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1、第八章 熱塑性塑料擠出成型機(jī)頭,塑料成型工藝及模具設(shè)計(jì),8.1概述,1.擠出成型機(jī)頭典型結(jié)構(gòu)分析 機(jī)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(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng); (2)產(chǎn)生必要的成型壓力,保證制品密實(shí); (3)使物料通過(guò)機(jī)頭得到進(jìn)一步塑化; (4)通過(guò)機(jī)頭成型所需要的斷面形狀;,管材機(jī)頭零件組成如圖5-1所示。,8.1概述,2.常用擠出機(jī)頭的分類 (1)按擠出制品出口方向分 直向機(jī)頭和橫向機(jī)頭 在直向機(jī)頭內(nèi),料流方向與擠出機(jī)螺桿軸向一致;在橫向機(jī)頭內(nèi),料流方向與擠出機(jī)螺桿軸向垂直或成某一角度。 (2)按機(jī)頭內(nèi)壓力大小分 低壓機(jī)頭(料流壓力為40公斤/厘米2)、中壓機(jī)頭(料

2、流壓力為40100公斤/厘米2)、高壓機(jī)頭(料流壓力在100公斤/厘米2)。,8.1概述,3.按擠出制品的形狀分 (1)管材擠出成型機(jī)頭 (2)棒材擠出成型機(jī)頭 (3)薄膜擠出成型機(jī)頭 (4)線、纜敷層擠出成型機(jī)頭 (5)板材與片材擠出成型機(jī)頭 (6)異型材擠出成型機(jī)頭,5.2 管材擠出成型機(jī)頭,1.管材擠出成型機(jī)頭典型結(jié)構(gòu) 常見(jiàn)的管材擠出成型機(jī)頭結(jié)構(gòu)有兩種形式,分別為:直通式擠管機(jī)頭和直角式擠管機(jī)頭。 直通式機(jī)頭結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易,因此成本低。但分流器支架產(chǎn)生的合流線不易消除,同時(shí)這種機(jī)頭長(zhǎng)度較大,比較笨重。如圖5-2所示。 直角式機(jī)頭內(nèi)沒(méi)有分流器支架,料流包圍芯棒,只產(chǎn)生一條河流線,但機(jī)頭

3、結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,制造較困難,成本高。如圖5-3所示。,5.2 管材擠出成型機(jī)頭,2.管材擠出成型機(jī)頭工藝參數(shù)的確定 (1)口模 口模是成型管材外表面的零件,形狀如圖5-4所示。擠出時(shí),管材離開(kāi)口模后,由于壓力降低,塑料制品出現(xiàn)因彈性回復(fù)而膨脹的現(xiàn)象,管材截面積將增大。另一方面,又由于牽引和冷卻收縮的影響,管材截面積也有縮小的趨勢(shì)。,5.2 管材擠出成型機(jī)頭,目前,由于理論計(jì)算不成熟,所以根據(jù)要求的管材斷面尺寸來(lái)確定口模斷面尺寸時(shí),一般憑經(jīng)驗(yàn)確定。通常,是按照拉伸比來(lái)確定口模與芯棒間環(huán)形空隙的截面積與擠出管材的截面積之比。,式中 I拉伸比; R1口模內(nèi)半徑; R2芯棒外半徑; r1擠出管材外半徑;

4、r2擠出管材內(nèi)半徑。,5.2 管材擠出成型機(jī)頭,設(shè)計(jì)口模內(nèi)徑時(shí),既要考慮脹模又要考慮冷卻時(shí)塑料的收縮率。一般可按下式計(jì)算:,式中 d口模直徑(毫米); D管材外經(jīng)(毫米); a與塑料性質(zhì)、口模溫度、壓力有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)系, 可取1.011.06。,5.2 管材擠出成型機(jī)頭,定型段長(zhǎng)度L1,國(guó)內(nèi)目前按照以下兩種經(jīng)驗(yàn)方法確定: 1)按管材外徑計(jì)算 如下所述:,式中 D管材外徑的公稱尺寸(毫米)。,通常,管材直徑D較大時(shí),系數(shù)取較小值,因?yàn)榇藭r(shí)管材被定型的面積較大;反之,就取較大值。,5.2 管材擠出成型機(jī)頭,2)按管材壁厚計(jì)算 如下所述:,式中 t管材壁厚(毫米); K經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。,5.2 管材擠出成型機(jī)

