塑料挤出机机头结构设计论文说明书.doc

塑料挤出机机头结构设计11届 机械设计制造及其自动化 高佳佳指导教师：易勇摘要：挤出成型是在挤出机中通过加热、加压而使物料以流动状态连续通过口模成型的方法，是一种技术要求较高的成型方法。广泛应用于管材、棒材、异型材、中空制品以及单丝等产品的生产。本论文中主要针对单螺杆挤出机机头结构进行设计。包括口模设计、芯棒设计、分流器设计等主要零件的设计，还包括主要零件的加工制造工艺的设计以及机头和挤出主机的连接方式的设计。关键词：挤出机；挤出模；硬质PVC引言 随着我国塑料机械工业的蓬勃发展，塑料制品的应用范围的扩大，对挤出成型技术的要求更高。在整个挤出成型过程中，以塑料在挤出主机中的塑化过程和熔融物料进入挤出模挤出的过程以及温度调节控制最为关键。挤出机主机关键部件螺杆已经非常的先进，温度调节控制系统随着各种智能控制系统的发展而得到良好的完善。而挤出模的结构并没有得到很好的发展。由于在挤出过程中遇到的问题非常的复杂，如今并没有实用于机头设计的理论公式。机头的设计往往以实际经验为主要，最后以试模的方法确定机头的形状。这为整个设计过程带来了许多不便，同时加大了设计人员的工作量以及提高了成本。1概况及现状分析1.1 挤出机的发展历程自第一台挤出机问世以来，挤出技术得到的良好快速的发展。从开始的柱塞式到更为先进的螺杆式，从原始的手动操作到完全的自动控制，从产品单一到产品的多元化，挤出成型技术正逐渐成熟。如今，挤出成型具有生产效率高，制造方便，可以连续化生产等特点，它在塑料成型加工工业中占有很重要的地位。半个世纪以来，我国的塑料工业经历了从无到有，从小到大的发展过程，尤其是改革开放二十年来得到高速发展，已初步形成了部类齐全的工业体系，从产量上已跻身于世界先进行列。塑料机械行业是为塑料工业提供技术装备的行业，强劲的市场需求促进塑料机械工业的发展。挤出成型技术得到了很好的发展。1.2 挤出机的分类组成及挤出制品用途1.2.1 挤出机分类塑料挤出机按其螺杆数量分为单螺杆、双螺杆和多螺杆挤出机。目前以单螺杆挤出机应用最为广泛，适宜于一般材料的挤出加工。双螺杆挤出机由于具有由摩擦产生的热量较少、物料所受到的剪切比较均匀、螺杆的输送能力较大、挤出量比较稳定、物料在机筒内停留长混合均匀 。 单螺杆挤出机无论作为塑化造粒机械还是成型加工机械都占有重要地位。其发展的主要标志在于其关键零件螺杆的发展。至今已有近百种螺杆且已标准化。常见的有分离型、剪切型、屏障型、分流型与波状型等。 从单螺杆发展来看，尽管近年来单螺杆挤出机已较为完善，从总体而言，单螺杆挤出机向着高速、高效、专用化方向发展。 1.2.2 螺杆式挤出机的组成塑料挤出机主要由主机、挤出机组辅机、控制系统组成。1. 挤出机的的主机是挤塑机由挤压系统、传动系统和加热冷却系统组成。(1）挤压系统：挤压系统包括螺杆、机筒、料斗、机头、和模具，塑料通过挤压系统而塑化成均匀的熔体，并在这一过程中所建立压力下，被螺杆连续的挤出机头。（2）传动系统：传动系统的作用是驱动螺杆，供给螺杆在挤出过程中所需要的力矩和转速，通常由电动机、减速器和轴承等组成。（3）加热冷却装置： 加热与冷却是塑料挤出过程能够进行的必要条件。 2. 挤出机组的辅机主要包括放线装置、校直装置、预热装置、冷却装置、牵引装置、计米器、火花试验机、收线装置。挤出机组的用途不同其选配用的辅助设备也不尽相同，如还有切断器、吹干器、印字装置等。 3. 挤出机的控制系统包括加热系统、冷却系统及工艺参数测量系统，主要由电器、仪表和执行机构（即控制屏和操作台）组成。其主要作用是：控制和调节主辅机的拖动电机，输出符合工艺要求的转速和功率，并能使主辅机协调工作；检测和调节挤塑机中塑料的温度、压力、流量；实现对整个机组的控制或自动控制。1.2.3 挤出制品的用途热塑性塑料和部分热固性塑料适用于挤出成型。其制品主要有管材、棒材、板材、异型材、薄膜、单丝、扁带和电线电缆等。塑料挤出制品广泛应用于国民经济各个领域。薄膜、中空制品、打包带等是包装材料的重要组成部分；农副业大量使用塑料薄膜作育秧薄膜、棚模；机械工业使用塑料棒材可以方便的加工各种零部件；建筑工业使用的挤出成型的制品越来越多，如墙壁装饰板、窗用密封条等；石油工业大量使用塑料管材作输油管道。挤出机同时还可以对塑料进行混合、塑化、脱水、造粒、和喂料等准备工序或半成品加工。因此挤出成型已成为最普遍的塑料成形加工方法之一。