塑料成型工艺及模具设计-挤出成型及机头设计

挤出成型及机头设计2021/9/251塑料成型工艺及模具设计第11章 挤出成型及机头设计本章基本内容挤出机头概述管材挤出机头设计板材与片材挤出机头设计吹塑薄膜挤出机头设计电线电缆挤出机头设计异型材挤出机头设计2021/9/252学习目的与要求掌握挤出模（机头）的概念和总体结构；掌握各种组成挤出机头零件名称和结构；了解各种挤出机头的各组成机构及其功能；交接各种挤出机头的工作原理。第11章挤出成型及机头设计2021/9/253第11章挤出成型及机头设计本章重点管材挤出机头设计；板材与片材挤出机头设计；异性材挤出机头设计。2021/9/254第11章挤出成型及机头设计本章难点各种挤出机头的设计读懂各种挤出机头的结构图2021/9/255挤出成型机头概论管材挤出成型及机头设计板材和片材挤出成型及机头设计吹塑薄膜挤出成型机头设计电线电缆挤出成型及机头设计导型材挤出成型及机头设计

11.7

思考题第11章 挤出成型及机头设计2021/9/256挤出成型机头典型结构分析挤出成型机头设计原理11.1挤出成型机头概论2021/9/25711.1.1

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：使物料由螺旋运动变为直线运动；产生必要的成型压力，保证制品密实；使物料通过机头得到进一步塑化；通过机头成型所需要的断面形状；2021/9/258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)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。11.1.1

挤出成型机头典型结构分析2021/9/25911.1.1

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．４ 、分流器支架５ 、滤网板2021/9/251011.1.2

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：１、入口部分

２、展开部分３、分流部分和压缩部分

４、定型部分2021/9/251111.1.2

挤出成型机头设计原理机头设计原则：１

、机头流道呈光滑流线型，以减少流动阻力，使物料沿着机头流道充满并均匀地挤出，同时避免物料发生过热分解．２

、为使制品密实和消除因分流器支架造成的分流痕迹，物料应有足够的压缩比．３

、要考虑塑料各物理性能和生产工艺性能对制品断面形状和尺寸的影响，设计正确合理的机头断面形状和尺寸．2021/9/251211.1.2

挤出成型机头设计原理４

、在在满足强度条件下，机头结构应紧凑并便于装配和拆卸，连接处应严密，防止漏料，其形状尽量对称，使传热均匀．５

、由于机头磨损大，应合理选用材料，常选用硬度教高，耐磨，耐腐蚀，高温不变形的钢材及合金钢，有的甚至需要镀铬来提高其耐磨性和抗腐蚀能力．2021/9/2513管材挤出成型及机头设计概述管材挤出成型机头典型结构管材挤出成型机头工艺参数的确定管材定型套设计2021/9/251411.2.1.

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（

11－2）图（11－3）为spvc机头典型结构及挤出spvc管材的典型生产工艺过程．2021/9/251511.2.1.

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。2021/9/251611.2.2．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。2021/9/25172、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。11.2.2．管材挤出成型机头典型结构2021/9/25183、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）11.2.2．管材挤出成型机头典型结构2021/9/2519表11-1

机头特性表11.2.2．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2021/9/25小口径管材大、小口径均可大小、口径均可2011.２.3．管材挤出成型机头工艺参数的确定１．口模定型段长度Ｌ值的确定图11-7挤管机头属于环隙孔，对于环隙孔内径大于3/5外径时，物料的流动形式属于一维的特殊形式．薄片形缝隙口模，

通过式可得：2021/9/2521(11-1)式中 ——系数，相当于圆型口模的w ——窄缝流道之宽（按环隙缝平均直径换算）h ——窄缝流动的缝隙高（即薄壁管机头口模的圆环单面间隙）11.２.3．管材挤出成型机头工艺参数的确定2021/9/2522熔体在缝隙流道的流动可由式得，（11-2)于是，根据公式（11-1)和上式，k被表示为(11-3)11.２.3．管材挤出成型机头工艺参数的确定2021/9/2523又根据公式 可得(11-4)上式表明了缝形口模k’’和圆形口模的K之间的关系,我们可以利用由圆形口模得到的流动曲线来设计缝行口模,最后根据下面的算式求出薄片机头流动计算式中的η和k值:11.２.3．管材挤出成型机头工艺参数的确定2021/9/252411.２.3．管材挤出成型机头工艺参数的确定(11-5)(11-6)所以,可以根据公式(11-2)分别代入

