模具设计第七章

7.1挤出成型工艺7.2挤出机头概述7.3管材挤出机头的设计7.4挤出模设计实例第7章塑料挤出模具设计传动系统、加热冷却系统和挤出系统。挤出系统包括螺杆、机头和口模。通常把机头以及装于机头上的口模合并起来，统称为机头。1)熔体由螺旋运动转变为直线运动。2)产失必要的成型压力，保证挤出制品密实。3)熔体在机头内进一步塑化。4)熔体通过口模成型，获得所需截面形状的制品7.1挤出成型工艺

可挤出成型的各种型材、管材和棒材的横截面

7.1.1挤出成型原理及特点7.1挤出成型工艺

7.1.2挤出成型工艺过程（1）原材料的准备阶段（2）塑化阶段（3）成型阶段（4）定径阶段（5）牵引得到的产品经过定长切断或卷曲，然后进行打包。7.1挤出成型工艺

7.1.3挤出成型工艺参数挤出成型工艺条件即选择挤出过程的合适参数，如温度、压力和流率（或挤出速率、产量）等。

7.1挤出成型工艺

7.2.1挤出机头的作用及分类1.机头的作用（1）使来自挤出机的熔融塑料由螺旋运动变为直线运动；（2）产生必要的成型压力，以保证塑料制品外形完整，内部密实；（3）使塑料通过机头时进一步塑化；（4）通过机头口模以获得横截面形状相同的连续的塑料制品。7.2挤出机头概述2.机头的分类(1)按机头的几何形状分类1）圆环机头：这种机头的机头体的几何形状呈圆环形状。如管膜机头、管材机头、棒材机头、单丝及造粒机头、挤网机头，以及吹塑管坯机头等。2）平板状机头：这种机头的形状呈平板状。如平膜机头、板材机头、异型材机头、组合式多坯挤出机头等。7.2挤出机头概述(2)按机头进料与出料的方向分类1）水平直通式机头：7.2挤出机头概述1-堵塞7分流器支架8机头体9过滤板10.通气嘴12链接套制造容易、成本低。但分流器支架产生的合流线不易消除，同时这种机头较长，比较笨重。它适用于PVC、PE、PA、Pc等塑料薄壁管材的加工。管材挤小成型直向机头的典型结构形状如图，由口模、芯棒、分流器、分流器支架、栅板等组成。机头分为分流区、压缩区和成型区三个部分。分流区的作用是使从螺杆推出的溶体经过栅板，使螺旋状流动的熔体转变为直线流动。栅板还可以起过滤作用，把未完全熔化的料挡在栅板外，使之继续熔化，防止它进入机头引起阻塞。通过栅板后的熔体，经分流器使之初步形成中空的管状流而后进入压缩区。压缩区主要是通过截面的变化使熔体受剪切作用，进一步塑化。如图中的压缩区入口截面积大于其出口的截面积。此两截面积之比即为压缩区的压缩比。压缩比小即剪切力小，熔体塑化不均匀，容易引起融合不良；而压缩比过大则残留应力大，易产生涡流和表面粗糙的缺陷。

成型区即口模，其作用不仅是把熔体形成所需要的形状和尺寸，而且使通过分流器支架及分流锥的不平稳的流动使之渐趋平稳，并通过一定长度的通道成型为所需要的形状。但由于熔体在受压下流经口模，出口后必然要膨胀〔有的部位也可能收缩)，因此口模的尺小和形状与成品不同。挤出成型机头的分类由于挤出制品的形状和要求各不相同。因此要有相应的机头来满足，故机头的种类很多，大致可按以下三种特征来分类。

