擠出管材的模具設(shè)計及加工工藝

1、擠出管材的模具設(shè)計 及加工工藝 管機(jī)頭分類 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?、壓力管、上下水管、排水管、排?管、穿線管、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)備塑料擠出成型設(shè)備 管材生產(chǎn)線 管材生產(chǎn)工藝流程圖 一般管材生產(chǎn)線工藝過程 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)成品檢測包裝 帶有標(biāo)記管材生產(chǎn)線工藝過程 原料+色母料混合真空上料原料干燥 單螺桿擠

2、出機(jī)色線擠出機(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 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)簡單、收效快 （一）管材生產(chǎn)線組成 管材生產(chǎn)是擠出成型最重管材生產(chǎn)是擠出成型最重 要的方法之一要的方法之一 。 擠出模具是管材成型的關(guān)擠出模具是管材成型的關(guān) 鍵部件！鍵部件！ 擠管機(jī)頭 大型機(jī)頭 管材機(jī)頭設(shè)計管材機(jī)頭設(shè)計 擠出管材動畫 擠出管材成型機(jī)頭示意圖擠出管材成型機(jī)頭示意圖 組成 定型部分導(dǎo)流部分分流部分入流部分 四個功能部

3、分：四個功能部分： 1.1.入流部分入流部分 功能功能使來自擠塑機(jī)的塑料熔體，由使來自擠塑機(jī)的塑料熔體，由螺旋運動逐漸變螺旋運動逐漸變 為直線運動為直線運動 2.2.分流部分分流部分 功能功能將熔體按所需制品形狀進(jìn)行分流，由柱狀分流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。成為環(huán)狀。 3.3.導(dǎo)流部分導(dǎo)流部分 功能功能通過模腔內(nèi)流道幾何形狀與尺寸的變化，產(chǎn)生通過模腔內(nèi)流道幾何形狀與尺寸的變化，產(chǎn)生 必要的成型壓力必要的成型壓力將分流部分流出物料進(jìn)行導(dǎo)流并壓實將分流部分流出物料進(jìn)行導(dǎo)流并壓實 4.4.定型部分定型部分 功能功能通過機(jī)頭成型段及模唇的調(diào)節(jié)作用，獲得所需通過機(jī)頭成型段及模唇

4、的調(diào)節(jié)作用，獲得所需 斷面形狀的連續(xù)制品斷面形狀的連續(xù)制品熔體坯熔體坯。 四個功能部分： 定型部分導(dǎo)流部分分流部分入流部分 作用 1. 使熔融物料的螺旋螺旋運動 直線直線運動。 2. 將物料壓實壓實。 3. 使物料進(jìn)一步塑化均勻進(jìn)一步塑化均勻。 4. 成型成型制品。 定型部分導(dǎo)流部分分流部分入流部分 1 1正確選擇結(jié)構(gòu)形式正確選擇結(jié)構(gòu)形式 （1 1）成型制品種類）成型制品種類 （2 2）原材料種類和要求）原材料種類和要求 （3 3）成型工藝特點）成型工藝特點 2 2流道結(jié)構(gòu)流道結(jié)構(gòu) （1 1）流道呈流線型）流道呈流線型 （2 2）無突變）無突變 （3 3）各連接處應(yīng)保證密封）各連接處應(yīng)保證密封

5、 （4 4）表面粗糙度）表面粗糙度 （5 5）應(yīng)具有一定壓縮比）應(yīng)具有一定壓縮比 （6 6）保證口模出口處各點料流速度一致）保證口模出口處各點料流速度一致 管材機(jī)頭設(shè)計原則 3 3機(jī)頭選材機(jī)頭選材 （1 1）合理選材）合理選材 （2 2）耐磨、耐腐蝕）耐磨、耐腐蝕 （3 3）足夠的強(qiáng)度和剛度，進(jìn)行熱處理）足夠的強(qiáng)度和剛度，進(jìn)行熱處理 （4 4）容易電鍍）容易電鍍 （5 5）在高溫下不變形）在高溫下不變形 4 4機(jī)頭結(jié)構(gòu)機(jī)頭結(jié)構(gòu) （1 1）結(jié)構(gòu)緊湊，易于加工制造和裝拆維修）結(jié)構(gòu)緊湊，易于加工制造和裝拆維修 （2 2）形狀盡可能規(guī)則和對稱）形狀盡可能規(guī)則和對稱 （3 3）成型部分應(yīng)能保證熔體擠出后

6、具有所要求的截面）成型部分應(yīng)能保證熔體擠出后具有所要求的截面 形狀和尺寸形狀和尺寸 擠出機(jī)與擠出模具的 連接 螺紋連接 1、柵板、柵板 2、機(jī)頭法蘭、機(jī)頭法蘭 3、鉸鏈螺釘、鉸鏈螺釘 4、機(jī)筒法蘭、機(jī)筒法蘭 5、機(jī)、機(jī) 筒筒 螺釘連接 1、機(jī)頭法蘭、機(jī)頭法蘭 2、鉸鏈螺釘、鉸鏈螺釘 3、機(jī)筒法蘭、機(jī)筒法蘭 4、柵板、柵板 5、螺桿、螺桿 6、機(jī)筒、機(jī)筒 7、內(nèi)六角螺釘、內(nèi)六角螺釘 8、定位銷、定位銷 卡箍式連接 柵板的形式設(shè)計 柵扳的結(jié)構(gòu)如圖所示，除具有柵扳的結(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。外，還承擔(dān)著支承濾網(wǎng)的作用。

