塑料成型工艺及模具设计挤出成型及机头设计

挤出成型及机头设计塑料成型工艺及模具设计第11章挤出成型及机头设计本章基本内容挤出机头概述管材挤出机头设计板材与片材挤出机头设计吹塑薄膜挤出机头设计电线电缆挤出机头设计异型材挤出机头设计掌握挤出模（机头）的概念和总体结构；掌握各种组成挤出机头零件名称和结构；了解各种挤出机头的各组成机构及其功能；交接各种挤出机头的工作原理。学习目的与要求第11章挤出成型及机头设计管材挤出机头设计；板材与片材挤出机头设计；异性材挤出机头设计。教学重点第11章挤出成型及机头设计本章重点各种挤出机头的设计读懂各种挤出机头的结构图第11章挤出成型及机头设计本章难点

11.1挤出成型机头概论

11.2管材挤出成型及机头设计

11.3板材和片材挤出成型及机头设计

11.4吹塑薄膜挤出成型机头设计

11.5电线电缆挤出成型及机头设计

11.6导型材挤出成型及机头设计

11.7思考题第11章挤出成型及机头设计11.1.1挤出成型机头典型结构分析11.1.2挤出成型机头设计原理11.1挤出成型机头概论

11.1.1挤出成型机头典型结构分析机头挤出成型模具的主要部件，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；

