擠出管材和模具設(shè)計(jì)及加工工藝課件

1、擠出管材的模具設(shè)計(jì)及加工工藝 2010.12管機(jī)頭分類(lèi) 按結(jié)構(gòu)分：直通式、側(cè)式、籃式、螺旋芯棒式 等 按用途分：硬管、軟管、波紋管、復(fù)合管等 管材 燃?xì)夤堋毫?、上下水管、排水管、排灌管、穿線(xiàn)管、硅芯管、軟管、醫(yī)用軟管、發(fā)泡管、單壁、雙壁波紋管、多層復(fù)合管材等 原料 UPVC、PE、PP、PPR、ABS 、PU、PA等 、 擠管成型設(shè)備 塑料擠出成型設(shè)備管材生產(chǎn)線(xiàn)管材生產(chǎn)工藝流程圖一般管材生產(chǎn)線(xiàn)工藝過(guò)程原料真空上料原料干燥 單螺桿擠出機(jī)機(jī)頭模具定徑套噴淋真空定型箱噴淋冷卻水箱噴碼機(jī)履帶牽引機(jī)成品檢測(cè)包裝 帶有標(biāo)記管材生產(chǎn)線(xiàn)工藝過(guò)程原料+色母料混合真空上料原料干燥 單螺桿擠出機(jī)色線(xiàn)擠出機(jī)機(jī)頭模

2、具定徑套噴淋真空定型箱噴淋冷卻水箱噴碼機(jī)履帶牽引機(jī)成品檢測(cè)包裝 1. 擠出機(jī) 2. 機(jī)頭（熔體輸出與定徑裝置） 3. 輔機(jī)(冷卻裝置、牽引裝置、切割裝置) 4. 控制系統(tǒng)（二）特點(diǎn) 1. 連續(xù)化生產(chǎn) 2. 生產(chǎn)率高 3. 應(yīng)用范圍廣 4. 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、收效快 （一）管材生產(chǎn)線(xiàn)組成 管材生產(chǎn)是擠出成型最重要的方法之一 。擠出模具是管材成型的關(guān)鍵部件！擠管機(jī)頭大型機(jī)頭 管材機(jī)頭設(shè)計(jì)擠出管材動(dòng)畫(huà)擠出管材成型機(jī)頭示意圖 組成 四個(gè)功能部分：1.入流部分 功能使來(lái)自擠塑機(jī)的塑料熔體，由螺旋運(yùn)動(dòng)逐漸變?yōu)橹本€(xiàn)運(yùn)動(dòng)2.分流部分 功能將熔體按所需制品形狀進(jìn)行分流，由柱狀分流成為環(huán)狀。3.導(dǎo)流部分 功能通過(guò)模腔內(nèi)流

3、道幾何形狀與尺寸的變化，產(chǎn)生必要的成型壓力將分流部分流出物料進(jìn)行導(dǎo)流并壓實(shí)4.定型部分 功能通過(guò)機(jī)頭成型段及模唇的調(diào)節(jié)作用，獲得所需斷面形狀的連續(xù)制品熔體坯。四個(gè)功能部分：作用 1. 使熔融物料的螺旋運(yùn)動(dòng) 直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。2. 將物料壓實(shí)。3. 使物料進(jìn)一步塑化均勻。4. 成型制品。1正確選擇結(jié)構(gòu)形式（1）成型制品種類(lèi)（2）原材料種類(lèi)和要求（3）成型工藝特點(diǎn)2流道結(jié)構(gòu)（1）流道呈流線(xiàn)型（2）無(wú)突變（3）各連接處應(yīng)保證密封（4）表面粗糙度（5）應(yīng)具有一定壓縮比（6）保證口模出口處各點(diǎn)料流速度一致 管材機(jī)頭設(shè)計(jì)原則 3機(jī)頭選材 （1）合理選材（2）耐磨、耐腐蝕（3）足夠的強(qiáng)度和剛度，進(jìn)行熱處理（4）容易

4、電鍍（5）在高溫下不變形4機(jī)頭結(jié)構(gòu)（1）結(jié)構(gòu)緊湊，易于加工制造和裝拆維修（2）形狀盡可能規(guī)則和對(duì)稱(chēng)（3）成型部分應(yīng)能保證熔體擠出后具有所要求的截面 形狀和尺寸 擠出機(jī)與擠出模具的連接螺紋連接1、柵板 2、機(jī)頭法蘭 3、鉸鏈螺釘 4、機(jī)筒法蘭 5、機(jī)筒螺釘連接1、機(jī)頭法蘭 2、鉸鏈螺釘 3、機(jī)筒法蘭 4、柵板5、螺桿 6、機(jī)筒 7、內(nèi)六角螺釘 8、定位銷(xiāo)卡箍式連接?xùn)虐宓男问皆O(shè)計(jì) 柵扳的結(jié)構(gòu)如圖所示，除具有分流、混合、促進(jìn)熔體塑化均勻外，還承擔(dān)著支承濾網(wǎng)的作用。柵板上流道孔眼直徑，通常為36mm入口端應(yīng)有30一45的錐角。流道孔總面積須占柵板有效面積的40一70為宜，孔的排列應(yīng)緊湊合理；柵板應(yīng)有足

