挤出成型模具设计

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。挤出速度是单位时间内挤出的塑料质量（单位为kg/h）或塑件长度（单位为m/min）。挤出速度的大小表征着生产能力的高低。影响挤出速度的因素很多，如机头、螺杆和料筒的结构、螺杆的转速、加热冷却系统结构和塑料的特性等。在挤出机的结构和塑料品种以及塑件类型已确定的情况下，挤出速度仅与螺杆转速有关。因此，调整螺杆转速是控制挤出速度的主要措施。3．挤出速度

4．牵引速度

挤出成型生产的是连续的塑件，因此必须设置牵引装置。不同的塑件，牵引速度不同。通常薄膜和单丝的牵引速度可以快一些，其原因是牵引速度大，塑件的厚度和直径减小，纵向抗断裂强度增高。对于挤出硬质塑件，牵引速度则不能大。通常是牵引速度与挤出速度相当或牵引速度略大于挤出速度。牵引速度与挤出速度的比值称为牵引比，其值必须等于或大于1。4.2挤出模具的组成

挤出模具的组成包括两部分：机头和定型模。机头是使熔体塑料成型的工作部分，挤出工艺不同，塑件断面形状不同，机头的结构也不同。机头是挤出成型的关键部件，它有如下四种作用。（1）使塑料由螺旋运动转变为直线运动

（2）产生必要的成型压力，使挤出的塑料熔体密实

（3）使塑料得到进一步塑化（4）使塑料熔体获得需要的断面形状、尺寸，并均匀被挤出4.2.1机头的作用4.2.2定型模的作用定型模的作用是使用定径装置将从机头挤出的具备了既定形状的制品进行冷却和定型，从而获得能满足使用要求的正确尺寸、几何形状及表面质量。通常采用冷却、加压或抽真空的方法，将从口模中挤出的塑料的既定形状稳定下来，并对其进行精整，从而获得截面尺寸更为精确、表面更为光亮的塑料制件。机头按挤出的塑件形状大致可分为：挤管机头、挤板机头、吹塑机头三大类。按塑件出口方向可分为：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；后者机头内料流方向与挤出机螺杆轴向成某一角度。按机头内压力的大小可分为：低压机头（料流压力小于4MPa）、中压机头（料流压力为4MPa～10MPa）、高压机头（料流压力大于10MPa）。4.2.3机头的分类图4.2为管材的挤出模结构示意图。由图中可以看出，挤出成型模具由以下7部分组成。4.2.4挤出模具结构组成图4.2挤出模结构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；8—机头体；9—多孔板；10—加热器1．口模和芯棒

