塑料模具设计课件第6章

第六章挤出模设计

第一节概述第二节管材挤出成型机头第三节棒材挤出成型机头第四节吹塑薄膜挤出机头第五节板材、片材挤出成型机头第六节异型材挤出机头第一节概述挤出成型即固态塑料在一定温度和一定压力条件下熔融、塑化，利用挤出机的螺杆旋转加压，使其通过特定形状的口模而成为截面与口模形状相仿的连续型材。挤出成型方法几乎适用于所有的热塑性塑料及部分热固性塑料，但应注意的是，无论其用来成型何种塑料，挤出型材的截面形状都取决于挤出模具，模具设计合理与否，不仅影响产品的经济性，而且在技术上也是保证良好的成型工艺条件和稳定的成型质量的决定因素。下一页返回第一节概述一、挤出成型模具的作用及分类一般塑料型材挤出成型模具应包括两部分:机头(口模)和定型模(套)。(一)机头的作用机头是挤出塑料制件成型的主要部件，它使来自挤出机的熔融塑料由螺旋运动变为直线运动，并进一步塑化，产生必要的成型压力，保证塑件密实，从而获得截面形状相似的连续型材。(二)定型模的作用通常采用冷却、加压或抽真空的方法，将从口模中挤出塑料的既定形状稳定下来，并对其进行精整，从而得到截面尺寸更为精确、表面更为光亮的塑料制件。上一页下一页返回第一节概述(三)机头的分类由于能够挤出成型的塑料制件截面形状的规格多种多样，因此根据不同的塑料制件要求，生产中需要设计不同的机头，一般有下述几种分类方法。1.按挤出成型的塑料制件分类这是最常见的分类方法。通常的挤出成型塑料有管材、棒材、板材、片材、网材、单丝、粒料、各种异型材、吹塑薄膜、带有塑料包覆层的电线电缆等，它们所用的机头分别称为挤管机头、挤棒机头、挤板机头等。对于相同塑件所用的机头，还可以根据其某些特点进一步细分，如管机头可细分为直管机头、弯管机头和旁侧式机头等；吹塑薄膜挤出机头又可细分为芯棒式机头、中心进料式机头、螺旋式机头和多层复合薄膜吹塑机头等。上一页下一页返回第一节概述2.按挤出塑件的出口方向分类按照塑件从机头中的挤出方向不同,可分为直管机头(或称直向机头)和角式机头(或称横向机头)。直管机头的特点是：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。直管机头和角式机头的选用与塑件结构类型有关，如可以采用直管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。上一页下一页返回第一节概述3.按塑料熔体在机头内所受压力分类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；熔体压力在4～10MPa的机头称中压机头。二、挤出成型模具的结构组成以典型的管材挤出成型机头为例，如图6-1所示，挤出成型模具的结构可分为以下几个主要部分：上一页下一页返回第一节概述(一)口模和芯棒口模用来成型塑件的外表面，如图6-1所示的件3；芯棒用来成型塑件的内表面，如图6-1所示的件4。由此可见，口模和芯棒决定了塑件的截面形状。（二）过滤网和过滤板过滤网的作用是将塑料熔体由螺旋运动转变为直线运动，过滤杂质，并形成一定的压力，如图6-1所示的件9；过滤板又称多孔板，同时还起支承过滤网的作用。（三）分流器和分流器支架分流器（俗称鱼雷头）如图6-1所示的件6，使通过它的塑料熔体分流变成薄环状以平稳地进入成型区，同时进一步加热和塑化；分流器支架如图6-1所示的件7，主要用来支承分流器及芯棒，同时也能对分流后的塑料熔体加强剪切混合作用（有时会产生熔接痕而影响塑件强度）。小型机头的分流器与支架可设计成一个整体。上一页下一页返回第一节概述（四）机头体机头体如图6-1所示的件8，相当于模架，用来组装并支承机头的各零部件。机头体需与挤出机筒连接，连接处应密封以防塑料熔体泄露。（五）温度调节系统为了保证塑料体在机头中正常流动及挤出成型质量，机头上一般设有可以加热的温度调节系统，如图6-1所示的电加热器11。上一页下一页返回第一节概述（六）调节螺钉图6-1所示调节螺钉5用来调节控制成型区内口模与芯棒间的环隙及同轴度，以保证挤出塑件壁厚均匀。通常调节螺钉的数量为4～8个。（七）定径套离开成型区后的塑料熔体虽已具有给定的截面形状，但因其温度仍较高不能抵抗自重而变形，为此需要用定径套2对其进行冷却定型，以使塑件获得良好的表面质量、准确的尺寸和几何形状。上一页下一页返回第一节概述三、挤出成型机头的设计原则（1）正确选用机头形式应按照所成型的塑件的原料和要求以及成型工艺的特点，正确地选用和确定机头的结构形式。(2)应能将塑料熔体的旋转运动转变成直线运动，并产生适当压力设计机头时，一方面要使在机筒中受螺杆作用呈旋转运动形式的塑料熔体进入机头后转变成直线运动进行成型流动；另一方面又要保证能对熔体产生适当的流动阻力，以便螺杆能对熔体施加适当的压力。