[工程科技]第八章挤出机.ppt

第八章 挤出成型及机头设计 塑料成型工艺及模具设计 8.1.1 挤出成型机头典型结构分析 8.1.2 挤出成型机头设计原理 8.1 挤出成型机头概论 机头 挤出塑料制件成型的主要部件产 生必要的成型压力。 定型模 让从口模中挤出的塑料的既 定形状稳定下来 挤出成型模具的组成（见图） 8.1.1 挤出成型机头典型结构分析 8.1.1 挤出成型机头典型结构分析 机头挤出成型模具的主要部件，它有下 述四种作用： （1） 使物料由螺旋运动变为直线运动 ； （2）产生必要的成型压力，保证制品密 实； （3）使物料通过机头得到进一步塑化； （4）通过机头成型所需要的断面形状； 我们以管材为例，分析机头的组成 零件及各组成零件的作用. 管材机头主要由下面一些零件组成(见 图11-1) 、口模 口模用以成型制品的外表面。 2、芯模 芯模用以成型制品的内表面。 8.1.1 挤出成型机头典型结构分析 8.1.1 挤出成型机头典型结构分析 3、分流器 熔融塑料通过分流器分流形成管状制品 的胚形，并在剪切力的作用下进一步加 热塑化 、分流器支架 、滤网板 8.1.2 挤出成型机头设计原理 我们可以将机头依次人为的分为几个部分： 、入口部分 、展开部分 、分流部分和压缩部分 、定型部分 8.1.2 挤出成型机头设计原理 机头设计原则： n1.内腔呈流线型 n2.足够的压缩比 n3.正确的截面形状及尺寸 n4.结构紧凑 n5.合理选择材料 n6.机头与挤出机的连接（见图72、7 3） 8.1.2 挤出成型机头设计原理 8.1.2 挤出成型机头设计原理 8.2 管材挤出成型及机头设计 8.2.1 概述 8.2.2 管材挤出成型机头典型结构 8.2.3 管材挤出成型机头工艺参数的确定 8.2.4 管材定型套设计 8.1.1 概述 挤管成型模具包括机头和定型模塑料 的制品断面形状为圆形管材形状图（ 112） 图（113）为spvc机头典型结构及挤 出spvc管材的典型生产工艺过程 8.1.1 概述 管材挤出成型过程： 熔融塑料由挤出机挤出后，经过滤 网板，分流器，被分流器支架分成若干股 ，然后再汇合，最后进入芯模和口模形成 的环形通道挤出连续的管胚，硬管在定型 模和冷却装置的作用下冷却成型，经牵引 切割装置成为所需产品，软管可不需定型 模。直接由冷却装置冷却定型，再由牵引 ，切割，卷取装置收卷为所需产品。 8.2.2 管材挤出成型机头典型结构 常见的管材挤出成型机头有以下三种形 式。 1、直通式机头，又称平式机头，如图（ 11-4），机头内的熔料挤出方向与挤出 机螺杆轴线方向平行或一致，它是 最 简单，最经济，最常用的机头。缺点是 分流器支架产生的分流痕迹难以消除。 2、直角式机头，又称十字机头或弯机头 ，如图（11-5）、机头内的熔料挤出方 向成90直角，可以有效地消除分流器所 产生的分流痕，提高产品质量，缺点是 芯模设计，加工，安装困难。 8.2.2 管材挤出成型机头典型结构 3、侧式机头，又称管式机头，如图（ 11-6），由挤出机的熔料到机头要经 过两次转向（90或45 ），并以 平行于螺杆轴线的方向挤出，优点是 加强了溶料塑化，提高了产品质量， 适于生产大口径管。缺点是结构复杂 ，模具成本高。 现将三种机头的特性列于表（11-1） 8.2.2 管材挤出成型机头典型结构 8.2.3 管材挤出成型机头典型结构 4 微孔流道挤管机头 微孔流道挤管机头如图所示，机头内无芯棒，熔料的流动方向与 挤出机螺杆的轴线方向一致，熔体通过微孔管上的微孔进入口模 而成型，特别适合于成型直径大，流动性差的塑料（如聚烯烃） 。