【计算机模具设计】第七章-挤出成型机头模具2PPT课件.ppt

模具的组成 1 1 口模和模芯 口模成型制品的外表面 芯棒成型制品的内表面 所以口模和芯棒的定型部分决定制的横截面形状 2 2 多孔板与过滤网 多孔板和过滤网的作用是将物料由螺旋运动变成直线运动 同时还能阻杂质通过 3 3 分流器和分流器支架 物料通过分流器分配到行腔的各个部位 分流器支架主要用来支承分流器及芯棒 同时也使料流分束以加强均匀搅拌作用 4 4定型套 定型套可以使制品获得良好的表面粗糙度和正确的尺寸和几何形状 5 二 挤出成型机头分类 1 按机头用途分类2 按制品出口方向分类3 按机头内压力大小分类 6 设计原则 1 内腔呈流线型2 足够的压缩比3 正确的断面形状4 结构紧凑5 选材 7 8 9 10 三 挤出成型机头的理论计算 1 根据制品尺寸按照塑料流动特性和挤出机的特性决定机头的内尺寸 即流动通道的形状和尺寸 2 设计加热系统 使机头能获得均匀恒定的温度 并且容易调节 3 机头的结构设计 强度核算 11 12 13 1 流动状态的理论计算 熔体在管道内流动时流速变化有以下几种形式 1 一维流动 物料沿流道方向作平行流动 对应各点其流速恒定不变 而在横截面上各点流速仅沿一个方向变动 这样在口模内任意点物料的流速完全可以用一个垂直于流动方向的座标来表示 故称一维流动 14 2 二维流动 流道的侧面与口模内熔助物流动方向的流速的分布不能用单一的座标来表示 这时速度分布可用垂直于流动方向的两个直角坐标来表示 15 3 三线流动 流道内壁不平行 则速度不仅在其横断面上模座标方向有明显变化 而且沿流动方向也有所变化 即流速的分布要用三个座标表示 这就是所谓三维流动 16 2 流变计算 挤出机头口模部分 平直部分 是机头设计的关键 其流动多属于一维流动或二维流动 但在过渡部分侧壁与熔融物流动方向不平行也有属于三维流动 由于多数挤出制品 管 板 棒 带 都属于一维流动或可简化为一维流动 异型材机头中有很大一部分是由宽而薄的窄缝或环组成 此环不一定是圆环 也可以简化成一线流动 对于一维流动来说即使是非牛顿流体也可求解 17 流变计算 18 19 20 例1 现挤直径6 4毫米的聚乙烯棒 其流动曲线如图所示 为了便于冷却和定型口模处采用较低的挤出温度121 要求产量为23 6公斤 小时 塑料棒的牵引速度等于它出口模的平均速度 这样可以消除由膨胀造成的直径胀大 净拉伸比即口模断面和挤出物断面之比为1 机头压力84公斤 厘米为了挤出棒材流动稳定 应设计模具口摸平直段长度L 21 22 23 四 管材挤出模具 1 管材挤出模具结构 24 25 管材挤出成型过程 26 管材结构形式 27 28 29 30 管材结构设计参数 1 压缩比 挤出机头压缩比是流道行腔最大截面积 通常为分流板 与口模环形截面积之比 设计中低黏度物料 4 10高黏度物料 3 6 d1 d2 2 D1 D2 2口模环形截面积 3 14 d1 d2 2分流环形截面积 3 14 D1 D2 2 31 2 拉伸比 指口模环形截面积与制品截面积之比 I R0 R1 Rg1 Rg2 各种材料管材拉伸比参考表 HPVC1 00 1 08SPVC1 10 1 35ABS1 00 1 10LDPE1 10 1 30HDPE1 10 1 20PA1 30 3 0 32 3 口模内径及芯模外径尺寸 口模D内径 D2模芯外径以及壁厚t的计算 主要考虑物料离模膨胀和定形拉伸冷却收缩的因素 与冷却定形方式有很大的关系 D CDg1D2 2 R2 I Rg12 Rg22 1 2C取值物料内定径内压外定径真空定径PVC1 05 1 100 95 1 051 05 1 20PE PP1 10 1 300 90 1 051 10 1 30 33 4 强度计算 1 分流板上分流筋强度 PF nA 口模 机体壁厚R r 2P 1 2紧固螺钉个数 34 2 主要零件设计 1 分流锥 分流锥的作用是使来自挤出机的熔融物料逐渐变成环状 此外 由于料层变薄 也利于物料塑化 分流锥的结构主要有锥形和弧形两种 设计 a角不大于60 R 0 5 2 35 2 分流锥支架 分流锥支架的作用是分流锥和芯模的支架 分流锥上的分流筋应加工成流线型设计 根据芯棒承受轴向力的大小满足机械强度筋的数目与断面面积大小 进行强度核核 分流锥支架上还须设有进气孔 d1 d2 2 D1 D2 2 36 3 口模 