第挤出成型模具

会计学1第挤出成型模具7.1.2挤出成型机头的基本结构组成下面以管材挤出成型机头为例,介绍机头的基本结构组成,如图7-1所示。图7-1管材挤出成型机头l-管材2-定径套3-口模4-芯棒5-调节螺6-分流器7-分流器支架8-机头体9-过滤板10、11-加热器第1页/共53页1．口模和芯棒

口模和芯棒是成型塑件的截面形状的。其中，口模是成型塑件的外表面，芯棒是成型塑件的内表面。2．过滤板

过滤板又称多孔板，与过滤网共同将塑料熔体由螺旋运动转变为直线运动，过滤杂质，并造成一定压力，促进熔体塑化均匀，此外，还起支承滤网的作用。3．分流器与分流器支架

分流器又称为鱼雷头，使通过它的塑料熔体分流变成薄环状，平稳地进人成型区，同时进一步加热和塑化塑料。分流器支架主要用于支承分流器和芯棒，同时也能对分流后的塑料熔体加强剪切混合作用。小型分流器和分流器支架可设计成一体。第2页/共53页4．机头体

机头体是用来组装并支承机头的各零部件，机头体还需要与挤出机相联接，联接处应密封，以防止塑料熔体的溢出。5．加热器

为了保证塑料熔体在机头中的正常流动及挤出成型质量，机头上一般设有电加热器。6．调节螺钉

用来调节控制成型区内的口模和芯棒之间的间隙及同轴度，以保证挤出塑件壁厚的均匀，通常调节螺钉的数目定为4－8个。7．定径套

离开成型区的塑料虽已具有给定的形状，但由于塑料的温度仍较高，不能抵抗自重的变形，为此需要用定径套对其进行冷却定型，以使制件获得良好的表面质量、正确的尺寸和几何形状。第3页/共53页7.1.3挤出机头的分类由于能够挤出成型的塑料制件是多种多样，根据不同的制件要求，在生产中需要设计不同的机头，一般机头有下列几种分类方法：1．按塑料制件类型分挤出成型的主要塑件品种有管材、棒材、异型材、薄膜、板材、片材、电线电缆等，相应的我们把成型这些不同塑件的机头分为管材机头、棒材机头、异型材机头、吹塑薄膜机头、板材挤出机头、片材挤出机头以及电线电缆板材挤出机头等。第4页/共53页2．按挤出塑件的出口分按照塑件从机头的挤出方向不同，可分为直通机头（或称直向机头）和角式机头（或称横向机头）。直通机头的特点是：熔体在机头内的挤出流向与挤出机螺杆平行；角式机头的特点是：熔体在机头内的挤出流向与挤出机螺杆的轴线呈一定的角度。当熔体挤出流向与螺杆轴线垂直时，又可称为直角机头。直通机头和角式机头的选用与塑料制件的结构类型有关，如可以采用直通机头挤出成型聚氯乙烯硬管，而挤出成型带有塑料包覆层的电线电缆时，则需要采用直角机头。3．按熔体所受压力不同分

挤出成型不同品种的塑料或不同的塑料制件时，熔体在机头内所受压力的大小不同。对于塑料熔体受压小于4MPa的机头，称为低压机头；而当熔体受压大于10MPa时，称为高压机头。第5页/共53页7.1.4挤出成型机头的设计原则1．正确选用机头形式。2．应能将塑料熔体的旋转运动转变成直线运动并产生适当压力。3．机头内的流道应呈光滑的流线型。4．应有一段适当的压缩区，保证足够的压缩比。5．机头成型区应有正确的截面形状。6．机头最好设有适当的调节装置。7．机头要有足够的刚度和强度，结构力求简单合理紧凑。8．合理选择机头材料。第6页/共53页7.1.5挤出成型设备为满足挤出成型生产的需要，挤出成型主要设备由挤出成形机（主机）和其他一些辅助设备（辅机）组成。1.主机它主要包括挤出系统、传动系统、加热冷却系统，如图7－2所示为常用卧式单螺杆塑料挤出成型机。(1)挤压系统主要由螺杆1和料筒2组成，塑料通过挤压系统而塑化成均匀的熔体，并被螺杆连续地定压、定量、定温地挤出机头。(2)传动系统它的作用是给螺杆提供所需的扭矩和转速。(3)加热冷却系统通过对料筒和螺杆进行加热和冷却，保证成型过程中的温度达到工艺要求。第7页/共53页