5、頭,(2)芯棒 芯棒是成型管材內(nèi)表面的零件,其結(jié)構(gòu)如圖5-5所示。 設(shè)計(jì)芯棒外徑d1時(shí),應(yīng)先計(jì)算芯棒與口模之間的間隙值。由于脹模使不等于管材壁厚t,根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn),硬管脹模率為620%。因此,值可用下式計(jì)算:,式中 經(jīng)驗(yàn)系數(shù),一般 為1.06 1.20。,于是芯棒外徑可用右式計(jì)算:,式中 d 口模內(nèi)徑。,5.2 管材擠出成型機(jī)頭,(3)分流器 塑料流經(jīng)分流器時(shí),料層變薄,這樣便于均勻加熱,以利于進(jìn)一步塑化。分流器張角的選取與塑料熔融粘度的大小有關(guān),一般取3090。如圖5-6所示。,分流器椎體部分長(zhǎng)度一般?。?.61.5)D0(D0為多孔板出口處直徑)。分流器頭部圓角R也不宜過(guò)大,否則會(huì)造成集料分

6、解,R一般為。0.52毫米。,5.2 管材擠出成型機(jī)頭,(4)分流器支架 中小型機(jī)頭分流器和分流器支架可加工成整體。分流器支架上分流筋的數(shù)目一般為38根。為了消除塑料流經(jīng)分流器支架后形成的接合線,分流筋的形狀呈流線型。其出料端的角度應(yīng)小于進(jìn)料端的角度。 (5)確定壓縮 擠管機(jī)頭的壓縮比是指流道型腔內(nèi)的最大截面積與口模,芯棒間環(huán)形縫隙的截面積之比。對(duì)低粘度物料可取=410,對(duì)高粘度物料可選取=2.56。,5.2 管材擠出成型機(jī)頭,3.管材的定徑與冷卻 擠出管材的定型工藝方法有兩種: 外徑定徑法是用定徑套控制管材的外徑尺寸和圓度,其中,外徑定徑法又分為內(nèi)壓法和真空法兩種。 內(nèi)徑定徑法是通過(guò)定徑套來(lái)

7、控制管材的內(nèi)徑尺寸和圓度。,5.2 管材擠出成型機(jī)頭,(1)定徑套結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1)外徑定型法的定徑套 外徑定徑是使管材和定徑套內(nèi)壁相接觸。經(jīng)常采用以下兩種形式的定徑套。 a)內(nèi)壓法定徑套 如圖5-7所示。這種定型方法是在管材內(nèi)通入壓縮空氣,使呈現(xiàn)半熔狀態(tài)的管材型皮緊貼于定徑套內(nèi)壁上冷卻定徑。定徑套接在機(jī)頭上,與口模、芯棒同心,定徑后的管材圓度好。,5.2 管材擠出成型機(jī)頭,b)真空吸附定徑套 如圖5-8所示。真空吸附定徑法師采用管外抽真空使管材型坯外表面吸附在定徑套內(nèi)壁上進(jìn)行冷卻,定外徑尺寸的方法。其定徑套實(shí)際上是一個(gè)金屬圓筒,在某一區(qū)域打上許多小孔,作抽真空用。真空定徑套并不直接套在機(jī)頭上,而

8、是與機(jī)頭相距2050毫米的間隔。,5.2 管材擠出成型機(jī)頭,2)內(nèi)徑定型法的定徑套 如圖5-9所示。這種方法通常只有直角機(jī)頭才能使用。因其出料方向與螺桿軸向垂直,定徑套的冷卻水管可以從芯棒中抽出。,5.2 管材擠出成型機(jī)頭,(2)定徑套尺寸的確定 1)外定徑套 a)內(nèi)壓定徑套 定徑套的內(nèi)徑尺寸應(yīng)考慮膨脹效應(yīng),定型后的收縮因素及牽引力等對(duì)管材尺寸的影響;定徑套長(zhǎng)度應(yīng)根據(jù)管材壁厚、牽引速度而定。,5.2 管材擠出成型機(jī)頭,b)真空定徑套 真空定徑套使用時(shí),與口模間有2050毫米的距離,這時(shí)定徑套內(nèi)徑的選取主要考慮塑料管材定型后后的收縮波動(dòng)。定徑套內(nèi)徑應(yīng)按下式計(jì)算:,式中 Dz真空定型套內(nèi)徑(毫米)