1.3 挤出机的发展趋势1.3.1模块化和专业化塑料挤出机模块化生产可以适应不同用户的特殊要求，缩短新产品的研发周期，争取更大的市场份额；而专业化生产可以将挤出成型装备的各个系统模块部件安排定点生产甚至进行全球采购，这对保证整期质量、降低成本、加速资金周转都非常有利。1.3.2高效、多功能化 塑料挤出机的高效主要体现在高产出、低能耗、低制造成本方面。在功能方面，螺杆塑料挤出机已不仅用于高分子材料的挤出成型和混炼加工，它的用途已拓宽到食品、饲料、电极、炸药、建材、包装、纸浆、陶瓷等领域。1.3.3大型化和精密化 实现塑料挤出机的大型化可以降低生产成本，这在大型双螺杆塑料造粒机组、吹膜机组、管材挤出机组等方面优势更为明显。国家重点建设服务所需的重大技术装备，大型乙烯工程配套的三大关键设备之一的大型挤压造粒机组长期依靠进口，因此必须加快国产化进程，满足石化工业发展需要。1.3.4智能化和网络化发达国家的塑料挤出机已普遍采用现代电子和计算机控制技术，对整个挤出过程的工艺参数如熔体压力及温度、各段机身温度、主螺杆和喂料螺杆转速、喂料量，各种原料的配比、电机的电流电压等参数进行在线检测，并采用微机闭环控制。这对保证工艺条件的稳定、提高产品的精度都极为有利。2 挤出模结构及功能挤出模又称挤出机机头。塑料在经过螺杆和料筒后成为熔融态，再通过挤出机机头进一步塑化成为均匀的熔体，并通过机头成型为所需要的制品形状。在挤出机的整体结构中，机头应与主机相配合。否则即使是性能良好的主机，若无相应的机头与之配合是很难生产出高质量的产品。所以挤出模的设计好坏将直接影响挤出机的性能。同时，模具结构的合理与否，不仅影响产品的经济性，也是保证良好的成型工艺条件和稳定的成型质量的决定性因素。2.1 挤出模结构挤出模的主要零件有口模、芯棒、过滤板、过滤网、分流器、分流器支架、调节螺钉、定型套和机头体。各自作用如下：1）口模是成形塑件的外表面；2) 芯棒是成形塑件的内表面；3）过滤板是将塑料熔体由螺旋运动变为直线运动并造成一定压力，促进熔体塑化均匀及支撑滤网的作用；4）过滤网主要是过滤杂质和造成一定压力；5）分流器是使通过它的熔体变成薄环状，平稳地进入成形区。同时，进一步加热和塑化塑料；6）分流器支架主要用于支撑分流器和芯棒，同时也能对分流后的塑料熔体加强混合作用，7）冷却定型套主要是对成形管材进行冷却定型，以保证制品良好质量，正确的尺寸和几何形状；8）调节螺钉用来控制成形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；9）机头体用来组装机头各零件并与挤出机相连接。2.2挤出模功能挤出模作为挤出成型装置，其结构形式就决定其功能如何。根据挤出成型特点知其主要功能如下：a:使来自挤出机的塑料熔体由螺旋运动转化为直线运动，主要是通过过滤板来完成的；b:通过塑料熔体在模腔流道的剪切流动使熔体进一步塑化均匀，主要是由塑料粘度决定的；c:通过模腔几何形状与尺寸的变化产生成形压力，以使型材致密，主要是由于压缩比的存在；d:通过成形段及模唇的调节作用，获得所需截面形状的连续型材。 3 挤出模参数设计计算3.1 挤出模设计准则及设计步骤 3.1.1挤出模设计准则根据挤出模的功能可知挤出机头的设计不但要满足塑料成型工艺的要求，而且其结构要紧凑合理，方便加工制造。而且能很好的与挤出机主机相配合。确定具体设计方案如下：1）正确选择机头结构形式，应按照所要挤出的制品的原料和要求及成型工艺的特点，正确选用和确定机头结构形式；2）机头要具有一定的成形功能和作用，机头应能将塑料熔体从挤出的螺旋运动转换成直线运动，并在机头内产生适当的压力。在挤出机和机头联结处设置过滤板与过滤网就能实现将熔体的螺旋运动转化为直线运动，并增加了熔体在机头的流动阻力，以便使挤出机的螺杆能对熔体施加适当的压力；3）应设计出压缩区保证足够的压缩比，足够的压缩比会增大熔体的流动阻力，使塑料产生剪切力以消除熔接痕，增加制品的密实性；4）内腔呈光滑流线型，保证塑料熔体在机头内均匀平稳流动顺利挤出，且机头的截面变化要均匀，避免死角、凹槽等阻滞部分；5）要设计有调节装置，挤出成型常要求对挤出力、挤出速度、挤出成型温度等工艺参数以及挤出坯的尺寸进行调节和控制，从而有效的保证型材的形状、尺寸、性能和质量；6）机头要有足够的刚度和强度，结构要简单、紧凑、与机筒连接紧密、装卸方便、易加工、易操作，同时机头设计成对称形状，以保证受热均匀；7）机头成型区应有正确的截面形状，由于塑料的物理性能和压力、温度等因素引起的离模膨胀效应，及由于牵引作用引起的收缩效应使得机头的成型区截面形状和尺寸并非塑件所要求的截面形状和尺寸设计，因此设计时，要对口模进行适当的形状和尺寸补偿，合理确定流道尺寸，控制口模成型长度，获得正确的截面形状及尺寸，保证制品质量；8）合理选择机头材料。