微孔流道挤管机头体积小，结构紧凑，但由于管材直径大，管 壁厚容易发生偏心，所以口模与芯棒的间隙下面比上面要小10 18，用以克服因管材自重而引起的壁厚不均匀。 表11-1 机头特性表 8.2.2 管材挤出成型机头典型结构 直通机头 直教机头侧式机头 机头熔料方 向 与螺杆轴 线一致 与螺杆轴线 垂直 与螺杆轴线 平行 机头结构简单复杂复杂 分流器支架有无无 定型长度应该长不需太长不需太长 芯模加热较困难容易容易 挤出口径小口径管 材 大、小口径 均可 大小、口径 均可 8.2.3 管材挤出成型机头工艺参数的确定 口模内径 其值不等于管材外径的尺寸。 与材料的性质、口模的温度压力以及定 径套的结构有关。 D= d / k 2. 模定型段长度值的确定 口模和芯棒的平直部分的长度称为定型 段。过长时，料流阻力增加很大，过短 时，起不到定型作用。 8.2.3 管材挤出成型机头工艺参数的确定 3.芯棒的外径 由于离模膨胀和冷却收缩效应，不等于棺材内径的尺寸，d=d -2 4.定型段、压缩段和收缩角 5.分流器和分流器支架 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还设有加热装置。 分流器支架主要用于支承分流器及芯棒。 8.2.3 管材挤出成型机头工艺参数的确定 6.拉伸比和压缩比 所谓拉伸比是口模和芯棒的环隙截面积与管材成形后的截 面积之比。 D、d塑料管材的外、内径，mm；Ds、ds分别为口 模的内径、芯棒的外径，mm。 挤出拉伸较大时有如下优点： A.明显提高力学性能； B.生产过程中变更管材规格时，不需要拆装芯棒、口模； C.在生产某些容易产生熔体破裂现象的塑料时，用较大的 芯棒、口模可以生产小规格的管材，既不产生熔体破裂又 提高了产量。 压缩比 是机头和多孔板相接处最大进料截面积与口模和芯棒环隙 截面积之比，反应出塑料熔体的压实程度。 2、机头结构参数： ()压缩比j ()分流器及流道 分流器结构如图(11-8) ()芯模及口模的过渡段的压缩角, 压缩角比较重要，直接影响管材光洁 度，过大，制品明显出现表面粗糙，一 般取（.），但是压缩角必 须通过过渡段长度进行校核，使其 14 50 范围。 8.2.3 管材挤出成型机头工艺参数的确定 管材内径 cm (mm) 管材外径 cm (mm) 各种管材拉伸比可参考表(11-3)选取。 8.2.3 管材挤出成型机头工艺参数的确定 塑料种类 拉伸比 HPVC 1.00 1.08 SPVC 1.10 1.35 ABS 1.00 1.10 高压PE 1.20 1.50 低压PE 1.10 1.20 PA 140 3.00 表(11-3) 管材拉伸比参考表 8.2.3 管材挤出成型机头工艺参数的确定 芯模外径可按式(11-6)得： (11-14) 3、强度计算 挤出机头结构见图11-4至11-6。实践证明 ，分流器支架的分流锥筋处是机头中强度 最底的地方，同时也是制造工时较多的零 件，所以对分流器支架必须进行强度校核 。 8.2.3 管材挤出成型机头工艺参数的确定 对分流器支架强度的校核主要考虑分流锥筋的 煎切强度，分流锥筋的剪切应力必须小于许用 剪切应力，即： (11-14) 式中 机头压力降kg/cm2，可取 60130kg/cm2 。 分流锥筋在物料流动方向上 的投影面积cm2。 分流锥筋横断面积cm2。 分流锥筋数量 8.2.3 管材挤出成型机头工艺参数的确定 8.2.4 管材定型套设计 管材的定型方法主要有两种：内径定型法和外 径定型法。 内径定型：即定型套控制管材的内径尺寸及圆 度，使仍程半熔体的塑料管坯包紧定型套控 制管材的内冷却硬化。 