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1、第9章挤出模具设计pptConvertor91 概 述塑料挤出成型是用加热的方法使塑料成为流淌状态，然后在一定压力的作用下使它通过塑模，经定型后制得连续的型材。挤出法加工的塑料制品种类专门多，如管材、薄膜、棒材、板材、电缆敷层、单丝以及异形截面型材等。挤出机还能够对塑料进行混合、塑化、脱水、造粒和喂料等预备工序或半成品加工。因此，挤出成型已成为最一般的塑料成型加工方法之一。 用挤出法生产的塑料制品大多使用热塑性塑料，也有使用热固性塑料的。如聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、尼龙、ABS、聚碳酸酯、聚砜、聚甲醛、氯化聚醚等热塑性塑料以及酚醛、脲醛等热固性塑料。挤出成型具有效率高、投资少、制造简便，能够连
2、续化生产，占地面积少，环境清洁等优点。通过挤出成型生产的塑料制品得到了广泛的应用，其产量占塑料制品总量的三分之一以上。因此，挤出成型在塑料加工工业中占有专门重要的地位。 一、挤出成型机头典型结构分析机头是挤出成型模具的要紧部件，它有下述四种作用：（1）使物料由螺旋运动变为直线运动；（2）产生必要的成型压力，保证制品密实；（3）使物料通过机头得到进一步塑化；（4）通过机头成型所需要的断面形状的制品。现以管材挤出机头为例，分析一下机头的组成与 结构，见图8-1所示。 1口模和芯棒口模成型制品的外表面，芯棒成型制品的内表面，故口模和芯棒的定型部分决定制品的横截面形状和尺寸。2多孔板（过滤板、栅板）如
3、图8-2所示，多孔板的作用是将物料由螺旋运动变为直线运动，同时还能阻止未塑化的塑料和机械杂质进入机头。此外，多孔板还能形成一定的机头压力，使制品更加密实。3分流器和分流器支架分流器又叫鱼雷头。塑料通过分流器变成薄环状，便于进一步加热和塑化。大型挤出机的分流器内部还装有加热装置。分流器支架要紧用来支撑分流器和芯棒，同时也使料流分束以加强搅拌作用。小型机头的分流器支架可与分流器设计成整体。4调剂螺钉用来调剂口模与芯棒之间的间隙，保证制品壁厚平均。5机头体用来组装机头各零件及挤出机连接。6定径套使制品通过定径套获得良好的表面粗糙度，正确的尺寸和几何形状。7堵塞防止压缩空气泄漏，保证管内一定的压力。二
4、、挤出成型机头分类及其设计原则1分类由于挤出制品的形状和要求不同，因此要有相应的机头满足制品的要求，机头种类专门多，大致可按以下三种特点来进行分类：（1）按机头用途分类可分为挤管机头、吹管机头、挤板机头等；（2）按制品出口方向分类可分为直向机头和横向机头，前者机头内料流方向与挤出机螺杆轴向一致，如硬管机头；后者机头内料流方向与挤出机螺杆轴向成某一角度，如电缆机头；（3）按机头内压力大小分类可分为低压机头（料流压力为MPa）、中压机头（料流压力为4-10MPa）和高压机头（料流压力在10MPa以上）。2设计原则（1）流道呈流线型为使物料能沿着机头的流道充满并平均地被挤出，同时幸免物料发生过热分解
5、，机头内流道应呈流线型，不能急剧地扩大或缩小，更不能有死角和停滞区，流道应加工得十分光滑，表面粗糙度应在Ra 0.4um以下。（2）足够的压缩比为使制品密实和排除因分流器支架造成的结合缝，依照制品和塑料种类不同，应设计足够的压缩比。（3）正确的断面形状 机头的成型部分的设计应保证物料挤出后具有规定的断面形状，由于塑料的物理性能和压力、温度等因素的阻碍，机头的成型部分的断面形状并非确实是制品的相应的断面形状，二者有相当的差异，设计时应考虑此因素，使成型部分有合理的断面形状。由于制品断面形状的变化与成型时刻有关，因此操纵必要的成型长度是一个有效的方法。（4）结构紧凑 在满足强度条件下，机头结构应紧