与塑料熔体相接触的部分，由于摩擦磨损及塑料成型时产生的气体对机头的腐蚀，机头体、口模、芯棒和分流器及支架等零件的材料应选取耐热、耐磨、耐腐蚀、韧性高、硬度高、热处理变形小及加工性能好的钢材和合金钢。3.1.2 挤出模设计步骤根据以上设计原则，挤出模的设计不是简单的几何尺寸的计算，设计时需要根据确定的机头中各零件的功能作用，综合挤出成型工艺特点。确定具体设计步骤如下：1） 根据设计要求了解材料材质特性并确定挤出机机头结构形式只有了解了塑料的材质特性和成型工艺特性，才能确定挤出机机头结构形式。为具体设计做好充分准备。2） 计算口模内径和芯棒外径尺寸 机头结构形式确定好后，进行机头中零件的尺寸设计。经过开始的阅读资料得知，口模与芯棒的尺寸是其它一些零件尺寸设计计算的依据，故要最先确定，为其它零件尺寸设计提供设计参数。3） 确定过滤板出口处直径D0由于挤出机机头必须具有足够的压缩比，且只有在确定压缩比后才能确定一些零件的具体尺寸。故要先确定过滤板出口处直径D0。4） 确定拉伸比和压缩比 拉伸比和压缩比是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形间隙截面尺寸时，需凭拉伸比确定。而压缩比则是挤出成型的前提。5） 确定口模和芯棒其它尺寸和机头内其它零件的尺寸 在完成了上述内容后，根据设计所得数据设计计算其它零件的具体尺寸。主要有分流器和分流器支架。6） 冷却定型套的设计与计算7） 机头结构的具体设计完成了相关尺寸的计算，再对机头整体结构尺寸进行设计。包括口模、芯棒、分流器、分流器支架、机头体等零件的外形尺寸的设计。一定要满足装配要求。8） 机头主要零件的加工工艺设计 完成了机头各零件的尺寸计算后，根据设计所得数据进行制造加工工艺的设计。主要包括口模、芯棒、分流器和分流器支架的加工工艺设计。9） 机头和挤出主机的连接方式的设计 在完成机头的设计后要确保机头与挤出机的装配要求，故在本设计中对两者的连接方式进行初步设计。3.2材料材质特性根据任务书要求，我所设计的挤出机要加工的塑料是硬质聚氯乙烯。根据1知，硬质PVC主要塑料特性：1） 成型特性（1）无定型料，吸湿性小，（2）流动性差，极易分解，在高温下与钢、铜接触更易分解，分解温度为200，（3）成形温度范围小，必须严格控制熔料温度。2） 使用特性（1）密度为1.381.433，（2）机械强度高，电气性能优良，耐酸碱的抵抗力强，化学稳定性好，（3）缺点：软化点低。硬质PVC的性能及成型性能决定了挤出机中所有与PVC接触的零件的性能要求，在设计过程中这些性能是这些零件的设计准则。高粘度使得与其相接触的零件表面粗糙度要求高；流动性差要求流道内壁呈流线型；极易分解则对温度控制要求非常严格。这些都是设计时必须考虑的因素。3.3 挤出机形式的确定根据任务书所给数据知挤出机型号为SJ-45。即该挤出机为单螺杆式挤出机，螺杆直径为45mm，机头形式按照成型制品从机头的挤出方向不同分为直通式机头和角式机头。根据设计要求，本设计中采用直通式机头。直通式机头特点结构简单，容易制造，熔体在机头内挤出流向与挤出机螺杆平行。但经过分流器及分流器支架时形成的分流痕不易消除，且其结构笨重、长度较大。3.4 挤出模各零件尺寸设计根据管材的挤出特点，对于不同塑料的管机头的主要零件尺寸及其工艺参数都有一定的限制，以保证挤出的管材质量及其优良的成型工艺。本设计中采用的塑料是硬质PVC，管材直径40mm,壁厚2mm。根据硬质PVC的性能特点可以确定一些零件在设计过程是用到的公式中的系数，同时可以确定挤出模的压缩比和拉伸比。3.4.1挤出模各零件工作表面尺寸设计计算1.口模的设计计算口模是成型管材外部轮廓的机头零件，其结构如图1，其主要尺寸有口模内径D、定型长度L1、压缩段长度L2和压缩区锥角。尺寸的设计主要靠经验公式，查有关设计手册12，得有关经验公式如下： 图1 口模示意图Fig1 Mouth mold schematic drawing1）口模内径D 3-1 式中： D口模内径（mm） d1塑料管材外径（mm） 系数（见表）表 系数k选取表Table 1 coefficient k selection table塑料种类定型套定管材内径定型套定管材外径聚氯乙烯.聚酰胺.