我们以管材为例，分析机头的组成零件及各组成零件的作用.管材机头主要由下面一些零件组成(见图11-1)１、口模口模用以成型制品的外表面。2、芯模芯模用以成型制品的内表面。11.1.1挤出成型机头典型结构分析11.1.1挤出成型机头典型结构分析3、分流器熔融塑料通过分流器分流形成管状制品的胚形，并在剪切力的作用下进一步加热塑化．４、分流器支架５、滤网板11.1.2挤挤出出成成型型机机头头设设计计原原理理我们们可可以以将将机机头头依依次次人人为为的的分分为为几几个个部部分分：：１、入口口部部分分２、、展开开部部分分３、分流部分和压压缩部分４、定型部分11.1.2挤出出成型机头设设计原理机头设计原则则：１、机头流流道呈光滑流流线型，以减减少流动阻力力，使物料沿沿着机头流道道充满并均匀匀地挤出，同同时避免物料料发生过热分分解．２、为使制制品密实和消消除因分流器器支架造成的的分流痕迹，，物料应有足足够的压缩比比．３、要考虑虑塑料各物理理性能和生产产工艺性能对对制品断面形形状和尺寸的的影响，设计计正确合理的的机头断面形形状和尺寸．11.1.2挤出出成型机头设设计原理４、在在满满足强度条件件下，机头结结构应紧凑并并便于装配和和拆卸，连接接处应严密，，防止漏料，，其形状尽量量对称，使传传热均匀．５、由于机机头磨损大，，应合理选用用材料，常选选用硬度教高高，耐磨，耐耐腐蚀，高温温不变形的钢钢材及合金钢钢，有的甚至至需要镀铬来来提高其耐磨磨性和抗腐蚀蚀能力．11.2管管材挤出成型型及机头设计计11.2.1概述11.2.2管材挤出出成型机头典典型结构11.2.3管材挤出出成型机头工工艺参数的确确定11.2.4管材定型型套设计11.2.1.概述述挤管成型模具具包括机头和和定型模．塑塑料的制品断断面形状为圆圆形管材形状状．图（11－2）图（11－3））为spvc机机头典型结构构及挤出spvc管材的的典型生产工工艺过程．11.2.1.概述管材挤出成型型过程：熔融塑料由挤挤出机挤出后后，经过滤网网板，分流器器，被分流器器支架分成若若干股，然后后再汇合，最最后进入芯模模和口模形成成的环形通道道挤出连续的的管胚，硬管管在定型模和和冷却装置的的作用下冷却却成型，经牵牵引切割装置置成为所需产产品，软管可可不需定型模模。直接由冷冷却装置冷却却定型，再由由牵引，切割割，卷取装置置收卷为所需需产品。11.2.2．管材挤出出成型机头典典型结构常见的管材挤挤出成型机头头有以下三种形式。1、直通式机头，又称平式机头，如图（11-4）），机头内的熔料料挤出方向与与挤出机螺杆杆轴线方向平平行或一致，，它是最简简单，最经济济，最常用的的机头。缺点点是分流器支支架产生的分分流痕迹难以以消除。2、直角式机头，又称十字机机头或弯机头头，如图（11-5））、机头内的熔熔料挤出方向向成90直角角，可以有效效地消除分流流器所产生的的分流痕，提提高产品质量量，缺点是芯芯模设计，，加工，安装装困难。11.2.2．管材挤出出成型机头典典型结构3、侧式机头，又称管式机机头，如图（11-6）），由挤出机的熔熔料到机头要要经过两次转转向（90°°或45°°），并以以平行于螺杆杆轴线的方向向挤出，优点点是加强了溶溶料塑化，提提高了产品质质量，适于生生产大口径管管。缺点是结构复杂，，模具成本高高。现将三种机头头的特性列于于表（11-1））11.2.2．管材挤出出成型机头典典型结构表11-1机头特性表11.2.2．管材挤出出成型机头典典型结构直通机头直教机头侧式机头机头熔料方向与螺杆轴线一致与螺杆轴线垂直与螺杆轴线平行机头结构简单复杂复杂分流器支架有无无定型长度应该长不需太长不需太长芯模加热较困难容易容易挤出口径小口径管材大、小口径均可大小、口径均可11.２.3．管材挤出出成型机头工工艺参数的确确定１．口模定型型段长度Ｌ值值的确定图11-7挤管机头属于于环隙孔，对对于环隙孔内内径大于3/5外径时，物料料的流动形式式属于一维的的特殊形式．．薄片形缝隙口口模，通通过式可得：(11-1)式中———系数，相当当于圆型口模模的w——窄缝缝流道之宽（（按环隙缝平平均直径换算算）h——窄缝缝流动的缝隙隙高（即薄壁壁管机头口模模的圆环单面面间隙）11.２.3．管材挤出出成型机头工工艺参数的确确定熔体在缝隙流流道的流动可可由式得，（11-2)于是，根据公公式（11-1)和上式式，k被表示示为(11-3)11.２.3．管材挤出出成型机头工工艺参数的确确定又根据公式可得(11-4)上式表明了缝形口模k’’’和圆形口口模的K之间间的关系,我我们可以利用用由圆形口模模得到的流动动曲线来设计计缝行口模,最后根据下下面的算式求求出薄片机头头流动计算式式中的η和k值:11.２.3．管材挤出出成型机头工工艺参数的确确定11.２.3．管材挤出出成型机头工工艺参数的确确定(11-5)(11-6)所以,可以根根据公式(11-2)分分别代入m=2,m=3,m=4而后得定型型长度L,即即:11.