高度為設(shè)計(jì)變量与沪，以模頭出口處流率的均勻分布為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)嫩属，建立優(yōu)化模型并對分析結(jié)果進(jìn)行了討論阎恒。

　　一種對魚尾型流道進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的新策略，其優(yōu)化目標(biāo)為流道壓力降最小和沿幅寬方向流率均勻分布瞄惑。分析結(jié)果顯示棺厚，對于特定的材料和特定縱橫比的截面，存在一個(gè)過渡區(qū)長度和擴(kuò)散角的最佳組合漓楣。

　　把片材擠出的尺寸穩(wěn)定性作為拉伸率的函數(shù)進(jìn)行了分析离钱，假定片材在擠出模與冷卻輥之間保持其矩形截面，熔體為牛頓流豌熄。線性分析結(jié)果顯示，當(dāng)拉伸率超過一個(gè)通過實(shí)驗(yàn)得出的臨界值時(shí)物咳，系統(tǒng)是線性不穩(wěn)定的锣险。

　　鄭州大學(xué)的余曉容、申長雨览闰、劉春太等人在對衣架式模頭熔體流動機(jī)理進(jìn)行系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上 ,對衣架式模頭中熔體的流動行為進(jìn)行了合理的假設(shè)和簡化 ,采用Hele -Shaw流動模型和冪率粘度模型 ,建立了衣架式模頭內(nèi)的非彈性芯肤、非牛頓熔體在等溫條件下流動數(shù)學(xué)模型 ,將靈敏度分析理論與成型模擬技術(shù)結(jié)合運(yùn)用于衣架式模頭流道優(yōu)化設(shè)計(jì)中 ,降低了衣架式模頭的出口橫向速率變化率。此外压鉴，申長雨等人還采用表征值方法崖咨，根據(jù)等壓線平行于模唇的流動模式，考慮歧管斜率的影響油吭，對衣架式模頭圓形截面歧管系統(tǒng)的設(shè)計(jì)公式進(jìn)行了改進(jìn)击蹲，不但使模頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與材料性能和流率無關(guān)，而且修正了以前文獻(xiàn)中對歧管斜率的忽略所造成的流率分配誤差婉宰，使流動均勻性指數(shù)增加到1歌豺。

　　于希明和汪建萍根據(jù)聚合物加工流變學(xué)理論，基于物料滯留時(shí)間的解析公式計(jì)算內(nèi)流道參數(shù)并對其進(jìn)行優(yōu)化心包，設(shè)計(jì)出了適合于HDPE平模的衣架型寬幅模模頭宁路。

　　北京化工大學(xué)的張冰、江波和許澍華等人則闡述了淚滴型歧管衣架機(jī)頭流道優(yōu)化計(jì)算原理和壓力分布模擬計(jì)算的方法辛辱，編制了CAE軟件包猩肪。討論了流道主要參數(shù)對擠出壓力分布均勻性的的影響，并將該計(jì)算模塊應(yīng)用于實(shí)踐唱忠。

　　一種針對純粘性非牛頓流穩(wěn)態(tài)加工過程的靈敏性分析和設(shè)計(jì)優(yōu)化的框架模型旷糟。優(yōu)化目標(biāo)為流道總壓力降最小和模具出口處熔體速度沿模具寬度方向的分布均勻。求解壓力場的非線性公式采用Newton-Raphson跌代方法計(jì)算临卿，設(shè)計(jì)靈敏性分析采用伴隨矩陣分析和最優(yōu)梯度法狸岁，整個(gè)分析過程是基于有限元方法進(jìn)行的。

　　一種擠出模形狀優(yōu)化設(shè)計(jì)的新方法卒割，最優(yōu)化設(shè)計(jì)變量靠遺傳算法導(dǎo)引泛滔，而其最優(yōu)值的求解是基于一個(gè)有限元分析模型。在對模具形狀進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，可以采用不同的目標(biāo)函數(shù)寡花。

　　Cunha掐划，A G在《Optimization of polymer extrusion with genetic algorithms》中指出，塑料擠出模的設(shè)計(jì)優(yōu)化過程是基于“trial and error”這樣一個(gè)非常低效的步驟昼钻，而更為有效的方法是求解其逆問題掸屡，即確定擠出條件以便產(chǎn)生渴望得到的結(jié)果。其中一個(gè)可供選擇的策略是通過反復(fù)迭代求解擠出過程的正問題來最優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)然评。

　　對給定的一組規(guī)格仅财，則設(shè)置擠出的操作狀況或建立螺桿合適的幾何可以作為一個(gè)在非凸空間里搜索其解的優(yōu)化問題來處理。

　　Caneiro碗淌，O S等人在《Computer aided rheological design of extrusion dies for profiles》中對擠出模的流變學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)問題盏求，提出了許多新的思路和方法，如在異型材擠出模具的壓縮段與平直段之間加入了一個(gè)預(yù)成型段亿眠，以使型材截面上各個(gè)子區(qū)域可以具有不同的平直段長度碎罚，以達(dá)到調(diào)整流動均勻性的目的；根據(jù)研究內(nèi)容和目標(biāo)的不同纳像，研究對象的區(qū)域也不同等荆烈。該方法采用的是有限體積法，在優(yōu)化分析時(shí)只考慮平直段長度一個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)竟趾，這對于復(fù)雜多變的擠出模流道設(shè)計(jì)來說是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的憔购。