图7-2卧式单螺杆塑料挤出成型机

1-螺杆2-料筒3-加热器4-料斗支座5-料斗

6-推力轴承7-传动系统8-螺杆冷却系统9-机身第8页/共53页2．辅机挤出机辅机的组成是根据塑件的类别而定的，主要包括机头、定型装置、冷却装置、牵引装置等，图7-3所示为吹塑薄膜辅机。图7-3吹塑薄膜辅机组成1-卷料装置2-牵引装置3-人字板4-冷却定型装置5-机头第9页/共53页(1)机头成型塑件的主要部件，熔融塑料通过机头获得一定的几何截面和尺寸。(2)定型装置将从机头中挤出的塑料以特定形状稳定下来，并进行调整。从而获得精确的截面形状、尺寸和光亮表面。(3)冷却装置由定型装置出来的塑件在此充分冷却，从而获得最终形状和尺寸。(4)牵引装置均匀地牵引塑件，并对塑件的截面尺寸进行控制，使挤出过程稳定地进行。(5)切割装置将连续挤出的塑件切成—定长度和宽度。(6)卷取装置将软塑件(薄膜、软管、单丝等)卷绕成卷。第10页/共53页3．挤出机的主要参数挤出机类型很多，通常按螺杆数目多少可分为单螺杆、双螺杆和多螺杆挤出机；按是否排气可分为排气式和非排气式挤出机；按螺杆的空间位置可分为卧式和立式挤出机。目前，最常用的是卧式单螺杆非排气式挤出机，单螺杆挤出机主要参数见附表D。各种型号的挤出机安装机头部位的结构尺寸各不相同，在机头设计中要注意校核主要联结的方式和尺寸，包括挤出机法兰盘、结构形式、过滤板和过滤网配合尺寸、铰链螺栓长度、联接螺栓直径和分布数量等。第11页/共53页7.2典型挤出成型模具结构7.2.1管材挤出成形机头管材是挤出成型生产的主要产品之一，管材挤出成型机头主要用来成型软质和硬质圆形管状塑件，管机头一般有以下四种类型。1．直通式管机头其结构简单，容易制造，但熔体经过分流器及分流器支架时形成的熔接痕不易消除，整体长度较长，结构笨重。适用于挤出成型软硬聚氯乙烯、聚乙烯、尼龙、聚碳酸酯等塑料管材。图7-4直通式管机头l-芯棒2-口模3-调节螺钉4-分流器支架5-分流器6-加热器7-机头体第12页/共53页2．直角式管机头由于与其配合的冷却装置可以同时对管材的内外径进行冷却定型，因此成型的管材直径精度高；塑料熔体的流动阻力较小，料流稳定均匀，生产率高，成型质量也较高；但机头结构较复杂，制造相对较困难。适用于挤出成型聚乙烯、聚丙烯等管材。图7-5直角式管机头l-口模2-调节螺钉3-芯棒4-机头体5-连接颈第13页/共53页3．旁侧式管机头

图7-6旁侧式管机头l-温度计插孔2-口模3-芯棒4、7-加热器5-调节螺钉6-机头体8、10-熔料测温孔9-连接体11-芯棒加热器12-温度计插孔第14页/共53页4．微孔流道管机头塑料熔体直接通过微孔管上的众多微孔口进入口模的定型段，此类机头结构简单、挤出的管材没有分流痕迹、强度高、料流稳定且可以控制。但由于管材的自重会引起壁厚不匀现象出现，因此，要适当调整口模的偏心，一般口模与芯棒下面的距离比上面小10％～18％。适用于挤出成型口径较大的聚乙烯、聚丙烯的塑料。图7-7微孔流道管机头第15页/共53页7.2.2棒材挤出成形机头图7-8棒材挤出机头1-口模2-分流器3-机头体4-分流器支架5-过滤板第16页/共53页7.2.3异型材挤出成型机头图7-9常见异型材第17页/共53页1．板式异型材机头如图7－10所示，板式机头结构简单，成本低，制造快，安装调整容易。但物料机头内流道截面从圆形急剧变为塑件形状的截面，流动情况不好，容易形成物料局部停滞和死角，易产生热分解现象，影塑件质量，故只适用于形状简单、生产批量少的情况且为非热敏性塑料的加工。图7－10板式异型材机头l一芯棒2一口模3支承板4一机头体第18页/共53页2．流线型异型材机头如图7－11所示，流线型机头的流道呈光滑过渡曲面，避免了流道截面的急剧变化，保证塑料熔体流动的顺畅，无物料滞留死角，所得塑件质量好。但机头制造困难，成本高。图7-11流线型异型材机头第19页/共53页7.2.4板、片材挤出成型机头塑料板、片材一般采用挤出成型法加工。目前多用扁平狭缝机头直接生产板材和片材，机头的进料口为圆形，内部逐渐由圆形过渡成狭缝形，最后形成宽而薄的扁平出料口，如果使熔体沿着机头内整个宽度的截面上向前推进的速度相等，就能挤出壁厚均匀一致、表面光滑的塑料板材或片材。用于挤出成型板材和片材的机头可分为支管式机头、鱼尾式机头、螺杆式机头等。第20页/共53页1．支管式机头