外径定型：即定型套控制管材的外径尺寸及圆 度，借助压缩空气作用使半熔体的管坯紧贴 于定型套的内径冷却硬化。 、定型模结构 图11-11为外径定型的内压法。 图11-12为外径定型内压法的另一种结构形式。 图11-13为外径定型的真空法。 图11-14为内径定型法。 2、定型尺寸确定 (1)内径定型法的定型套 内径定型法的定型套见图11-14,应设计成锥形， 其斜度为0.60.1,适用于管材直径大于 30mm以上，对于小管材，操作比较困难，不适 用。 8.2.4 管材定型套设计 (2)外径定型法的定型套 定型套内径径向尺寸应考虑管材定型后收缩因 素、膨胀效应及牵引等对管材尺寸的影响。定 型长度仍应依据管材壁厚、牵引速度而定，对 管材直径小于35mm的定型套长度及直径可参11- 5考表选取。 参11-5 管材外径与定型套长度关系表 挤出材料定型套内径定型套长度 聚烯烃(1.02-0.04)DS010DSO 聚氯乙烯(1.00-1.02)DSO10DSO 8.2.4 管材定型套设计 (3)真空定型套 真空定型套与机头口模不能联接在一 起，应有20100距离，这样定型套内 径应按下式计算： (11-16) 8.2.4 管材定型套设计 8.2.3 管材挤出成型机头工艺参数的确定 真空法外定径 在定径套内壁2上打很多小孔，作抽真空用，借助真空吸附 力将管材外壁紧贴于定径套内壁2，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。 真空定径套生产时与机头口模应有30100mm的距离，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。 8.2.3 管材挤出成型机头工艺参数的确定 式中 系数，按表11-16选取。 表11-6 系数 选取表 挤出塑料 （） . 8.2.4 管材定型套设计 8.3 吹塑薄膜挤出机头的设计 8.3 吹塑薄膜挤出机头的设计 8.3 吹塑薄膜挤出机头的设计 8.3 吹塑薄膜挤出机头的设计 8.3 吹塑薄膜挤出机头的设计 8.3 吹塑薄膜挤出机头的设计 参数的确定 1调节装置 设调节环和调节螺钉，保证机头出料口环形隙 缝一致 2.环形隙缝尺寸 0.41.2mm或按1830倍的薄膜厚度选取，太小 是机头内反压力大，太大时又影响薄膜厚度的 均匀性。 8.3 吹塑薄膜挤出机头的设计 A 吹胀比 指吹胀后的泡管膜直径与未吹胀的管坯直径的 比值。 B 牵引比 指薄膜牵引速度与管坯挤出速度的比值。 C 压缩比 指机颈内流道截面积与口模定型区环形流道截 面积的比值。 D 定型区长度 E 缓冲槽尺寸 可以用来消除管坯上的分流痕迹 F 避免产生熔接痕 芯棒到模口处的距离应不小于芯棒轴直径的两 倍。 8.4.1 概述 8.4.2板材、片材机头典型结构 8.4.3制品厚度调节装置 8.4 板材和片材挤出成型及机头设计 图11-15为板材机头典型结构及挤 出板材典型生产工艺过程。 板材和片材挤出成型过程：熔融塑料 由挤出机塑化后经过滤网板进入机头， 先广泛采用扁机头。 8.4.1 概述 常见的板材、片材机头结构可分为以下四类： 鱼尾机头 带有阻流器型见图11-16 带有阻流器和阻塞棒型见图11-17 支管机头 一端供料直支管型见图11-18 中间供料直支管型见图11-19 中间供料弯支管型见图11-20 带有阻塞棒的双支管型见图11-21 螺杆机头： 一端供料型见图11-24 中间供料型见图11-25 8.4.2板材、片材机头典型结构 8.4.2板材、片材机头典型结构 衣架机头： 直支管型见图11-26 支管渐减型见图11-27 (一)鱼尾机头 这种机头中部出料少，造成制品厚度不均 匀。