7、 柵板上流道孔眼直徑，通常為柵板上流道孔眼直徑，通常為 36mm入口端應(yīng)有入口端應(yīng)有30一一45 的錐角。流道孔總面積須占柵板的錐角。流道孔總面積須占柵板 有效面積的有效面積的40一一70為宜，孔為宜，孔 的排列應(yīng)緊湊合理；柵板應(yīng)有足的排列應(yīng)緊湊合理；柵板應(yīng)有足 夠機(jī)械強(qiáng)度和剛度，但其厚度也夠機(jī)械強(qiáng)度和剛度，但其厚度也 不宜過厚，以免造成過大阻力或不宜過厚，以免造成過大阻力或 滯料分解。滯料分解。 (1)非等徑孔同心圓排列非等徑孔同心圓排列 (2)等徑孔同心圓排列等徑孔同心圓排列 (3)等孔徑弧形面柵板等孔徑弧形面柵板 (4)等孔徑六邊形排列等孔徑六邊形排列 閘板型過濾器 1、平板、平板 2、

8、濾網(wǎng)、濾網(wǎng) 3、4、濾網(wǎng)座、濾網(wǎng)座 5、螺栓、螺栓 6、殼體、殼體 7、氟塑料環(huán)、氟塑料環(huán) 8、魚雷體、魚雷體 9、分流支架套、分流支架套 10、熱電偶、熱電偶 11、螺栓、螺栓 12、限位板、限位板 13、加熱器、加熱器 14、多孔板、多孔板 15、支承環(huán)、支承環(huán) 16、推力桿、推力桿 直通式管機(jī)頭 一、基本結(jié)構(gòu)和工作原理一、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)?1.1.基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu) 2.2.工作原理工作原理 直通式管機(jī)頭直通式管機(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;

9、5- 分流梭; 6- 過渡芯模 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、橡皮片堵 頭頭 2、定徑套、定徑套 3、口模、口模 4、芯棒、芯棒 5、調(diào)節(jié)螺栓、調(diào)節(jié)螺栓 6、分流錐、分流錐 7、芯棒支架、芯棒支架 8、模體模體 9、過濾板過濾板 二、設(shè)計要點二、設(shè)計要點 1. 1. 壓縮比壓縮比 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 =3=31010 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 分流錐長度L L4 4 L4=（11.5）D D分流

10、錐最大直徑 錐尖半徑r 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 2.2.分流錐分流錐 擴(kuò)張角 作用 使熔料逐漸變成環(huán)形 3.3.分流器支架分流器支架 分流筋形狀 要求 流線型、不得有大的拐角、有利于熔接線的消除 支撐分流器及芯棒 作用 收縮角擴(kuò)張角 分流筋寬度b b b912 mm 分流筋長度l l l3080 mm 分流筋高度s s s1025 mm 分流筋數(shù)量n n n=48 擴(kuò)張角：60 收縮角：30 UPVC：10 4.4.口模口模 作用 成型管材外表面 定型長度L1 經(jīng)驗公式： L13D D 管材外徑 國外資料： L1=（1030）h h

11、 管材壁厚 國內(nèi)資料： L1=（3040）h UPVC：（1833）h PPVC：（1525）h PE： （1422）h PP： （1422）h PA： （1323）h 口模直徑D 影響口模直徑的因素： 擠出脹大 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： 管外 DCD 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 22 22 管內(nèi)管外 DD dD I 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 UPV

12、C：1.001.08； SPVC： 1.101.35 LDPE： 1.201.25； HDPE：1.101.20 ABS： 1.001.10； PA： 1.403.00 5.5.芯棒芯棒 作用 導(dǎo)流、成型管材內(nèi)表面 收縮角 =2030 定型長度 與口模定型長度相等 應(yīng)小于分流錐的擴(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)驗公式： 222 管內(nèi)管外 DDIDd 芯棒直徑d d 三、特點三、特點 1.1.優(yōu)點優(yōu)點 結(jié)構(gòu)簡單，成本低； 中心進(jìn)料，易于物料均勻分配； 應(yīng)用廣泛。 2.2.缺點缺點 體積大，重量大； 分流筋多，熔接線多。 模具零件的

