挤出成型模具设计培训教材

第4章挤出成型模具设计

挤出成型是热塑性塑料成型的重要方法之一，其生产过程连续性强，生产效率高，投资少，成本低，操作简单，工艺条件容易控制，产品质量均匀。挤出成型广泛用于塑料管材、棒材、板材、薄膜、电缆包层等。4.1挤出成型工艺过程及参数选择4.1.1挤出成型原理4.1.2挤出成型工艺过程4.1.3挤出成型工艺参数及其选择4.1.1挤出成型原理

挤出成型是使塑料在一定温度和压力下熔融塑化，并连续的通过成型模具，成为特定的型材的过程。挤出成型所用的设备是挤出机，挤出机头是挤出成型模具。图4.1为管材的挤出成型原理示意图。图4.1挤出成型原理示意图

1—挤出机料筒；2—机头；3—定径装置4—冷却装置；5—牵引装置；6—塑件；7—切割装置

首先将颗粒状或粉状的塑料加入挤出机料筒内，在旋转的挤出机螺杆的作用下，经过加热的塑料通过沿螺杆的螺旋槽向前方输送。在此过程中，塑料不断被加热，逐渐熔融呈黏流态，然后在挤出系统的作用下，塑料熔料通过挤出机头口模以及定型、冷却、牵引、切割等一系列辅助装置，从而获得一定的截面形状的型材。挤出成型工艺过程可分为四个阶段:（1）塑化阶段（2）挤出成型阶段（3）冷却定型阶段（4）塑件的牵引、卷取和切割4.1.2挤出成型工艺过程

挤出成型的工艺参数主要包括温度、压力、挤出速度、牵引速度等。4.1.3挤出成型工艺参数及其选择1．

温度温度是挤出过程得以顺利进行的重要条件之一。温度主要指塑料熔体的温度，该温度在很大程度上取决于料筒和螺杆的温度。因为塑料熔体的热量除一部分来源于料筒中混合时产生的摩擦热外，大部分是料筒外部的加热器所提供的。所以，在实际生产中经常用料筒温度近似表示成型温度。常用塑料挤出成型管材、片材和薄膜时的温度参数见表4.1。表4.1常用塑料挤出成型的温度参数

塑料名称挤出温度

原料中水份控制/%

加料段

压缩段

均化段

机头及口模段

丙烯酸类聚合物室温100～170～200175～210≤0.025醋酸纤维素

室温110～130～150175～190＜0.5聚酰胺室温～90140～180～270180～270＜0.3聚乙烯室温90～140～180160～200＜0.3硬聚氯乙烯

