中国船舶重工集团第716研究所(江苏连运云港 222006)王其兵
[摘要]分析了逆料挤出模型腔面硬度对制品的影响和型腔面的加工,介绍了塑烊挤出模大协同作规模定制的概念产质控中先进的检测设备.
关键词 挤出模 大规模定制 塑料异型材
1引言
　　塑钢门窗,以聚氯乙烯(PVC)树脂为主要原料,加入各种助齐经挤出成异型材,然后通过切割,熔接等方法制成门窗框,扇,配装上橡胶密土封条,毛条,五金件等附件而制成的门窗,为增加型材的刚笥,在异型材空 腔内填加钢衬,故称之为塑钢之窗.塑钢门窗是20世纪50年代末首先由西德开发而成的机关报型建筑门窗.我国塑料门,窗行业自上世纪80年代初在引进国外技术和设备的基础上,目前已发展成一个包括原材料,模具,设备,门窗附件等规模庞大的一个新兴行业.到目前为止我国塑料异型材生产线有3500余条,年生产能力达180万吨.
　　与此同时,作为行业关键技术之一的塑料异型材挤出模的开发,设计,制造也获得了长足的进步.中国船舶重工集团第716研究所杰瑞模具技术有限公司是国内最早开发,设计,制造塑料异型材挤出模的公司之一.经过十年的发展,杰瑞模具已建立了自已的计算机专家设计系统的模拟分析系统,并且已经积累了6000余套各种截面型材挤出模的CAD/CAM/CAE/CAPP/CAQ数据库。
2塑料异型材挤出模及其制造
　　（1）挤出模简介。
　　 塑料异型材挤邮模是一种通过型模具，由口模和定型模两部分组成。熔融的塑料在口模中分流，压缩，成型，然后再经由定型模分段冷却定型，负压水箱定型，逐小接近制品形状，因此挤出模的型腔是由渐变和异型面构成的复杂型腔。
　　 图1所示是一典型的模头，又叫口模，各模板以及连接头通过螺钉连接，左端连接头与挤出机连接，箭头所示方向为熔融塑料流动方向，熔体以过发散，分流，压缩通过口模1流出。
　　 图2所示为相应的定型模，各模板以及上下盖板通过螺氏连接，构成定型型腔，吸附气腔，冷却水腔。
　　 图3所示是负压冷却水箱定型图。
　　 挤出模设计在满足型材性能要求和适应物料流变特点以及强度的条件下，首先应尽量简化结构，外形尺寸应尽量小，应尽量采用标准件，通用件，这样可以降低成本。图4，图5分别是两个外形尺寸相似的王字框模头分流板结构简图。原设计如图4所示，分流板型腔被分割成20个空腔，通过螺钉与型芯连接。改进后设计为图5结构，只有一个空腔，通过键与型芯连接，结构不但得到简化，减少了加工工序，节约了大量工时，而且型芯稳定性以制品质量却得到了提高。
　　（2）挤出模零部件的加工。
　　 图6是挤出模零部件的加工工艺流程图。图7是一种挤出型材的截面简图，图8，图9，图10分别是生产图7制品模具主要零部件的结构简图。
　　 图2中定型模冷却水孔孔径为φ6.7mm和φ5mm，深240mm,若采用传统设备加工，既困难而且效率又低，杰瑞模具采用卧式深孔枪钻，解决了制造难题。图7制品壁厚2.3mm,内筋1.2mm，而口模板设计的型腔间隙小于2.3mm和1.2mm。象这样狭长间隙型腔的抛光是非常困难的，传统工艺是手工抛光，不但效率低，而且抛光不均匀。杰瑞模具采用进口挤压珩靡技术，即将柔性磨料加压注入需抛光的型腔中，使其与空腔壁完全吻合，犹如一个和型腔完全相同的柔性砂轮，在相对运动的过程中，柔性磨料暴露在外的靡粒对型腔表面作微量的切削，达到抛光的目的，如此大大地提高了生产效率，提高了产品质量。图10所示的定型模组合部装，杰瑞模具采用整体CNC慢走丝线切割，整体挤压珩磨的加工方法，消除了单个零件加工的累计误差，大大地提高了定型模型腔的精度。
　　 （3）挤出模型腔面的热处理要求。
　　 目前国内本行业热处理标准硬度值要求不低于28HRC，有些企业标准值为30HRC左右，原因是便于机加工。但挤出模光滑的型腔表面易被PVC配方中的CaCO3和TO2破坏，从而影响异型材表面质量。模具在使用一段时间后，往往有用户反映挤出的型材有色差，型材表面出现暗线或亮线，尤其是模具用户在PVC配方中外润滑的用量不够以及CaCO3粒径，含量较大时，后果更为严重。杰瑞模具将型腔面硬度值提高了4～8HRC，型材表面质量就大为改善。笔者根据多年实践经验认为，热处理调质硬度值为42HRC左右是可行的（当然，有条件的企业还可以对挤出模型腔表面进行化学处理，表面硬度可达60HRC左右），这样既不增加机加工的难度，又能提高挤出模的使用寿命，也提高了异型材的表面质量。因此建议一方面行业标准应提高其硬度值，另一方面挤出模制造企业标信应高于行业标准值，以提高模具质量。
