擠出模具設(shè)計PPT課件

第9章擠出模頭設(shè)計，第9.1章9.1.1擠出成型機頭典型結(jié)構(gòu)分析概述，第9.1.2章擠出成型機頭分類及設(shè)計原則，第9.2.1章典型擠出機頭結(jié)構(gòu)，第9.2.2章管材擠出機頭設(shè)計，第9.2.2章吹膜機頭結(jié)構(gòu)，第9.2.3章電線電纜包覆擠出成型機頭試題及練習(xí)，第9.2.4章擠出成型機頭概述， 第9.1章擠出成型機頭的分類和設(shè)計原則通過擠出加工的塑料產(chǎn)品有很多種，如管材、薄膜、棒材、板材、電纜涂層、單絲和型材。 擠出機還可以進行制備過程，例如塑料或半成品加工的混合、塑化、脫水、造粒和進料。因此，擠出成型已經(jīng)成為最常見的塑料成型加工方法之一。大多數(shù)通過擠壓工藝生產(chǎn)的塑料產(chǎn)品使用熱塑性塑料和熱固性塑料。例如聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、尼龍、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚碳酸酯、聚砜、聚甲醛、氯化聚醚和其它熱塑性塑料以及熱固性塑料，例如酚醛和脲醛。擠出成型具有效率高、投資少、制造簡單、可連續(xù)生產(chǎn)、占地面積小、環(huán)境清潔等優(yōu)點。通過擠壓成型生產(chǎn)的塑料產(chǎn)品已被廣泛使用，其產(chǎn)量占塑料產(chǎn)品總量的三分之一以上。因此，擠出成型在塑料加工行業(yè)中占有非常重要的地位。機頭是擠壓模的主要部件，具有以下四種功能。(1)將材料從螺旋運動改為直線運動。(2)產(chǎn)生必要的成型壓力以確保產(chǎn)品的致密性。(3)材料通過機頭進一步塑化。(4)要求截面形狀的產(chǎn)品由機頭成型。以管材擠出機機頭為例，分析機頭的組成和結(jié)構(gòu)，如圖8-1所示。9.1.1擠壓成型機頭的典型結(jié)構(gòu)分析，5.1。由模具和芯棒模具形成的產(chǎn)品的外表面和由芯棒模具形成的產(chǎn)品的內(nèi)表面，因此模具和芯棒的成形部分決定了產(chǎn)品的橫截面形狀和尺寸。2.多孔板(過濾板和柵板)如圖8-2所示。多孔板的功能是將材料從螺旋運動變?yōu)橹本€運動，同時防止未增塑的塑料和機械雜質(zhì)進入機頭。此外，多孔板還可以形成一定的壓頭，使產(chǎn)品更加緊湊。分流器和分流器支架分流器也稱為魚雷頭部。塑料通過分流器變成薄環(huán)形，便于進一步加熱塑化。大型擠出機的分流器中還設(shè)置有加熱裝置。分離器支架主要用于支撐分離器和芯軸，還用于分流物料流以增強攪拌效果。小頭的分流器支架可以與分流器集成在一起。4.調(diào)整螺釘用于調(diào)整模具和心軸之間的間隙，以確保產(chǎn)品壁厚均勻。頭體用于組裝頭的所有部件并連接擠出機。6.上漿套筒使產(chǎn)品通過上漿套筒獲得良好的表面粗糙度、正確的尺寸和幾何形狀。7.堵塞防止壓縮空氣泄漏，并確保管道中有一定的壓力。擠壓成形機頭的分類及其設(shè)計原則。1 .分類由于擠壓產(chǎn)品的形狀和要求不同，需要相應(yīng)的機頭來滿足產(chǎn)品的要求。機頭有多種類型，大致可根據(jù)以下三個特點進行分類：(1)按機頭用途分類可分為管材擠出機頭、吹管機頭、擠出機機頭等。(2)根據(jù)產(chǎn)品出口方向，可分為直頭和橫頭。前機頭的物料流動方向與擠出機螺桿的軸向一致，如硬管機頭。