室温～60120～170～180170～190＜0.22．压力

在挤出过程中，由于料流的阻力，螺杆槽深度的改变，以及过滤网、过滤板和口模等产生阻碍，沿料筒轴线方向，在塑料内部产生一定的压力。这种压力是塑料得以成型为塑件的重要条件之一。增加机头压力可以提高挤出熔体的混合均匀性和稳定性，提高产品致密度。但如果机头压力过大将影响产量。挤出速度是是单位时间间内挤出的的塑料质量量（单位为为kg/h）或塑件长长度（单位位为m/min）。挤出速速度的大小小表征着生生产能力的的高低。影响挤出速速度的因素素很多，如如机头、螺螺杆和料筒筒的结构、、螺杆的转转速、加热热冷却系统统结构和塑塑料的特性性等。在挤挤出机的结结构和塑料料品种以及及塑件类型型已确定的的情况下，，挤出速度度仅与螺杆杆转速有关关。因此，，调整螺杆杆转速是控控制挤出速速度的主要要措施。3．挤出速度度4．牵引速度挤出成型生生产的是连连续的塑件件，因此必必须设置牵牵引装置。。不同的塑塑件，牵引引速度不同同。通常薄薄膜和单丝丝的牵引速速度可以快快一些，其其原因是牵牵引速度大大，塑件的的厚度和直直径减小，，纵向抗断断裂强度增增高。对于于挤出硬质质塑件，牵牵引速度则则不能大。。通常是牵牵引速度与与挤出速度度相当或牵牵引速度略略大于挤出出速度。牵牵引速度与与挤出速度度的比值称称为牵引比比，其值必必须等于或或大于1。4.2挤出模具的的组成挤出模具的的组成包括括两部分：：机头和定定型模。机机头是使熔熔体塑料成成型的工作作部分，挤挤出工艺不不同，塑件件断面形状状不同，机机头的结构构也不同。。机头是挤出出成型的关关键部件，，它有如下下四种作用用。（1）使塑料由螺螺旋运动转转变为直线线运动（2）产生必要的的成型压力力，使挤出出的塑料熔熔体密实（3）使塑料得得到进一步步塑化（4）使塑料熔熔体获得需需要的断面面形状、尺尺寸，并均均匀被挤出出4.2.1机头的作用用4.2.2定型模的作作用定型模的作作用是使用用定径装置置将从机头头挤出的具具备了既定定形状的制制品进行冷冷却和定型型，从而获获得能满足足使用要求求的正确尺尺寸、几何何形状及表表面质量。。通常采用用冷却、加加压或抽真真空的方法法，将从口口模中挤出出的塑料的的既定形状状稳定下来来，并对其其进行精整整，从而获获得截面尺尺寸更为精精确、表面面更为光亮亮的塑料制制件。机头按挤出出的塑件形形状大致可可分为：挤挤管机头、、挤板机头头、吹塑机机头三大类类。按塑件件出口方向向可分为：：直向机头头和横向机机头。前者者机头内料料流方向与与挤出机螺螺杆轴向一一致；后者者机头内料料流方向与与挤出机螺螺杆轴向成成某一角度度。按机头头内压力的的大小可分分为：低压压机头（料料流压力小小于4MPa）、中压机机头（料流流压力为4MPa～10MPa）、高压机机头（料流流压力大于于10MPa）。4.2.3机头的分类类图4.2为管材的挤挤出模结构构示意图。。由图中可可以看出，，挤出成型型模具由以以下7部分组成。。4.2.4挤出模具结结构组成图4.2挤出模结构构1—管材；2—定型模；3—口模；4—芯棒;5—调节螺钉；；6—分流器；7—分流器支架架；8—机头体；9—多孔板；10—加热器1．口模和芯棒棒口模3用来成型塑塑料制件的的外表面，，芯棒4用来成型塑塑件的内表表面。所以以口模和芯芯棒的成型型部分决定定了塑料制制件的横截截面形状。。多孔板9位于挤出机机与机头之之间，其作作用是将塑塑料熔体由由螺旋运动动变为直线线运动，并并起到过滤滤杂质的作作用。为了了进一步加加强过滤作作用，可在在多孔板上上设置孔眼眼更加细蜜蜜的过滤网网，增加挤挤出压力，，使塑件更更加密实。。2．多孔板3．分流器和分分流器支架架分流器6又称鱼雷头，，塑料熔体通通过分流器被被分为薄环状状以平稳地进进入成型区，，以便进一步步加热和塑化化。分流器支支架7主要用来支承承分流器和芯芯棒，同时也也能对分流后后的塑料熔体体加强搅拌。。4.机头体机头体8相当于模架，，作用是用来来组装机头各各零件并与挤挤出机连接。。5.温度调节系统统为了保证塑料料熔体在机头头中正常流动动及挤出成型型质量，机头头上设置有可可以加热的温温度调节系统统，如图4.2中所示的加热热器10。6.调节螺钉调节螺钉5用来调节口模模与芯棒之间间的间隙，保保证制品的壁壁厚均匀。7.定型模定型模2可以对塑料制制品进行冷却却和定型，以以使塑件获得得良好的表面面质量、准确确的尺寸和几几何形状。管材挤出机头头主要用来成成型连续的管管状塑件。管管材机头适用用的挤出机螺螺杆长径比（（即螺杆长度度与其直径之之比）i=15～25，螺杆转速n=10～35r/min。常用的管材材挤出机头结结构有直通式式、直角式和和旁侧式三种种形式。4.3挤出机头的典典型结构4.3.1管材挤出机头头的典型结构构直通式挤管机机头如图4.2所示，其结构构简单，容易易制造，是最最常用的机头头。分流器和和分流器支架架设计成一体体，装卸方便便。但塑料熔熔体经过分流流器支架时，，产生几条分分流痕，难以以消除。直通式挤管机机头，主要用用来挤出薄壁壁管材，适用用于软硬聚氯氯乙烯、聚乙乙烯、尼龙、、聚碳酸酯等等塑料管材的的成型。1.直通式挤管机机头直角式挤管机机头如图4.3所示，机头内内的熔料挤出出方向与挤出出机螺杆轴线线方向成90o角。用于内径径定径的场合合，冷却水从从芯棒3中通过。成型型时塑料熔体体包围芯棒并并产生一条熔熔接痕。熔体体的流动阻力力小，成型质质量高。