(1)按挤出制品出口方向分。可分为直向机头(直通机头)和横向机头(直角机头)。

(2)按机头内压力大小分。可分为低压机头(料流压力为1MPa)、中压机头(料流压力为4—10MPa)和高压机头(料流压力在10MPa以上)。

(3)按挤出制品的形状分。可分管材、棒材、板材、薄膜、线与缆敷层等挤出成型机2）直角式机头

7.2挤出机头概述6-气嘴电线包覆直角式机头内未设置分流器支架，料流包围芯棒，只产生一条合流线。但机头结构较复杂、制造较困难、成本高。当对管材内径尺寸要求比较严格时最为适用，因为其定径精度较高，而是管材的内、外壁同时进行冷却，可以减少机头的挤出阻力、料流稳定、出料均匀、管材质量好、产量高。这种形式的机头特别适用于加工PE、PP、PA等塑料管材。由于这种机头挤出管材的方向与按出机螺杆轴向垂直，故占地面积较大。旁侧式机头结构与直角机头相似，但结构更复杂些，料流阻力也较大。它除了具备直角机头的优点外，其挤管方向与螺杆轴向一致，占地面积较小。7.2.2挤出机头的结构组成

（1）口模和芯棒（2）过滤部分（3）机头体（4）连接部分（5）分流器与分流器支架（6）定径套7.2挤出机头概述7.2.3挤出机头的作用（1）使来自挤出机的塑料熔体的料流形式由螺旋带状流动改变为直线流动。（2）通过型腔内流道横截面几何形状与尺寸的变化，产生必要的成型压力，以保证塑件外形完整，内部密实。（3）通过型腔内的剪切流动及加热控温，使塑料熔体进一步均匀塑化。（4）成型具有一定横截面形状、尺寸和外观质量的连续的塑料制品。7.2挤出机头概述7.2.4挤出机头的设计原则（1）内腔呈流线型，内腔不能急剧地扩大和缩小，更个能有死角和停滞区，流道应加工得十分光滑，表面粗糙度Ra值小于0.4μm以便熔体能沿着机头的流道充满并均匀地挤出成型，避免塑料过热分解。

(2)机头应有足够的压缩比。根据制品种类的不同，在机头内应有足够的压缩比。压缩比是指分流器支架出口处的截面积与口模、芯捧之间的环隙向积之比。压缩比过小时，制品不密实，而且物料通过分流器支架后形成的熔合线不易消除；压缩比过大时，会造成机头结构庞大，物料流动阻力增加，影响制品的产量和质量。一般压缩比取3—6为宜。7.2挤出机头概述（3）机头成型区正确的横截面形状及尺寸由于塑料的物理性能以及温度、压力等因素的影响，机头成型部分的断面形状并不就是挤出制品实际的断面形状，在设计时还应考虑留有试模后修整的余地。

(4)机头应考虑设置适当的调节控制装置

。挤出时对挤出力、挤出速度，挤出量等参数要能进行调节，尤其是挤小异型树。机头中最好设音调节流量、调节口模与芯棒各向间隙以及能正确控制和调节温度等结构，保证制品的形状、尺寸和质量。5）机头应有足够的强度和刚度，而且结构应简单紧凑，方便加工和装配。（6）选择合适的模具材料。机头材料应选择耐磨性好、有足够的韧性、热处理变形小、抗腐蚀7.2.5机头与挤出机的关系

7.2挤出机头概述7.3.1直通式挤管机头工艺参数的确定1.口模7.3管材挤出机头的设计挤出时，管材离开口模后，压力降低，塑料制品因弹性回复而膨胀，管材截面积特有所增大。另一方面，又出于牵引和冷却收缩的影响，管材截面积也有缩小的趋势。这种膨胀与收缩的大小与塑料性质、口模温度与压力、定径套的结构形式以及牵引速度等因素有直接的关系。日前尚无成熟的理论计算方法计算膨胀和收缩值。通常，按照拉伸比来确定口模与芯棒间环形截面积与挤压管材的截面积之比（1）口模的内径

7.3管材挤出机头的设计2）按拉伸比确定（2）定型段长度按管材壁厚计算经验公式k是补偿系数塑件口模内壁平直部分的长度，这一参数的确定非常重要。L1的确定与制品的壁厚、直径大小、形状、塑料品种以及牵引速度等因素有关。定型段长度不宜过长，也不宜过短。过长时，料流阻力增加过大，而过短时，又起不到定型作用。L1可按管材的外径D和壁厚t来确定系数管件外径2.芯棒7.3管材挤出机头的设计（1）芯棒的外径（2）芯棒定型段的长度1定型段长度芯棒压缩长度（3）芯棒的压缩段与口模相应的锥面部分构成压缩区，使经过分流器支架后的多股塑料熔体很好地汇合，消除熔接痕。

