塑料挤出模具设计

1、第9章挤出模具设计9. 1概述塑料挤出成型是用加热的方法使塑料成为流动状态，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很多，如管材、薄膜、棒材、板材、电缆敷层、单丝以及异形截面型材等。挤出机还可以对塑料进行混合、塑化、脱水、造粒和喂料等准备工序或半成品加工。因此，挤出成型已成为最普通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、聚碉、聚甲醛、氯化聚醛等热塑性塑料以及酚醛、月尿醛等热固性塑料。挤出成型具有效率高、投资少、制造简便，可以连续化生产，占地面积少，环境

2、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很重要的地位。一、挤出成型机头典型结构分析机头是挤出成型模具的主要部件，它有下述四种作用：1 1)使物料由螺旋运动变为直线运动；2 2)产生必要的成型压力，保证制品密实；3 3)使物料通过机头得到进一步塑化；4 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。5 .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。6 .多孔板(过滤板、栅板)如图8-2所示，多孔

3、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。7 .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。分流器支架主要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。8 .调节螺钉用来调节口模与芯棒之间的间隙，保证制品壁厚均匀。9 .机头体用来组装机头各零件及挤出机连接。10 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。11 堵塞防止压缩空气泄漏，保证管内一定的压力。

4、二、挤出成型机头分类及其设计原则12 .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，机头种类很多，大致可按以下三种特征来进行分类：13 )按机头用途分类可分为挤管机头、吹管机头、挤板机头等；14 )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；15 )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)。16 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均匀地被挤出，同时避免

5、物料发生过热分解，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Ra0.4um以下。(2)足够的压缩比为使制品密实和消除因分流器支架造成的结合缝，根据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、温度等因素的影响，机头的成型部分的断面形状并非就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间有关，因此控制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

6、结构应紧凑，其形状应尽量做得规则而对称，使传热均匀，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，所以机头材料应选择耐磨、硬度较高的碳钢或合金钢，有的甚至要镀铭，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。设计者应根据具体情况灵活应用上述原则。9.2典型挤由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，

7、定型长度较长。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，特别适用于定内径的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，芯模可以加热，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) 模模是成型管材外表面的零件，其结构如图8-6所示。模内径不等于塑料管材外径，因为从模挤出的管坯由于压力突然降低，塑料因弹性恢复而发生管径膨胀，同时，管坯在冷却和牵引作用下，管径会发生缩小。这些膨胀和收缩的大

8、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计算方法计算膨胀和收缩值，一般是根据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2222二r-二rir-r11=-2=_ZT2_2_二R-二RR2-R(8-1)式中I为拉伸比，常用塑料允许的拉伸比如下：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(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动，有利于消除熔体经过分流器后形成的结合缝。熔体流过分流器支架后，先经过一定的压缩，使熔体很好地汇合。为