但机机头结构复杂杂，制造困难难。2.直角式挤管机机头4.3直角式挤管机机头1—口模；2—调节螺钉；3—芯棒；4—机头体；5—连接管3.旁侧式挤管机机头旁侧式挤管机机头如图4.4所示，与直角角式挤管机头头相似。优点点是加强了熔熔料塑化，提提高了产品质质量，适用于于生产大口径径管材。缺点点是结构复杂杂，制造困难难，模具成本本高。图4.4旁侧式挤管机机头1、12—温度计插孔；；2—口模；3—芯棒；4、7—电热器；5—调节螺钉；6—机头体；8、10—熔料测温孔；；9—机头体；11—芯棒加热器4.3.2棒材挤出机头头的典型结构构棒材主要指实实心的具有一一定规则形状状的型材，如如圆形、方形形、三角形、、菱形和多边边形等。棒材材挤出机头结结构比较简单单，机头流道道光滑呈流线线型，一般流流道中不必有有分流措施。。棒材挤出机机头的典型结结构如图4.5所示。图4.5棒材挤出机头头的典型结构构1—口模；2—连接套；3—加热圈；4—机头体；5—多孔板；6、7—法兰盘；8—螺杆；9—料筒4.3.3板材与片材挤挤出机头的典典型结构凡是成型段横横截面具有平平行缝隙特征征的机头，为为板材与片材材挤出机头。。主要用于板板材、片材和和薄膜的成型型。常见的板板材与片材挤挤出机头有鱼鱼尾式机头、、支管式机头头和螺杆式机机头等。1.鱼尾式机头鱼尾式机头其其模腔似鱼尾尾状。塑料熔熔体从机头中中部进入模腔腔，向两侧分分流。鱼尾式机头结结构简单，制制造容易，适适合于多种塑塑料的挤出成成型。所生产产的板材宽度度小于500mm，厚度为1～3mm。2.支管式机头这种机头的型型腔呈管状，，从挤出机挤挤出的熔体先先进入歧管中中，然后通过过歧管经模唇唇间的缝隙流流出成型板材材。3.螺杆式机头螺杆式机头实实际上是支管管机头的一种种，只是在歧歧管内装有分分配螺杆。通通过分配螺杆杆的转动，迫迫使塑料熔体体沿机头幅宽宽均匀挤出，，获得厚度均均匀的板材。。机头温度容容易控制，适适用于加工热热稳定性差的的塑料，可生生产宽幅制品品，最宽可达达4000mm。其缺点是由由于分配螺杆杆的转动，挤挤出制品易出出现波浪形流流痕。机头结结构复杂，成成本较高。4.4挤出成型模具具的设计4.4.1机头的设计原原则（1）内腔呈流线线型（2）成型部分要要有足够的长长度（3）选材合理（4）形成一定的的压缩比（5）结构紧凑，，装拆方便4.4.2管材挤出机头头的设计管材挤出机头头的设计，主主要确定机头头内口模、芯芯棒、分流器器和分流器支支架的形状和和尺寸。在设设计管材挤出出机头时，须须有已知的数数据，包括：：挤出机的出出口直径，塑塑料制品的内内径、外径，，制品所用的的材料等。1.口模（1）口模内径d式中d——口模内径（mm）；D——管材外径（mm）；K——补偿系数（2）口模定型段段长度L1口模和芯棒的的平直部分的的长度称为定定型段长度。。按管管材材外外径径计计算算：：L1=（0.5～3）D按管管材材壁壁厚厚计计算算：：L1=nt2.芯棒棒（1）芯芯棒棒的的外外径径：：D=d-2δδ（2）定定型型段段长长度度：：等等于于或或略略大大于于口口模模的的定定型型段段长长度度L1（3）压压缩缩段段长长度度L2：L2=（1.5～2.5）d（4）芯芯棒棒收收缩缩角角β：低黏黏度度塑塑料料：：β=45～60；高黏黏度度塑塑料料：：β=30～50；3.分流流器器和和分分流流器器支支架架（1）分分流流器器的的扩扩张张角角α：对于于低低黏黏度度塑塑料料：：α=45～80；对于于高高黏黏度度塑塑料料：：α=30～60；（2）分分流流器器长长度度L3：L3=（1～1.5）D（3）分分流流器器尖尖角角处处圆圆弧弧半半径径R：R=0.5～2mm（4）分分流流器器表表面面粗粗糙糙度度：：Ra＜0.4～0.24.拉伸伸比比和和压压缩缩比比（1）拉拉伸伸比比：：（2）压压缩缩比比ε对于于低低黏黏度度塑塑料料：：ε=4～10；对于于高高黏黏度度塑塑料料：：ε=2.5～6.04.4.3管材材定定型型模模的的设设计计管材材被被挤挤出出口口模模时时，，还还具具有有相相当当高高的的温温度度，，没没有有足足够够的的强强度度和和刚刚度度来来承承受受自自重重和和变变形形。。为为了了使使管管材材获获得得良良好好的的表表面面粗粗糙糙度度、、准准确确的的尺尺寸寸和和几几何何形形状状，，管管材材离离开开口口模模时时，，必必须须立立即即进进行行定定径径和和冷冷却却。。管材材的的定定径径和和冷冷却却由由定定型型模模来来完完成成。。1.外径径定定径径（1）内内压压法法外外定定径径（2）真真空空法法外外定定径径2.内径径定定径径内径径定定径径的的定定型型模模沿沿其其长长度度方方向向应应带带有有一一定定的的锥锥度度，，一一般般在在0.6∶∶100～1.0∶∶100之间间选选取取。。定定型型模模的的长长度度根根据据管管材材壁壁厚厚和和牵牵引引速速度度而而定定，，一一般般取取80～300mm。4.5挤出出成成型型设设备备塑料料挤挤出出成成型型所所用用的的设设备备为为挤挤出出机机。。一一般般分分为为单单螺螺杆杆挤挤出出机机和和双双螺螺杆杆挤挤出出机机两两种种。。挤出出机机的的工工作作原原理理是是：：螺螺杆杆在在料料筒筒内内转转动动，，料料被被不不断断的的推推动动压压实实，，料料在在强强力力剪剪切切、、摩摩擦擦以以及及外外加加热热器器的的作作用用下下，，逐逐渐渐熔熔化化并并均均匀匀后后，，以以一一定定的的压压力力和和流流量量从从机机头头中中挤挤出出。。1.料筒筒料筒