挤出模具设计PPT课件

第9章挤出模头设计，第9.1章9.1.1挤出成型机头典型结构分析概述，第9.1.2章挤出成型机头分类及设计原则，第9.2.1章典型挤出机头结构，第9.2.2章管材挤出机头设计，第9.2.2章吹膜机头结构，第9.2.3章电线电缆包覆挤出成型机头试题及练习，第9.2.4章挤出成型机头概述， 第9.1章挤出成型机头的分类和设计原则通过挤出加工的塑料产品有很多种，如管材、薄膜、棒材、板材、电缆涂层、单丝和型材。 挤出机还可以进行制备过程，例如塑料或半成品加工的混合、塑化、脱水、造粒和进料。因此，挤出成型已经成为最常见的塑料成型加工方法之一。大多数通过挤压工艺生产的塑料产品使用热塑性塑料和热固性塑料。例如聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、尼龙、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚碳酸酯、聚砜、聚甲醛、氯化聚醚和其它热塑性塑料以及热固性塑料，例如酚醛和脲醛。挤出成型具有效率高、投资少、制造简单、可连续生产、占地面积小、环境清洁等优点。通过挤压成型生产的塑料产品已被广泛使用，其产量占塑料产品总量的三分之一以上。因此，挤出成型在塑料加工行业中占有非常重要的地位。机头是挤压模的主要部件，具有以下四种功能。(1)将材料从螺旋运动改为直线运动。(2)产生必要的成型压力以确保产品的致密性。(3)材料通过机头进一步塑化。(4)要求截面形状的产品由机头成型。以管材挤出机机头为例，分析机头的组成和结构，如图8-1所示。9.1.1挤压成型机头的典型结构分析，5.1。由模具和芯棒模具形成的产品的外表面和由芯棒模具形成的产品的内表面，因此模具和芯棒的成形部分决定了产品的横截面形状和尺寸。2.多孔板(过滤板和栅板)如图8-2所示。多孔板的功能是将材料从螺旋运动变为直线运动，同时防止未增塑的塑料和机械杂质进入机头。此外，多孔板还可以形成一定的压头，使产品更加紧凑。分流器和分流器支架分流器也称为鱼雷头部。塑料通过分流器变成薄环形，便于进一步加热塑化。大型挤出机的分流器中还设置有加热装置。分离器支架主要用于支撑分离器和芯轴，还用于分流物料流以增强搅拌效果。小头的分流器支架可以与分流器集成在一起。4.调整螺钉用于调整模具和心轴之间的间隙，以确保产品壁厚均匀。头体用于组装头的所有部件并连接挤出机。6.上浆套筒使产品通过上浆套筒获得良好的表面粗糙度、正确的尺寸和几何形状。7.堵塞防止压缩空气泄漏，并确保管道中有一定的压力。挤压成形机头的分类及其设计原则。1 .分类由于挤压产品的形状和要求不同，需要相应的机头来满足产品的要求。机头有多种类型，大致可根据以下三个特点进行分类：(1)按机头用途分类可分为管材挤出机头、吹管机头、挤出机机头等。(2)根据产品出口方向，可分为直头和横头。前机头的物料流动方向与挤出机螺杆的轴向一致，如硬管机头。后者的头部中的材料流动方向与挤出机螺杆的轴向成一角度，例如电缆头；(3)根据压头内的压力，可分为低压压头(物料流动压力为兆帕)、中压压头(物料(2)足够的压缩比：为了压紧产品，消除分流支架造成的接缝，应根据不同类型的产品和塑料设计足够的压缩比。鼻部成形部分的设计应确保材料在挤压后具有规定的横截面形状。由于塑料的物理性质、压力、温度等因素的影响，鼻部成形部分的横截面形状与产品的相应横截面形状不一致。这两者有很大的不同。设计中应考虑该因素，以使成型零件具有合理的横截面形状。由于产品横截面形状的变化与成型时间有关，因此控制必要的成型长度是一种有效的方法。(4)结构紧凑在满足强度的条件下，机头结构应紧凑，其形状应尽可能规则对称，以便传热均匀，装卸方便，不发生漏料。(5)选材要合理。由于头部磨损大，某些塑料腐蚀性强，头部材料应是高耐磨性和高硬度的碳钢或合金钢，有些甚至需要镀铬以提高头部的耐腐蚀性。此外，机头的结构尺寸还与产品形状、加热方式、螺杆形状、挤压速度等因素有关。