7.3管材挤出机头的设计（4）压缩角对低强度塑料对高粘度塑料芯棒压缩长度3.分流器和分流器支架7.3管材挤出机头的设计

塑料流经分流器时．料层变薄，这样便于均匀加热，以利于进一步塑化。某些大型挤出机头的分流器内部还设置有加热器。3.分流器和分流器支架（1）分流器的角度低黏度塑料高黏度塑料角大时阻力大，物料停留时间长，容易分解，角过小则势必要增加锥形部分的长度，使机头体积增大，不利于塑料均匀受热。（2）分流锥的长度（3）分流器头部圆角半径

（4）分流器表面粗糙度（5）过滤板与分流器顶间隔7.3管材挤出机头的设计，

（6）分流器支架分流器支架的作用是用来支撑和固定分流器及芯棒的，中小型机头的分流器和分流器支架可加工成整体。分流器支架上分流筋的数目一般为3—8根。为了消除塑料流经分流器支架后形成的接合线，分流筋的形状应呈流线型，如图B一B剖面所示。其出料端的角度应小于进料端的角度。在满足强度要求的条件下，其宽度和长度应尽可能小些，数量也应尽可能少些。因为筋的数量多，则料流分束过多，制品上形成的接合线也多；而筋过宽则分流器均多孔板之间的空腔，起着汇集料流、补充塑化和重新组合的作用。所以，分流器与多孔板之间的距离L5不宜过小，以免料流出管不匀；但L5值也个能过大；否则塑料停留时间长，容易分解，—般取10一20mm接合线不易消失，影响管材强度。分流器支架内开有进气孔和导线孔，用以通人压缩空气和内部装置加热器时通人导线。通入压缩空气对管材的定径和冷却都会起到良好的作用挤管机头的压缩比是指流道型腔内的最大截面积(通常为分流器出口端处的流道截面)与口模、芯棒间环形缝隙的截面积之比。对低粘度物料可取4一lo，对高强度物料可选取2．5—6。4.拉伸比与压缩比

6．管材壁厚的调节为了获得壁厚均匀的挤出制品，口模和芯标的中心线应严格地同心。在多数情况下是芯棒固定，调节螺钉来调节口模的位置以保证两者的同心度。调节螺钉的数目一般为4个以上，且管材口径越大，所需调节螺钉的数日也越多。当管材型坯刚刚离开挤出机头时，由于温度高(如HPvC管可达180℃)，形状不定必须使管材则还冷却、硬化、定型。另外，熔体型环出模后还将产生膨胀效应，也会使管和型胚的形状和尺寸发生变化，因此，必须对离开口模的半溶体型坯采取定形状、定尺寸的措施。这样，才能使管材获得准确的尺寸、几何形状和良好的表面质量。通常，用定径套来完成定型。经过定径套定径和初步冷却后的管材进入水槽继续冷却，通过水槽时．管材完全浸没在水中，离开水槽时，管材已经完全定型。7.3.3管材的定径和冷却挤出管材的定型工艺方法有的种：外径定性法和内径定径法。外径定径法是用定径套控制管材的外径尺寸和圆度，其中，外径定径法又分为内压法和真空法两种；而内径定径法则是通过定径套来控制管材的内径尺寸和圆度。7.3.3管材的定径和冷却1.外径定径（1）内压法外定径

7.3管材挤出机头的设计为外径定径的内压法。在管材内通人o．03一o．05MPa的压缩空气，为保持管内压力，采用堵塞以防漏气。压缩空气最好经过预热，因为冷空气会使芯棒温度低．造成管材内壁不光滑。（2）真空法外定径

7.3管材挤出机头的设计

真空法的定径装置比较简单，管口不必堵塞，但需要一套抽真空设备，而且出于产生的