在机筒和机头的联接处设置的过滤网，既能将熔体的旋转运动转换成直线运动，也是增大熔体流动阻力或螺杆挤压力的主要零件。上一页下一页返回第一节概述（3）机头内的流道应成光滑的流线型为了让塑料熔体能沿着机头中的流道均匀平稳流动而顺利挤出,机头的内腔应呈光滑的流线型，表面粗糙度Ra应小于1.6～3.2微米；流道中不能有死角和阻滞的部位（以免发生过热分解）。（4）内应有分流装置和适当的压缩区挤出成型环形截面塑件（如管材）时，塑料熔体在进入口模之前必须在机头中经过分流，因此机头内应设置分流器支架等一类分流装置，如图6-1所示。挤出成型管材时，塑料熔体经分流器和分流器支架后再行汇合，一般会产生熔接痕，使得定型前的型坯和离开口模后的塑件强度降低甚至发生开裂，为此需在机头中设计一段压缩区域（如图6-1所示），以增大熔体的流动阻力，消除熔接痕。对于板材和片材等塑件，当塑料熔体通过机头中间流道以后，其宽度必须予以扩展，也即需要一个扩展阶段，为使熔体或塑件密度不因扩展而降低，机头中也需设置适当的压缩区域，以借助于流动阻力保证熔体或塑件组织密实。上一页下一页返回第一节概述（5）机头成型区应有正确的截面形状和尺寸由于塑料熔体在成型前后应力状态的变化，会引起离模膨胀效应（挤出胀大效果），使塑件长度收缩和截面形状尺寸发生变化。因此设计机头时，一方面要对口模进行适当的形状和尺寸补偿，另一方面要合理确定流道尺寸，控制口模成型长度（塑件截面形状的变化与成型时间有关），从而保证塑件正确的截面形状和尺寸。（6）机头内最好设有适当的调节装置挤出成型尤其是挤出成型异型材时，常要求对挤出压力、挤出速度、挤出成型温度等工艺参数以及挤出型坯的尺寸进行调节和控制，从而有效地保证塑件的形状、尺寸、性能和质量。为此，机头中最好设置一些能够控制熔体流量、口模和芯棒的侧隙以及挤出成型温度的调节装置。上一页下一页返回第一节概述（7）应有足够的压缩比压缩比是指流道型腔内最大料流截面积（即通常为机头与过滤板相接处的流道截面积）与口模和芯棒在成型区的环隙截面积之比，它反映了塑料熔体在挤出成型过程中的压实程度，为了使塑件密实，根据塑料和塑件的种类不同，应设计足够的压缩比，一般机头的压缩比在2.5～10的范围内选取。(8)机头结构紧凑，利于操作设计机头时，应在满足强度和刚度的条件下，使其结构尽可能紧凑，并且装卸方便，易加工，易操作，同时，最好设计成规则的对称形状，便于均匀加热。上一页下一页返回第一节概述（9）合理选择材料与流动的塑件熔体相接触的机头体、口模和芯棒，会产生一定程度的摩擦磨损；有的塑件在高温挤出成型过程中还会挥发有害气体，对机头体、口模和芯棒等零部件产生较强的腐蚀作用，并因此更加剧它们的摩擦和磨损。为提高机头的使用寿命，机头材料应选取耐热、耐磨、耐腐蚀、韧性高、硬度高、热处理变形小及加工性能（包括抛光性能）好的钢材和合金钢。口模等主要成型零件硬度不得低于40HRC。上一页下一页返回第一节概述四、挤出成型模具与挤出机（一）机头与挤出机的关系挤出成型的主要设备是挤出机,每副挤出成型模具都只能安装在与其相适应的挤出机上进行生产。从机头的设计角度来看，机头除按给定塑件的形状尺寸、精度、材料性能等要求设计外，还应首先了解挤出机的技术规范，诸如螺杆结构参数、挤出机生产率及端部结构尺寸等，考虑所使用的挤出机工艺参数是否符合机头设计要求。机头设计在满足塑件的外观质量要求及保证塑件强度指标的同时，应能够安装在相应的挤出机上，并达到在给定转数下工作，也即要求挤出机的参数适应机头的物料特性，否则挤出就难以顺利进行。由此可见，机头设计与挤出机有着较为密切又复杂的关系。上一页下一页返回第一节概述（二）挤出机的分类塑料的挤出按其工艺方法可分为三类，即湿法挤出、抽丝或喷丝法挤出和干法挤出，这也就导致挤出机的规格和种类很多。如就干法连续挤出而言，主要使用螺杆式挤出机。按其安装方式分卧式挤出机（如图6-2、6-3所示）和立式挤出机（如图6-4所示）；按其螺杆数量分为单螺杆挤出机（如图6-2所示）、双螺杆挤出机（如图6-3所示）和多螺杆挤出机；按可否排气分排气式和非排气式挤出机。目前应用最广泛的是卧式单螺杆非排气式挤出机。上一页下一页返回第一节概述（三）挤出机的结构组成挤出机组由主机、辅机及控制系统三部分组成。1.主机挤出机主机由下列几部分组成：（1）挤出系统主要由螺杆和料筒组成，是挤出机的心脏，完成对塑料的塑化和挤出工作。塑料经过挤出系统塑化成均匀的熔体，并在挤出过程中所建立的压力下，连续、定量、定压、定温地通过挤出机头。上一页下一页返回第一节概述（2）传动系统传动系统的作用是驱动螺杆旋转，保证螺杆在工作过程中所需要的扭矩和转速，它由各种大小齿轮、传动轴、轴承及电动机组成。