为了克服这种缺陷，通常在机头型腔 内设置流动器或阻力调节装置，以增大物 料在型腔中部的阻力，使物料沿机头全宽 方向的流速均匀一致。见图11-16。此外， 还可以采用阻塞棒，见图11-17。 (二)支管机头 这种机头，由一个带有纵向切口的管形 型腔构成，它对塑料熔体有稳压和分配作 用，使起均匀地挤出宽幅制品。 (三)螺杆机头 螺杆机头是在直支管型机头内的支管里 插入一根分配螺杆，通过分配螺杆转动， 迫使塑料熔体沿机头幅宽均匀挤出，获得 厚度均匀的制品。 8.4.2板材、片材机头典型结构 (四)衣架机头 衣架机头吸取了鱼尾机头和支管机头的优点， 它有一个扁形料腔。由于支管直径小，缩短了 物料在机头内停留时间，而扇形料腔又可以提 高制品厚度均匀性。700毫米支管衣架机头半径 和位置的关系，见表11-7。 8.4.2板材、片材机头典型结构 8.4.2板材、片材机头典型结构 表11-7 支管半径和位置的关系 距末端距离02030405010 0 15 0 20 0 25 0 30 0 35 0 支管半径06. 04 6.4 9 6.8 2 7.1 0 8.0 2 8.6 2 9.0 6 9.4 2 9.7 2 1 0 8.4.3制品厚度调节装置 为使挤出的制品厚度均匀，扁机头 内多采用阻流器、阻流棒、调节模唇等 方式控制厚度及其均匀性采用螺栓调 节移动模唇，控制厚度均匀性的方法， 容易造成死角，见图11-28。在小范围 内调整厚度，可在调模唇上开一个沟槽 ，通过螺栓调节使模唇产生微量弹性变 形，从而改变口模缝隙，见图11-29。 、挤出成型工艺过程大致可分为那三个 阶段？ 塑料的塑化 通过挤出机的加热和混炼作用 ，使固态的原料转变为均匀的粘性流体 成型 在挤出机挤出部件的作用下，熔体 以一定速度和压力通过成型机头获得一定 端面形状尺寸。 定型 通过冷却使熔体已获得的形状固定 下来，变成固体状态。 、挤出机头的设计原则 内腔呈流线型各个构成零件的连接处不应该有 死角而使熔料滞留，避免熔料过热而分解。 足够的压缩比为了使塑件结构密实和消除分流 器支架造成的熔料结合缝，机头应该有一定的压缩 比。要发生膨胀，以及牵引力引起的收缩变形，会 使口模的尺寸和塑件的尺寸产生一定的念头偏差。 所以在设计的时候要对口模的形状和尺寸进行补偿 ，以获得正确的截面形状和尺寸。 正确的截面形状及尺寸口模的形状及尺寸和塑 件的形状及尺寸并不是一致的，因为塑料离开模具 以后要发生膨胀，以及索引力引起的收缩变形，会 使口模的的尺寸和塑件的尺寸产生一定的偏差。所 以在设计的时候要对口模的形状和尺寸进行补偿， 以获得正确的截面形状和尺寸。 结构紧凑便于加工和拆卸 合理选择材料由于机头的零件要承受 熔体的压力作用，所以要有足够的强度， 设计时还要对连接零件进行强度校核。另 外，与熔体接触的零件要有足够的耐磨性 和耐腐蚀性，必要时表面要镀铬处理。主 要零件要进行调质处理，硬度不能低于45 50HRC。 其它塑料成型工艺 滚塑成型 l原理 用两瓣密闭模，将相当于制品重量的塑料量注入，同时以异 向回转并在熔融炉内加热，这时塑料体即均匀贴于內壁而熔融塑 化，成为制品。 l过程 l应用 球体(如:浮标)、玩具、大型中空件(如:塑料溜滑梯) 旋转、加热冷却取件 加热 滚塑成型 l成型过程 动画动画 l滚塑成型制品 滚塑成型 热压成型 l原理 将塑料膜或塑料板加热到半融状态(Tg)，以压 力将其成型至与模具型腔相同的形状，冷却后经后 处理(如:裁边)即得所需产品。 l过程 l应用 免洗餐具、冰箱內槽等 夹持加热加压成型冷却裁边