设计师应根据具体情况灵活运用上述原则。典型的挤出机头和设计，常见的挤出机头包括管材挤出机头、吹膜机头、电线电缆涂覆头、异形材料挤出机头等。14、9.2.1管道挤出机头和设计。1.管材挤出机头的结构管材挤出机头的常见结构如下：(1)直管头图8-3所示为直管头。它具有简单的结构和分流支架。心轴难以加热，并且具有较长的凝固长度。适用于聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙烯等塑料薄壁小口径管材的挤出。(2)弯曲型机头图8-4显示了弯曲型机头。其结构复杂，无分流支架，芯模易于加热，成型长度不长。大直径和小直径管都适用，尤其适用于成型聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺等内径固定的塑料管。(3)并排机头图8-5显示了具有复杂结构的并排机头。没有分流器支撑，心轴可以加热，成型长度不长。适用于大直径和小直径管道。管材挤出机机头的设计(1)模具是形成管材外表面的一个部件。其结构如图8-6所示。模具的内径不等于塑料管的外径，因为从模具中挤出的管坯压力突然降低，塑料由于弹性回复而直径膨胀，管坯在冷却和牵引的作用下直径收缩。膨胀和收缩与塑料性能、挤出温度、压力和其他成型条件以及定径套筒结构有关。目前，还没有成熟的理论计算方法来计算膨胀和收缩值。通常，模具截面尺寸根据所需的管截面尺寸和拉伸比来确定。所谓的拉伸比是指模具成形部分的环形间隙的横截面积与管子的横截面积之比。式(8-1)中，I为拉伸比，普通塑料的允许拉伸量为：聚氯乙烯1.0 1.4，聚酰胺1.4 3.0；绝对值为1.0 1.1；聚丙烯为1.0 1.2；高密度聚乙烯为1.1-1.2；低密度聚乙烯为1.2 1.5。r模具的内径；R1芯轴外径；R管道外径；R1管道内径。定模段的长度L1与塑性、管道形状、壁厚、直径和牵引速度有关。该值可以根据管道的外径或管道的壁厚来确定。L1=(0.5 3) d (8-2)或L1=(8 15) t (8-3)其中D管道外径；T管壁厚度。(2)芯模芯模是形成管道内表面的一部分，如图8-8所示。直管的头部通过螺纹与分流器连接。心轴的结构应有利于熔体的流动，并消除熔体通过分流器后形成的接缝。在熔体流动之后心轴直径d1可根据以下公式计算：D1=D-2 (8-5)，其中-芯模和模具之间的间隙；d-模具内径。由于塑料熔体在如上所述挤出模具后的膨胀和收缩，不等于产品的壁厚。可以根据以下公式计算：(8-6)其中k是经验系数，k=1.16 1.20t-产品壁厚。为了使管子的壁厚均匀，必须设置一个调节螺钉(图8-3，第3部分)来安装和调节模具和心轴之间的间隙。调节螺钉的数量一般为4 8个。分流器的目的是使熔融层变薄，以便均匀加热并进一步塑化它。其结构如图8-8所示。分流器与栅板之间的距离一般为10 20毫米或略小于0.1D1(D1为挤出机螺杆的直径)。分流器和栅板之间保持一定距离的功能是收集通过栅板的熔体。因此，距离不应过小，否则熔体流动速率不稳定且不均匀。如果距离太大，熔体将在该空间停留很长时间，聚合物将容易分解。分流器的膨胀角的值取决于塑料的粘度。对于低粘度塑料，=30 80，对于高粘度塑料，=30 60。如果太大，熔体流动阻力很大。如果太小，它必然会增加分流锥的长度。分流锥的长度一般按以下公式确定：L3=(1 1.5) d0 (8-7)，其中D0栅板出口处的直径。分流器头圆角r一般为0.5 2mm。(4)分流器支架分流器支架设有进气孔和电线孔，当电加热器安装在内部时，用于引入压缩空气和电线。引入压缩空气的目的是确定尺寸(用内压法确定外径的形状)和冷却管道。分流器支架和分流器可以制成一件式(图8-8)或组合式(图8-1)。前者通常用于中小型机头，而后者通常用于大型机头。在满足支撑强度的条件下，分流支架上分流筋的数量应较少，一般为3-8根。分流条应该是流线型的(图8-8A-A截面)。