后者的頭部中的材料流動方向與擠出機螺桿的軸向成一角度，例如電纜頭；(3)根據(jù)壓頭內(nèi)的壓力，可分為低壓壓頭(物料流動壓力為兆帕)、中壓壓頭(物料(2)足夠的壓縮比：為了壓緊產(chǎn)品，消除分流支架造成的接縫，應(yīng)根據(jù)不同類型的產(chǎn)品和塑料設(shè)計足夠的壓縮比。鼻部成形部分的設(shè)計應(yīng)確保材料在擠壓后具有規(guī)定的橫截面形狀。由于塑料的物理性質(zhì)、壓力、溫度等因素的影響，鼻部成形部分的橫截面形狀與產(chǎn)品的相應(yīng)橫截面形狀不一致。這兩者有很大的不同。設(shè)計中應(yīng)考慮該因素，以使成型零件具有合理的橫截面形狀。由于產(chǎn)品橫截面形狀的變化與成型時間有關(guān)，因此控制必要的成型長度是一種有效的方法。(4)結(jié)構(gòu)緊湊在滿足強度的條件下，機頭結(jié)構(gòu)應(yīng)緊湊，其形狀應(yīng)盡可能規(guī)則對稱，以便傳熱均勻，裝卸方便，不發(fā)生漏料。(5)選材要合理。由于頭部磨損大，某些塑料腐蝕性強，頭部材料應(yīng)是高耐磨性和高硬度的碳鋼或合金鋼，有些甚至需要鍍鉻以提高頭部的耐腐蝕性。此外，機頭的結(jié)構(gòu)尺寸還與產(chǎn)品形狀、加熱方式、螺桿形狀、擠壓速度等因素有關(guān)。設(shè)計師應(yīng)根據(jù)具體情況靈活運用上述原則。典型的擠出機頭和設(shè)計，常見的擠出機頭包括管材擠出機頭、吹膜機頭、電線電纜涂覆頭、異形材料擠出機頭等。14、9.2.1管道擠出機頭和設(shè)計。1.管材擠出機頭的結(jié)構(gòu)管材擠出機頭的常見結(jié)構(gòu)如下：(1)直管頭圖8-3所示為直管頭。它具有簡單的結(jié)構(gòu)和分流支架。心軸難以加熱，并且具有較長的凝固長度。適用于聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙烯等塑料薄壁小口徑管材的擠出。(2)彎曲型機頭圖8-4顯示了彎曲型機頭。其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，無分流支架，芯模易于加熱，成型長度不長。大直徑和小直徑管都適用，尤其適用于成型聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺等內(nèi)徑固定的塑料管。(3)并排機頭圖8-5顯示了具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的并排機頭。沒有分流器支撐，心軸可以加熱，成型長度不長。適用于大直徑和小直徑管道。管材擠出機機頭的設(shè)計(1)模具是形成管材外表面的一個部件。其結(jié)構(gòu)如圖8-6所示。模具的內(nèi)徑不等于塑料管的外徑，因為從模具中擠出的管坯壓力突然降低，塑料由于彈性回復(fù)而直徑膨脹，管坯在冷卻和牽引的作用下直徑收縮。膨脹和收縮與塑料性能、擠出溫度、壓力和其他成型條件以及定徑套筒結(jié)構(gòu)有關(guān)。目前，還沒有成熟的理論計算方法來計算膨脹和收縮值。通常，模具截面尺寸根據(jù)所需的管截面尺寸和拉伸比來確定。所謂的拉伸比是指模具成形部分的環(huán)形間隙的橫截面積與管子的橫截面積之比。式(8-1)中，I為拉伸比，普通塑料的允許拉伸量為：聚氯乙烯1.0 1.4，聚酰胺1.4 3.0；絕對值為1.0 1.1；聚丙烯為1.0 1.2；高密度聚乙烯為1.1-1.2；低密度聚乙烯為1.2 1.5。r模具的內(nèi)徑；R1芯軸外徑；R管道外徑；R1管道內(nèi)徑。定模段的長度L1與塑性、管道形狀、壁厚、直徑和牽引速度有關(guān)。