CN105965841B - 一种聚合物逆向挤出口模设计的实验装置及其实验方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种聚合物逆向挤出口模设计的实验装置及其试验方法，其包括第一壳体、第二壳体和限位装置，所述第一壳体具有第一挤压面，所述第二壳体具有第二挤压面，所述第一挤压面和所述第二挤压面分别用于与聚合物平板的相对两面接触，所述第一壳体设置有加压腔室以及与所述加压腔室相连通的加压口，所述第二壳体具有容置腔室，所述容置腔室与所述加压腔室连通，所述限位装置设置于所述容置腔室，所述限位装置与所述第二挤压面之间设置有用于安装模具的安装腔。本申请提供的这种实验装置在进行聚合物逆向挤出口模设计时，无需进行复杂的数值模拟，仅通过简单的机械操作和测量运算，即可得出口模设计的轮廓参数，便于挤出模具设计工程师使用。

Description

一种聚合物逆向挤出口模设计的实验装置及其实验方法

技术领域

本发明涉及模具设计领域，具体而言，涉及一种聚合物逆向挤出口模设计的实验装置及其实验方法。

背景技术

口模是挤出模具中最为重要的部件，口模的尺寸和精度直接影响挤出模具加工的产品的质量。通常，口模主要分为压缩段和平直段，而平直段的设计参数是决定口模是否达标的关键因素。

通常，现有的聚合物挤出模具的口模设计反复试验主要有正向口模设计和逆向口模设计两类。正向口模设计是采用试错法反复试验来优化挤出模具口模和流道轮廓。虽然该方法可以有效减小材料的挤出形变，但由于挤出胀大效应的存在，并不能消除挤出形变，仍需通过后续定型冷却环节进行纠正。而逆向口模设计是通过对挤出胀大和挤出形变进行预测并给予相应的预变形，从而避免挤出模具设计时使用试错法带来的反复试模修模的过程。

目前，聚合物挤出模具的逆向口模设计，主要是采用数值仿真技术和迭代方法对挤出胀大和挤出形变进行微补偿，最终得到符合要求的挤出口模轮廓参数。这种方法需要对材料的流变学特性、工艺条件、数值仿真技术有着足够的了解，并通过数值优化技术或者ANSYSPoyflow独有的逆向口模设计技术才能完成。但是其求解过程耗时长、收敛性差，且必须是经验丰富并具有很好的有限元理论的工程师才可以进行，而实际从事相关设计工作的人员往往无法满足要求。

发明内容

本发明提供了一种聚合物逆向挤出口模设计的实验装置，旨在改善现有的口模设计的求解过程耗时长、难度大的问题。

本发明是这样实现的：

一种聚合物逆向挤出口模设计的实验装置，包括第一壳体、第二壳体和限位装置，第一壳体具有第一挤压面，第二壳体具有第二挤压面，第一挤压面和第二挤压面分别用于与聚合物平板的相对两面接触，第一壳体设置有加压腔室以及与加压腔室相连通的加压口，第二壳体具有容置腔室，容置腔室与加压腔室连通，限位装置设置于容置腔室，限位装置与第二挤压面之间设置有用于安装模具的安装腔。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述限位装置为限位平板，限位平板可拆卸的连接于第二壳体。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述实验装置还包括导柱，第二壳体固定设置于导柱的一端，第一壳体滑动套设于导柱的另一端。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述实验装置还包括加热装置，加热装置设置于加压腔室并用于给聚合物平板加热。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述实验装置还包括用于控制加压腔室内压力的保压系统，限位装置在靠近加压腔室的一侧设置有压力传感器，压力传感器与保压系统电性连接。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述加压口开设于第一壳体的侧壁，并与限位装置相对。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述第一挤压面在与聚合物平板相接触的位置设置有密封件。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述第二挤压面在与聚合物平板相接触的位置设置有密封件。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述密封件为压边圈。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述第二壳体在靠近安装腔的一侧设置有安装板，模具可拆卸连接于安装板。

一种聚合物逆向挤出口模设计的实验方法，实验方法采用上述的聚合物逆向挤出口模设计的实验装置，其包括：

安装步骤：将具有型腔的模具安装在安装腔，型腔为通孔；再将聚合物平板加热至预设温度，预设温度比聚合物平板的材料的熔融温度低20－50℃；将加热后的聚合物平板放置于第一挤压面和第二挤压面之间，并使型腔位于聚合物平板与限位装置之间；