口模是挤出成型管材外表 口模的平直部分与芯棒的平直部分组成管子的成型部分 平直部分的长短直接影响到管子的质量 L 0 5 3 D或L 10 20 t 1 15 30 I R0 R1 Rg1 Rg2 37 38 芯模 芯模是管材内表面的成型部件 设计 L 0 5 3 D或L 10 20 t 2 15 30 D2 D tg 2B sin 2 D2 D 39 芯模 40 芯模 41 芯模 42 机头体 设计注意 同心 进口扩角 15 30 H1为定位面 压紧方式 43 管材模具设计程序 L 10 20 t 1 15 30 I R0 R1 Rg1 Rg2 d1 d2 2 D1 D2 2 PF nA 30 90进口扩角 15 30 44 定型模具 冷却定型套可以控制管材挤出型坯的形状和尺寸 管材挤出定型工艺方法有外径定型和内径定型两种 45 外径定型套有浸水定型套 46 定型套尺寸的确定 内径定型套设计成斜锥形 斜度为0 6 一1 适用于直径大于30mm以上的管材 套的长度视管材壁厚和牵引速度而定 当壁较厚而挤出速度快时 定型套长度可取80 300mm 确定外径定型套尺寸时 应考虑定型方式 管材定型后的收缩因素 膨胀效应以及牵引力大小计算 热力学计算 47 48 49 50 51 多孔板 栅板一般安装在挤出机筒与机头的连接处 栅板的主要用途是使来自挤出机螺旋运动的物料转变为直线运动的物料 并使之再次分流混合 另外一个作用是支承滤网 栅板上的孔眼大小一般取3 6mm 力求保持流道孔的有效面积为栅板总面积的40 70 栅板应具有足够的机械强度 但厚度不能太厚 流道孔排列紧凑合理 常用的栅板结构 52 外径定型套设计 内压式 顶出式口模内径与定型套内径一致 隔热装置 固定方式 53 外径定型套设计 真空定径方式真空孔 槽 0 6 1 2定型套长度 10D 20D方式 54 挤出机与模具的关系 设计原则 挤出机生产能力与模具成型的制品生产速度应保持在1 6米 分钟 模具压力在5 20Mpa范围内 55 56 57 58 59 60 安装方法与尺寸 61 62 63 64 连接方式 物料连接 机体连接 65 66 加热功率计算 简化计算 按表面积计算 加热功率 2 4W cm2按重量计算加热功率 50 100W kg 67 五 吹塑薄膜挤出成型机头 生产塑料薄膜的方法有压延法 挤出法 吹塑法 而吹塑法应用最广 要求设备简单 操作方便 用一台机器可以生产多种规格的薄膜产品 吹塑薄膜是将挤出机挤出的熔融物料经过环形机头制成管状薄膜 并从机头轴线方向通人空气 用一对压辊夹紧 保持恒定的吹胀管状薄膜通过风环冷却定型 68 一 吹塑薄膜工艺与机头分类 1 吹塑薄膜工艺方法 1 上吹法上吹法是最常用的一种方法出料方向与挤出机垂直 管状薄膜周围的热气流向上 冷空气流向下 对薄膜冷却不利 69 2 平吹法 特点是操作方便 热气流向上 冷气向下 管状薄膜上半部冷却要比下半部困难 因而常常由于冷却不均引起薄膜厚度不易控制 只适于生产小规格的薄膜 70 3 下吹法 吹塑薄膜生产中管薄至上而下成型 牵引方向与机头产生的热气流相反 因而有利于薄膜的冷却 但薄膜由于自重而下垂 不利于薄膜厚度控制 常用水套冷却 71 2 机头的分类 按进料方式不同分为侧面进料式机头和中心供料式机头 按流道结构形式不同可分为侧包芯式 分流包芯式 螺旋式 环形分配流道机头 莲花瓣式 多层共挤式和旋转式等类型 72 二 吹塑薄膜机头设计原则 1 吹塑薄膜成型机头设计时 物料口缝隙S是一个关键参数 一设在0 4 2mm范围内选择 s值不能太大 也不能太小 太小会造成机头内压增加 影响制品的质量 太大则会影响薄膜厚度均匀性 要得到一定厚度的薄膜 必加大吹胀比和牵伸比 这两个参数会使薄膜生产工艺不稳定 73 吹塑薄膜机头设计原则 1 1 吹胀比 就是吹胀后膜管直径与机头口模直径之比 此值一般在1 5 4之间 1 2 牵伸比 是指膜管牵引速度与管子坯料挤出速度之比 此值一般在4 6之间 74 吹塑薄膜机头设计原则 2 芯棒上的定型长度L应比环形缝隙宽度S大15倍以上 以便保证出料稳定 实际应用时 定型长度L 20 30 S 为了保证物料在出口均匀流动 还经常在芯棒上设置一个或两个缓冲槽 75 3 芯棒上的分料斜面形状要尽可能减少料流的差距 同时还必须保证物料在机头内畅流无阻 不应有死角和停滞区 以免造成物料分解 芯棒上的扩张角原则上不要大于90 76 4 