該值可以根據(jù)管道的外徑或管道的壁厚來確定。L1=(0.5 3) d (8-2)或L1=(8 15) t (8-3)其中D管道外徑；T管壁厚度。(2)芯模芯模是形成管道內(nèi)表面的一部分，如圖8-8所示。直管的頭部通過螺紋與分流器連接。心軸的結(jié)構(gòu)應(yīng)有利于熔體的流動，并消除熔體通過分流器后形成的接縫。在熔體流動之后心軸直徑d1可根據(jù)以下公式計算：D1=D-2 (8-5)，其中-芯模和模具之間的間隙；d-模具內(nèi)徑。由于塑料熔體在如上所述擠出模具后的膨脹和收縮，不等于產(chǎn)品的壁厚?？梢愿鶕?jù)以下公式計算：(8-6)其中k是經(jīng)驗系數(shù)，k=1.16 1.20t-產(chǎn)品壁厚。為了使管子的壁厚均勻，必須設(shè)置一個調(diào)節(jié)螺釘(圖8-3，第3部分)來安裝和調(diào)節(jié)模具和心軸之間的間隙。調(diào)節(jié)螺釘?shù)臄?shù)量一般為4 8個。分流器的目的是使熔融層變薄，以便均勻加熱并進一步塑化它。其結(jié)構(gòu)如圖8-8所示。分流器與柵板之間的距離一般為10 20毫米或略小于0.1D1(D1為擠出機螺桿的直徑)。分流器和柵板之間保持一定距離的功能是收集通過柵板的熔體。因此，距離不應(yīng)過小，否則熔體流動速率不穩(wěn)定且不均勻。如果距離太大，熔體將在該空間停留很長時間，聚合物將容易分解。分流器的膨脹角的值取決于塑料的粘度。對于低粘度塑料，=30 80，對于高粘度塑料，=30 60。如果太大，熔體流動阻力很大。如果太小，它必然會增加分流錐的長度。分流錐的長度一般按以下公式確定：L3=(1 1.5) d0 (8-7)，其中D0柵板出口處的直徑。分流器頭圓角r一般為0.5 2mm。(4)分流器支架分流器支架設(shè)有進氣孔和電線孔，當(dāng)電加熱器安裝在內(nèi)部時，用于引入壓縮空氣和電線。引入壓縮空氣的目的是確定尺寸(用內(nèi)壓法確定外徑的形狀)和冷卻管道。分流器支架和分流器可以制成一件式(圖8-8)或組合式(圖8-1)。前者通常用于中小型機頭，而后者通常用于大型機頭。在滿足支撐強度的條件下，分流支架上分流筋的數(shù)量應(yīng)較少，一般為3-8根。分流條應(yīng)該是流線型的(圖8-8A-A截面)。在滿足強度的前提下，其寬度和長度應(yīng)盡可能小，出料端的角度應(yīng)小于進料端的角度。對于直徑小于30毫米的硬聚氯乙烯管，定徑套的長度為管徑的3-6倍，其倍數(shù)隨管徑的減小而增大。當(dāng)管徑小于35毫米時，其倍數(shù)可增加到10倍。對于聚烯烴管材，定徑套管的長度為管徑的2 5倍，且倍數(shù)隨管徑的減小而增大。定徑套筒的直徑通常比模具直徑大2% 4%，出口直徑略小于入口直徑。對于內(nèi)徑設(shè)定方法，定徑芯軸的長度為80-300毫米，其外徑比管子內(nèi)徑大2%-4%，以便于控制管子的內(nèi)徑公差。定徑芯軸的錐度為1:1.6 1:10，起點大，終點小。吹膜頭1的結(jié)構(gòu)與設(shè)計。吹塑薄膜頭的常見結(jié)構(gòu)形式包括芯軸頭、帶中心進料的十字形頭、螺旋頭、旋轉(zhuǎn)頭和雙層或多層吹塑薄膜頭。(1)心軸式機頭心軸式吹膜機頭如圖9-9所示(下一頁)。當(dāng)塑料熔體從擠出機的網(wǎng)格板擠出并通過機器頸部5到達心軸7時，它被分成兩股并沿著心軸材料分割線流動，然后在心軸尖端重組，合并的熔體沿著機器頭部的環(huán)形間隙被擠出成管坯，并且壓縮空氣被引入心軸以將管坯吹成管膜。