9、; D管材外徑(毫米); Cz系數(shù)。,表5-1 系數(shù)Cz選取表,5.2 管材擠出成型機(jī)頭,2)內(nèi)徑定徑套 定徑套外徑應(yīng)設(shè)計(jì)成錐度,其斜度為0.61%,適用于直徑大于30毫米以上的管材。定徑套長(zhǎng)度依據(jù)管材壁厚和牽引速度而定,壁厚大的或擠出速度高的管材選用的定徑套應(yīng)長(zhǎng)些,一般其長(zhǎng)度為80300毫米。定徑套外徑應(yīng)比管材內(nèi)徑大24%。,5.3 吹塑薄膜、棒材、線纜包覆擠出成型機(jī)頭,1. 吹塑薄膜擠出成型機(jī)頭 吹塑法就是使塑料經(jīng)機(jī)頭呈圓筒形薄管擠出,并從機(jī)頭中心通入壓縮空氣,將薄管吹成直徑較大的管狀薄膜。冷卻后卷取的管膜寬度叫薄膜折徑。,5.3 吹塑薄膜、棒材、線纜包覆擠出成型機(jī)頭,(2)機(jī)頭結(jié)構(gòu)類型

10、目前使用的吹塑機(jī)頭結(jié)構(gòu)形式較多,常見(jiàn)的有側(cè)面進(jìn)料的芯棒式機(jī)頭、中心進(jìn)料的十字機(jī)頭、螺旋式機(jī)頭以及旋轉(zhuǎn)式機(jī)頭等。 1)側(cè)面進(jìn)料式機(jī)頭 其結(jié)構(gòu)如圖5-10所示,熔融塑料自擠出機(jī)多孔板擠出,經(jīng)過(guò)聯(lián)結(jié)器壓縮后,流至芯棒處分成兩股料流,沿芯棒上的分料線流動(dòng),在芯棒尖處又重新匯合,然后沿??诳p隙呈薄管擠出。芯棒中心通入壓縮空氣將管坯吹脹,成型為薄膜。,5.3 吹塑薄膜、棒材、線纜包覆擠出成型機(jī)頭,2)中心進(jìn)料式(“十”字形)機(jī)頭 吹塑薄膜的“十”字形機(jī)頭與直通式擠管機(jī)頭相似,如圖5-11所示。 分流器支架在保證承受物料推力作用而不變形的前提下,分流筋數(shù)目應(yīng)盡可能少一些,寬度和長(zhǎng)度應(yīng)盡可能小一些。,5.3

11、吹塑薄膜、棒材、線纜包覆擠出成型機(jī)頭,3)螺旋式機(jī)頭 塑料從中心流入,然后分成48股料流通過(guò)各個(gè)螺紋槽作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),多股料流從槽中流出并匯合進(jìn)入緩沖槽,然后均勻地從定型段擠出。熔融物料不是全部通過(guò)螺紋槽擠出,有一部分在螺紋頂端與芯模套之間漏流。如圖5-12所示。,5.3 吹塑薄膜、棒材、線纜包覆擠出成型機(jī)頭,2.吹塑薄膜的冷卻定型 泡管剛從機(jī)頭擠出時(shí),溫度較高在160以上,呈半流動(dòng)狀態(tài)或塑性狀態(tài),從吹脹到進(jìn)入牽引導(dǎo)輥,時(shí)間較短,僅有幾秒鐘到一分鐘左右,單靠自然冷卻,薄膜厚度不均勻,熱的管膜兩層夾緊后易“粘著”,所以必須強(qiáng)制冷卻。,5.3 吹塑薄膜、棒材、線纜包覆擠出成型機(jī)頭,風(fēng)環(huán)是比較常用的冷卻