聚烯烃.2）口模定型段长度L1 3-2 或 3-3 式中 L1口模定型段长度（mm） d1塑料管材外径（mm） c系数（见表2） t塑料管材壁厚（mm）表2 系数c选取表Table 2 Coefficient c selection table塑料品种硬聚氯乙烯软聚氯乙烯聚酰胺聚乙烯系数c18331525132314223）压缩区锥角为使制品密实和消除因分流器支架造成的结合缝，根据制品和塑料种类不同，应设计出足够的压缩比。压缩区的锥角一般在1060范围内选取，当过大时，挤出的管材表面会较粗糙，对于低粘度材料可选取较大值，反之取较小值。4) 口模压缩段长度L2 3-4 式中 L2口模压缩段长度（mm） D0塑料熔体在过滤板出口处的流道直径（mm）5）根据以上公式计算口模内径尺寸如下 根据聚氯乙烯的成型特性，塑料熔体在通过挤出模后，由于冷却管材会出现弹性回复，即管材直径会增大，同时还要经过定性套定型，再根据表1确定系数 k=1.00 。 即:口模内径 =40/1.00 =40.00（mm）实际口模内径根据经验和试模后而定，并通过调节螺钉调节口模与芯棒间的间隙使其达到合理值。2.芯棒的设计计算芯棒是成型管材内部轮廓的机头零件，其结构如图2，芯棒通过螺纹与分流器联接，其主要尺寸有芯棒外径d、芯棒定型段长度L3、芯棒压缩段长度L4。各尺寸的设计主要靠经验公式来确定。查有关设计手册2，有关经验公式如下： 图2 芯棒示意图Fig2 Core rod schematic drawing 1）芯棒外径d 3-5 式中：d芯棒外径（mm） D口模内径（mm） 口模与芯棒的单边间隙，通常取（0.830.94）塑料管材壁厚（mm）2）芯棒定型段长度L3 = L1 ，3) 芯棒压缩段长度L4 = ，4）根据公式计算芯棒外径尺寸如下 由硬质PVC的成型特性以及已确定的口模直径知，经过挤出的成型塑件会膨胀，所以这里选取的芯棒外径小于实际管材内径，即系数小于1。本设计中取0.94。 即 芯棒外径 =40-20.942.00 =36.2（mm）3.过滤板出口处直径D0的确定该直径应与挤出机机筒出口处直径一致。机筒出口处直径根据螺杆直径确定为45mm,由此确定过滤板出口处直径D0=45(mm)。4.拉伸比和压缩比的确定拉伸比和压缩比是塑料挤出成型工艺参数，两者都与口模和芯棒尺寸有关。各种塑料的拉伸比和压缩比都是通过实验确定的。拉伸比：是指口模与芯棒在成型区的环形间隙截面积与所挤出的管材的截面积之比。挤出时，管材离开口模后，由于压力降低，塑料制品出现因弹性回复而膨胀的现象，管材截面积将增大。另一方面，又由于牵引和冷却收缩的关系，管材截面积也有缩小的趋势。这种膨胀与缩小的大小于塑料性质、口模温度与压力、定径套的结构形式等因素有直接关系。目前，由于理论计算尚不成熟，通常根据拉伸比来确定口模与芯棒间环形空隙的截面积与挤出管材的截面积之比。即：管材拉伸比经验公式： 3-6式中 I拉伸比 D 、 d 分别为口模内径和芯棒外径 d1 、 d2塑料管材的外内径表3 常用塑料挤出所允许的拉伸比Table 3 The commonly used plastic squeezes out the stretch ratio which permits塑料硬质PVCABSPEPA拉伸比1.001.081.001.101.201.501.403.00压缩比：是指过滤板出口处最大进料截面积与口模和芯棒在成型区的环形间隙截面积之比。它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=410；对于高粘度塑料，=2.56.0 。1） 根据所计算数据确定拉伸比 =1.05较大拉伸比的好处有：（1）在生产过程中，变更管材规格时，一般不需拆装口模和芯棒，可以通过改变拉伸比来实现；（2）在加工某些容易产生熔体破裂现象的塑料时，用较大尺寸的口模和芯棒，可以生产较小规格的管材，这样既可以避免产生熔体破裂，又可提高产量；（3）经过牵引的管材，可以明显提高其力学性能。2）根据硬质PVC为高粘度材料，故确定压缩比=5。5.口模和芯棒其他主要尺寸计算1）口模定型段长度根据表2 =（1833）2 =3666 (mm) =（0.33.0）40.00 =12120（mm） L1的确定与塑件的壁厚、直径、形状、塑料性能即牵引速度有关。过长则料流阻力增大，使牵引困难，且管材表面粗糙；过短则起不到定型作用。根据两种计算结果确定口模定型段长度L1=50（mm）。