２.3．管材挤出出成型机头工工艺参数的确确定(11-7)(11-8)(11-9)式中——口模内径cm(mm)——芯模外径cm(mm)cm(mm)牛顿流体在环环隙孔流动,剪应力及剪剪切速率近似似计算式为:11.２.3．管材挤出出成型机头工工艺参数的确确定(11-10)(11-11)式中——口模内径cm(mm)——芯模外径cm(mm)11.２.3．管材挤出出成型机头工工艺参数的确确定当不能测顶流流变参数时，，在选取Ｌ值值时可以凭经经验参考表(11-2)选取。表(11-2)Ｌ值参考物料HVPCSPVCPAPEPPL(18-33)t(15-25)t(13-23)t(14-22)t(14-22)t11.２.3．管材挤出出成型机头工工艺参数的确确定2、机头结构构参数：(１)压缩比比εj(２)分流器器Ｒ及流道αα分流器结构如如图(11-8)．(３)芯模及及口模的过渡渡段的压缩角角β,压缩角β比较较重要，直接接影响管材光光洁度，β过过大，制品明明显出现表面面粗糙，一般般取（０.８８－１.５））Ｌ，但是压压缩角必须通通过过渡段长长度进行校核核，使其β＝＝14°～～50°°范围。11.２.3．管材挤出出成型机头工工艺参数的确确定11.２.3．管材挤出出成型机头工工艺参数的确确定(4)拉伸伸比ＩＩ所谓拉拉伸比比是指指口模模定型型段的的环形形缝隙隙面积积与管管材截截面积积之比比。(11-12)式中——口口模内内径cm(mm)——芯芯模外外径cm(mm)——管材内内径cm(mm)——管材外径径cm(mm)各种管材材拉伸比比可参考考表(11-3)选取。11.２２.3．．管材挤挤出成型型机头工工艺参数数的确定定塑料种类拉伸比ＩHPVC1.00——1.08SPVC1.10——1.35ABS1.00——1.10高压PE1.20——1.50低压PE1.10——1.20PA140——3.00表(11-3)管材拉伸伸比参考考表11.２２.3．．管材挤挤出成型型机头工工艺参数数的确定定(5)口口模内径径及芯模模外径尺尺寸确定定口模内径径按下式式计算：：(11-13)式中——管材外径径——系数。可可参考表表(11-4)选取。11.２２.3．．管材挤挤出成型型机头工工艺参数数的确定定芯模外径径可按式式(11-6)得：(11-14)3、强度度计算挤出机头头结构见见图11-4至11-6。实践证证明，分分流器支支架的分分流锥筋筋处是机机头中强强度最底底的地方方，同时时也是制制造工时时较多的的零件，，所以对对分流器器支架必必须进行行强度校校核。11.２２.3．．管材挤挤出成型型机头工工艺参数数的确定定对分流器器支架强强度的校校核主要要考虑分分流锥筋筋的煎切切强度，，分流锥筋的的剪切应应力必须须小于许许用剪切切应力，，即：(11-14)式中——机头压力力降kg/cm2，可取60~130kg/cm2。——分流锥筋筋在物料料流动方方向上的的投影面面积cm2。——分流锥筋筋横断面面积cm2。——分流锥筋筋数量11.２２.3．．管材挤挤出成型型机头工工艺参数数的确定定11.2.4．管材材定型套套设计管材的定定型方法法主要有有两种：：内径定型型法和外径定型型法。内径定型型：即定型套套控制管管材的内内径尺寸寸及圆度度，使仍仍程半熔熔体的塑塑料管坯坯包紧定定型套控控制管材材的内冷冷却硬化化。外径定型型：即定型套套控制管管材的外外径尺寸寸及圆度度，借助助压缩空空气作用用使半熔熔体的管管坯紧贴贴于定型型套的内内径冷却却硬化。。１、定型模结结构图11-11为外径定定型的内内压法。。图11-12为外径定定型内压压法的另另一种结结构形式式。图11-13为外径定定型的真真空法。。图11-14为内径定定型法。。2、定型型尺寸确确定(1)内内径定型型法的定定型套内径定型型法的定定型套见见图11-14,应设计计成锥形形，其斜斜度为0.6°～0.1°,适用于管管材直径径大于30mm以上，对对于小管管材，操操作比较较困难，，不适用用。11.2.4．管材材定型套套设计(2)外外径定型型法的定定型套定型套内内径径向向尺寸应应考虑管管材定型型后收缩缩因素、、膨胀效效应及牵牵引等对对管材尺尺寸的影影响。定定型长度度仍应依依据管材材壁厚、、牵引速速度而定定，对管管材直径径小于35mm的定型型套长度度及直径径可参11-5考表选选取。参11-5管材外径径与定型型套长度度关系表表挤出材料定型套内径定型套长度聚烯烃(1.02-0.04)DS010DSO聚氯乙烯(1.00-1.02)DSO10DSO11.2.4．管材材定型套套设计(3)真真空定型型套真空定型型套与机机头口模模不能联联接在一一起，应应有20～100距距离，这这样定型型套内径径应按下下式计算算：(11-16)11.2.4．管材材定型套套设计式中——系数，按按表11-16选取。表11-6系数选选取表表