12、裝置,其結(jié)構(gòu)如圖5-13所示。風(fēng)環(huán)對(duì)管膜起冷卻定型作用,調(diào)節(jié)風(fēng)環(huán)中風(fēng)量的大小,還可以控制薄膜的厚薄。 (1)出風(fēng)量均勻 冷卻風(fēng)環(huán)與口模的距離一般為30100毫米,冷卻環(huán)的內(nèi)徑為機(jī)頭內(nèi)徑的1.53倍,出風(fēng)量縫隙寬為14毫米。,5.3 吹塑薄膜、棒材、線纜包覆擠出成型機(jī)頭,(2)風(fēng)環(huán)與吹脹比的關(guān)系 風(fēng)環(huán)的口徑應(yīng)與吹脹比相適應(yīng),最好是一種吹脹比使用一種與其相配套的風(fēng)環(huán)。 (3)角的確定 角做好選用4060,這樣角度吹出的風(fēng)還有托膜作用。,5.3 吹塑薄膜、棒材、線纜包覆擠出成型機(jī)頭,2.棒材擠出成型機(jī)頭 (1)棒材擠出成型機(jī)頭的結(jié)構(gòu) 機(jī)頭是棒材成型的主要部件之一,它的合理設(shè)計(jì)較為重要。圖5-14是圓

13、形棒材擠出機(jī)頭的典型結(jié)構(gòu)。 由于棒材是實(shí)心的,其截面積比管材大得多,因而機(jī)頭阻力較小。為了獲得密實(shí)的實(shí)心棒,必須增加機(jī)頭壓力,使物料進(jìn)入冷卻定徑套處的壓力約為125公斤/厘米2左右。,5.3 吹塑薄膜、棒材、線纜包覆擠出成型機(jī)頭,(2)棒材擠出成型機(jī)頭的定徑套 擠出棒材的定徑套結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單,與擠管機(jī)頭定徑套相似,其結(jié)構(gòu)如圖5-15所示。 定徑套內(nèi)孔應(yīng)做成一定的斜度,以減少棒材通過(guò)定徑套的阻力,否則會(huì)經(jīng)常發(fā)生塑料堵在出料口,使棒材擠不出來(lái)的現(xiàn)象。,5.3 吹塑薄膜、棒材、線纜包覆擠出成型機(jī)頭,3.線、纜敷層擠出成型機(jī)頭 金屬芯線為了包覆一層塑料作為絕緣層,當(dāng)芯線是多股或單股金屬線時(shí),通常用擠壓式

14、包覆機(jī)頭,擠出制品即為電線,當(dāng)芯線是一束互相絕緣的導(dǎo)線或不規(guī)則的芯線時(shí),使用套管式包覆機(jī)頭,其擠出制品即為電纜。,5.3 吹塑薄膜、棒材、線纜包覆擠出成型機(jī)頭,(1)擠壓式包覆機(jī)頭典型的擠壓式 包覆機(jī)頭結(jié)構(gòu)如圖5-16所示。這種機(jī)頭呈直角式,俗稱“十”字機(jī)頭。通常被包覆物的出料方向與擠出機(jī)呈直角。 (2)套管式包覆機(jī)頭 典型的套管式包覆機(jī)頭結(jié)構(gòu)如圖5-17所示。一般是靠塑料管的熱收縮包緊,有時(shí)借助真空使塑料管更緊密地包在芯線上。,5.4 板材和片材的擠出成型機(jī)頭,板材和片材之間沒(méi)有嚴(yán)格的界限,一般按產(chǎn)品厚度來(lái)分,通常把厚度在0.251毫米的稱為片材,而1毫米以上的稱板材。 熱塑性塑料板材和片材

15、的擠出成型,廣泛采用扁機(jī)頭,它可以制造各種厚度及幅寬的板材。這種機(jī)頭具有寬而薄的出料口,塑料熔體從料筒擠到機(jī)頭內(nèi),流道由圓形變成狹縫形,物料將沿著機(jī)頭寬度方向均勻分布,經(jīng)模唇擠出板材或片材。,5.4 板材和片材的擠出成型機(jī)頭,1.板材及片材擠出成型機(jī)頭的結(jié)構(gòu) 生產(chǎn)板材和片材的擠出機(jī)在結(jié)構(gòu)上與其它擠出制品所用擠出機(jī)沒(méi)有大的區(qū)別,只是所用機(jī)頭不同。目前,扁機(jī)頭按其內(nèi)部結(jié)構(gòu)可分為以下四種類型: (1)魚(yú)尾型機(jī)頭 魚(yú)尾形機(jī)頭的型腔因似魚(yú)尾而得名。如圖5-18所示。 熔融物料由機(jī)頭中部進(jìn)入后,最后在口模處被擠出。在設(shè)計(jì)時(shí)則必須使“魚(yú)尾形”部分的擴(kuò)張角不能太大,一般擴(kuò)張角為80。,5.4 板材和片材的擠出