6、凑，其形状应尽量做得规则而对称，使传热平均，装卸方便和不漏料。（5）选材要合理由于机头磨损较大，有的塑料又有较强的腐蚀性，因此机头材料应选择耐磨、硬度较高的碳钢或合金钢，有的甚至要镀铬，以提高机头耐腐蚀性。此外，机头的结构尺寸还和制品的形状、加热方法、螺杆形状、挤出速度等因素有关。设计者应依照具体情形灵活应用上述原则。 9.2 典型挤出机头及设计常见的挤出机头有管材挤出机头、吹管膜机头、电线电缆包覆机头、异形材料挤出机头等。一、管材挤出机头及设计1管材挤出机头的结构形式常见的管材挤出机头结构形式有以下四种：（1）直管式机头 图8-3为直管式机头。其结构简单，具有分流器支架。芯模加热困难，定型长
7、度较长。适用于PVC、PA、PC、PE、PP等塑料的薄壁小口径的管材挤出。（2）弯管式机头 图8-4为弯管式机头。其结构复杂，没有分流器支架，芯模容易加热，定型长度不长。大小口径管材均适用,专门适用于定内径的PE、PP、PA等塑料管材成型。（3）旁侧式机头 图8-5为旁侧式机头，结构复杂，没有分流器支架，芯模能够加热，定型长度也不长。大小口径管材均适用。2管材挤出机头零件的设计（1） 口模 口模是成型管材外表面的零件，其结构如图8-6所示。口模内径不等于塑料管材外径，因为从口模挤出的管坯由于压力突然降低，塑料因弹性复原而发生管径膨胀，同时，管坯在冷却和牵引作用下，管径会发生缩小。这些膨胀和收缩
8、的大小与塑料性质、挤出温度和压力等成型条件以及定径套结构有关，目前尚无成熟的理论运算方法运算膨胀和收缩值，一样是依照要求的管材截面尺寸，按拉伸比确定口模截面尺寸。所谓拉伸比是指口模成型段环隙横截面积与管材横截面积之比。 即 (8-1)式中I为拉伸比，常用塑料承诺的拉伸比如下：PVC为1.01.4，PA为1.43.0；ABS为1.01.1；PP为1.01.2；HDPE为1.11.2；LDPE为1.21.5。 r口模内径； r1芯棒外径； R管材外径； R1管材内径。口模定型段长度L1与塑料性质、管材的形状、壁厚、直径大小及牵引速度有关。其值可按管材外径或管材壁厚来确定； L1=（0.53）D （
9、8-2）或 L1=（815）t （8-3）式中 D管材外径； t管材壁厚。（2）芯模芯模是成型管材内表面的零件，如图8-8所示。直管机头与分流器以螺纹联接。芯模的结构应有利于熔体流淌，有利于排除熔体通过分流器后形成的结合缝。熔体流过分流器支架后，先通过一定的压缩，使熔体专门好地汇合。为此芯模应有收缩角，其值决定于塑料特性，关于粘度较高的硬聚乙烯，一样3050；关于粘度低的塑料可取4560。芯模的长度L1与口模L1相等。L2一样按下式决定： L2=（1.52.5）D0 （8-4）式中D0栅板出口处直径。芯模直径d1可按下式运算； d1=d2 (8-5)式中芯模与口模之间间隙； d口模内径。由于如
10、上所述塑料熔体挤出口模后的膨胀与收缩，使不等于制品壁厚，可按下式运算： （8-6）式中k体会系数，k=1.161.20; t制品壁厚。为了使管材壁厚平均，必须设置调剂螺钉（图8-3件3）以便安装与调整口模与芯模之间间隙。调剂螺钉数目一样为48个。 （3）分流器分流器的作用是使熔体料层变薄，以便平均加热，使之进一步塑化。其结构如图8-8所示。 分流器与栅板之间的距离一样取1020mm，或稍小于0.1D1（D1为挤出机螺杆直径）。保持分流器与栅板之间的一定距离的作用是使通过栅板的熔体聚拢。因此，该距离不宜过小，否则熔体流速不稳固，不平均；距离过大，熔体在此空间停留时刻较长，高分子容易产生分解。分流