成型步骤：从加压口给加压腔室内充入压缩气体，随后当聚合物平板与限位装置相接触时停止加压，冷却得到成型件；

测量和重构的步骤：采集成型件的轮廓数据，再对所得到的轮廓数据进行逆向重构。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述成型件具有成型面，成型面在成型步骤中与限位装置相接触，测量和重构的步骤为：采集成型面的轮廓数据，再对所得到的轮廓数据进行逆向重构。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述压缩气体的温度为0－10℃。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述压缩气体为惰性气体。

本发明的有益效果是：本发明通过上述设计得到的聚合物逆向挤出口模设计的实验装置，第一壳体和第二壳体均为中空结构，使用时，第二壳体固定，第一壳体能够相对于第二壳体做靠近或者远离的运动。第一挤压面和第二挤压面之间放置有聚合物平板，并与聚合物平板相互挤压，使聚合物平板与第一壳体的内侧壁围合成相对封闭的加压腔室。同时，聚合物平板与第二壳体的内侧壁围合成容置腔室，容置腔室内设置有与聚合物平板相对应的限位装置，在进行模具的口模设计时，将模具安装于安装腔，并使模具的型腔位于限位装置与聚合物平板之间。

本申请提供的这种实验装置结构简单，容易加工，在进行聚合物逆向挤出口模设计时，原理清晰，操作简单，且无需对产品的流变性能进行测试，也无需进行复杂的数值模拟，仅通过简单的机械操作和测量运算，即可得出口模设计的轮廓参数，便于挤出模具设计工程师使用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明实施方式中提供的聚合物逆向挤出口模设计的实验装置的结构示意图；

图2是本发明实施方式中提供的聚合物逆向挤出口模设计的实验装置中模具的结构示意图。

图中标记分别为：

实验装置100；第一壳体110；第一挤压面111；密封件112；加压腔室113；加压口114；加热装置115；第二壳体120；第二挤压面121；容置腔室122；限位装置124；限位面125；压力传感器126；安装腔127；聚合物平板130；导柱140；模具150；型腔151；出口153；入口154。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“长度”、“后”“顶”、“底”、“内”、“外”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例1，参照图1和图2所示，

本实施例提供一种聚合物逆向挤出口模设计的实验装置100，如图1所示，实验装置100包括第一壳体110、第二壳体120和限位装置124。第一壳体110与第二壳体120均为中空结构且相对设置。第一壳体110和第二壳体120的形状可以是四边体、圆柱体、棱柱体，在本实施例中，第一壳体110和第二壳体120的形状均为圆柱体。安装该实验装置100时，第二壳体120固定，第一壳体110能够相对于第二壳体120做靠近或者远离的运动。当然，也可以相反设置，即第一壳体110固定，第二壳体120相对与第一壳体110运动。

在进行试验时，第一壳体110与第二壳体120之间放置有聚合物平板130。具体地，第一壳体110具有第一挤压面111，第二壳体120具有第二挤压面121，第一挤压面111和第二挤压面121分别用于与聚合物平板130的相对两面接触。第一挤压面111和第二挤压面121同时对聚合物平板130进行挤压，将聚合物平板130的边缘相对固定的限制在第一壳体110与第二壳体120之间。

第一壳体110设置有加压腔室113，在进行试验时，加压腔室113为聚合物平板130与第一壳体110的内侧壁围合而成的相对密闭的空腔。在第一壳体110的侧壁上开设有加压口114，加压口114与加压腔室113相互连通。为了使聚合物平板130在压力下变形容易，加压口114开设于第一壳体110的侧壁并与限位装置124相对。

第二壳体120具有容置腔室122，在进行试验时，容置腔室122为聚合物平板130与第二壳体120的内侧壁围合而成的空腔。限位装置124设置于容置腔室122内。限位装置124与聚合物平板130相对应，限位装置124与聚合物平板130之间设置有用于安装模具150的安装腔127。在进行模具150的口模设计时，将模具150安装于安装腔127内，并使模具150的型腔151位于限位装置124与聚合物平板130之间。

在本实施例中，模具150直接与安装腔127室的内侧壁可拆卸连接。模具150的型腔151与聚合物平板130相对应。该连接方式为卡接、铆接、螺纹连接等。在本申请的其它实施例中，第二壳体120在靠近安装腔127的一侧设置有安装板(图未示)，模具150可拆卸的连接于安装板。模具150的型腔151与聚合物平板130相对应。