（3）加热冷却系统其作用是对料筒（或螺杆）进行加热和冷却，以保证成型过程在工艺要求的温度范围内进行。2.辅机成型塑件的形状不同,挤出机辅机的组成也不同,辅机一般由以下几个部分组成:(1)冷却装置由定型装置出来的塑料在此得到充分的冷却,获得最终的形状和尺寸。上一页下一页返回第一节概述（2）牵引装置牵引装置的作用是均匀地牵引制件，保证挤出过程连续，并对制件的截面尺寸进行控制，使挤出过程稳定进行。（3）切割装置切割装置的作用是将连续挤出的制件切成一定的长度和宽度。（4）卷取装置卷取装置的作用是将软制件（薄膜、软管、单丝）卷绕成卷。3.控制系统挤出机组的控制系统是由各种电器、仪表和执行机构组成。它控制挤出机组的主机、辅机、驱动液压泵、液压缸（或气缸）和其他各种执行机构，使其满足工艺要求的转速和功率；保证主辅机能协调地运行；检测、控制主辅机的温度、压力、流量和制件的质量，实现整个挤出机组的自动控制。上一页下一页返回第一节概述（四）国产挤出机的主要参数根据国家标准GB/T12783-1991规定，塑料机械类的代号为S，挤出机的组别代号为J，SJ为塑料挤出机；型别代号Z为造粒机，W为喂料机；数字为螺杆的直径，A、B…表示机械结构或参数改进后的标记。例如：SJ-120挤出机，表示螺杆直径为120mm的塑料挤出机；SJ-65/20A表示螺杆直径为65mm，螺杆的长径比为20，A为一次结构改造。上一页下一页返回第一节概述表6-1列出了我国生产的适用于加工管、板、膜、型材及型坯等多种塑料制件以及塑件包覆电线电缆的单螺杆挤出机的主要参数。(五)机头与挤出机的联接各种型号的挤出机安装机头部位的结构尺寸是各不相同。机头设计应加以校核的主要联接项目包括挤出机法兰盘结构尺寸、铰链螺栓长度、联接螺钉（栓）直径及分布数量及过滤板和过滤网的安装配合尺寸等，安装时，过滤板的端部必须压紧，否则会漏料。上一页返回第二节管材挤出成型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塑料管状塑件。管机头适用的挤出机螺杆长径比（螺杆长度与其直径之比）i＝15～25，螺杆转速n＝10～35r/min；通常要求在挤出机和机头之间安装过滤网，对于聚乙烯管材，用4×80目过滤网，对于软质塑料管可取40目左右的过滤网。一、常用结构挤出成型管材塑件时，常用的机头结构有挤出薄壁管材的直通式挤管机头、直角式挤管机头和旁侧式挤管机头，除此之外，还有一种微孔流道挤管机头。下一页返回第二节管材挤出成型机头直通式挤管机头结构如图6-1所示，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分流痕迹（熔接痕）不易消除，另外还有长度较大、整体结构笨重的特点。直通式挤管机头适用于挤出成型软、硬聚氯乙烯、聚乙烯、尼龙、聚碳酸酯等塑料管材。直角式挤管机头也叫弯管机头，结构如图6-5所示，塑料熔体包围芯棒流动成型时只会产生一条分流痕迹，适用于挤出成型聚乙烯、聚丙烯等塑料管材，以及对管材尺寸要求较高的场合。直角式挤管机头的优点在于与其配用的冷却装置可以同时对管材的内外径进行冷却定型，因此定径精度高；同时，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；但机头的结构较复杂，制造相对困难。上一页下一页返回第二节管材挤出成型机头旁侧式挤管机头与直角式挤管机头相似，结构如图6-6所示，其结构更为复杂，熔体流动阻力也较大，占地相对较少。微孔流道挤管机头如图6-7所示，其出管方向与螺杆轴线一致，但机头内无分流器及分流器支架，塑料熔体通过芯棒上的众多微孔口进入口模与芯棒的间隙而成型，因此挤出的管材没有分流痕迹，强度较高，尤其适用于生产口径较大的流动性较差的塑料管材（如聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃类塑料）。机头体积小、结构紧凑、料流稳定且流速可控制。设计这类机头应多考虑大管材因厚壁自重作用而引起壁厚不均的影响，一般应调整口模偏心，口模与芯棒的间隙下面比上面小10%～18%为宜。上一页下一页返回第二节管材挤出成型机头三种常用机头的特征归纳对比见表6-2。二、机头内主要零件的尺寸及其工艺参数（一）口模口模是成型管材外部表面轮廓的机头零件，其结构如图6-1中的件3所示，主要尺寸为口模内径和定型长度。口模的内径管材的外径由口模内径决定，但由于受离模膨胀效应及冷却收缩的影响，口模的内径只能根据经验而定，并通过调节螺钉（图6-1中件5）调节口模与芯棒间的环隙使其达到合理值。D=kdS（6-1）上一页下一页返回第二节管材挤出成型机头式中D——口模的内径，mm；DS——管材塑件的外径,mm；k——补偿系数，用以补偿由于管材挤出时发生离模膨胀和冷却收缩而产生的管材外径的变化，k值可以参考表6-3选取。