5、夠機(jī)械強(qiáng)度和剛度，但其厚度也不宜過(guò)厚，以免造成過(guò)大阻力或滯料分解。(1)非等徑孔同心圓排列(2)等徑孔同心圓排列(3)等孔徑弧形面柵板(4)等孔徑六邊形排列閘板型過(guò)濾器1、平板 2、濾網(wǎng) 3、4、濾網(wǎng)座 5、螺栓 6、殼體 7、氟塑料環(huán)8、魚(yú)雷體 9、分流支架套 10、熱電偶 11、螺栓 12、限位板13、加熱器 14、多孔板 15、支承環(huán) 16、推力桿直通式管機(jī)頭一、基本結(jié)構(gòu)和工作原理 口模、芯棒、分流器、分流器支架、機(jī)頭體、調(diào)節(jié)螺釘、連接螺釘?shù)?1.基本結(jié)構(gòu) 2.工作原理 直通式管機(jī)頭直通機(jī)頭大口徑管材擠出機(jī)頭示意圖 1- 機(jī)頭體上部; 2- 機(jī)頭體下部; 3- 機(jī)頸; 4- 分流錐; 5

6、- 分流梭; 6- 過(guò)渡芯模分流梭斷面圖擠出成型模具管材擠塑成型機(jī)頭1、橡皮片堵頭2、定徑套3、口模4、芯棒5、調(diào)節(jié)螺栓6、分流錐7、芯棒支架8、模體9、過(guò)濾板二、設(shè)計(jì)要點(diǎn) 1. 壓縮比 壓縮比分流器支架出口處截面積與芯棒口模間的 截面積之比 =310 低粘度物料：410 高粘度物料：36 另一種方法：取分流器支架直徑與口模直徑之比 UPVC：D/d=1.41.6 PE：D/d=1.42 大管取小值；小管取大值 分流錐長(zhǎng)度L4 L4=（11.5）D D分流錐最大直徑 錐尖半徑r r = 0.52 mm熱穩(wěn)定性好的物料： max90熱穩(wěn)定性差的物料： 60 2.分流錐擴(kuò)張角 作用 使熔料逐漸變成

7、環(huán)形 3.分流器支架 分流筋形狀 要求 流線(xiàn)型、不得有大的拐角、有利于熔接線(xiàn)的消除支撐分流器及芯棒 作用 收縮角擴(kuò)張角分流筋寬度b b912 mm 分流筋長(zhǎng)度l l3080 mm 分流筋高度s s1025 mm 分流筋數(shù)量n n=48 擴(kuò)張角：60 收縮角：30 UPVC：10 4.口模 作用 成型管材外表面 定型長(zhǎng)度L1 經(jīng)驗(yàn)公式： L13D D 管材外徑 國(guó)外資料： L1=（1030）h h 管材壁厚 國(guó)內(nèi)資料： L1=（3040）hUPVC：（1833）h PPVC：（1525）hPE： （1422）h PP： （1422）h PA： （1323）h 口模直徑D 影響口模直徑的因素： 擠

8、出脹大 牽引拉伸 冷卻收縮 定徑方式管材截面變大 管材截面變小管材截面變小 外定徑時(shí)的真空度、定徑套內(nèi)徑與口模 直徑有關(guān) 考慮脹大和定徑收縮 口模直徑： 式中： C系數(shù) PVC： 0.951.05； PO： 0.901.05 拉伸比環(huán)形截面積與管材截面積之比 式中：D口模直徑 d芯棒直徑 D管外管材外徑 D管內(nèi)管材內(nèi)徑 I拉伸比 UPVC：1.001.08； SPVC： 1.101.35 LDPE： 1.201.25； HDPE：1.101.20 ABS： 1.001.10； PA： 1.403.00 5.芯棒 作用 導(dǎo)流、成型管材內(nèi)表面 收縮角 =2030 定型長(zhǎng)度 與口模定型長(zhǎng)度相等 應(yīng)小