口模3用来成型塑料制件的外表面，芯棒4用来成型塑件的内表面。所以口模和芯棒的成型部分决定了塑料制件的横截面形状。多孔板能9位于佛挤出机淡与机头判之间，签其作用替是将塑弓料熔体寨由螺旋劣运动变误为直线蛾运动，还并起到腿过滤杂镇质的作病用。为衣了进一丧步加强牲过滤作漆用，可历在多孔性板上设专置孔眼璃更加细播蜜的过浑滤网，揪增加挤政出压力峡，使塑糟件更加球密实。2．多孔板3．分流器和斥分流器支部架分流器妙6又称汽鱼雷头够，塑料脚熔体通席过分流辰器被分躲为薄环财状以平梳稳地进折入成型革区，以洋便进一失步加热仁和塑化微。分流糖器支架全7主要安用来支芹承分流纠器和芯兄棒，同结时也能牺对分流吗后的塑摆料熔体罚加强搅秤拌。4.机疫头体机头体蜻8相当抖于模架芽，作用炮是用来海组装机朗头各零俱件并与桥挤出机迫连接。5.温循度调节系充统为了保证宝塑料熔体疫在机头中绒正常流动枯及挤出成欢型质量，来机头上设盈置有可以械加热的温斩度调节系辜统，如图乌4.2中舌所示的加谊热器10药。6.名调节螺颤钉调节螺计钉5用伶来调节阀口模与笋芯棒之彻间的间钞隙，保扶证制品美的壁厚青均匀。7.衔定型模定型模裙2可以陕对塑料妻制品进滔行冷却右和定型姜，以使暑塑件获什得良好谢的表面泄质量、壁准确的据尺寸和侍几何形皮状。管材挤夏出机头株主要用鞭来成型翼连续的路管状塑纽奉件。管硬材机头锁适用的细挤出机弯螺杆长初径比（特即螺杆右长度与企其直径元之比）i=15～丽25，螺探杆转速n踢=10～鸟35r/数min。恳常用的管席材挤出机虑头结构有融直通式、团直角式和扬旁侧式三融种形式傲。4.3结挤出本机头的典派型结构4.3.俱1管材挤出耗机头的典振型结构直通式挤舞管机头如陷图4.2细所示，其曲结构简单尺，容易制工造，是最盆常用的机滩头。分流伙器和分流者器支架设租计成一体描，装卸方营便。但塑峡料熔体经删过分流器病支架时，况产生几条蒙分流痕，满难以消除黎。直通式纳挤管机心头，主读要用来盐挤出薄屋壁管材牙，适用催于软硬阔聚氯乙延烯、聚刺乙烯、没尼龙、底聚碳酸振酯等塑足料管材匆的成型煮。1.术直通式已挤管机后头直角式守挤管机橡头如图馋4.3洲所示，顶机头内当的熔料宁挤出方它向与挤饮出机螺致杆轴线僻方向成微90o乓角。用睡于内径俗定径的亮场合，纤冷却水裤从芯棒唐3中通位过。成药型时塑连料熔体损包围芯耽棒并产柴生一条晴熔接痕针。熔体刃的流动皇阻力小捉，成型嫁质量高逮。但机用头结构巧复杂，示制造困真难。2.直物角式挤管掌机头4.3劝直角式顺挤管机救头1—口模表；2—亲调节螺钉乐；3—等芯棒；虏4—机头植体；5季—连接管3.旁秃侧式挤管按机头旁侧式挤增管机头如剩图4.4腊所示，与谈直角式挤烂管机头相晃似。优点常是加强了盟熔料塑化幸，提高了效产品质量舱，适用于毙生产大口作径管材。亲缺点是结刘构复杂，珍制造困难累，模具成甜本高。图4.大4悠旁侧重式挤管使机头1、12扩—温度计饶插孔；闪2—口模尼；3—卖芯棒；怖4、7—睬电热器；5—调节宗螺钉；6均—机头体址；8、棚10—熔株料测温孔顿；9—机头辜体；1秀1—芯棒傲加热器4.3.壤2棒唯材挤出机算头的典型在结构棒材主要那指实心的悦具有一定博规则形状况的型材，铅如圆形、茅方形、三垂角形、菱钻形和多边奏形等。棒改材挤出机华头结构比铅较简单，节机头流道秩光滑呈流浆线型，一貌般流道中终不必有分烂流措施。搭棒材挤出兵机头的典串型结构如联图4.5配所示。图4.5哗棒材诞挤出机头刑的典型结牢构1—口唇模；灵2—连执接套；帝3—绘加热圈葵；4援—机头窜体；应5—多平孔板；6、7—套法兰盘；葛8—螺腔杆；9颤—料筒4.3.径3板聋材与片材在挤出机头验的典型结咐构凡是成型裕段横截面隶具有平行穴缝隙特征好的机头，忌为板材与妇片材挤出寨机头。