本实施例提供的实验装置100可以用于对各种不同形状的模具进行口模设计。本实施例中，以如图2所示的模具150为例，阐明该实验装置的结构及用法。

如图2所示，模具150具有与型腔151连通的入口154和出口153，在安装模具150时，将入口154靠近聚合物平板130设置的方位，将出口153靠近限位装置124。当加热后的聚合物平板130在加压腔室113压力作用下，聚合物平板130发生形变，从模具150的入口154进入后再经过模具150的出口153，并与限位装置124接触。限位装置124的设置阻止了聚合物平板130继续朝向容置腔室122内部进行形变。

在本实施例中，限位装置124为限位平板，限位平板的端部可拆卸的连接于第二壳体120的内侧壁。这种可拆卸连接的方式为螺纹、卡扣、磁吸连接等。限位平板具有限位面125，限位面125位于加压腔室113所在的一侧。在进行口模设计时，加热后的聚合物平板130在加压腔室113压力的作用下发生形变，继而穿过模具150的型腔151，与限位装置124的限位面125接触，停止形变。在本申请的其他实施例中，在限位平板的底部还设置了固定座(图未示)，限位平板通过固定座相对固定的设置于容置腔室122内。

在本实施例中，实验装置100还包括导柱140，导柱140具有相对光滑的外表面，第二壳体120固定设置于导柱140的一端，第一壳体110滑动套设于导柱140的另一端。当需要放置聚合物平板130和模具150等实验件时，使第一壳体110向着远离第二壳体120的方向移动。待放置好实验件后，再将第一壳体110靠近第二壳体120运动，使第一挤压面111和第二挤压面121同时挤压聚合物平板130。此处设置的导柱140具有导向作用，能够避免第一壳体110与第二壳体120在相对运动的过程中相互错位。在本申请的其他实施例中，第一壳体110固定设置于导柱140的一端，第二壳体120滑动套设于导柱140的一端。

为了使加压腔室113的密闭性更好，在本实施例中，第一挤压面111在与聚合物平板130相接触的位置设置有密封件112。该密封件112可以为压边圈，也可以为弹性垫片。在本申请的其他实施例中，为了使聚合物平板130在挤压的时候不移位，同时也在第二挤压面121与聚合物平板130相接触的位置设置了密封件112。

该实验装置100在进行口模设计时，需要将聚合物平板130加热，即先将聚合物平板130加热至预设温度，再将加热好的聚合物平板130放置于第一挤压面111和第二挤压面121之间。为了使操作更简便，在本实施例中，在该实验装置100中还设置有加热装置115，该加热装置115设置于加压腔室113内，并能够通过远程加热使聚合物平板130到达预设温度，便于其在压力的作用下挤出形变。在本实施例中，该加热装置115优选为红外线加热装置，这种加热装置能够对聚合物平板130进行均匀加热。在本申请的其它实施例中，也可以使用其它能够满足实际需求的加热装置115。

此外，该实验装置100还包括保压系统(图未示)和压力传感器126。压力传感器126设置于限位装置124靠近加压腔室113的一侧，压力传感器126与保压系统电性连接，保压系统能够控制加压腔室113内的压力。当聚合物平板130在挤出变形时穿过模具150的型腔151，并与限位装置124接触时，位于限位装置124上的压力传感器126在受到聚合物平板130的压力时即会发出信号，保压系统接收到该信号后即停止往加压腔室113注入压缩空气，使加压腔室113内的压力保持相对恒定状态。

本申请提出的这种实验装置100结构简单，容易加工，在进行聚合物逆向挤出口模设计时，原理清晰，操作简单，且无需对产品的流变性能进行测试，也无需进行复杂的数值模拟，仅通过简单的机械操作和运算，即可得出口153模设计的轮廓参数，便于挤出模具设计工程师使用。

实施例2参照图1和图2所示，

本实施例提供一种聚合物逆向挤出口模设计的实验方法，通过使用实施例1提供的实验装置100能够实现该实验方法。实验装置100如图1和图2所示。该实验方法包括安装步骤、成型步骤、以及测量和重构的步骤。该实验方法操作简单，极大的降低了模具设计工程师在进行口模设计时的工作难度。

安装步骤：

首先将具有型腔151的模具150安装在安装腔127。需要说明的是，该模具150的型腔151为通孔，该通孔具有入口154和出口153，入口154与加压腔室113相邻，出口153与限位装置124相邻。

再将聚合物平板130加热至预设温度。此处，预设温度比聚合物平板130的材料的熔融温度低20－50℃；比如，实验所选用的聚合物平板130的材料的熔融温度为150℃，该预设温度即为100－130℃。

