塑料成型工藝及模具設(shè)計-擠出成型及機頭設(shè)計-2

擠出成型及機頭設(shè)計塑料成型工藝及模具設(shè)計第11章擠出成型及機頭設(shè)計本章基本內(nèi)容擠出機頭概述管材擠出機頭設(shè)計板材與片材擠出機頭設(shè)計吹塑薄膜擠出機頭設(shè)計電線電纜擠出機頭設(shè)計異型材擠出機頭設(shè)計掌握擠出模（機頭）的概念和總體結(jié)構(gòu)；掌握各種組成擠出機頭零件名稱和結(jié)構(gòu)；了解各種擠出機頭的各組成機構(gòu)及其功能；交接各種擠出機頭的工作原理。學(xué)習目的與要求第11章擠出成型及機頭設(shè)計管材擠出機頭設(shè)計；板材與片材擠出機頭設(shè)計；異性材擠出機頭設(shè)計。教學(xué)重點第11章擠出成型及機頭設(shè)計本章重點各種擠出機頭的設(shè)計讀懂各種擠出機頭的結(jié)構(gòu)圖第11章擠出成型及機頭設(shè)計本章難點

11.1擠出成型機頭概論

11.2管材擠出成型及機頭設(shè)計

11.3板材和片材擠出成型及機頭設(shè)計

11.4吹塑薄膜擠出成型機頭設(shè)計

11.5電線電纜擠出成型及機頭設(shè)計

11.6導(dǎo)型材擠出成型及機頭設(shè)計

11.7思考題第11章擠出成型及機頭設(shè)計11.1.1擠出成型機頭典型結(jié)構(gòu)分析11.1.2擠出成型機頭設(shè)計原理11.1擠出成型機頭概論

11.1.1擠出成型機頭典型結(jié)構(gòu)分析機頭擠出成型模具的主要部件，它有下述四種作用：（1）使物料由螺旋運動變?yōu)橹本€運動；（2）產(chǎn)生必要的成型壓力，保證制品密實；（3）使物料通過機頭得到進一步塑化；（4）通過機頭成型所需要的斷面形狀；

我們以管材為例，分析機頭的組成零件及各組成零件的作用.管材機頭主要由下面一些零件組成(見圖11-1)１、口?？谀Ｓ靡猿尚椭破返耐獗砻妗?、芯模芯模用以成型制品的內(nèi)表面。11.1.1擠出成型機頭典型結(jié)構(gòu)分析11.1.1擠出成型機頭典型結(jié)構(gòu)分析3、分流器熔融塑料通過分流器分流形成管狀制品的胚形，并在剪切力的作用下進一步加熱塑化．４、分流器支架５、濾網(wǎng)板11.1.2擠出成型機頭設(shè)計原理我們可以將機頭依次人為的分為幾個部分：１、入口部分２、展開部分３、分流部分和壓縮部分４、定型部分11.1.2擠出成型機頭設(shè)計原理機頭設(shè)計原則：１、機頭流道呈光滑流線型，以減少流動阻力，使物料沿著機頭流道充滿并均勻地擠出，同時避免物料發(fā)生過熱分解．２、為使制品密實和消除因分流器支架造成的分流痕跡，物料應(yīng)有足夠的壓縮比．３、要考慮塑料各物理性能和生產(chǎn)工藝性能對制品斷面形狀和尺寸的影響，設(shè)計正確合理的機頭斷面形狀和尺寸．11.1.2擠出成型機頭設(shè)計原理４、在在滿足強度條件下，機頭結(jié)構(gòu)應(yīng)緊湊并便于裝配和拆卸，連接處應(yīng)嚴密，防止漏料，其形狀盡量對稱，使傳熱均勻．５、由于機頭磨損大，應(yīng)合理選用材料，常選用硬度教高，耐磨，耐腐蝕，高溫不變形的鋼材及合金鋼，有的甚至需要鍍鉻來提高其耐磨性和抗腐蝕能力．11.2管材擠出成型及機頭設(shè)計11.2.1概述11.2.2管材擠出成型機頭典型結(jié)構(gòu)11.2.3管材擠出成型機頭工藝參數(shù)的確定11.2.4管材定型套設(shè)計11.2.1.概述

擠管成型模具包括機頭和定型模．塑料的制品斷面形狀為圓形管材形狀．圖（11－2）圖（11－3）為spvc機頭典型結(jié)構(gòu)及擠出spvc管材的典型生產(chǎn)工藝過程．11.2.1.概述