16、成型機(jī)頭,(2)支管機(jī)頭 如圖5-19所示。這種機(jī)頭是由一個(gè)其縱向切口為管狀的型腔構(gòu)成,可以貯存一定量的物料。支管的作用是對(duì)熔體的穩(wěn)壓和分配作用,使料流穩(wěn)定并均勻地?cái)D出寬幅制品。 (3)螺桿機(jī)頭 螺桿機(jī)頭又稱螺桿分配機(jī)頭,它的特點(diǎn)是在“T”萬(wàn)型支管機(jī)頭的支管內(nèi)插入一根分配螺桿,如圖5-20所示。,5.4 板材和片材的擠出成型機(jī)頭,(4)衣架式機(jī)頭 衣架式機(jī)頭可分為衣架直支管型和衣架遞減型兩種。 1)直支管衣架型機(jī)頭 如圖5-21所示。支管呈衣架形,支管為圓簡(jiǎn)形,其直徑在中部與兩端相同,可以從支管的兩端插入幅寬調(diào)節(jié)棒,以調(diào)節(jié)塑料的流動(dòng)寬度。,5.4 板材和片材的擠出成型機(jī)頭,2)支管遞減衣架型機(jī)

17、頭 如圖5-22所示。這種機(jī)頭的支管直徑從中部到兩端逐漸減少,減小的趨勢(shì)是隨熔料的溫度、定型段長(zhǎng)度和間隙及支管的傾抖角等成對(duì)數(shù)函數(shù)關(guān)系減小。,5.4 板材和片材的擠出成型機(jī)頭,2.制品厚度調(diào)節(jié)裝置 為了獲得不同厚度的板、片制品,需要調(diào)節(jié)口模的間隙。 常選用的是使口模產(chǎn)生微量彈性變形的調(diào)節(jié)裝置,這是一種用于調(diào)整板、片產(chǎn)品厚薄均勻度的“微量”調(diào)節(jié)裝置。它是在可調(diào)模唇上開(kāi)一個(gè)小溝槽,通過(guò)螺栓的調(diào)節(jié)作用,使模唇產(chǎn)生微量的彈性變形,從而達(dá)到改變口模間隙的方法。如圖5-23所示。,5.5 異型材擠出成型,1.概述 所謂異型材是除了圓管、圓棒、片材、薄膜等擠出制品外的具有其它斷面形狀的塑料擠出制品。由于塑料

18、具有可塑性,所以異型材的形狀特別多,按形狀不同大致可以將異型材分為六個(gè)大類。 (1)異型管材 其特性是壁厚均勻且無(wú)銳角(角呈圓角)。常采用通用的直管機(jī)頭或圓機(jī)頭制成。,5.5 異型材擠出成型,(2)中空異型材 用肋把型材的斷面分隔成中空狀,并具有從中空室伸出分支且壁厚不均勻的異型材。 (3)空腔異型材 中空異型材呈封閉狀的中空斷面,壁厚不一致并有凸緣。 (4)開(kāi)放式異型材 其斷面形狀完全不帶中空室,并具有各種各樣的斷面。,5.5 異型材擠出成型,(5)復(fù)合異型材 有組合式異型材和帶嵌件的異型材兩種。組合式異型材可以用具有不同色澤或不同硬度的同種樹(shù)脂組成,也可以用不同樹(shù)脂組合而成。帶嵌件的異型材一般是由兩種不同質(zhì)地的材料復(fù)合而成。 (6)實(shí)心異型材 這種型材可以有各種形狀的斷面,比如矩形、三角形、橢圓形等。它可采用普通的棒材機(jī)頭來(lái)成型。,5.5 異型材擠出成型,2.異型材擠出成型機(jī)頭結(jié)構(gòu) 要想擠出理想的異型材,必須對(duì)異型材制品的設(shè)計(jì)、材料的選擇,公差配合、模具設(shè)計(jì)、直至精確的機(jī)械加工等環(huán)節(jié)都十分重視,而機(jī)頭設(shè)計(jì)是最關(guān)鍵的一環(huán)。,5.5 異型材擠出成型,異型機(jī)頭結(jié)構(gòu)大致可分為板狀機(jī)頭和整體式流線型機(jī)頭兩種: (1)板狀異型機(jī)頭 板狀機(jī)頭其流道有急劇

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