2.定型段长度口模的平直部分与芯棒的平直部分组成管材的成型部分，称定型段，如图6-1中L1所示。口模定型段的长度对于管材挤出成型质量相当重要，塑料熔体从机头的压缩区进入成型区后，料流阻力增加，熔体密度提高，同时消除分流痕迹及残余的螺旋运动。定型段长度L1过长则会使阻力增加太大，太小又起不了定型作用，因此L1的取值应适当。理论上可以用熔体流动理论近似推导出的计算公式，但设计实践中一般按如下经验公式而定：L1=（0.5～3.0）dS(6-2)或L1=ct(6-3)上一页下一页返回第二节管材挤出成型机头式中L1——口模定型段长度；dS——管材的外径；t——管材的壁厚；c——系数，与塑料品种有关，具体数值见表6-4。公式（6-2）中，系数（0.5～3.0）的选取，一般对于dS较大的管材取小值；反之则取大值。（二）芯棒芯棒是成型管材内部表面形状的机头零件，其结构如图6-1中的4所示，通过螺纹与分流器联接，其中心孔用来通入压缩空气，以便对管材产生内压，实现外径定径，其主要尺寸为芯棒外径d、压缩段长度L2和压缩角β。上一页下一页返回第二节管材挤出成型机头芯棒外径指定型段的直径，由它决定管材的内径，但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，根据生产经验，可按下式确定：采用外径定径时：d=D-2δ(6-4)式中d——芯棒的外径,mm；D——口模的内径,mm；δ——口模与芯棒的单边间隙，通常取（0.83～0.94）t,t即管材壁厚（mm）。上一页下一页返回第二节管材挤出成型机头采用内径定径时：d=DS(6-5)式中DS——管材内径，mm；2、定型段、压缩段长度和压缩角芯棒的长度由定型段和压缩段L2两部分组成，定型段与口模中的相应定型段L1共同构成管材的定型区，通常芯棒的定型段的长度可与L1相等或稍长一些。压缩段（也称锥面段）L2与口模中相应的锥面部分构成塑料熔体的压缩区，其主要作用是使进入定型区之前的塑料熔体的分流痕迹被熔合消除。L2值可按下面经验公式确定：L2=（1.5～2.5）D0(6-6)上一页下一页返回第二节管材挤出成型机头式中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。压缩区的锥角β称为压缩角，如图6-1所示，一般在30°～60°范围内选取，β过大时管材表面会较粗糙，失去光泽。对于低粘度塑料可取较大值，一般为45°～60°；对于高粘度塑料，β取较小值，一般为30°～50°。上一页下一页返回第二节管材挤出成型机头（三）拉伸比和压缩比两者均是与口模和芯棒尺寸相关的挤出成型工艺参数。1、拉伸比拉伸比是指口模和芯棒在定型区的环隙截面积与挤出管材截面积之比值，它反映了在牵引速度作用下，管材从高温型坯到冷却定型后的截面变形状况，以及纵向取向程度和拉伸强度，它的影响因素很多，一般通过实验确定，其值见表6-5。上一页下一页返回第二节管材挤出成型机头拉伸比的计算公式如下：（6-7）式中I——拉伸比；Ds、ds——塑料管材的内、外径，mm；D、d——分别为口模内径、芯棒外径，mm。2、压缩比压缩比是指机头和过滤板相接处最大料流截面积（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区的环形间隙面积之比，它可反映挤出成型过程中塑料熔体的压实程度。对于低粘度塑料，压缩比ε=4～10；对于高粘度塑料，取ε=2.5～6.0。上一页下一页返回第二节管材挤出成型机头（四）分流器和分流器支架图6-1所示件6件7所示分别为分流器和分流器支架。分流器扩张角α的大小选取与塑料粘度有关，通常取30°～90°，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。分流器的扩张角α应大于芯棒压缩段的压缩角β。分流器上的分流锥面长度L3一般按下式确定，即L3=（0.6～1.5）D0(6-8)式中L3——分流锥长度，mm；D0——机头与过滤板相联处的流道直径，mm。分流器头部圆角R=0.5～2.0mm，R也不宜过大，否则熔体容易在此处发生滞留。上一页下一页返回第二节管材挤出成型机头分流器表面粗糙度Ra应小于0.4～0.2μm。安装分流器时，应保证它与机头体的同轴度误差在0.02mm之内，并且与过滤板之间应有一定长度的距离,通常取10～20mm或稍小于0.1D1（D1为螺杆直径），过小料流不匀，过大则停料时间长。分流器支架主要用于支承分流器及芯棒，并起着搅拌物料的作用，一般三者分开加工再组合而成，对于中小型机头可把分流器与支架做成一整体。