管材擠出成型過程：熔融塑料由擠出機擠出后，經(jīng)過濾網(wǎng)板，分流器，被分流器支架分成若干股，然后再匯合，最后進入芯模和口模形成的環(huán)形通道擠出連續(xù)的管胚，硬管在定型模和冷卻裝置的作用下冷卻成型，經(jīng)牽引切割裝置成為所需產(chǎn)品，軟管可不需定型模。直接由冷卻裝置冷卻定型，再由牽引，切割，卷取裝置收卷為所需產(chǎn)品。11.2.2．管材擠出成型機頭典型結(jié)構(gòu)常見的管材擠出成型機頭有以下三種形式。1、直通式機頭，又稱平式機頭，如圖（11-4），機頭內(nèi)的熔料擠出方向與擠出機螺桿軸線方向平行或一致，它是最簡單，最經(jīng)濟，最常用的機頭。缺點是分流器支架產(chǎn)生的分流痕跡難以消除。2、直角式機頭，又稱十字機頭或彎機頭，如圖（11-5）、機頭內(nèi)的熔料擠出方向成90直角，可以有效地消除分流器所產(chǎn)生的分流痕，提高產(chǎn)品質(zhì)量，缺點是芯模設(shè)計，加工，安裝困難。11.2.2．管材擠出成型機頭典型結(jié)構(gòu)3、側(cè)式機頭，又稱管式機頭，如圖（11-6），由擠出機的熔料到機頭要經(jīng)過兩次轉(zhuǎn)向（90°或45°），并以平行于螺桿軸線的方向擠出，優(yōu)點是加強了溶料塑化，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，適于生產(chǎn)大口徑管。缺點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，模具成本高。現(xiàn)將三種機頭的特性列于表（11-1）11.2.2．管材擠出成型機頭典型結(jié)構(gòu)表11-1機頭特性表11.2.2．管材擠出成型機頭典型結(jié)構(gòu)直通機頭直教機頭側(cè)式機頭機頭熔料方向與螺桿軸線一致與螺桿軸線垂直與螺桿軸線平行機頭結(jié)構(gòu)簡單復(fù)雜復(fù)雜分流器支架有無無定型長度應(yīng)該長不需太長不需太長芯模加熱較困難容易容易擠出口徑小口徑管材大、小口徑均可大小、口徑均可11.２.3．管材擠出成型機頭工藝參數(shù)的確定１．口模定型段長度Ｌ值的確定圖11-7擠管機頭屬于環(huán)隙孔，對于環(huán)隙孔內(nèi)徑大于3/5外徑時，物料的流動形式屬于一維的特殊形式．薄片形縫隙口模

，通過式可得：(11-1)

式中——系數(shù)，相當于圓型口模的w——窄縫流道之寬（按環(huán)隙縫平均直徑換算）h——窄縫流動的縫隙高（即薄壁管機頭口模的圓環(huán)單面間隙）

11.２.3．管材擠出成型機頭工藝參數(shù)的確定熔體在縫隙流道的流動可由式

得，（11-2)

于是，根據(jù)公式（11-1)和上式，k被表示為(11-3)

11.２.3．管材擠出成型機頭工藝參數(shù)的確定又根據(jù)公式

可得

(11-4)

上式表明了縫形口模k’’和圓形口模的K之間的關(guān)系,我們可以利用由圓形口模得到的流動曲線來設(shè)計縫行口模,最后根據(jù)下面的算式求出薄片機頭流動計算式中的η和k值:

11.２.3．管材擠出成型機頭工藝參數(shù)的確定11.２.3．管材擠出成型機頭工藝參數(shù)的確定(11-5)

(11-6)所以,可以根據(jù)公式(11-2)分別代入m=2,m=3,m=4而后得定型長度L,即:

11.２.3．管材擠出成型機頭工藝參數(shù)的確定(11-7)(11-8)(11-9)式中

——口模內(nèi)徑cm(mm)

——芯模外徑cm(mm)

cm(mm)牛頓流體在環(huán)隙孔流動,剪應(yīng)力及剪切速率近似計算式為:11.２.3．管材擠出成型機頭工藝參數(shù)的確定(11-10)(11-11)式中

——口模內(nèi)徑

cm(mm)

——芯模外徑cm(mm)11.２.3．管材擠出成型機頭工藝參數(shù)的確定

當不能測頂流變參數(shù)時，在選?。讨禃r可以憑經(jīng)驗參考表(11-2)選取。表(11-2)Ｌ值參考物料HVPCSPVCPAPEPPL(18-33)t(15-25)t(13-23)t(14-22)t(14-22)t11.２.3．管材擠出成型機頭工藝參數(shù)的確定2、機頭結(jié)構(gòu)參數(shù)：(１)壓縮比εj

(２)分流器Ｒ及流道α分流器結(jié)構(gòu)如圖(11-8)．(３)芯模及口模的過渡段的壓縮角β,壓縮角β比較重要，直接影響管材光潔度，β過大，制品明顯出現(xiàn)表面粗糙，一般?。ǎ?８－１.５）Ｌ，但是壓縮角必須通過過渡段長度進行校核，使其β＝14°～50°范圍。11.２.3．管材擠出成型機頭工藝參數(shù)的確定11.２.3．管材擠出成型機頭工藝參數(shù)的確定(4)拉伸比Ｉ所謂拉伸比是指口模定型段的環(huán)形縫隙面積與管材截面積之比。(11-12)