图7-12中间供料的直支管型机头l-幅宽调节块2-支管模腔3-模口调节块4-模口调节螺钉如图7－12所示为中间供料的直支管型机头，塑料熔体从支管的中部进入后，管状模腔对塑料熔体进行分流，再从支管模腔的狭缝中挤出，支管模腔与挤出料流方向垂直；塑件的宽度通过幅宽调节块来调节，塑件厚度通过模口调节螺钉调节；由于熔体从中间进料，塑料熔体在支管模腔内的流程较短，温度调节相对较容易些，且板材和片材型坯的厚度及性能质量沿进料口中心线对称，使用较普遍。采用此类机头可以挤出成型幅度较大的板（片）材，而且此类机头还具有体积小、重量轻、结构简单、加工容易及幅宽可调等优点，因而使用广泛。第21页/共53页2.鱼尾式机头如图7-13所示，这种机头的特点是模腔呈鱼尾形状，塑料熔体从机头中部进人模腔，向两侧分流，从而在模口处挤出所要求宽度和厚度的板（片）材，通常在机头模腔内设置阻流器，以调节料流阻力的大小，以使塑件厚度均匀。该机头结构简单、易加工；适用于多种塑料挤出成型，如粘度较低的聚烯烃类塑料、粘度较高的塑料以及热敏性较强的聚氯乙烯和聚甲醛等；但不适于挤出成型宽幅板（片）材，一般幅宽小于500mm，板厚不大于3mm，鱼尾扩张角不能太大，通常取80°左右。图7-13带阻流器的鱼尾式机头1-模口调节块2-阻流器第22页/共53页3．螺杆式机头如图7－14所示，这种机头与直管式机头类似，只是在直支管模腔内多加设一根可单独驱动的螺杆。螺杆旋转可进一步塑化塑料熔体，并均匀地进行宽度分配，温度控制也较容易，但因螺杆须制成多头、渐变形螺纹且须能单独转动，故结构复杂、加工困难，成本也较高；而且制件的表面还会出现波浪形痕迹。这类机头挤出成型板材厚度可达20mm，幅宽达2000－4000mm，且适用于各种塑料，尤其是一些流动性差、热敏性强的塑料。图7-14螺杆式机头1-栅板2-分配螺杆第23页/共53页7.2.5吹塑薄膜机头挤出吹塑成型法是塑料薄膜生产中应用最广泛的一种方法，可用来生产聚氯乙稀、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、尼龙等各种塑料薄膜。吹塑薄膜机头主要形式有：芯棒式机头、十字形机头、螺旋式机头、旋转式机头。第24页/共53页1．芯棒式机头如图7-15所示，塑料熔料由横向机颈进入芯棒的缝隙时，需转过90°角，背芯棒分成两股料流，从机头与芯棒间挤出管坯，同时压缩空气从芯棒中心进入，吹胀管坯，得到薄膜。这种机头结构简单，流道内余料少，不易发生热分解，只有一条熔接痕，但生产出来的薄膜厚度均匀性较差。适用于聚氯乙烯等热敏性塑料的薄膜吹塑。图7-15芯棒式吹塑薄膜机头1-芯棒2-缓冲槽3-压板4-口模调节螺钉5-口模6-上机头体7-连接颈8-下机头体9-紧固螺钉10-芯棒轴第25页/共53页2．十字形机头如图7-16所示，十字机头从中心进料，模芯不受侧压力，不会产生“偏中”现象，因此，管坯从口模挤出时出料均匀，薄膜厚度较容易控制。但机头内有多条分流筋存在，薄膜上熔接痕多；机头内空腔大，存料多，不适宜加工热敏性的塑料。通常用于聚丙烯、聚乙烯、尼龙等薄膜加工。