在满足强度的前提下，其宽度和长度应尽可能小，出料端的角度应小于进料端的角度。对于直径小于30毫米的硬聚氯乙烯管，定径套的长度为管径的3-6倍，其倍数随管径的减小而增大。当管径小于35毫米时，其倍数可增加到10倍。对于聚烯烃管材，定径套管的长度为管径的2 5倍，且倍数随管径的减小而增大。定径套筒的直径通常比模具直径大2% 4%，出口直径略小于入口直径。对于内径设定方法，定径芯轴的长度为80-300毫米，其外径比管子内径大2%-4%，以便于控制管子的内径公差。定径芯轴的锥度为1:1.6 1:10，起点大，终点小。吹膜头1的结构与设计。吹塑薄膜头的常见结构形式包括芯轴头、带中心进料的十字形头、螺旋头、旋转头和双层或多层吹塑薄膜头。(1)心轴式机头心轴式吹膜机头如图9-9所示(下一页)。当塑料熔体从挤出机的网格板挤出并通过机器颈部5到达心轴7时，它被分成两股并沿着心轴材料分割线流动，然后在心轴尖端重组，合并的熔体沿着机器头部的环形间隙被挤出成管坯，并且压缩空气被引入心轴以将管坯吹成管膜。芯棒式机头因其内部通道腔小、储料少、塑料不易分解，适用于加工聚氯乙烯塑料。然而，熔体转向成直角，流速因地而异。同时，由于熔体长时间沿一个方向作用在心轴上，心轴的中心线发生偏移，即出现“对中”现象，这很容易导致薄膜厚度不均匀。十字头图9-10是一个十字头，其结构类似于管式挤出机(3)螺杆头图9-11示出了螺杆头，其中塑料熔体从中心入口通过芯棒7挤出，芯棒7具有螺旋槽(也具有单螺旋),多个槽从深变浅直至消失，然后在达到均匀状态后与成形区域前面的缓冲槽汇合，从模具挤出。这种机头的优点是机头内熔体压力高，出料均匀，膜厚容易控制，成膜性能好。然而，结构复杂，有许多角落。适用于加工聚丙烯、聚乙烯等低粘度、不易分解的塑料。(4)旋转头图9-12显示了旋转头。其特征在于芯模2和口模1可以独立旋转。芯模和口模分别由DC电机驱动，可以同速或异速、同向或异向旋转。采用机头可克服机头制造安装不准确和温度不均匀造成的塑料薄膜厚度不均匀，厚度公差可达0.01毫米，用途广泛，可在耐热和热敏塑料上成型。芯轴模具几何参数的确定如图9-9所示，环形间隙宽度t一般在0.4 12.0毫米范围内，如果t太小，模具中的背压很大，影响产量。如果T太大，为了获得具有一定厚度的膜，必须增加吹风比和拉伸比。为了控制薄膜的厚度，芯片安装区域的高度h应大于t的15倍，h应大于d1的2倍。为了防止产品产生接缝，芯棒顶端到模口的距离不应小于芯棒轴直径d1的两倍(图8-9)，在芯棒头部应设置1 2个缓冲区，以利于熔体很好地融合。应尽量使塑料熔体从分流器到机头出口的流动距离相等，流动通道光滑，无死角。芯棒扩张角一般为80 90，也可达到100。然而，如果太大，熔体流动阻力将增加。心轴斜道的尖端应仔细设计和加工，不要太尖或太钝，必要时应通过试验确定，以免影响产品质量。头部入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。然而，压缩比太高，熔体流动阻力太高。对于聚氯乙烯和其他塑料，这个压缩比不应该太大。33、9.2.3用裸金属单丝或多股金属芯线包覆塑料绝缘层的电线和电缆称为电线，相互绝缘的一束电线或包覆塑料绝缘层的不规则芯线称为电缆。电线通常由挤出涂布机头生产。套管式包覆机头电缆的生产。图9-13是挤出涂布头。熔体进入机头体，绕过芯线导杆，聚集成环形，通过口模成型段，最后包裹在芯线上。由于芯线连续穿过导杆，所以线材生产过程连续进行。塑料绝缘层的厚度可以通过改变(或更换)模具尺寸、挤压速度、芯线移动速度和移动导杆的轴向位置来改变。图9-13b是模具的放大局部视图。成型段长度l=(1.0-1.5) d，m=(1.0-1.5) d。机头结构简单，调整方便，但芯线与塑料绝缘层的同心度不够好。图9-14显示了套管式涂布机头。它与挤出涂布机头的不同之处在于，挤出涂布机头将塑料涂布在模具中的芯线上，而套筒涂布机头将塑料挤出成管，通过塑料管收缩并将塑料涂布在模具外的芯线上，有时通过真空使塑料管