13、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 中心供料中心供料 篩孔式機(jī)頭篩孔式機(jī)頭 側(cè)向供料機(jī)頭側(cè)向供料機(jī)頭 螺旋式機(jī)頭螺旋式機(jī)頭 1、芯模、芯模2、芯模支架、芯模支架3、柵板、柵板4、螺旋式芯模、螺旋式芯模5、支架支柱、支架支柱 2.2.措施措施 安裝繞機(jī)頭軸線旋轉(zhuǎn)的部件 分流筋表面噴涂不粘材料 將流道加長 加熱分流筋 使流過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 熔接線的影響只能減小，不可能消除 1.1.形成原因形成原因 四、減小熔接線影響的措施四、減小熔接線影響的措施 多孔板(篩板)式分流板的實物圖和擠出物流痕 的照片。 藍(lán)式管機(jī)頭藍(lán)式管機(jī)頭 1.1.結(jié)構(gòu)

14、結(jié)構(gòu) 2.2.工作原理工作原理 簡單藍(lán)式機(jī)頭 藍(lán)式機(jī)頭 直通式機(jī)頭的特殊形式； 總壓力損失小； 產(chǎn)量高，能耗低； 機(jī)頭中熱耗散少； 重量輕； 便于操作。 3.3.特點特點 篩孔套 要求 足夠強(qiáng)度、小孔利于物料流動 孔徑d d 口模直徑D D D/DD/DT T1.4 D1.4 DT T篩孔套直徑 4.4.設(shè)計要點設(shè)計要點 d=1d=12.5mm2.5mm 5.5.應(yīng)用應(yīng)用 聚烯烴類耐壓管材 螺旋芯棒式管機(jī)頭螺旋芯棒式管機(jī)頭 2.2.工作原理工作原理 1.1.結(jié)構(gòu)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

15、 10.螺旋 槽 11.徑向孔 12.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； 無熔接線。 3.3.特點特點 4.4.應(yīng)用應(yīng)用 直徑400mm400mm的聚烯烴類管材 藍(lán)式、螺旋式機(jī)頭 藍(lán)式、螺旋式模具。 模具特點： 1、熔體流動速度達(dá)到預(yù)期的力學(xué)均勻性、熱均勻性。 2、無須芯模支架，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)頭多口模管機(jī)

16、頭 1.1.結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 2.2.工作原理工作原理 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； 結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。 3.3.特點特點 5.5.應(yīng)用應(yīng)用 小直徑薄壁管材 4.4.設(shè)計要點設(shè)計要點 帶流量調(diào)節(jié)的分配流道設(shè)計 波紋管機(jī)頭波紋管機(jī)頭 1.1.結(jié)構(gòu)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。 用用吹脹法吹脹法成型波紋成型波紋 2.2.成型原理成型原理 用用真空吸附法真空吸附法成型波紋成型波紋 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.過渡板；5.外模 腔；6.芯模；7.冷卻水

17、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； 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

18、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；管材；2.定徑芯棒；定徑芯棒；3芯棒；芯棒；4.回水流道；回水流道； 5.進(jìn)水管；進(jìn)水管；6.排水嘴；排水嘴；7.進(jìn)水嘴進(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；芯棒；2.壓縮空氣入口；壓縮空氣入口；3.機(jī)頭體；機(jī)頭體；4.絕熱墊；絕熱墊；5.定型模；定型模； 6.冷卻水；冷卻水；7.管材；管材；8.鏈條；鏈條；9.浮塞；浮塞；10出水口；出水口；11

19、入水口入水口 管材氣壓外定徑方法 管材擠塑成型機(jī)頭 1、橡皮片堵、橡皮片堵 頭頭 2、定徑套、定徑套 3、口模、口模 4、芯棒、芯棒 5、調(diào)節(jié)螺栓、調(diào)節(jié)螺栓 6、分流錐、分流錐 7、芯棒支架、芯棒支架 8、模體模體 9、過濾板過濾板 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；管材；2.水浴槽；水浴槽；3.冷卻水；冷卻水；4.真空；真空；5.芯棒；芯棒；6.模套模套 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 ( 1) 引管簡單快速, 廢料少; (

20、 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, 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)幾乎沒有變形; 真空定徑有如下優(yōu)點 ( 5) 管材的內(nèi)應(yīng)力小; ( 6) 沒有被螺塞撕裂的危險; ( 7) 不會因螺塞磨損而停產(chǎn); ( 8) 機(jī)頭口模與真空定徑裝置二者分離,因而溫度能單獨控制。 高速擠出管材 最常見的方法是在定徑入口處設(shè) 置冷卻水入口，通過特殊的噴嘴 或在定徑套上開縫，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

21、水入口；冷卻水入口；2.至真空泵；至真空泵；3.真空區(qū)；真空區(qū)；4冷卻水出口冷卻水出口 帶預(yù)冷裝置的定徑套組裝圖 1.可調(diào)預(yù)冷卻裝置；可調(diào)預(yù)冷卻裝置；2.定徑套；定徑套；3.定徑環(huán)定徑環(huán) 小定徑套 大定徑套 大定徑套 透明定徑 自動改變管材尺寸裝置 可以對直徑32到1200mm范圍內(nèi)不同直徑和壓力等級的 PO管子自動并連續(xù)的變徑 現(xiàn)有的擠出生產(chǎn)線可以逐步完善實現(xiàn)完全自動化變徑。 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，所以不需要再改變擠出模具中的融化指數(shù)，