支架上的分流肋应做成流线型，在满足强要求的前提下，其宽度和长度尽可能小些，出料端角度应小于进料端角度，分流助尽可能少些，以免生产过多的分流痕迹，一般小型机头用3根分流肋，中型机头用4根，大型机头用6～8根。上一页下一页返回第二节管材挤出成型机头三、定径套的设计流出口模的管材型坯温度仍较高，没有足够的强度和刚度来承受自重变形，同时受离模膨胀和长度收缩效应的影响，因此应采取一定的冷却定型措施，以保证挤出管材准确的形状及尺寸和良好的表面质量，一般用内径定型和外径定型两种方法。由于我国塑料管材标准大多规定外径为基本尺寸，故国内较常用外径定型法。（一）外径定型外径定型有两种定径方法，如图6-8所示，图6-8a）为内压法外定径，图6-8b）为真空吸附法外定径。上一页下一页返回第二节管材挤出成型机头1.内压法外定径内压法定径如图6-8a）所示，在管子内部通人压缩空气（压力为0.02～0.28MPa,最好经过预热），为保持压力，可用堵塞密封防止漏气。定径套内径和长度目前一般根据经验和管材壁厚来确定，见表6-6，当管材直径大于40mm，定径套的长度应小于10倍的管材外径，定径套内径应比管材外径放大0.8%～1.2%；如果管材直径大于100mm时，定径套的长度还应再短些，通常可采用3～5倍的管材外径。需要指出的是，设计定径套内径时，其尺寸不得小于口模内径。上一页下一页返回第二节管材挤出成型机头2.真空吸附法外定径真空吸附法外定径如图6-8b）所示，在定径套内壁2上打很多孔,抽真空用,借助真空吸附力将管材外壁紧贴于定径套内壁2上，与此同时，在定径套外壁1、内壁2夹层内通入冷却水，管坯伴随真空吸附过程的进行，而被冷却硬化。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。常用于生产小管。上一页下一页返回第二节管材挤出成型机头真空定径套生产时与机头口模不能联接在一起，应有20～100mm的距离，这样做是为了使口模中流出的管材先行离模膨胀和一定程度的空冷收缩后，再进入定径套中冷却定型。定型套内的真空度通常取53.3～66.7KPa,抽真空孔径可取0.6～1.2mm（对于塑料粘度大或管材壁厚大时取大值，反之取小值）。当挤出管材外径不大时，定径套内径可按下面经验公式确定：d0=(1-CZ)dS(6-9)式中d0——真空定径套内径；CZ——计算系数，参考表6-7选取；dS——管材外径。上一页下一页返回第二节管材挤出成型机头真空定径套的长度一般应大于其他类型定径套的长度，例如，对于直径大于100mm的管材，真空定径套的长度可取4～6倍的管材外径。这样有助于更好地改善或控制离模膨胀和长度收缩效应对管材尺寸的影响。（二）内径定型管材的内径定型如图6-9所示，通过定径套内的循环水冷却定型挤出管材，其主要优点在于能保证管材内孔的圆度且操作方便。适用于侧向供料直角式挤管机头或旁侧式挤管机头，同时不适于挤出成型聚氯乙烯、聚甲醛等热敏性塑料管材，目前多用于挤出成型聚乙烯、聚丙烯和聚酰胺等塑料管材，尤其适用于内径公差要求比较严格的聚乙烯和聚丙烯管材。上一页下一页返回第二节管材挤出成型机头定径套应沿其长度方向带有一定锥度，可在0.6:100～1.0:100范围内选取，基本原则为不得因锥度而影响管材内孔尺寸精度。定径套外径一般取〔1+(2%～4%）〕DS(DS为管材内径)，既利于通过修磨来保证管材内径DS的尺寸公差，又可以使管材内壁紧贴在定径套上，使管壁获得较低的表面粗糙度。定径套的长度与管材壁厚及牵引速度有关，一般取80～300mm，牵引速度较大或管材壁厚较大时取大值，反之则取较小值。上一页返回第三节棒材挤出成型机头塑料棒材为实心的圆棒，由于其优异的物理性能，在制造行业已被广泛应用，如制作齿轮、轴承、螺栓、螺母等。如果生产批量较小，用机械加工法加工比较经济。在大批量生产时，可以采用挤出法生产。塑料棒材的原材料一般是工程塑料，如尼龙、聚甲醛、聚碳酸酯、ABS、聚砜、玻璃纤维增强塑料等。一、机头结构及设计要点（一）机头结构棒材挤出成型机头的结构一般说来比较简单，如图6-10所示。它与管材挤出机头基本相似，所不同的是棒材挤出机头没有芯棒只有分流器，使用分流器的目的是减少模腔内部的容积及增加塑料的受热面积；如果模腔内为无滞料区的流线型，也可以不设分流装置。下一页返回第三节棒材挤出成型机头（二）棒材挤出机头设计要点1）流道的设计应具有阻流阀的作用，以增加机头流道内的压力，流道内表面应光滑，粗糙度，不得有停滞区。2）棒材的定型区长度要比管材的定型区长度大一些，一般为棒材直径的4～15倍左右。3）机头进口处的收缩角为30°～60°左右，收缩部分的长度约为50～100mm。4）机头出口处为喇叭形，便于棒材中心熔融区快速补料，喇叭口扩张角不能过大，一般小于45°，否则会产生死角。5）主要的工作零件应进行调质处理。上一页下一页返回第三节棒材挤出成型机头二、定径套设计一般来讲，棒材的表面质量主要取决于定径套。棒材挤出定径套结构比较简单，如图6-11所示。定径套的长度依据冷却介质的温度而定，介质温度低时可取短一些，反之则取长一些；一般棒材直径在50mm以下时，定径套长200～350mm，当其直径为50～100mm时，定径套长取300～500mm。定径套的内径选取即要考虑塑料的收缩率（见表6-8）