主邮要用于板宝材、片材北和薄膜的姐成型。常左见的板材非与片材挤铲出机头有瓶鱼尾式机产头、支管剩式机头和眉螺杆式机监头等。1.思鱼尾式尺机头鱼尾式机以头其模腔嗓似鱼尾状显。塑料熔宰体从机头牺中部进入姥模腔，向蚊两侧分流需。鱼尾式机逗头结构简招单，制造纽奉容易，适技合于多种么塑料的挤姜出成型。宗所生产的端板材宽度扎小于50经0mm，倍厚度为1沿～3mm闸。2.支琴管式机头这种机蠢头的型妹腔呈管亡状，从较挤出机屋挤出的止熔体先扇进入歧围管中，过然后通刃过歧管渠经模唇药间的缝蹦隙流出搜成型板捷材。3.螺叛杆式机头螺杆式机想头实际上宣是支管机弟头的一种丧，只是在酷歧管内装劝有分配螺衰杆。通过骄分配螺杆骗的转动，符迫使塑料岛熔体沿机音头幅宽均煤匀挤出，劈燕获得厚度咸均匀的板昂材。机头门温度容易脖控制，适嫩用于加工岁热稳定性靠差的塑料昌，可生产题宽幅制品服，最宽可秋达400串0mm。俘其缺点是母由于分配筝螺杆的转兔动，挤出尤制品易出晕现波浪形璃流痕。机艳头结构复许杂，成本纷较高。4.4米挤出成雪型模具的耽设计4.4愈.1桐机头牺的设计顿原则（1）内打腔呈流线渔型（2）成庄型部分要孕有足够的粘长度（3）选财材合理（4）缸形成一佩定的压长缩比（5）球结构紧奸凑，装竭拆方便4.4.革2着管材挤出卫机头的设姨计管材挤凡出机头秘的设计欠，主要享确定机朗头内口职模、芯装棒、分淋流器和卸分流器碗支架的僵形状和括尺寸。锐在设计冲管材挤头出机头诵时，须仆有已知谷的数据毒，包括晴：挤出冒机的出匠口直径大，塑料援制品的戴内径、映外径，缸制品所杆用的材栏料等。1.口笨模（1）口环模内径d式中d——口烛模内径吗（mm缎）；D——管材户外径（m剥m）；K——补偿付系数（2）口颂模定型段秆长度L1口模和芯音棒的平直葬部分的长斥度称为定次型段长度变。按管材外俗径计算：容L1=（盟0.5～傍3）D按管材艘壁厚计愈算：L逝1=nt2.掘芯棒（1）开芯棒的圣外径：抢D=d鸣-2δ（2）定木型段长度沫：等于或蜘略大于口田模的定型幻玉段长度L分1（3）淹压缩段竟长度L国2：L兄2=（屯1.5吧～2.浓5）d（4）蛮芯棒收聋缩角β缠：低黏度帆塑料：税β=4糖5～6袄0；高黏度箭塑料：雾β=3呆0～5束0；3.蚂分流器床和分流岗器支架（1）分册流器的沃扩张角吸α：对于低黏齿度塑料：遇α塞=45～耻80；对于高黏赖度塑料：参α患=30～袍60；（2）额分流器姿长度L少3：L充3=（膝1～1订.5）裤D（3）分阔流器尖角词处圆弧半帆径R：R=0.5～2mm（4）随分流器械表面粗括糙度：Ra＜0.4真～0.夜24.趣拉伸比舱和压缩命比（1）拉泳伸比：（2）战压缩比肠ε对于低黏予度塑料：什ε=究4～10沫；对于高桃黏度塑殿料：是ε=蚁2.5拌～6.寄04.4岸.3呀管材夜定型模灭的设计管材被明挤出口尿模时，臣还具有撇相当高肉的温度祸，没有努足够的允强度和留刚度来剥承受自鱼重和变众形。为翅了使管络材获得熟良好的涛表面粗瓶糙度、却准确的轮尺寸和们几何形劣状，管姐材离开撤口模时氧，必须桨立即进刻行定径急和冷却司。管材的遣定径和奶冷却由专定型模见来完成燥。1.外捆径定径（1）煌内压法控外定径（2）捎真空法仓外定径2.侵内径定庆径内径定麻径的定钱型模沿瓣其长度斧方向应译带有一奏定的锥妨度，一券般在0仔.6∶件100详～1.辰0∶1蚊00之线间选取软。定型乘模的长童度根据锤管材壁屈厚和牵背引速度群而定，锤一般取迈80～锯300成mm。4.5巩挤出成惹型设备塑料挤天出成型颠所用的估设备为乌挤出机改。一般裕分为单影螺杆挤召出机和止双螺杆丹挤出机舟两种柜。挤出机的暖工作原理扩是：螺杆希在料筒内忆转动，料投被不断的细推动压实忆，料在强兽力剪切、