由于芯棒发生偏中,口模间隙产生宽区域和窄区域,导致速度分布产生变化,最大速度出现在间隙较大的区域内,在这个区域内,速度梯度大,因而等速线分布较密;而在窄截面区,等速线分布较疏。并且因为这两区域的熔体受到的剪切不一致,造成离模后的膨胀不一样,宽间隙中的熔体受到的剪切大,离模后弹性回复较大。从而影响了制品的尺寸精度。对于挤出矩形棒材制品,由于壁面各处熔体受到的剪切不同,导致离模膨胀也不同。出模后,制品模截面不是纯矩形,而是呈圆鼓形。矩形截面口模和修正口模内塑料熔体的等速1线分布。在各壁面中心处,熔体受到的剪切最大,离模膨胀也最大;而在远离壁面中心处,特别是在直角处,剪切速率较低,离模膨胀也较低。因而在各壁面中心处熔体离模后会起鼓。为了防止这种现象发生,应该对口模截面形状进行修正。
修正后熔体在口模截面上的等速线分布。从中可以看出,壁面中心处的等速线稍微凹陷,这使得离模后,熔体在壁面上各处的膨胀接近一致,从而避免了起鼓现象,使制品获得了较高的尺寸和形状精度。设计一个计算管材口模的实例如下:几何尺寸口模内径为100mm,芯棒外径为80mm,偏心芯棒的偏心距为1.5mm。边界条件在口模内壁和芯棒外壁上塑料熔体的速度为0,即塑料熔体在管壁上无滑移。材料数据选用的材料为RPVC,熔体的表观粘度为800Pa#s,压力梯度为42kPa/mm。模型求解根据控制方程和本构方程联立求解,利用MATLAB编程实现。
本文以MATLAT软件为工具,运用有限元方法,对口模内熔体的流动状态进行了模拟,得出了横截面上塑料熔体的速度分布。并且分析了管材(膜)挤出的偏中现象,以及矩形棒材的离模膨胀现象。模拟结果显示,通过对截面上塑料熔体速度分布的预测,在满足制品尺寸精度要求的情况下,可以调整口模和芯棒的间隙,以及调整口模的形状,以获得均一厚度和规则几何形状的制品,从而缩短了加工周期。这对口模设计的优化提供依据。从而改善了制品的尺寸和形状精度,并且降低了劳动强度,提高了效率,导致生产成本的降低。