，同时还应考虑制出一定斜度（75:1）以减少阻力。上一页返回第四节吹塑薄膜挤出机头一、吹塑薄膜挤出机头的结构形式吹塑薄膜挤出机头简称吹膜机头，其方法是挤出壁薄的大直径的管坯，然后用压缩空气吹胀。吹塑成型可以生产聚氯乙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚酰胺等各种塑料薄膜，应用广泛。常见的吹塑薄膜挤出机头结构形式有芯棒式机头、中心进料的“十字形机头”、螺旋式机头、旋转式机头以及双层或多层吹塑薄膜挤出机头等。下一页返回第四节吹塑薄膜挤出机头1．芯棒式机头图6-12为芯棒式吹塑薄膜挤出机头。塑料熔体自挤出机、栅板挤出，通过机颈7到达芯棒轴9时，被分成两股并沿芯棒分料线流动，然后在芯棒末端尖处重新汇合，汇合后的熔体沿机头环隙挤成管坯，芯棒中通入压缩空气将管坯吹胀成管膜。芯棒式机头内部通道空腔小，存料少，塑料不容易分解，适用于加工聚氯乙烯塑料。但熔体经直角拐弯，各处流速不等，同时由于熔体长时间单向作用于芯棒，使芯棒中心线偏移，即产生“偏中”现象，因而容易导致薄膜厚度不均匀。上一页下一页返回第四节吹塑薄膜挤出机头2．十字形机头图6-13为十字形机头，其结构类似管材挤出机头。这种机头的优点是出料均匀，薄膜厚度容易控制；芯棒不受侧压力，不会产生如芯棒式机头“偏中”现象。但机头内腔大，存料多，塑料易分解，适用于加工热稳定性好的塑料，而不适于加工聚氯乙烯。3．螺旋式机头图6-14为螺旋式机头，塑料熔体从中央进口挤入，通过带有多个沟槽由深变浅直至消失的螺旋槽（也有单螺旋）的芯棒3，然后在定型区前缓冲槽5汇合，达到均匀状态后从口模挤出。这种机头的优点是，机头内熔体压力大，出料均匀，薄膜厚度容易控制，薄膜性能好。但结构复杂，拐角多，适用于加工聚丙烯、聚乙烯等等粘度小且不易分解的塑料。上一页下一页返回第四节吹塑薄膜挤出机头4．旋转式机头图6-15为旋转式机头。其特点是芯模2和口模1都能单独旋转。芯模和口模分别由直流电动机带动，能以同速或不同速、同向或异向旋转。采用这种机头可克服由于机头制造、安装不准确及温度不均匀造成的塑料薄膜厚度不均匀，其厚度公差可达0.0001mm。它的应用范围较广，对热稳定性塑料和热敏性塑料均可成型。上一页下一页返回第四节吹塑薄膜挤出机头5．多层薄膜吹塑机头随着薄膜应用范围的扩大，单层薄膜在性能上不能满足要求的情况越来越多。为了弥补这种不足，就出现了将两种以上塑料复合在一起的多层塑料薄膜。这种薄膜能使几种塑料互相取长补短，获得具有较为理想的物理和力学性能。例如聚偏二氯乙烯薄膜透气性很小，适宜包装食品，如与聚乙烯薄膜复合，则获得透气性小而又耐热的薄膜。图6-16为复合吹塑薄膜挤出机头。由图可见，多层复合薄膜吹塑法是采用了几台挤出机同时供料，使几种塑料同时进入同一挤出机头，而获得多层复合薄膜。图6-16所示复合吹塑薄膜挤出机头属于几种塑料在机头中结合后挤出，称为内复合吹塑薄膜挤出机头；如果几种塑料挤出口模后结合，则称为外复合吹塑薄膜挤出机头。上一页下一页返回第四节吹塑薄膜挤出机头二、机头几何参数的确定如图6-12所示的芯棒式机头，环形缝隙宽度δ一般在0.4～1.2mm范围内，如果δ太小，则机头内反向压力很大，影响产量，如果δ太大，则要得到一定厚度的薄膜，必须加大吹胀比和牵引比。机头定型区高度h应比δ大15倍以上，以便控制薄膜的厚度。为了避免制品产生接合缝，芯棒尖处到模口处的距离应不小于芯棒轴直径d1的两倍，并在芯棒头部设1～2个缓冲区，以利于熔体很好汇合。应尽量使塑料熔体自分流到达机头出口处流动的距离相等，流道畅通，无死角。芯棒斜流道尖处应认真设计与加工，不能太尖，也不能太钝，必要时应经过试验确定，以免影响产品质量。机头进口部分的横截面积与出口部分的横截面积之比（压缩比）至少为2。但压缩比也不宜过大，否则熔体流动阻力大。对于聚氯乙烯等热敏性塑料，这种压缩比更不宜过大。上一页返回第五节板材、片材挤出成型机头凡是成形段横断面具有平行缝隙特征的机头，叫板材与片材挤出机头，也称平缝形挤出机头。主要用于塑料板材、片材和平膜加工。热塑性塑料利用挤出成型已可以生产厚度为0.25～40mm的板材和片材，但通常认为仅在15mm以内才可视为已经完全掌握的厚度。