2）口模压缩段长度 =1.845 =80（mm）3）压缩区锥角根据塑料材料硬PVC的成型性能知，取=30。4）芯棒的定型长度L3应与口模定型长度L1相等，故： L3=L1=50（mm）5）芯棒压缩段长度，此处长度应与口模压缩段长度保持一致。故：L4= L2=80(mm)。6.分流器和分流器支架的设计计算1）分流器参数设计分流器结构如图3所示。对于小型挤出机分流器和分流器支架可设计成一体形式。分流器主要参数有：扩展角、分流锥面长度L5、分流器头部圆角R、分流器表面粗糙度R。根据4将各参数的确定原则列入表4所示。图3 分流器示意图 Fig 3 Current divider schematic drawing 表4 分流器参数确定表Table 4 Current divider parameter definite table参数 取值分流器的直径d2为了保证内部流道呈流线型，分流器的直径d2应等于芯棒外径扩展角扩展角的选取与塑料粘度有关，高粘度塑料应控制在3060，且扩展角应大于口模压缩段的压缩角分流锥面长度L5式中 D0过滤板出口处的直径分流器头部圆角RR=（0.52.0）mm分流器表面粗糙度RR应小于（0.40.2）m根据以上原则确定分流器各参数分流器的直径d2应等于芯棒外径，故取d2=36.2 (mm)，扩展角=45，分流锥面长度：根据分流器直径与扩展角的三角函数关系，以及经验公式取L5=(0.61.5)D0 确定L5=145=45（mm），分流器头部圆角R=2.0mm，分流器表面粗糙度R =0.3m。2） 分流器支架参数的设计分流器支架是用来支撑芯棒和分流器的，具体结构如图4所示。图4 分流器支架示意图Fig 4 Current divider support schematic drawing分流器支架内径d4可根据口模压缩段长度与压缩角的三角函数关系计算得到，d4=2tan1580+36.2+4=83（mm），分流筋呈流线型，分流筋应尽可能少些，以免产生过多分流痕迹。本设计为小型机头，分流筋取3根，筋厚取12mm。分流器支架宽度取b=30mm。分流器头部与过滤板间的长度L6通常取1020mm,或稍小于0.1D0过小料流不均，过大则停料时间太长，这里取L6=20mm。7.过滤板和过滤网的设计计算1）过滤板的设计计算过滤板是一个厚金属圆盘，具有许多与螺杆轴平行紧密排列的平行孔。过滤板应与机筒对中，其上孔眼的分布原则是使流过它的物料流速均匀，因机筒壁阻力大，故有的过滤板中间的孔分布疏，边缘分布密，也有的过滤板边缘孔的直径大，中间的孔直径小。过滤板的孔眼多按同心圆周排列，孔眼直径一般为 37mm，孔眼的总面积为多孔板总面积的30%70%。 根据成功经验4确定过滤板的尺寸：过滤板大径Q=55mm，通孔分布在直径为45mm的圆内，孔径r=5mm，厚度M=15mm。具体截面形状如图5所示。图5 过滤板截面图Fig 5 Sieve plate profile chart2）过滤网的设计计算过滤网的主要功能是阻止杂质和未塑化的物料进入,此外还可提高熔体压力。这里采用80目的过滤网。8.定型套的设计计算管材被挤出口模时，还具有相当高的温度，没有足够的强度和刚度来承受自重和变形，为了使管材获得较细的表面粗糙度、准确的尺寸和几何形状，管材离开口模时，必须立即定径和冷却，由定型套来完成。经过定型套定径和初步冷却后的管材进入水槽继续冷却，管材离开水槽时已经完全定型。因而定型套的设计是定型模设计中的关键，设计合理与否，对管材冷却与定型质量影响极大。根据所设计挤出机型号特点，将定型与冷却设计成一体形式，即定型的同时进行冷却4。管材定径方法通常有三种：压缩空气外定径、真空吸附法外定径、内定径。前两者都属于外定径。本设计中，根据三种定径方法的应用场合以及由于本设计中管材外径尺寸精度要求高故选用真空吸附法外定径方式定径，其主要参数有：定型套长度L、定型套直径T、定型套锥度。真空吸附法外定径如图6所示，在离开挤出机机头与口模的软性管材外壁和定型套内壁之间抽取真空，以此产生一种很大的真空吸附力将管材外壁紧贴于定型套内壁冷却定型。此装置比较简单，管口不必堵塞。运用真空吸附法定径时与机头口模之间应有1020mm的距离，是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，在进入定型套中定型冷却。图6 真空定型套结构图Fig 6 The vacuum finalizes a set of structure drawing 真空定型套宜以导热性良好的金属材料制成。