m=2,m=3,m=4而后得定型长度L,即:2021/9/252511.２.3．管材挤出成型机头工艺参数的确定(11-7)(11-8)(11-9)式中2021/9/2526——口模内径

cm

(mm)——芯模外径

cm

(mm)cm

(mm)牛顿流体在环隙孔流动,剪应力及剪切速率近似计算式为:11.２.3．管材挤出成型机头工艺参数的确定2021/9/2527(11-10)(11-11)式中——口模内径

cm

(mm)——芯模外径

cm

(mm)11.２.3．管材挤出成型机头工艺参数的确定2021/9/2528当不能测顶流变参数时，在选取Ｌ值时可以凭经验参考表(11-2)选取。表(11-2)

Ｌ值参考物料HVPCSPVCPAPEPPL(18-33)t(15-25)t(13-23)t(14-22)t(14-22)t11.２.3．管材挤出成型机头工艺参数的确定2021/9/25292、机头结构参数：(１)压缩比εj(２)分流器Ｒ及流道α分流器结构如图(11-8)．(３)芯模及口模的过渡段的压缩角β,压缩角β比较重要，直接影响管材光洁度，β过大，制品明显出现表面粗糙，一般取（０.８－１.５）Ｌ，但是压缩角必须通过过渡段长度进行校核，使其β＝14°～

50

° 范围。11.２.3．管材挤出成型机头工艺参数的确定2021/9/253011.２.3．管材挤出成型机头工艺参数的确定(4)拉伸比Ｉ所谓拉伸比是指口模定型段的环形缝隙面积与管材截面积之比。(11-12)式中——口模内径

cm——芯模外径cm(mm)(mm)2021/9/2531——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。11.２.3．管材挤出成型机头工艺参数的确定2021/9/2532塑料种类拉伸比ＩHPVC1.00

——1.08SPVC1.10

——1.35ABS1.00

——1.10高压PE1.20

——1.50低压PE1.10

——1.20PA140

——3.00表(11-3)

管材拉伸比参考表11.２.3．管材挤出成型机头工艺参数的确定2021/9/2533(5)口模内径及芯模外径尺寸确定口模内径按下式计算：(11-13)式中

——管材外径——系数。可参考表(11-4)选取。11.２.3．管材挤出成型机头工艺参数的确定2021/9/2534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。11.２.3．管材挤出成型机头工艺参数的确定2021/9/2535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60~130kg/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11.２.3．管材挤出成型机头工艺参数的确定2021/9/253611.2. 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。2021/9/2537１、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0.6°～0.1°,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。11.2. 4．管材定型套设计2021/9/2538(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)DSO10DSO11.2. 4．管材定型套设计2021/9/2539(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20～100距离，这样定型套内径应按下式计算：(11-16)11.2. 4．管材定型套设计2021/9/2540式中

——系数，按表11-16选取。表11-6

系数 选取表挤出塑料（％）ＨＰＶＣ０.７－１ＰＥ２－４ＰＰ２－５11.2. 4．管材定型套设计2021/9/254111.3.1

概述11.3.2．板材、片材机头典型结构11.3.3．制品厚度调节装置第三节 板材和片材挤出成型及机头设计2021/9/2542图11-15为ＰＥ板材机头典型结构及挤出ＰＥ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。11.3.1

概述2021/9/2543常见的板材、片材机头结构可分为以下四类：

１．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

２．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

３．螺杆机头：一端供料型见图11-24中间供料型见图11-2511.3.2．板材、片材机头典型结构2021/9/254411.3.2．板材、片材机头典型结构４．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。2021/9/2545(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。11.3.2．板材、片材机头典型结构2021/9/2546(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。11.3.2．板材、片材机头典型结构2021/9/254711.3.2．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023045112233离000050505000000支管半径06.6.6.7.8.8.9.9.9.1Ｒ04981060470420226222021/9/254811.3.3．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。2021/9/2549思考题１、挤出成型工艺过程大致可分为那三个阶段？（答案）２、挤出机头的设计原则？（答案）2021/9/2550１、挤出成型工艺过程大致可分为那三个阶段？①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②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。③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。2021/9/2551２、挤出机头的设计原则①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。②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。③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。2021/9/2552④结构紧凑——便于加工和拆卸⑤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。2021/9/2553塑料种类定型套管材内径定型套管材外径PVC0.95

——1.05PA1.05

——1.10聚烯烃2021/9/251.20

——1.300.90

——1.05表