式中——口模內(nèi)徑cm(mm)——芯模外徑

cm(mm)

——管材內(nèi)徑cm(mm)

——管材外徑cm(mm)各種管材拉伸比可參考表(11-3)選取。

11.２.3．管材擠出成型機頭工藝參數(shù)的確定塑料種類拉伸比ＩHPVC1.00——1.08SPVC1.10——1.35ABS1.00——1.10高壓PE1.20——1.50低壓PE1.10——1.20PA140——3.00表(11-3)管材拉伸比參考表11.２.3．管材擠出成型機頭工藝參數(shù)的確定(5)口模內(nèi)徑及芯模外徑尺寸確定口模內(nèi)徑按下式計算：

(11-13)式中——管材外徑——系數(shù)?？蓞⒖急?11-4)選取。

11.２.3．管材擠出成型機頭工藝參數(shù)的確定芯模外徑可按式(11-6)得：

(11-14)3、強度計算擠出機頭結(jié)構(gòu)見圖11-4至11-6。實踐證明，分流器支架的分流錐筋處是機頭中強度最底的地方，同時也是制造工時較多的零件，所以對分流器支架必須進行強度校核。11.２.3．管材擠出成型機頭工藝參數(shù)的確定

對分流器支架強度的校核主要考慮分流錐筋的煎切強度，分流錐筋的剪切應(yīng)力必須小于許用剪切應(yīng)力，即：(11-14)式中

——機頭壓力降kg/cm2，可取60~130kg/cm2?！至麇F筋在物料流動方向上的投影面積cm2。——分流錐筋橫斷面積cm2?！至麇F筋數(shù)量11.２.3．管材擠出成型機頭工藝參數(shù)的確定11.2.4．管材定型套設(shè)計管材的定型方法主要有兩種：內(nèi)徑定型法和外徑定型法。內(nèi)徑定型：即定型套控制管材的內(nèi)徑尺寸及圓度，使仍程半熔體的塑料管坯包緊定型套控制管材的內(nèi)冷卻硬化。外徑定型：即定型套控制管材的外徑尺寸及圓度，借助壓縮空氣作用使半熔體的管坯緊貼于定型套的內(nèi)徑冷卻硬化。

１、定型模結(jié)構(gòu)圖11-11為外徑定型的內(nèi)壓法。圖11-12為外徑定型內(nèi)壓法的另一種結(jié)構(gòu)形式。圖11-13為外徑定型的真空法。圖11-14為內(nèi)徑定型法。2、定型尺寸確定(1)內(nèi)徑定型法的定型套內(nèi)徑定型法的定型套見圖11-14,應(yīng)設(shè)計成錐形，其斜度為0.6°～0.1°,適用于管材直徑大于30mm以上，對于小管材，操作比較困難，不適用。11.2.4．管材定型套設(shè)計(2)外徑定型法的定型套定型套內(nèi)徑徑向尺寸應(yīng)考慮管材定型后收縮因素、膨脹效應(yīng)及牽引等對管材尺寸的影響。定型長度仍應(yīng)依據(jù)管材壁厚、牽引速度而定，對管材直徑小于35mm的定型套長度及直徑可參11-5考表選取。

參11-5管材外徑與定型套長度關(guān)系表擠出材料定型套內(nèi)徑定型套長度聚烯烴(1.02-0.04)DS010DSO聚氯乙烯(1.00-1.02)DSO10DSO11.2.4．管材定型套設(shè)計(3)真空定型套真空定型套與機頭口模不能聯(lián)接在一起，應(yīng)有20～100距離，這樣定型套內(nèi)徑應(yīng)按下式計算：(11-16)11.2.4．管材定型套設(shè)計式中——系數(shù)，按表11-16選取。