9、于分流錐的擴(kuò)張角UPVC： 24； PO可稍大 壁厚調(diào)節(jié) 目的：管材壁厚均勻 調(diào)節(jié)螺釘數(shù)量： S=48 經(jīng)驗(yàn)公式： 芯棒直徑d 三、特點(diǎn) 1.優(yōu)點(diǎn) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低； 中心進(jìn)料，易于物料均勻分配； 應(yīng)用廣泛。2.缺點(diǎn) 體積大，重量大；分流筋多，熔接線(xiàn)多。 模具零件的連接討論調(diào)節(jié)管材壁厚的方式機(jī)頭進(jìn)料結(jié)構(gòu)形式中心供料篩孔式機(jī)頭側(cè)向供料機(jī)頭螺旋式機(jī)頭1、芯模2、芯模支架3、柵板4、螺旋式芯模5、支架支柱2.措施 安裝繞機(jī)頭軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)的部件 分流筋表面噴涂不粘材料 將流道加長(zhǎng) 加熱分流筋 使流過(guò)分流筋的物料迅速得到壓縮 芯棒上帶多頭螺旋溝槽 采用阻尼筋或多孔板 熔接線(xiàn)的影響只能減小，不可能消除 1.形

10、成原因 四、減小熔接線(xiàn)影響的措施 多孔板(篩板)式分流板的實(shí)物圖和擠出物流痕的照片。藍(lán)式管機(jī)頭 1.結(jié)構(gòu) 2.工作原理 簡(jiǎn)單藍(lán)式機(jī)頭藍(lán)式機(jī)頭 直通式機(jī)頭的特殊形式； 總壓力損失?。?產(chǎn)量高，能耗低； 機(jī)頭中熱耗散少； 重量輕； 便于操作。 3.特點(diǎn) 篩孔套 要求 足夠強(qiáng)度、小孔利于物料流動(dòng) 孔徑d 口模直徑D D/DT1.4 DT篩孔套直徑 4.設(shè)計(jì)要點(diǎn)d=12.5mm 5.應(yīng)用聚烯烴類(lèi)耐壓管材 螺旋芯棒式管機(jī)頭 2.工作原理 1.結(jié)構(gòu)螺旋管材機(jī)頭結(jié)構(gòu)圖 1.進(jìn)料口 2.固定螺釘 3.模體 4.熱電偶 5.調(diào)節(jié)螺釘 6.壓環(huán) 7. 口模 8.固定螺釘 9.芯模 10.螺旋槽 11.徑向孔 12

11、.模底座 13.通氣桿 14.連接體直通機(jī)頭與螺旋機(jī)頭比較 出料均勻； 總壓力損失?。?產(chǎn)量高，能耗低； 機(jī)頭中熱耗散少； 無(wú)熔接線(xiàn)。 3.特點(diǎn)4.應(yīng)用直徑400mm的聚烯烴類(lèi)管材 藍(lán)式、螺旋式機(jī)頭藍(lán)式、螺旋式模具。模具特點(diǎn)：1、熔體流動(dòng)速度達(dá)到預(yù)期的力學(xué)均勻性、熱均勻性。2、無(wú)須芯模支架，使生產(chǎn)中常發(fā)生的流紋消失。3、壓力消耗少，產(chǎn)量高，產(chǎn)量可達(dá)到擠出量的80%。4、機(jī)構(gòu)緊湊，連接合理，更換方便。5、采用優(yōu)質(zhì)模具鋼制造。6、采用不銹鋼或銅的水環(huán)定徑套。 管機(jī)頭螺旋機(jī)頭大機(jī)頭大機(jī)頭多口模管機(jī)頭 1.結(jié)構(gòu) 2.工作原理 一模多機(jī)頭一模多機(jī)頭 充分發(fā)揮擠出機(jī)的生產(chǎn)能力； 節(jié)省占地面積； 熔體流速慢

12、； 結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。3.特點(diǎn)5.應(yīng)用小直徑薄壁管材 4.設(shè)計(jì)要點(diǎn)帶流量調(diào)節(jié)的分配流道設(shè)計(jì) 波紋管機(jī)頭 1.結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)形式與一般機(jī)頭基本相同，只是口模部分很長(zhǎng)。 用吹脹法成型波紋 2.成型原理 用真空吸附法成型波紋 多層共擠出機(jī)頭帶有色標(biāo)的藍(lán)式機(jī)頭多空管形狀帶標(biāo)志線(xiàn)的多孔管直式模機(jī)頭 1.主體連接；2.分流體；3.分流體板；4.過(guò)渡板；5.外模腔；6.芯模；7.冷卻水管；8.中模芯；9.副連接板；10.口模板三層共擠出管材示意圖多層擠出模具用于成型多種塑料或多種顏色的復(fù)合管材或復(fù)合膜，通常用多臺(tái)擠出機(jī)擠出成型。雙層共擠出機(jī)頭結(jié)構(gòu)示意圖 1.柵板；2.機(jī)頭體1；3.分流錐；4.分流套； 5.機(jī)頭體2；