通常选用铝合金制成，内壁须镀铬。定型套内部真空度为53.366.7kPa。抽真空的孔径为0.61.2mm,塑料粘度大或管材壁厚较大的取大值，反之，取小值。1）定型套长度L: 定型套长度取决于管材尺寸、塑料特性、管坯温度、挤出速度、冷却效率及热传导性能。根据成功经验公式对于硬质PVC管材其定型套长度为管材直径的36倍。（1）当管材直径D40mm时：定型套的长度L L10D定型套的内径d d(0.8%1.2%)D+D（2）当管材直径D100mm时：定型套的长度L L=35D设计定径套的内径时，其尺寸不得小于口模内径。根据设计要求，管材直径D=40mm,本设计中取L=405=200mm。2）定型套内径T：就外定径而言，定型套内径比管材外径大0.8%1.2%。本设计中取1%,即T=40+401%=40.4（mm）。3）定型套锥度：通常定型套的出口直径比进口直径略小，即带有锥度。在定型过程中，管材因冷却而收缩，其收缩幅度随冷却水温度、管材材料不同而不同，其锥度应满足此种需要。使用带锥度的定型套，可使管材与定型套内壁形成较大面积接触，从而保证了管材的冷却效果及其外观质量。就外定径而言，通常取510的轴向锥度。4）抽真空孔径与塑料粘度和管材厚度有关，本设计中取0.8mm。9.调节螺钉的确定机头的调节螺钉作用是调节控制成型区的口模与芯棒之间的间隙和同轴度，以保证挤出塑件壁厚的均匀，通常调节螺钉数目一般取48个。本设计中由于机头属小型，选取4个调节螺钉。3.4.2 挤出模各零件整体尺寸设计机头的整体形式要合理，便于外部加热器加热。各零件具体尺寸的设计要满足装配要求，且各零件间的连接要合理，满足挤出性能要求。1.口模整体尺寸设计口模与机头体连接，两者通过环形圆盘用螺钉连接。故在口模外轮廓设计出台阶面，以便与机头体相连接。根据挤出机挤出特性以及所选取制造材料特性，在满足口模强度的要求的前提下确定各部分尺寸。由于塑料挤出机对于机头各零件强度要求不高，本设计中在满足装配要求的条件下取：h1=70mm，h2=103mm，h3=83mm。h3的确定根据口模压缩区长度及压缩角之间的三角函数关系。如图7所示。图7 口模结构图 Fig 7 Mouth mold structure drawing2.芯棒整体尺寸设计芯棒与分流器通过螺纹连接在一起，管材成型时，管材内部通入压缩空气可以更好的定形，故芯棒要有通入压缩空气的内孔，内孔直径取6mm。芯棒内螺纹孔直径取16mm（M6），深20mm。如图8所示。图8 芯棒结构图Fig 8 Core rod structure drawing3.分流器整体尺寸设计分流器与芯棒配合通过螺纹连接。与芯棒连接段螺纹长度为15mm。又分流器支架要与分流器组合，分流器支架厚30mm，故取h3=45mm,由于需要通入压缩空气，故应设计出通入压缩空气孔，与芯棒配合。如图9所示。图9 分流器结构图Fig 9 Current divider structure drawing4.分流器支架整体设计分流器支架主要是用来支撑分流器和芯棒，与分流器相配合。分流器支架外轮廓厚度取10mm，=16mm。具体尺寸如图10所示。图10 分流器支架结构图Fig 10 Current divider support structure drawing5.机头体的整体尺寸设计由于机头体是用来组装机头各零件并与挤出机相连接。其结构图如图11所示。其具体尺寸根据内部零件尺寸设计得到。h4= 103mm,h5=135mm,H=173mm,H2=30mm。机头体与挤出机主机通过法兰连接，机头法兰通过螺纹连接紧固在机头体上。在满足连接要求的同时，要方便外部加热器加热。图11 机头体结构图Fig 11 Nose body structure drawing6.机头装配分析挤出机头各部分零件尺寸已确定，经过加工制造成形后，在装配时应注意，芯棒与分流器通过螺纹连接，使得芯棒、分流器、分流器支架联接在一起，要保证三者的同心度，同时也要保证芯棒与分流器支架的垂直度，且芯棒、分流器同分流器支架內孔的配合要保证。最后，各零件由机头体组装时，要保证机头体与口模和分流器支架之间的过盈配合。防止有间隙，导致漏料。其装配图如图12所示。1口模，2芯棒，3机头体，4分流器支架，5分流器，6过滤板图12 机头装配示意图Fig 12 Nose assembly schematic drawing由图可知，口模与机头体通过端盖使用螺栓连接在一起，从而保证了机头能连接成一体，顺利完成挤出加工。