芯棒式機頭因其內(nèi)部通道腔小、儲料少、塑料不易分解，適用于加工聚氯乙烯塑料。然而，熔體轉(zhuǎn)向成直角，流速因地而異。同時，由于熔體長時間沿一個方向作用在心軸上，心軸的中心線發(fā)生偏移，即出現(xiàn)“對中”現(xiàn)象，這很容易導(dǎo)致薄膜厚度不均勻。十字頭圖9-10是一個十字頭，其結(jié)構(gòu)類似于管式擠出機(3)螺桿頭圖9-11示出了螺桿頭，其中塑料熔體從中心入口通過芯棒7擠出，芯棒7具有螺旋槽(也具有單螺旋),多個槽從深變淺直至消失，然后在達到均勻狀態(tài)后與成形區(qū)域前面的緩沖槽匯合，從模具擠出。這種機頭的優(yōu)點是機頭內(nèi)熔體壓力高，出料均勻，膜厚容易控制，成膜性能好。然而，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有許多角落。適用于加工聚丙烯、聚乙烯等低粘度、不易分解的塑料。(4)旋轉(zhuǎn)頭圖9-12顯示了旋轉(zhuǎn)頭。其特征在于芯模2和口模1可以獨立旋轉(zhuǎn)。芯模和口模分別由DC電機驅(qū)動，可以同速或異速、同向或異向旋轉(zhuǎn)。采用機頭可克服機頭制造安裝不準(zhǔn)確和溫度不均勻造成的塑料薄膜厚度不均勻，厚度公差可達0.01毫米，用途廣泛，可在耐熱和熱敏塑料上成型。芯軸模具幾何參數(shù)的確定如圖9-9所示，環(huán)形間隙寬度t一般在0.4 12.0毫米范圍內(nèi)，如果t太小，模具中的背壓很大，影響產(chǎn)量。如果T太大，為了獲得具有一定厚度的膜，必須增加吹風(fēng)比和拉伸比。為了控制薄膜的厚度，芯片安裝區(qū)域的高度h應(yīng)大于t的15倍，h應(yīng)大于d1的2倍。為了防止產(chǎn)品產(chǎn)生接縫，芯棒頂端到?？诘木嚯x不應(yīng)小于芯棒軸直徑d1的兩倍(圖8-9)，在芯棒頭部應(yīng)設(shè)置1 2個緩沖區(qū)，以利于熔體很好地融合。應(yīng)盡量使塑料熔體從分流器到機頭出口的流動距離相等，流動通道光滑，無死角。芯棒擴張角一般為80 90，也可達到100。然而，如果太大，熔體流動阻力將增加。心軸斜道的尖端應(yīng)仔細設(shè)計和加工，不要太尖或太鈍，必要時應(yīng)通過試驗確定，以免影響產(chǎn)品質(zhì)量。頭部入口部分的橫截面積與出口部分的橫截面積之比(壓縮比)至少為2。然而，壓縮比太高，熔體流動阻力太高。對于聚氯乙烯和其他塑料，這個壓縮比不應(yīng)該太大。33、9.2.3用裸金屬單絲或多股金屬芯線包覆塑料絕緣層的電線和電纜稱為電線，相互絕緣的一束電線或包覆塑料絕緣層的不規(guī)則芯線稱為電纜。電線通常由擠出涂布機頭生產(chǎn)。套管式包覆機頭電纜的生產(chǎn)。圖9-13是擠出涂布頭。熔體進入機頭體，繞過芯線導(dǎo)桿，聚集成環(huán)形，通過口模成型段，最后包裹在芯線上。由于芯線連續(xù)穿過導(dǎo)桿，所以線材生產(chǎn)過程連續(xù)進行。塑料絕緣層的厚度可以通過改變(或更換)模具尺寸、擠壓速度、芯線移動速度和移動導(dǎo)桿的軸向位置來改變。圖9-13b是模具的放大局部視圖。成型段長度l=(1.0-1.5) d，m=(1.0-1.5) d。機頭結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整方便，但芯線與塑料絕緣層的同心度不夠好。圖9-14顯示了套管式涂布機頭。它與擠出涂布機頭的不同之處在于，擠出涂布機頭將塑料涂布在模具中的芯線上，而套筒涂布機頭將塑料擠出成管，通過塑料管收縮并將塑料涂布在模具外的芯線上，有時通過真空使塑料管