目前国内已经完全掌握的挤出聚乙烯软板厚达15mm，聚氯乙烯软板厚达12mm，聚氯乙烯硬板厚达6mm；至于厚度在0.25mm以下的称为薄膜。适用于板材和片材挤出成型的塑料品种有聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、ABS、抗冲聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚酰胺、聚甲醛和醋酸纤维等，其中前四种应用较多。下一页返回第五节板材、片材挤出成型机头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。塑料熔体随着流道的变化，沿着机头内流道的宽度方向均匀分布，如果使熔料沿着机头内整个宽度截面上向前进的速度相等，则就能挤出厚度均匀一致的塑料板材或片材。用于挤出成型板材和片材的机头大致可分为鱼尾式机头、支管式机头、螺杆式机头和衣架式机头等四大种类，并且已有比较成熟的设计理论。本节只简介前三种的结构形式。上一页下一页返回第五节板材、片材挤出成型机头一、鱼尾式机头鱼尾式机头其模腔似鱼尾状，塑料熔体呈放射状流动，从机头中部进入模腔，向两侧分流。此时，熔体中部压力大、流速高、温度高及粘度大，因此机头中部出料多，两端出料少，造成制品厚度不均匀。为了克服此缺陷，通常在机头模腔内设置阻流器，如图6-17所示；还可用阻流棒，如图6-18所示，以调节料流阻力大小。此种机头结构较简单且易加工，适合于多种塑料的挤出成型，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塑料。此种机头不适于挤出成形宽幅板（片）材，一般幅宽小于500mm，板厚不大于3mm。鱼尾的扩张角不能太大（通常取80°左右）。上一页下一页返回第五节板材、片材挤出成型机头二、支管机头支管式机头的特点是模腔呈管状，由一个纵向切口与口模区相连通，这种管状模腔对塑料熔体进行分流，使其流动宽度达到板（片）材型坯的要求，同进还具有稳压作用，采用此种类型的机头可以挤出成型幅宽较大的板（片）材；另外，还由于它的体积小、重量轻、结构简单、易加工以及幅宽大等优点，因而应用较广泛。按机头的结构形式及进料位置的不同，有以下几种常用机头结构。（一）一端供料的直支管机头这种机头如图6-19所示，塑料熔体从支管的一端进料，而支管的另一端则被封死。支管模腔与挤出料流方向一致，塑件的宽度可由幅宽调节块进行调节，但塑料熔体在支管内停留时间较长，容易分解变色，且温度难于控制。上一页下一页返回第五节板材、片材挤出成型机头（二）中间供料的直支管机头这种机头如图6-20所示，塑料熔体从支管中部进入，而后分流充满支管模腔，再从支管模腔的缝隙中挤出。支管模腔与挤出料流方向垂直，也可通过幅宽调节块来调节塑件的宽度，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有较好的对称性。这类机头目前应用比较普遍。（三）中间供料的弯支管型机头这种机头如图6-21所示，支管模腔弯曲呈流线型。尤其适合于挤出成型熔融粘度低或粘度高而热稳定性差的塑料，但机头的加工较困难，且不能调节塑件的幅宽。上一页下一页返回第五节板材、片材挤出成型机头（四）带有阻流棒的双支管机头这种机头如图6-22所示，用于加工熔融粘度高的宽幅塑件，阻流棒的作用是用来调节流量，限制模腔中部塑料熔体的流速。采用此类机头可使宽幅板（片）材的壁厚均匀性提高10%，成型幅宽可达1000～2000mm，但塑料熔体在支管模腔内停留时间较长，易过热分解，故不大适合于热敏性塑料，有时通过缩短直径及模口流道长度会有所改善。上一页下一页返回第五节板材、片材挤出成型机头三、螺杆式机头螺杆机头实际上是支管机头的一种，只是在直歧管内装上了螺杆。熔体经过螺杆的分配，可使模唇的压力均匀，流速趋于一致，获得厚度均匀的制品，因此适用于宽度较大的片材。按结构不同，螺杆式机头又可分为两种：1.一端供料型螺杆机头如图6-23所示，在直歧管内装上了一根螺杆，由一端进料，螺杆旋转可进一塑化塑料熔体，并均匀地进行分配。分配螺杆的直径应比连用的挤出机螺杆直径稍小，根径为渐变的。为了减小塑料熔体分解的机会，分配螺杆做成多头螺杆。上一页下一页返回第五节板材、片材挤出成型机头2.中间供料型螺杆机头如图6-24所示，在直歧管内装上了一对方向相反的螺杆，由歧管中间进料，使得熔体流程变短，机头温度容易控制，适用于加工热稳定性差的塑料。可生产宽幅制品，最宽可达4000mm。其缺点是，由于分配螺杆的转动，挤出制品易出现波纹形料流痕。机头结构复杂，成本高。上一页返回第六节异型材挤出机头塑料异型材是指除圆管、圆棒、片材、薄膜等挤出制品外具有其他截面形状的塑料挤出制件。