第八章挤出模设计

1、第八章 挤出模设计l挤出成型原理 将粒状或粉状塑料加入料斗中，在旋转的挤出机螺杆的作用下，塑料沿螺杆的螺旋槽向前方输送，在此过程中，不断地接受外加热和螺杆与物料之间，物料与物料之间及物料与料筒之间的剪切摩擦热，逐渐熔融呈粘流态，然后在挤压系统的作用下，塑料熔体通过具有一定形状的挤出模具（机头）口模以及一系列辅助装置（定型、冷却、牵引、切割等装置），从而获得截面形状一定的塑料型材。 l挤出成型特点：连续成型，生产量大，生产率高，成本低；塑件的几何形状简单，截面形状不变，所以模具结构也较简单，制造维修方便，塑件的内部组织均衡紧密、尺寸比较稳定；适应性强，几乎所有的热塑性塑料都可采用挤出成型，部分热

2、固性塑料也可采用挤出成型；挤出成型所用设备结构简单、操作方便、应用广泛。l挤出模:亦称机头，为塑料三大成型之一。是用电加热或其它方法使塑料成为流动状态，然后在一定压力作用下使它通过机头口模而制得连续的型材。 广泛用于管材、棒材、板材、薄膜、电线电缆包层等。l 挤出模的结构组成及分类l 机头的结构组成 分为两部分：机头和定型装置（定型套） 一、机头 机头的作用： 使来自挤出机的熔融塑料由螺旋运动变为直线运动； 对机筒内的塑料熔体产生一定的压力，保证挤出的塑件密实； 使塑料通过机头时进一步塑化； 通过机头口模以获得所需的断面形状相同的连续的塑件。机头的组成：口模 成型塑件的外表面芯棒 成型制品的内

3、表面过滤网和多孔板 过滤网的作用是将熔融塑料由螺旋运动变为直线运动，过滤杂质，并造成一定的压力；过滤板(又称多孔板）起支承过滤网的作用。分流器（鱼雷头）和分流器支架 分流器使通过它的塑料变成薄环状，便于进一步地加热与塑化。分流器支架主要用来支承分流器和芯棒，同时也有搅拌熔料的作用，小型机头的分流器与分流器支架可设计成一体。机头体 用来组装机头各零件并与挤出机相连接。温度调节系统调节螺钉 调节挤出塑件的壁厚的均匀性二、定型装置 从机头中挤出的塑料制件虽然具备了既定的形状，可是因为制件温度比较高，由于自重而会发生变形，因此需要使用定径装置(图141所示的2)将制件的形状进行冷却定型从而获得能满足要

4、求的正确尺寸、几何形状及表面质量。 通常采用冷却、加压或抽真空的方法，将从机头中挤出的塑件的既定形状稳定下来，并对其进行精整，得到截面尺寸更为精确、表面更为光亮的塑料制件。 l挤出模的分类1、按挤出塑件形状分类：可分为管材机头、棒材机头、板材机头、吹膜机头、电缆机头等。2、按挤出方向分类：可分为直向机头、横向机头（角机头）。 前者机头内塑料流动方向与挤出机挤出螺杆轴向一致；后者机头内的塑料流动方向与挤出机螺杆轴向成某一角度（多为直角），如电缆机头。3、按机头内压力大小分类：分为低压机头（料流压力小于4MPa）、中压机头（料流压力为4MPa 10MPa ）和高压机头（料流压力在10MPa 以上）

5、。l 挤出机头的设计原则1、内腔呈光滑流线型：为了让熔融塑料充满机头的流道并均匀地被挤出，机头的内腔应呈光滑流线型，以减少阻力。流道截面积变化不能急剧扩大或缩小，更不能有死角和停滞区，以免发生过热分解。流道应加工得十分光滑，表面粗糙度一般在0.1 以下。2、足够的压缩比：所谓压缩比是指分流器支架出口处流道的断面积与机头出料口模和芯棒之间形成环隙面积之比。为了使塑件紧实和消除分流器支架造成的熔料合缝，根据塑料和制品的种类不同，应设计足够的压缩比。3、正确的断面形状：由于塑料的物理性能和压力、温度等因素的影响，机头的成型部分断面形状并非就是制品要求的断面形状，两者有一定差异，设计时应考虑这因素，使