而调节螺钉则装在机头体上，通过它可以调节口模与芯棒之间的间隙与同轴度。而过滤板只有一部分装在机头上，另一部分则与挤出主机装在一起。4挤出模的加工制造与塑料直接接触的零件有口模、芯棒、分流器和分流器支架及机头体。根据硬质PVC特性，机头内部工作表面要耐热、耐磨、耐腐蚀、高韧性、高硬度，且材料热处理变形小及加工性能好。因此选取加工材料为38crMoALA。38crMoALA是调质钢，具有耐磨性、耐腐蚀性等性能。其主要成分中，Cr主要作用是提高淬透性，Mo能细化晶粒提高钢的回火稳定性，Al则可以加速钢的氮化过程。根据选取的加工材料和挤出模各零件尺寸较小以及零件的性能要求确定零件毛坯制造方法为锻造。生产出来的零件必须满足挤出机工作性能，其制造要求如下：1) 毛坯经锻造成型后进行退火处理，以消除钢材锻造时产生的内应力;毛坯经粗加工后进行调质处理，硬度不小于40HRC，2) 精加工后工作表面要进行氮化处理，氮化层深度为0.50.6mm，3) 零件工作面的粗糙度要满足工艺要求，R0.4m，4) 应保证零件的强度和韧性，5) 零件工作面不允许有明显碰伤、拉毛、锈蚀、烧伤等缺陷。4.1各零件的技术要求根据挤出机的工作要求，口模是成型塑件的外表面，由于塑件成型时会出现弹性回复和收缩现象，因此对于其偏差要求不高，同样芯棒也是一样。而芯棒与分流器连接处的尺寸偏差有严格的要求。因为其中要通入压缩空气，必须保证密封性。分流器支架外轮廓与机头体配合，其偏差要求也不高。虽然各零件之间没有配合公差要求，但在加工制造过程中存在制造偏差。根查有关设计手册5，根据锻件制造公差规定来确定各零件的制造公差。机头连接一体后，要确保其密封性，不能漏料影响正常的工作要求。表面粗糙度则根据挤出机挤出成型过程中对各零件的性能要求来确定。具体技术要求列成表5、表6、表7、表8。表5 口模技术要求Table 5 Mouth mold specification加工表面尺寸及偏差（mm）表面粗糙度R口模左端面1.6口模70外圆1.6口模103外圆1.6口模40內圆0.2口模4083锥面0.2表6 芯棒技术要求Table 6 Core rod specification 加工表面尺寸及偏差（mm）表面粗糙度R芯棒外圆0.2芯棒左端面1.6芯棒右端面1.66mm孔61.616mm孔1.6表7 分流器技术要求Table 7 Current divider specification加工表面尺寸及偏差（mm）表面粗糙度R分流器左端面1.6分流锥面0.26mm孔61.6分流器外圆0.2表8 分流器支架的技术要求Table 8 Current divider supports specification加工表面尺寸及偏差(mm)表面粗糙度R分流器支架左端面1.6分流器支架右端面1.616mm孔1.6分流器支架内表面圆0.2分流器支架内表面圆0.2分流器支架筋肋面0.2分流器支架外圆1.64.2各零件的工艺路线制定 根据每个零件的工作要求以及加工工艺性确定各零件的工艺路线。首先要确定各个零件的加工定位基准，然后确定加工方法。根据有关设计手册56确定各零件加工工艺路线。4.2.1口模的工艺路线 根据口模零件的技术要求和装配要求，选择左端面做为精基准，零件各表面都可以采用左端面做为基准进行加工。由于口模是回转体零件，故外轮廓采用车床进行车削加工，内表面采用镗加工。由于口模外轮廓不是工作表面，故半精车即能满足工艺要求，而内表面是工作表面，表面粗糙度要求极高，同时硬度要求也非常高，故内表面要进行精磨加工还要进行氮化处理。故其加工路线设计如下：锻造退火粗车左端面粗车右端面粗车台阶面粗车外圆粗镗内孔调质处理半精车左端面半精车右端面半精车台阶面半精车外圆半精镗内孔精镗内孔精磨内孔氮化处理精整加工4.2.2 芯棒的工艺路线 根据芯棒零件的技术要求和装配要求，选择左端面做为精基准。芯棒是回转体零件，采用车削加工即可。其外表面是工作表面，要求耐腐蚀性好、硬度高，表面粗糙度要求极高，由于通气孔直径小，采用钻孔加工，故确定其加工路线如下：锻造退火粗车端面及外圆调质处理半精车端面及外圆精车端面及外圆钻出通气孔至6mm车螺纹孔精磨外圆氮化处理精整加工4.2.3 分流器的工艺路线 分流器也是回转体零件，选用左端面做为精基准，采用车削加工即可。