随后再将加热至预设温度的聚合物平板130放置于第一挤压面111和第二挤压面121之间，并使第一挤压面111和第二挤压面121与聚合物平板130呈相互挤压的状态，同时使型腔151位于聚合物平板130与限位装置124之间。

成型步骤：

从加压口114给加压腔室113内充入压缩气体；随后当聚合物平板130与限位装置124相接触时停止加压，冷却得到成型件。该成型件与限位装置124相接触的一面为成型面。

该压缩气体可以为空气，也可以为惰性气体。在本实施例中选用惰性气体，从而避免聚合物平板130在高温下被氧化。同时，为了加速聚合物平板130的冷却成型，该压缩气体的温度为0－10℃的范围内。为了得到更好的冷却效果，在本实施例中，该压缩气体的温度为0℃。

测量和重构的步骤：

待成型件加工好后，将其从实验装置100内取出，采用数字化测量装置采集成型件的轮廓数据，随后再利用CAD/CAM软件，如Catia、UG等，对所得到的轮廓数据进行逆向重构，以得到更加精确的口模的轮廓参数。

在本申请的其他实施例中，也可以直接采用数字化测量装置采集成型面的轮廓数据，随后再利用CAD/CAM软件对成型面进行逆向重构，得到口模的轮廓参数。

该实验方法，原理清晰，操作简单，且无需对产品的流变性能进行测试，也无需进行复杂的数值模拟，仅通过简单的机械操作和运算，即可得到口模设计的轮廓参数，便于挤出模具设计工程师使用。

以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种聚合物逆向挤出口模设计的实验装置，其特征在于，包括第一壳体、第二壳体、限位装置和加热装置，所述第一壳体具有第一挤压面，所述第二壳体具有第二挤压面，所述第一挤压面和所述第二挤压面分别用于与聚合物平板的相对两面接触，所述第一壳体设置有加压腔室以及与所述加压腔室相连通的加压口，所述第二壳体具有容置腔室，所述容置腔室与所述加压腔室连通，所述限位装置设置于所述容置腔室，所述限位装置与所述第二挤压面之间设置有用于安装模具的安装腔；所述加热装置设置于所述加压腔室并用于给所述聚合物平板加热。

2.根据权利要求1所述的聚合物逆向挤出口模设计的实验装置，其特征在于，所述限位装置为限位平板，所述限位平板可拆卸的连接于所述第二壳体。

3.根据权利要求1所述的聚合物逆向挤出口模设计的实验装置，其特征在于，所述实验装置还包括导柱，所述第二壳体固定设置于所述导柱的一端，所述第一壳体滑动套设于所述导柱的另一端。

4.根据权利要求1所述的聚合物逆向挤出口模设计的实验装置，其特征在于，所述实验装置还包括用于控制所述加压腔室内压力的保压系统，所述限位装置在靠近所述加压腔室的一侧设置有压力传感器，所述压力传感器与所述保压系统电性连接。

5.根据权利要求1所述的聚合物逆向挤出口模设计的实验装置，其特征在于，所述加压口开设于所述第一壳体的侧壁，并与所述限位装置相对。

6.一种聚合物逆向挤出口模设计的实验方法，所述实验方法采用权利要求1－5中任一项所述的聚合物逆向挤出口模设计的实验装置，其特征在于，其包括：

安装步骤：将具有型腔的模具安装在所述安装腔，所述型腔为通孔；再将所述聚合物平板加热至预设温度，所述预设温度比所述聚合物平板的材料的熔融温度低20－50℃；将加热后的所述聚合物平板放置于所述第一挤压面和所述第二挤压面之间，并使所述型腔位于所述聚合物平板与所述限位装置之间；

成型步骤：从所述加压口给所述加压腔室内充入压缩气体，随后当所述聚合物平板与所述限位装置相接触时停止加压，冷却得到成型件；

测量和重构的步骤：采集所述成型件的轮廓数据，再对所得到的轮廓数据进行逆向重构。

7.根据权利要求6所述的聚合物逆向挤出口模设计的实验方法，其特征在于，所述成型件具有成型面，所述成型面在所述成型步骤中与所述限位装置相接触，所述测量和重构的步骤为：采集所述成型面的轮廓数据，再对所得到的轮廓数据进行逆向重构。

8.根据权利要求6所述的聚合物逆向挤出口模设计的实验方法，其特征在于，所述压缩气体的温度为0－10℃。

9.根据权利要求6所述的聚合物逆向挤出口模设计的实验方法，其特征在于，所述压缩气体为惰性气体。