塑料异型材由于其优良的使用性能和技术特征，目前已广泛应用于土木建筑、家用电器、汽车零件等领域。塑料异型材按截面形状大致可以分为五大类，如图6-25所示。（1）异型管材壁厚均匀，无尖角，用直支管机头或圆机头成型。（2）中空异型材截面形状为由肋连接而成的中空状，壁厚不均匀。（3）空腔异型材截面为封闭的中空断面，结构不对称，且带锐角。（4）开放式异型材截面形状不带中空室，具有各种形式。（5）实心异型材具有矩形、正方形、三角形、椭圆形等各种截面形状的型材，可采用普通的棒材机头来成型。下一页返回第六节异型材挤出机头一、异型材的设计原则异型材的挤出，也和管材、板材等一样，先由机头内的流道基本使之成型，而后经过定型段定型而挤出的。因此，设计异型材时应考虑以下的问题：1.制品的尺寸精度挤出异型材很难达到高精度。关于异型材的标准，国内尚无规定。同时由于成型工艺及其他条件，挤出的异型材不可能达到高精度。2.型材表面质量挤出型材的表面粗糙度与所用的塑料品种有关，一般取Ra≥0.8μm。定型段的模具表面粗糙度一般取Ra≥0.4μm。上一页下一页返回第六节异型材挤出机头3.制品形状及结构异型材的形状和结构应在保证其使用的前提下，力求其简单。同时还应考虑其定型方法。同一型材只能用同一定型方法。4.壁厚壁厚应尽可能地均一，如实在难以均一，也不能有大的差别。否则造成流动不平衡，定型后存在内应力，造成翘曲。二、异型材的机头异型材挤出成型机头是所有挤出机头设计中最复杂的一种，因为型材的截面形状不规则，有时壁厚也不规则，塑料熔体挤出机头时各处的流速、压力、温度不均匀，型材的质量受到影响，容易产生应力及型材壁厚不均匀现象。上一页下一页返回第六节异型材挤出机头异型材挤出成型机头设计的主要问题是口模的定型长度的确定。对于薄厚不同的制品，定型长度不应一样，即在料厚的部分阻力小，流速快；料薄的部分阻力大，流速慢。因此料厚的部分其定型长度应较料薄的部分为长，用定型长度来调节料流速度，使在出口时均匀一致。否则制品将产生皱纹且薄厚不匀。机头的设计应该使料流的压力分布均等。根据料流理论分析，流量与下两个因素有关：1）流量与定型长度成反比；2）流量与制品厚度（口模间隙）的三次方成正比。机头定型长度的确定，也与塑料的导入部分形状有关。异型材挤出成型机头的设计，除考虑以上因素外，还应尽量避免流道截面的突然变化，尤其要防止产生死角和拐角。截面变化处要平滑地过渡，要有足够的压缩比和定型长度，以保证复杂形状的制品密度均匀。口模结构还应便于机械加工制造。上一页下一页返回第六节异型材挤出机头异型材挤出成型机头的设计需经过几次试模修正才能合适。异型材挤出成型机头可分为板式机头和流线型机头两种形式。1.板式异型材机头如图6-26所示为典型的板式异型材机头结构。板式异型材机头的特点是结构简单、制造方便、成本低、安装调整容易。在结构上，板式异型材机头内的流道截面变化急剧，从进口的圆形变为接近塑件截面的形状，物料的流动状态不好，容易造成物料滞留现象，对于热敏性塑料（如硬聚氯乙烯）塑料，则容易产生分解，一般用于熔融粘度低而热稳定性高的塑料（如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等）异型材挤出成型。对于硬聚氯乙烯，在形状简单、生产批量小时才使用板式异型材机头。上一页下一页返回第六节异型材挤出机头2.流线型机头流线型机头如图6-27所示，这种机头是由多种钢板组成,为避免机头内流道截面的急剧变化,将机头内腔加工成光滑过渡的曲面,即流道（包括口模成型区）表壁应呈光滑的流线型曲面，各处均不得有急剧过渡的截面尺寸或死角，使熔料流动顺畅。由于截面流道光滑过渡，挤出生产时流线型机头没有物料滞留的缺陷，挤出型材质量好，特别适合于热敏性塑料的挤出成型，适于大批量生产。但流线型机头结构复杂，制造难度较大。上一页下一页返回第六节异型材挤出机头流线型机头一般采用整体式或分段拼合式。图6-27所示为整体式流线型机头，其机头内流道由圆环形渐变到所要求的形状，各截面形状如图6-27中A-A至F-F所示，它的制造比分段拼合式困难，在设计时应注意使过渡部分的截面由容易加工的旋转曲面或平面组成。在异型材截面复杂的情况下，要加工出一个整体式的流线型机头是件很困难的工作，为了降低机头加工难度，采用分段拼合式流线型机头，分段拼合式流线型机头是将机头体分段以后，利用逐段局部加工和拼装方法制造出来的，这样虽然能够降低流道整体加工的难度，但拼合时难免在流道拼接处或多或少地出现一些不连续光滑的截面尺寸过渡，因此，塑料熔体在分段拼合式流线型机头中的流动条件相对较差，成型质量也比较难于控制。上一页返回图6-1管材挤出机头返回1-管材；2-定径套；3-口模；4-芯棒；5-调节螺