其工作表面是外轮廓，性能要求高，故表面要进行精加工，还要进行氮化处理，其加工路线设计如下： 锻造退火粗车端面粗车圆柱面粗车锥面调质处理半精车端面半精车圆柱面半精车锥面精车端面精车圆柱面精车锥面精磨圆柱面精磨锥面钻出通气孔至6mm车螺纹氮化处理精整加工4.2.4 分流器支架的工艺路线分流器支架是回转体，其表面加工方法采用车削加工，其内表面是工作表面，性能要求高，故表面要进行精加工，还要进行氮化处理，其加工路线设计如下：锻造退火粗车圆柱面精车圆柱面钻孔（先由2.5中心钻头作中心定位孔，然后钻孔14，用15.8扩孔钻扩孔至15.8，用16铰刀铰孔，R=1.6m，）粗车左端面粗车右端面精车左端面精车右端面钳（在工件上划线，加工线切割穿丝孔及通气孔）线切割（加工分流锥孔）钳（修整分流锥支撑肋弧面）调质处理钳（光整处理分流锥孔）氮化处理精整加工4.3确定加工余量 切削余量分配根据零件毛坯尺寸和零件加工要求及考虑各个工序尺寸之间的关系，再进行确定。4.3.1口模各工序加工余量分配毛坯尺寸外圆直径为123mm150mm。查有关设计手册7得到各工序加工余量如表9所示。表9 口模各工序加工余量分配表Table 9 Mouth mold various working procedures machining allowance distribution list 加工表面半精加工余量精加工余量左端面2mm1mm右端面2mm1mm70mm外圆单边2mm单边0.5mm103mm外圆单边2mm单边0.5mm内表面单边1mm单边0.5mm4.3.2芯棒各工序加工余量分配芯棒毛坯主要尺寸有直径50mm140mm。根据7得到各工序加工余量如表10所示。表10 芯棒各工序加工余量分配表Table 10 Core rod various working procedures machining allowance distribution list 加工表面粗加工余量半精加工余量精加工余量左端面2.5mm1.5mm1mm右端面2.5mm1.5mm1mm36.2mm外圆4.5mm1.5mm单边0.8mm4.3.3分流器各工序加工余量分配分流器毛坯主要尺寸有直径50mm90mm。根据7各到工序加工余量如表11所示。表11 分流器各工序加工余量分配表Table 11 Current divider various working procedures machining allowance distribution list 加工表面粗加工余量半精加工余量精加工余量端面7mm2mm1mm圆柱面单边15mm单边1.5mm单边0.5mm锥面单边1.5mm单边0.5mm4.3.4分流器支架各工序加工余量分配分流器支架毛坯主要尺寸120mm40mm。根据7得各工序加工余量如表12所示。表12 分流器支架各工序加工余量分配表Table 12 Current divider support various working procedures machining allowance distribution list加工表面粗加工余量半精加工余量精加工余量左端面2.5mm1.5mm1mm右端面2.5mm1.5mm1mm103mm外圆单边6mm单边1.5mm单边0.5mm内表面1.5mm0.5mm5机头和挤出主机的连接方式的设计挤出成型设备是挤出机，每副挤出成型模具都只能安装在与其相适应的挤出机上。设计机头结构时，首先要了解挤出机的技术参数以及机头与挤出机的连接方式，所设计的机头应适应挤出机的要求，由于挤出型号的不同，则连接形式亦不同。通常的机头通过法兰连接在挤出机上。机头都是以螺纹连接在机头法兰上，而机头法兰是以铰链螺钉与机筒法兰连接固定的。对于小型挤出机，通常用4颗铰链螺钉。一般的安装次序是先松动铰链螺钉，打开机头法兰，清理干净后，将过滤板装入机筒部分（或装在机头上），再将机头安装在机头法兰上，最后闭合机头法兰，紧固铰链螺钉即可。机头与挤出机的同心度是靠机头的内径和过滤板的外径配合。因为过滤板的外径是与机筒有配合要求的，因此保证了机头与机筒的同心度。安装时过滤板的端部必须压紧，否则会漏料。查有关设计手册6得到SJ-45型号挤出机连接部分尺寸如下表13。表13 挤出机连接部分尺寸Table 13 Extruding machine poison-pen letter size机头与机头法兰连接的螺纹尺寸MM804过滤板外径D55mm过滤板开口处直径d45mm铰链螺钉直径mM18机头法兰厚度B30mm过滤板厚度H15mm过滤板伸入机筒部分厚度h8mm铰链螺钉中心距L1104mm铰链螺钉中心距L2104mm6 小结塑料挤出机经过多年的发展在塑料机械工业中占有很重要的地位。塑料制品中有1/3是通过