　　 （4）大规模定制生产。
　　 目前顾客对挤出模交货期，介格和质量的要求越来越高，为了在尽可能短的周期内，以较低的成本，生产出能满足用户个性化要求的挤出模，要求在企业群中实施大规模定制生产。所谓大规模定制（Mass Customization,简称MC）是根据用户的特殊要求，以大批量的效率提供制产品的一种先进制造模式。其目的是既能使产品满足客户个性化的要求，又能使产品的成本和交货期与大批量生产的产品相同或接的。它需要合作良好，反应快速的供需链支抚持。按定单大规模定制不仅仅是一个新的设计方法，制造过程，物流系统或营销战略，而且正在成为21世纪公司的组织原则，就像大批量生产是20世纪的公司组织原则一。
　　 之所以要实施大规模定制生产，是因为每个企业不可能是全能的，只有充分发挥各个企业的核心优势，组建动态联盟，才能解决大规模定制中的两难问题，实现买方和卖方的“双赢”。在大规模定制模式中，挤出模制造企业不再是孤立个体，而是社会化大系统中的一个成员，以企业集成的形式，通过合作与况争，参与到敏捷借供应链中。
3挤出模的检测
　　 目前业内模具企业的质量控制不少还停留在事后检验阶段，检验的方法和物段还比较落后，检验器具简陋，有些曲面，异型腔等部分根本无法检验，这样就埋耳了质量隐患。使用先进的检测手段和检具，无疑对保证模具的制造质量有着重要的意义，这里简述一下笔者所了解的在挤出模加工中使用的有关设备。
　　 （1）机械三坐标仪。价格相对较低，应用也比较广泛，如杰瑞模具引进的专用三坐标仪，用于三维测量，但测量速度较慢，一个具有复杂曲面的零件是很难用机械三坐标仪来逐点实现三维数字化的.
　　 （2）CT和MRI。CT和MRI以前广泛用于医疗诊断，目前已开始用于制造业，它们通过断层扫描采集数据，但设备成本和运行成本都很贵，而且只能浊量小零件，零件材料也有限制，因此应用并不广泛。
　　 （3）激光三维数字化仪，可以采用点扫描，线扫描和面扫描来采集数据，目前用得较多的是点扫描和线扫描，比如美国产的Digibot Ⅱ点扫描数字化仪和Cyberware三维彩色线扫描数字化仪。DigibotⅡ是一种全自动，无接触，小型四轴激光扫描仪，它最大的特点是设备体积小，可测量零件的最大体积较大，可测量体积最大为φ457mm×457mm,适用于精密，具有复杂表面和起伏较大的挤出模零件的测量。其测量精度很高，分辨率为±0.05mm,X，Y，Z工作台的移动分辨率为±0.05mm,轴动分辨为0.004°。设备体积仅为1118mm×711mm×762mm，放在桌面即可，无特殊安装要求。数据输出格式多样，包括IGES，STL，DXF，ASCⅡ，VDA，DBJ，G-Gode等，这些都是通过专用软件与CAD/CAM软件的接口实现的。
　　 （4）自动断层扫描仪（SCSS）。该系统采用材料逐层去除与逐层光扫描相结合的方法，可以快速，自动，准确地测量零件的三维数据，该系统可使具有复杂内部结构零件的再生工程，开发费用大大降低，开发时间大大缩短，与激光三维数字化仪不同，SCSS能同时测量零件的表面和内部结构数据，还能同是测量多个同材料的零件。可测量的材料包括所有的铝合金，塑料，钢，铸铁，铜及其合金，不锈钢以及木头制品等。由于扫描过程是全自动的，可以在下班前开始扫描，次日上班时取数据，然后再进行数据处理。国内有些企业技术中必，生产力促进中心，快速成型中心已经使用了SCSS。
　　 三维数字化仪一般都带有数据后处理软件，这些软件能显示数据，并可对曲面模型时进行过滤，平滑，修整，测量，衔接，移动，延伸，组合，镜象，分析和编辑。得到的扫描数据通常还可以通过专门软件包来处理，这对于仿制，新品开发很实用。
　　 挤出模内腔复杂，而外形简单，结合面几乎都是矩形平面。要求较高的平面一般有症面度，平行度，垂直度，粗糙度等要求，这些都需专门的仪器或仪表测量，仅仅用游标卡尺或目测是远远不够的。
　　 当然，除了先进的装备之外，质量控制最重要的就是要建立高效的质量管理体系标准，工作标准以及技术标准等，不断提高咒工素质以及质量意识。每个员工（从董事长，总经到普通职工）都与质量有关，质量不仅是质检部门的事，往往董事长，总经理等公司决策层，管理层由于决策，经营失误给质量造成的损失远比一线职工制造一个报废零件造成的损失大。