6、成型部分有合理的断面形状。 因断面形状的变化与成型时间有关，所以控制口模长度（成型长度）是保证塑件获得正确形状的有效方法。4、结构紧凑：在满足强度条件下，机头结构应紧凑，以便加工与易于装卸。其形状尽量做到对称，使加热均匀。5、选材合理：由于机头磨损较大，而且有的塑料有较强的腐蚀性，所以机头材料应选耐磨、硬度较高的钢材和合金钢制造，有的甚至要镀铬。6、机内要有调节装置，同时结构紧凑。便于操作，调整维修方便。l机头材料的选择 挤出机头的材料选择根据： 加工塑料的品种与改性情况、加工制品的结构与批量、挤出机的性能、材料热处理的条件等。l挤出模与挤出机挤出模与挤出机l挤出机的类型： 单螺杆式、双螺杆式

7、、多螺杆式。 螺杆式挤出机按其结构形式可为：立式和卧式挤出机。 如果按是否排气分类的话，挤出机又可分为：排气式和非排气式，其中应用最广泛的是卧式单螺杆非排气式挤出机。卧式单螺杆非排气式挤出机。部分国产注射机的技术参数l机头与挤出机的连接形式机头与机头法兰是用螺纹连接的，而机头法兰是用铰链螺钉与机筒法兰连接固定的机头与机头法兰是用螺纹连接的，而机头法兰是用铰链螺钉与机筒法兰连接固定的机头与机头法兰是用内六角螺钉连接的其动作过程是：由液压动力推动锁紧环2旋转，使螺纹部分松开，当旋转到开槽部位与右卡紧环的凸起部对正时，右卡紧环可绕铰链座上的铰链轴转动，退出锁紧环，这时可将机头移到右侧去清洗然后换上已

8、清洗好的左卡紧环(使左卡紧环的凸起对正锁紧环的开槽后，卡紧环即可装入锁紧环中)，液压动力转动锁紧环2，使左卡紧环锁紧，即可连续供料。l管材挤出成型机头l 管材机头的分类1、直通式机头特点： 塑料熔体在机头内的流动方向与挤出方向一致，机头结构简单，加工制造方便。 但熔体通过分流器及分流器支架时产生熔接痕，且熔接痕不易消除，管材的力学性能较差，机头的长度较大，结构笨重。应用：挤出成型聚氯乙烯、聚乙烯、尼龙、聚碳酸脂等塑料管材。2、直角式机头 机头轴线与挤出机螺杆成直角，从挤出机向机头侧向供料。特点： 成型时有一条熔接痕，熔体的流动阻力小，成型质量高。 但机头结构复杂、制造困难。应用：主要用于成型聚

9、乙烯、聚丙烯等管材。3、旁侧式挤管机头 与直角式挤管机头结构相似，适用于直径大、管壁较厚的管材。结构复杂，熔体的流动阻力大，但机头的体积较小。4、微孔流道挤管机头 从挤出机挤出的塑料熔体，流向鱼雷体的同时，通过筛孔流向外侧，在芯棒与模套的环形间隙中进入定型区。特点：结构紧凑，易于装卸和清理。应用：适用于成型大口径、流动性和热稳定性好的聚烯烃类管材成型。l管材机头的结构设计1、口模的设计l 分流器扩张角a：选取与塑料粘度有关，通常取3090，塑料粘度较低时，可取30 80 ，塑料粘度较高时，可取30 60 ；分流器的扩张角应大于芯棒压缩段的压缩角。l分流器顶部圆角R一船取0.52.0 mm。 (