机头横向机颈的流道断面积应比机头出口的环状断面积大1 2倍 以保证机头内具有一定的挤压力 77 5 为保证出口环形缝隙宽度均匀一致 机头的出口部位应设有可调口模 可调口模的移动靠调节螺钉 调节螺钉的数量视机头大小而定 一般情况 出料口直径在100mm以内的机头调节螺钉可选用三个或四个 出料口直径大于100mm的机头应选择6个调节螺钉 调节螺钉必须有足够的机械强度 78 6 机头的各零部件必须便于机械加工 便于装卸 7 物料由进口至出口应流动畅通 不得产生停滞现象 8 流道的表面粗糙度为R 0 4mm 9 在保证足够强度的条件下 机头的结构应尽量紧凑 10 可调口模底部的结合面必须接触良好 以防止物料从底部挤出 79 三 主要结构零件的设计 1 芯模 芯模的结构如图 它的外径D上设有缓冲区b 它可均衡物料流动的速度 80 2 口模 口模的结构如图口模的定型长度L与缝隙S的关系 机头口模与挤出机的关系是重要参数 81 82 3 芯棒的结构设计 A 直角机头 设计芯棒时必须避免物料在芯棒尖处分解 芯棒的刚性要求 83 84 4 机头体 机颈 机头体的结构 85 5 锁紧螺母 压环 86 87 B 中心进料式机头 中心进料式机头这种机头与直通式挤管机头相似 它的特点是熔融塑料经分流器形成环形料流挤出 出料均匀 膜厚容易控制 而且芯棒不受单向侧压力作用 不会产生 偏中 现象 但料流经分流器支架后要形成多条合流线 一般3 4条 为了不使这些合流线在薄膜上产生明显的熔接痕 88 C 螺旋式机头 芯轴上开有数个螺旋槽 螺旋槽由深逐渐变浅 每个螺旋槽与机头中心进口流道通过分料槽连接 熔融物料从机头中心进口1挤入 经过多条分料槽分别进入芯轴3的螺旋流道 多股料流逐渐旋转汇合后进入流道1在环形缓冲槽5内稳压后从口模挤出 特点是出料均匀 膜厚容易控制 无合流线 薄膜物理力学性能好 但机头内存料空间大 料的流程长 流动阻力大 只适合于加工聚乙烯 聚丙烯 聚苯乙烯 聚酸胶等粘度较小 热稳定性较好的塑料 89 D 旋转式机头 旋转式机头是指口模和芯棒能相对旋转的机头 其旋转方式有 口模转 芯棒不转 口模不转 芯棒转 口模和芯棒一起同向或反向转动特点是能把薄膜的厚薄不均匀性比较均匀地分布到薄膜四周 使薄膜卷取平整 而且出料比较均匀 目前主要用于热稳定性较好的塑料的加工 90 六 吹塑薄膜的冷却 吹塑薄膜的冷却可以采用外冷 内冷或内 外同时冷却的方式 因采用内冷结构时 虽冷却效果好 但操作不方便 故通常采用风环或水套进行外冷 91 1 冷却风环 冷却风环使用广泛 适用于各种薄膜的冷却 其结构由风环底座和风环盖板两部分组成通过旋转盖板可调整出风口的间隙大小 出风口间隙为1mm 4mm 出风口与盖板平面的夹角在40 60 之间 底座侧面均布有三个压缩空气入口3 4个机头口模内径的1 5 3倍 92 2 冷却水套 冷却水套主要用于下吹法生产 其结构如图示 它主要由内套和水槽组成 内套的 内径与膜管外径相同 具有一定的定径作用 内套可以高于水槽的溢流线 也可以低于水槽的溢大流线 93 七 板 片材挤出成型机头 塑料板材和片材的生产有挤出 压延 层压 浇注和流延等多种成型方法 板 片材挤出成型机头具有宽而薄的出料口 从机头入口至目模 流道截面形状变化较大 由圆形变成狭缝形 物料沿机头宽度方向易导致流速不均匀 因此使沿机头全宽出料速度均匀一致 保证产品厚薄均匀 是这种扁机头设计的关键 94 一 板 片材挤出成型机头的结构 可分为鱼尾式机头 支管式机头 螺杆式机头和衣架式机头四大类 95 一 鱼尾式机头 主要特征是流道呈鱼尾形 塑料熔体从机头中部进入 沿鱼尾形流道向两侧分流 在口模出口处达到所要求的宽度 96 设计鱼尾式机 在设计鱼尾式机头时 鱼尾扩张角不能过大 一般在80 以下 鱼尾扩张角越大 机头中部出料快 两端出料慢的现象越严重 可在机头流道内设置阻流器或阻力调节装置 以增大物料在中部的流动阻力 为使物料沿机头全宽方向的流速均匀一致 鱼尾式机头结构简单 制造容易 而且流道呈流线形 所以比较常用 可用于加工熔融粘度高 热稳定性差的塑料 幅宽在500mm以下 厚度一般不超过3mm 97 二 支管式机头 支管式机头的特点是有一个带纵向切口的管形型腔 管形型腔不仅能对进入机头的塑料熔体进行分流 使其流动宽度达到所需的要求 而且还能对塑料熔体起稳压作用 因此 使用支管机头可以成型幅宽较大的板 片材 此外 与鱼尾式机头相比 支管