图7-16十字形吹塑薄膜机头l-下机头体2-分流器支架3-调节螺钉4-压板5-上机头体6-分流器7-芯棒8-口模9-压板螺栓第26页/共53页3．螺旋式机头如图7-17所示，螺旋式机头芯棒上有4～8条螺纹槽，熔料从中心进料，沿螺纹槽运动，多股料流同时进入缓冲槽，被均匀挤出，保证了所得的薄膜壁厚均匀，而又无熔接痕。但该机头结构复杂，制造难度大。适用于聚乙烯、聚丙烯等粘度较小、不易热分解的塑料。图7-17螺旋式吹塑薄膜机头l-口模2-芯棒3-压板4-加热器5-调节螺钉6-机头体7-螺旋芯棒8-进气口第27页/共53页4．旋转式机头如图7-18所示，这种旋转机头由于在机头和型芯间存在着相互旋转运动，从而使得挤出厚度均匀，因此，用这种机头吹制的薄膜厚度误差极小。机头的旋转方式有：外套旋转而内芯棒不动；内芯棒转动，外套不动；外套与内芯棒同时旋转或反向旋转等。图7-18螺旋式吹塑薄膜机头1、7-齿轮2-空心轴3、5-铜环4-炭刷6-绝缘环8-旋转支承盘9-机头旋转体10-芯棒11-口模12-调节螺钉13-加热器14-连接颈第28页/共53页7.2.6电线电缆挤出成形机头在电线电缆的生产中，需要在金属芯线外面包覆一层塑料做绝缘层和保护层，一般采用在挤出机的直角式机头实现成型，电线电缆挤出成形机头典型结构常有两种形式。第29页/共53页1．挤压式包覆机头挤压式包覆机头是用于生产电线的保护绝缘层的，其结构如图7－19所示，塑料熔体通过挤出机过滤板进入机头体，转向90°后沿着芯线导向棒继续流动，在导向棒上汇合成一封闭料环后，经口模成型区，最终包覆在芯线上，芯线同时连续地通过芯线导向棒，使包覆挤出生产能连续进行。这种机头的结构简单，调整方便，但芯线与塑料的包履层的同心度不好，保履层不均匀。图7-19挤压式包覆机头1-芯线2-导向棒3-机头体4-电热器5-调节螺钉6-口模7-包覆制件8-过滤板9-挤出机螺杆第30页/共53页2．套管式包覆机头套管式包覆机头用来生产电缆的，此机头如图7-20所示，与挤压式包覆机头十分相似，也是直角式机头，不同的是，套管式包覆机头是将塑料挤成管坯，然后在口模外靠塑料管坯的遇冷收缩而包覆在芯线上。包覆层的厚度随口模尺寸、导向棒头部的尺寸、挤出速度及芯线牵引速度等因素的变化而变化。图7-20套管式包覆机头l－螺旋面2－芯线3－挤出机螺杆4－过滤板5－导向棒6－电热器7－口模第31页/共53页7.3挤出成型模具设计在挤出成型模具的机构设计计算中，主要确定机头内口模、芯棒、分流器和分流器支架等主要零部件的形状和尺寸及其工艺参数。在设计管材挤出机头之前，需要获得的数据包括挤出机型号、制件的内径、外径及制件所用的材料等。下面以管材挤出成型机头（如图7－1所示）为例，介绍挤出成型模具结构设计中的主要零部件尺寸与工艺参数的确定。第32页/共53页7.3.1口模的设计口模是用于成形管子外表面的成形零件，见图7－1的件3。需要注意的是，由于离模膨胀和冷却收缩效应，口模内径的尺寸并不等于管材外径尺寸。在设计管材模时，口模的主要尺寸为口模的内径D和定型段的长度L1,这些尺寸的确定主要靠经验公式完成。第33页/共53页D=kd