表11-6系數(shù)選取表

擠出塑料

（％）ＨＰＶＣ０.７－１ＰＥ２－４ＰＰ２－５11.2.4．管材定型套設(shè)計11.3.1概述11.3.2．板材、片材機頭典型結(jié)構(gòu)11.3.3．制品厚度調(diào)節(jié)裝置第三節(jié)板材和片材擠出成型及機頭設(shè)計圖11-15為ＰＥ板材機頭典型結(jié)構(gòu)及擠出ＰＥ板材典型生產(chǎn)工藝過程。板材和片材擠出成型過程：熔融塑料由擠出機塑化后經(jīng)過濾網(wǎng)板進入機頭，先廣泛采用扁機頭。11.3.1概述常見的板材、片材機頭結(jié)構(gòu)可分為以下四類：１．魚尾機頭帶有阻流器型見圖11-16帶有阻流器和阻塞棒型見圖11-17２．支管機頭一端供料直支管型見圖11-18中間供料直支管型見圖11-19中間供料彎支管型見圖11-20帶有阻塞棒的雙支管型見圖11-21３．螺桿機頭：一端供料型見圖11-24中間供料型見圖11-2511.3.2．板材、片材機頭典型結(jié)構(gòu)11.3.2．板材、片材機頭典型結(jié)構(gòu)４．衣架機頭：直支管型見圖11-26支管漸減型見圖11-27(一)魚尾機頭這種機頭中部出料少，造成制品厚度不均勻。為了克服這種缺陷，通常在機頭型腔內(nèi)設(shè)置流動器或阻力調(diào)節(jié)裝置，以增大物料在型腔中部的阻力，使物料沿機頭全寬方向的流速均勻一致。見圖11-16。此外，還可以采用阻塞棒，見圖11-17。(二)支管機頭這種機頭，由一個帶有縱向切口的管形型腔構(gòu)成，它對塑料熔體有穩(wěn)壓和分配作用，使起均勻地擠出寬幅制品。(三)螺桿機頭螺桿機頭是在直支管型機頭內(nèi)的支管里插入一根分配螺桿，通過分配螺桿轉(zhuǎn)動，迫使塑料熔體沿機頭幅寬均勻擠出，獲得厚度均勻的制品。11.3.2．板材、片材機頭典型結(jié)構(gòu)(四)衣架機頭衣架機頭吸取了魚尾機頭和支管機頭的優(yōu)點，它有一個扁形料腔。由于支管直徑小，縮短了物料在機頭內(nèi)停留時間，而扇形料腔又可以提高制品厚度均勻性。700毫米支管衣架機頭半徑和位置的關(guān)系，見表11-7。

11.3.2．板材、片材機頭典型結(jié)構(gòu)11.3.2．板材、片材機頭典型結(jié)構(gòu)表11-7支管半徑和位置的關(guān)系距末端距離020304050100150200250300350支管半徑Ｒ06.046.496.827.108.028.629.069.429.721011.3.3．制品厚度調(diào)節(jié)裝置

為使擠出的制品厚度均勻，扁機頭內(nèi)多采用阻流器、阻流棒、調(diào)節(jié)模唇等方式控制厚度及其均勻性．采用螺栓調(diào)節(jié)移動模唇，控制厚度均勻性的方法，容易造成死角，見圖11-28。在小范圍內(nèi)調(diào)整厚度，可在調(diào)模唇上開一個溝槽，通過螺栓調(diào)節(jié)使模唇產(chǎn)生微量彈性變形，從而改變口?？p隙，見圖11-29。思考題１、擠出成型工藝過程大致可分為那三個階段？（答案）２、擠出機頭的設(shè)計原則？（答案）１、擠出成型工藝過程大致可分為那三個階段？①塑料的塑化通過擠出機的加熱和混煉作用，使固態(tài)的原料轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆虻恼承粤黧w②成型在擠出機擠出部件的作用下，熔體以一定速度和壓力通過成型機頭獲得一定端面形狀尺寸。③定型通過冷卻使熔體已獲得的形狀固定下來，變成固體狀態(tài)。２、擠出機頭的設(shè)計原則

①內(nèi)腔呈流線型――各個構(gòu)成零件的連接處不應(yīng)該有死角而使熔料滯留，避免熔料過熱而分解。②足夠的壓縮比――為了使塑件結(jié)構(gòu)密實和消除分流器支架造成的熔料結(jié)合縫，機頭應(yīng)該有一定的壓縮比。要發(fā)生膨脹，以及牽引力引起的收縮變形，會使口模的尺寸和塑件的尺寸產(chǎn)生一定的念頭偏差。所以在設(shè)計的時候要對口模的形狀和尺寸進行補償，以獲得正確的截面形狀和尺寸。③正確的截面形狀及尺寸――口模的形狀及尺寸和塑件的形狀及尺寸并不是一致的，因為塑料離開模具以后要發(fā)生膨脹，以及索引力引起的收縮變形，會使口模的的尺寸和塑件的尺寸產(chǎn)生一定的偏差。所以在設(shè)計的時候要對口模的形狀和尺寸進行補償，以獲得正確的截面形狀和尺寸。④結(jié)構(gòu)緊湊——便于加工和拆卸⑤合理選擇材料——由于機頭的零件要承受熔體的壓力作用，所以要有足夠的強度，設(shè)計時還要對連接零件進行強度校核。另外，與熔體接觸的零件要有足夠的耐磨性和耐腐蝕性，必要時表面要鍍鉻處理。主要零件要進行調(diào)質(zhì)處理，硬度不能低于45～50HRC。塑料種類定型套管材內(nèi)徑定型套管材外