11、器的扩张角值取决于塑料粘度，低粘度塑料取=3080，高粘度塑料取=3060， 太大，熔体流淌阻力大；过小，势必增大分流锥部分的长度。分流锥的长度一样按下式确定： L3=（11.5）D0 （8-7）式中D0 栅板出口处直径。分流器头部圆角r一样取0.52mm。（4）分流器支架分流器支架设有进气孔和导线孔，用以通入压缩空气和内装置电热器时导入导线。通入压缩空气的作用是为了管材的定径（内压法外径定型）和冷却。分流器支架与分流器能够制成整体式的（图8-8），也可制成组合式的（图8-1）。前者一样用于中小型机头，后者一样用于大型机头。分流器支架上的分流筋的数目在满足支持强度的条件下，以少为宜，一样为38
12、根。分流筋应制成流线型的（图8-8A-A剖面），在满足强度前提下，其宽度和长度应尽量小些，而且出料端的角度应小于进料端的角度。（5）定径套关于外径定型法，直径小于30mm的硬聚氯乙烯管材，定径套长度取管径的3-6倍，其倍数随管径减小而增加，当管径小于35mm时，其倍数可增至10倍。关于聚烯烃管材，定径套长度为管径的25倍，其倍数随直径减小而增大。定径套直径通常比机头口模直径大2%4%，且出口直径比进口直径略小。关于内径定型法，定径芯模长度取80300mm，其外径比管材内径大2%4%，以利于管材内径公差的操纵。定径芯模锥度为1:1.61:10，始端大，终端小。 二、吹塑薄膜机头的结构及设计1吹塑
13、薄膜机头结构形式常见的吹塑薄膜机头结构形式有芯棒式机头、中心进料的“十字形机头”、螺旋式机头、旋转式机头以及双层或多层吹塑薄膜机头等。（1）芯棒式机头图9-9（下页）所示芯棒式吹塑薄膜机头。塑料熔体自挤出机栅板挤出，通过机颈5到达芯棒轴7时，被分成两股并沿芯棒分料线流淌，然后在芯棒尖处重新汇合，汇合后的熔体沿机头环隙挤成管坯，芯棒中通入压缩空气将管坯吹胀成管膜。芯棒式机头内部通道空腔小，存料少，塑料不容易分解，适用于加工聚氯乙烯塑料。但熔体经直角拐弯，各处流速不等，同时由于熔体长时刻单向作用于芯棒，使芯棒中心线偏移，即产生“偏中”现象，因而容易导致薄膜厚度不平均。（2）十字形机头图9-10为十
14、字形机头，其结构类似管材挤出机机头。这种机头的优点是出料平均，薄膜厚度容易操纵；芯模不受侧压力，可不能产生如芯棒式机头那种“偏中”现象。但机头内腔大，存料多，塑料易分解，适用于加工热稳固性好的塑料，而不适于加工聚氯乙烯。（3）螺旋式机头图9-11为螺旋式机头，塑料熔体从中央进口挤入，通过带有多个沟槽由深变浅直至消逝的螺旋槽（也有单螺旋）的芯棒7，然后在定型区前缓冲槽汇合，达到平均状态后从口模挤出。 这种机头的优点是，机头内熔体压力大，出料平均，薄膜厚度容易操纵，薄膜性能好。但结构复杂，拐角多，适用于加工聚丙烯、聚乙烯等粘度小且不易分解的塑料。（4）旋转式机头图9-12为旋转式机头。其特点是芯模2和口模1都能单独旋转。芯模和口模分别由直流电机带动，能以同速或不同速、同向或异向旋转。采纳这种机头可克服由于机头制造、安装不准确及温度不平均造成的塑料薄膜厚度不平均，其厚度公差可达0.01mm。它的应用范畴较广，对热稳固性塑料和热敏性塑料均可成型。 2机头几何参数的确定如图9-9所示的芯棒式机头，环形缝隙宽度t一样在0.412.mm范畴内，假如t太小，则机头内反压力专门大，阻碍产量；假如t太大，则要得到一定厚度的薄膜，必须加大吹胀比和拉伸比。机头定型区高度h应比t大15倍以上，以便操纵薄膜的厚度，H 应大于2倍d1。 为了幸免制品产生接合缝，芯棒尖处到模