（7-1）式中D－口模的内径，mm；

d－管材的外径，mm；

k－补偿系数，见表7－2。1．口模内径D

第34页/共53页2．定型段长度L1L1＝（0.5～3）D（按管材外径计算）（7-2）或L1＝nt

（按管材壁厚计算）（7-3）式中L1－口模定型段长度，mm；

D－塑料管材外径的公称尺寸，mm；

t－塑料管材壁厚，mm；

n－系数，如表7－3所示。第35页/共53页7.3.2芯棒的设计

芯棒是用于成形管子内表面的成形零件，其结构见图7－1的件4。由于与口模结构设计同样的原因，即离模膨胀和冷却收缩效应，所以芯棒外径的尺寸不等于管材内径尺寸。一般芯棒与分流器之间用螺纹连接，其中心孔用来通入压缩空气，芯棒的结构应有利于物料流动，消除熔接痕，容易制造。芯棒主要尺寸有芯棒外径d、压缩段长度L2和压缩区锥角β，这些尺寸的设计主要靠经验公式完成。第36页/共53页1．芯棒的外径dd

＝D－2δ（7-4）式中d－芯棒的外径，mm；

D－口模的内径，mm；

δ－芯棒与口模的单边间隙，通常取

δ=（0.83～0.94）×t，mm；

t－塑料管材壁厚，mm。第37页/共53页2．定型段、压缩段和收缩角(1)芯棒定型段的长度与口模的定型段长度L1相等或稍长。(2)芯棒压缩段长度L2L2＝（1.5～2.5）D0（7-5）式中L2－芯棒的压缩段长度，mm；

D0－塑料熔体在过滤板出口处的流道直径，mm。第38页/共53页(3)芯模收缩角β低黏度塑料β取45°～60°高黏度塑料β取30°～50°第39页/共53页7.3.3分流器和分流器支架的设计如图7-18所示为分流器和分流器支架的结构。塑料通过分流器，使料层变薄，这样便于均匀加热，以利于塑料进一步塑化。大型挤出机的分流器中还设有加热装置。图7-18分流器和分流器支架结构第40页/共53页1．分流锥的角度α（扩张角）低黏度塑料α取30°～80°高黏度塑料α取30°～60°扩张角α>收缩角β，α过大时料流的流动阻力大，熔体易过热分解；α过小时不利于机头对其内的塑料熔体均匀加热，机头体积也会增大。2．分流锥长度L3L3=（0.6～1.5）D0（7-6）式中D0－过滤板与机头交接处的流道直径，mm，如图7－1所示。

3．分流锥尖角处圆弧半径RR＝0.5～2mmR不宜过大，否则熔体容易在此处发生滞留。第41页/共53页4．分流器表面粗糙度值RaRa<0.4～0.2μm5．过滤板与分流锥顶间隔L5L5=10～20mm

或L5<0.1D1（7-7）式中D1———螺杆的直径，mm。

L5过小则料流不均，过大则停料时间长。6．分流器支架主要用于支承分流器及芯棒。支架上的分流肋应做成流线型，如图7－18的A-A所示。在满足强度要求的条件下，其宽度和长度尽可能小些，以减少阻力。出料端角度应小于进料端角度，分流肋尽可能少些，以免产生过多的熔接痕迹。一般小型机头3根，中型的4根，大型的6～8根。第42页/共53页7.3.4拉伸比和压缩比的确定

拉伸比和压缩比是与口模和芯棒尺寸相关的工艺参数。根据管材断面尺寸确定口模环隙截面尺寸时，一般尚凭拉伸比确定。各种塑料的拉伸比和压缩比都是通过实验确定的。1．拉伸比I管材的拉伸比是指口模和芯棒的环隙截面积与管材成形后的截面积之比，其计算公式如下

I＝（D2－d2）/（Ds2－ds2）（7-8）式中I－拉伸比；

Ds、ds－塑料管材的外、内径，mm；

D、d－分别为口模的内径、芯棒的外径，mm。常用塑料的挤管拉伸比见表7-4。第43页/共53页2．压缩比压缩比是指机头和过滤板相交接处最大料流截面（通常为机头和过滤板相接处的流道截面积）与口模和芯模在成型的环形间隔截面积之比，它反映挤出成型过程中塑料熔体的压实程度。低粘度塑料ε＝4～10高粘度塑料ε＝2.5～6.0第44页/共53页7.3.5定径套的设计管材从口模中出来后，温度仍较高，没有足够的强度和刚度来承受自重变形，同时受离模膨胀和冷却长度收缩效应的影响，因此需立即采取定径套对其冷却定型，保证挤出管材的尺寸形状精度和良好的表面质量。一般采用内径定型法和外径定型法，不论采用何种方法，都是使管坯内外形成压差，使其紧贴在定径套上冷却定型。由于我国塑料管材标准大多以外径为基本尺寸，故较常采用外径定型法。第45页/共53页1．外径定径法外径定径法适用与直通式机头和微孔流道式机头，它可分为内压法定径和真空吸附法定径。（1）内压法定径如图7－19所示为内压法定径，工作时在管子内部通入经过预热的压缩空气(0.02～0.28Mpa)，可用堵塞防止漏气，从而在管内形成一定的内压力。此法定径的效果好，适用于直径较大的管材。对于内压法定径的定径套尺寸的确定，可查表7-5。图