13、 6.平直口模； 7.口模壓環(huán)； 8.帶內(nèi)螺紋芯棒； 9.分流支架； 10.機(jī)頸三層共擠出機(jī)頭結(jié)構(gòu)示意圖1.口模；2.分流套；3.隔層分流套；4.阻尼分流器支架；5.6.外、內(nèi)層流道；7.人字流道連接器；8.芯棒；9.分流錐；10.連接器；11.中層流道管材的定型管材定徑的方法內(nèi)徑定徑外徑定徑內(nèi)壓定徑真空定徑 內(nèi)徑定徑管材內(nèi)定徑方法 內(nèi)徑定徑法的定徑套直接與機(jī)頭模芯連接，定徑套內(nèi)通入循環(huán)冷卻水，熔體出口模后直接在定徑套上冷卻。管材內(nèi)徑尺寸與定徑棒尺寸一致管材外徑自由冷卻，外徑尺寸難以控制。內(nèi)芯定徑內(nèi)徑定徑機(jī)頭結(jié)構(gòu)示意圖 管材的內(nèi)徑定型1.管材；2.定徑芯棒；3芯棒；4.回水流道；5.進(jìn)水管；6

14、.排水嘴；7.進(jìn)水嘴內(nèi)壓外定徑方法管材的內(nèi)壓定徑示意圖1.芯棒；2.壓縮空氣入口；3.機(jī)頭體；4.絕熱墊；5.定型模；6.冷卻水；7.管材；8.鏈條；9.浮塞；10出水口；11入水口管材氣壓外定徑方法管材擠塑成型機(jī)頭1、橡皮片堵頭2、定徑套3、口模4、芯棒5、調(diào)節(jié)螺栓6、分流錐7、芯棒支架8、模體9、過(guò)濾板外徑壓力定徑 真空外定徑方法真空定徑套真空定徑圖 1.管材；2.水浴槽；3.冷卻水；4.真空；5.芯棒；6.模套真空定徑箱直徑收縮率 真空定徑的管材外徑可以根據(jù)管材原料的尺寸收縮率來(lái)得到精確控制，聚乙烯 24 %雙峰聚乙烯 44.6 %PP-R 36 % 真空定徑有如下優(yōu)點(diǎn)( 1) 引管簡(jiǎn)單

15、快速, 廢料少;( 2) 內(nèi)壓定徑方法中, 壓縮空氣存留在管內(nèi), 隨著生產(chǎn)的連續(xù)進(jìn)行, 氣體溫度不斷升高, 而真空定徑空氣在管材內(nèi)部自由流動(dòng), 管材內(nèi)壁冷卻效果好; ( 3) 能較好控制尺寸公差;( 4) 管坯在機(jī)頭出口處于塑化狀態(tài)幾乎沒(méi)有變形;真空定徑有如下優(yōu)點(diǎn)( 5) 管材的內(nèi)應(yīng)力小; ( 6) 沒(méi)有被螺塞撕裂的危險(xiǎn);( 7) 不會(huì)因螺塞磨損而停產(chǎn);( 8) 機(jī)頭口模與真空定徑裝置二者分離,因而溫度能單獨(dú)控制。高速擠出管材 最常見(jiàn)的方法是在定徑入口處設(shè)置冷卻水入口，通過(guò)特殊的噴嘴或在定徑套上開(kāi)縫，讓水直接包覆在管坯外圓。帶水環(huán)的定徑套 帶冷卻裝置的定徑套 定徑環(huán)組外定徑組裝圖 1.冷卻水入

16、口；2.至真空泵；3.真空區(qū)；4冷卻水出口帶預(yù)冷裝置的定徑套組裝圖 1.可調(diào)預(yù)冷卻裝置；2.定徑套；3.定徑環(huán)小定徑套大定徑套大定徑套透明定徑自動(dòng)改變管材尺寸裝置可以對(duì)直徑32到1200mm范圍內(nèi)不同直徑和壓力等級(jí)的PO管子自動(dòng)并連續(xù)的變徑現(xiàn)有的擠出生產(chǎn)線(xiàn)可以逐步完善實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化變徑。傳統(tǒng)擠出模頭、真空箱、下游設(shè)備設(shè)備和新的優(yōu)化設(shè)備結(jié)合。就可以達(dá)到更高的靈活性和更大的經(jīng)濟(jì)利益。 用于連續(xù)改變管徑和壁厚的一種簡(jiǎn)單的機(jī)械裝置。 由以下4部分組成： 柔性定徑套 柔性密封圈 柔性管支撐裝置 控制設(shè)備 自動(dòng)改變管材尺寸裝置同步改變生產(chǎn)量和牽引機(jī)的參數(shù)并結(jié)合定徑套的性能，可以達(dá)到必需的產(chǎn)品直徑和壁厚，所以不需要再改變