挤出塑料

（％）ＨＰＶＣ０.７－１ＰＥ２－４ＰＰ２－５11.2.4．管材材定型套套设计11.3.1概概述述11.3.2．．板材、、片材机机头典型型结构11.3.3．．制品厚厚度调节节装置第三节板板材和和片材挤挤出成型型及机头头设计图11-15为ＰＥ板板材机头头典型结结构及挤挤出ＰＥＥ板材典典型生产产工艺过过程。板材和片片材挤出出成型过过程：熔熔融塑料料由挤出出机塑化化后经过过滤网板板进入机机头，先先广泛采采用扁机机头。11.3.1概概述述常见的板板材、片片材机头头结构可可分为以以下四类类：１．鱼尾尾机头带有阻流流器型见见图11-16带有阻流流器和阻阻塞棒型型见图11-17２．支管管机头一端供料料直支管管型见图图11-18中间供料料直支管管型见图图11-19中间供料料弯支管管型见图图11-20带有阻塞塞棒的双双支管型型见图11-21３．螺杆杆机头：一端供料料型见图图11-24中间供料料型见图图11-2511.3.2．．板材、、片材机机头典型型结构11.3.2．．板材、、片材机机头典型型结构４．衣架架机头：：直支管型型见图11-26支管渐减减型见图图11-27(一)鱼鱼尾机头头这种机头头中部出出料少，，造成制制品厚度度不均匀匀。为了了克服这这种缺陷陷，通常常在机头头型腔内内设置流流动器或或阻力调调节装置置，以增增大物料料在型腔腔中部的的阻力，，使物料料沿机头头全宽方方向的流流速均匀匀一致。。见图11-16。此外，，还可以以采用阻阻塞棒，，见图11-17。(二)支支管机头头这种机头头，由一一个带有有纵向切切口的管管形型腔腔构成，，它对塑塑料熔体体有稳压压和分配配作用，，使起均均匀地挤挤出宽幅幅制品。。(三)螺螺杆机头头螺杆机头头是在直直支管型型机头内内的支管管里插入入一根分分配螺杆杆，通过过分配螺螺杆转动动，迫使使塑料熔熔体沿机机头幅宽宽均匀挤挤出，获获得厚度度均匀的的制品。。11.3.2．．板板材材、、片片材材机机头头典典型型结结构构(四四)衣衣架架机机头头衣架架机机头头吸吸取取了了鱼鱼尾尾机机头头和和支支管管机机头头的的优优点点，，它它有有一一个个扁扁形形料料腔腔。。由由于于支支管管直直径径小小，，缩缩短短了了物物料料在在机机头头内内停停留留时时间间，，而而扇扇形形料料腔腔又又可可以以提提高高制制品品厚厚度度均均匀匀性性。。700毫毫米米支支管管衣衣架架机机头头半半径径和和位位置置的的关关系系，，见见表表11-7。11.3.2．．板板材材、、片片材材机机头头典典型型结结构构11.3.2．．板板材材、、片片材材机机头头典典型型结结构构表11-7支管半径和位位置的关系距末端距离020304050100150200250300350支管半径Ｒ06.046.496.827.108.028.629.069.429.721011.3.3．制品厚度度调节装置为使挤出的制制品厚度均匀匀，扁机头内内多采用阻流流器、阻流棒棒、调节模唇唇等方式控制制厚度及其均均匀性．采用用螺栓调节移移动模唇，控控制厚度均匀匀性的方法，，容易造成死死角，见图11-28。在小范围内内调整厚度，，可在调模唇唇上开一个沟沟槽，通过螺螺栓调节使模模唇产生微量量弹性变形，，从而改变口口模缝隙，见见图11-29。思考题１、挤出成型型工艺过程大大致可分为那那三个阶段？？（答案）２、挤出机头头的设计原则则？（答案）１、挤出成型型工艺过程大大致可分为那那三个阶段？？①塑料的塑化化通过挤出出机的加热和和混炼作用，，使固态的原原料转变为均均匀的粘性流流体②成型在在挤出机挤出出部件的作用用下，熔体以以一定速度和和压力通过成成型机头获得得一定端面形形状尺寸。③定型通通过冷却使熔熔体已获得的的形状固定下下来，变