10、4)拉伸比和压缩比 1)拉伸比 拉伸比是指口模和芯棒在成型区的环隙截面积与管材截面积之比它反映了在牵引力的作用下，管材从高温型坯到冷却定型后的截面变形情况及纵向取向程度和拉伸强度。2)压缩比 压缩比是指机头和多孔板相接处最大料流截面积与口模和芯模间成型区的环形间隙面积之比。它反映了挤出成型过程中塑料熔体的压实程度。 压缩比值随物料的特性而异，对于低粘度塑料，压缩比取410，对于高粘度塑料，压缩比取2.56.0。l 定径套的设计 管材定型的目的是使管材获得较细的表面粗糙度、准确的尺寸和正确的断面形状。 内径定径法 外径定径法（我国塑料管材标准采用）l外径定径法外径定径法1、压缩空气外定径 在管材

11、内通入压缩空气（表压为0.020.28MPa），使管坯紧贴于定径套内壁。为防止压缩空气泄露，在管内设置堵塞密封。压缩空气外定径结构简单，定径效果好，适用于直径较大的管材。2、真空外定径 借助于真空产生的吸附力，将管材外壁紧贴在定径套的内壁冷却定型。 真空外定径法结构较简单，管口不必堵塞。所得到的管材有较细的表面粗糙度、较高的尺寸精度，壁厚均匀且内应力小。常用于小管的生产。l内定径 定径棒内通入循环冷却水，管材与定径棒直接接触而冷却定型。 此方法的特点是能保证管材内孔的尺寸精度和表面粗糙度，管材内部应力分布均匀。内定径主要适用于内径公差较高的PE、PP、PA等塑料管材的成型。l定径套的结构尺寸定

12、径套的结构尺寸 定径套的尺寸包括:内径和长度两部分，定径方法不同，其计算方也不同。定径套内径应比管材外径放大0.81.2，或比机头口模内径大24。内径定径法的定径长度通常取80300mm；外径定径法的定径长度通常小于管材外径尺寸的10倍，如果管材直径大于100mm时，定径套的长度还应再短些，通常可取管材外径尺寸的35倍。l棒材挤出成型机头 棒材是泛指截面为圆形、矩形、正多边形、正三角形和椭圆形等具有规则形状的实芯塑料棒。 对应的挤出机：l螺杆直径小于棒材外径；l螺杆长径比2025，压缩比2.53.5；l过滤网5080目。机头的结构机头的结构定径套设计l长度： 棒材直径50mm以下长50100m

13、m； 棒材直径50100mm长300500mm。l内径： 选取要考虑塑料的收缩率。l 异型材挤出成型机头 除圆形、圆棒、片材、薄膜等挤出制品外，具有其它截面的塑料挤出制品。l 薄膜挤出吹塑成型机头l吹塑薄膜挤出机头简称吹膜机头，可加工薄膜厚度一般为0.010.03mm。l吹塑法生产的特点：设备工艺简单、操作方便、成本低、废料少，薄膜经吹胀和牵伸后强度有所提高，但生产效率低，薄膜厚度不均匀。l吹膜机头类型： 根据挤出和牵伸方向的不同，吹塑薄膜成型可分为平挤上吹法、平挤下吹法和平挤平吹法，其中平挤上吹法和下吹法须使用直角机头，平挤平吹法使用水平机头。 吹膜机头的结构形式吹膜机头的结构形式1、芯棒式

14、机头 芯棒式机头结构简单、制造方便，机头内流道空间小，存料少，熔体不易过热分解，适用于加工热敏性塑料（如PVC等），薄膜只有一条熔接线。 但芯棒轴受侧向压力影响，会产生“偏中”现象，导致管坯厚薄不均，影响薄膜质量； 另外靠近机身一侧的熔体流程小，流速快，易导致薄膜出现“鼓肚”现象。在芯棒尖处易出现滞流区，导致熔体热降解。 2、十字形机头 又称中心进料机头，料流通过十字形分流支架后，形成多条明显的熔接线。因此，在芯模上开设缓冲槽，提高熔体熔接牢度。 十字形机头的特点是出料均匀，膜厚易控制。芯模不受单向侧压力，从根本上消除了“偏中”现象，但薄膜上有多条熔接线，机头内部空间大、存料多，不适合热敏性塑料的吹膜成型。3、螺旋式机头 螺旋机头的特点是出料均匀，膜厚易控制，无熔接线。但机头内部存料