　　德國的Michaeli, W等人在《Computer-aided optimization of extrusion dies》中介紹了一個(gè)利用新的方法優(yōu)化復(fù)雜擠出模具設(shè)計(jì)的程序，這種新方法把有限元分析和網(wǎng)絡(luò)理論結(jié)合起來（Combination of FEA and Network Theory）回象，可以加速設(shè)計(jì)優(yōu)化過程王菲，而且程序能夠給用戶提示決定在哪里和如何修改流道結(jié)構(gòu)以達(dá)到最佳的速度分布。

　　合肥工業(yè)大學(xué)的朱元吉等人在擠出模具CAD和設(shè)計(jì)優(yōu)化方面做了較多探索蔼邓，他們以擠出模頭出口處型材截面上的最大壓力差為目標(biāo)函數(shù)羽矮，以模具結(jié)構(gòu)參數(shù)為設(shè)計(jì)變量，建立了優(yōu)化數(shù)學(xué)模型侨懈。該文首次系統(tǒng)地把優(yōu)化設(shè)計(jì)理論與擠出設(shè)計(jì)結(jié)合起來痪蚤，對我國擠出模具優(yōu)化設(shè)計(jì)理論與實(shí)踐的發(fā)展具有重要意義。

　　華中理工大學(xué)的郭志英凄系，陳興和李德群等人以最大生產(chǎn)效率（體積流量）為優(yōu)化目標(biāo)穴肄，以模頭內(nèi)壓力降為約束函數(shù)對一些簡化型材模型進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)研究。

　　江蘇理工大學(xué)的楊超君等在假定流道壓縮段的流動仍為一維流動的前提下量票，根據(jù)塑料熔體流變學(xué)理論人度，推導(dǎo)出了中空異型材擠出模頭中塑料熔體流動的均勻性公式，并提出了兩種提高熔體流動均勻性的途徑来讯。

　　南昌大學(xué)的柳和生和鄭州大學(xué)的申長雨等都提出了基于流率平衡的設(shè)計(jì)原則拉氧，以流動平衡為目標(biāo)研究了擠出模的設(shè)計(jì)優(yōu)化問題壳坪。柳和生教授對一些簡單型材基于一維流動進(jìn)行了流動平衡分析，并提出了一些工程設(shè)計(jì)的改進(jìn)措施掰烟。

　　四川聯(lián)合大學(xué)的申開智等人以片材或板材的衣架型擠出模頭為研究對象爽蝴，在作出一些假設(shè)和簡化的基礎(chǔ)上建立了流動數(shù)學(xué)模型，分析了相關(guān)參數(shù)對流動的影響纫骑，并開發(fā)出了衣架型模頭優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件蝎亚。

　　在金屬擠壓模具的設(shè)計(jì)優(yōu)化以及擠壓變形規(guī)律研究方面，國內(nèi)外學(xué)者的研究比較多先馆，相對比較成熟发框，其研究方法可以作為借鑒。其中煤墙，美國鋁業(yè)公司的Patrick Ulysse在這方面的研究比較突出梅惯。他曾提出了基于流動平衡的擠壓模優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，把有限元分析方法和數(shù)學(xué)規(guī)劃結(jié)合起來番捂，進(jìn)行了目標(biāo)函數(shù)對設(shè)計(jì)變量的靈敏性分析个唧。

　　另外江解，四川聯(lián)合大學(xué)的唐志玉教授對我國擠出模的設(shè)計(jì)设预、技術(shù)推廣和教學(xué)方面做了很多奠基性的工作，在其多本著作中對擠出成型基本理論和擠出模設(shè)計(jì)方法等方面做了詳細(xì)論述废筒。

聲明：本網(wǎng)站所收集的部分公開資料來源于互聯(lián)網(wǎng)焦忌，轉(zhuǎn)載的目的在于傳遞更多信息及用于網(wǎng)絡(luò)分享，并不代表本站贊同其觀點(diǎn)和對其真實(shí)性負(fù)責(zé)棉挤，也不構(gòu)成任何其他建議绳粮。本站部分作品是由網(wǎng)友自主投稿和發(fā)布、編輯整理上傳岳扒，對此類作品本站僅提供交流平臺需天，不為其版權(quán)負(fù)責(zé)。如果您發(fā)現(xiàn)網(wǎng)站上所用視頻掘叫、圖片猩禀、文字如涉及作品版權(quán)問題，請第一時(shí)間告知洒屡，我們將根據(jù)您提供的證明材料確認(rèn)版權(quán)并按國家標(biāo)準(zhǔn)支付稿酬或立即刪除內(nèi)容躯橡，以保證您的權(quán)益！聯(lián)系電話：010-58612588 或 Email:editor@mmsonline.com.cn查奉。