第八章擠出模設計

1、第八章 擠出模設計 l擠出成型原理 將粒狀或粉狀塑料加入料斗中，在旋轉的擠出機螺桿的作用下，塑料 沿螺桿的螺旋槽向前方輸送，在此過程中，不斷地接受外加熱和螺桿 與物料之間，物料與物料之間及物料與料筒之間的剪切摩擦熱，逐漸 熔融呈粘流態(tài)，然后在擠壓系統(tǒng)的作用下，塑料熔體通過具有一定形 狀的擠出模具（機頭）口模以及一系列輔助裝置（定型、冷卻、牽引、 切割等裝置），從而獲得截面形狀一定的塑料型材。 l擠出成型特點： 連續(xù)成型，生產量大，生產率高，成本低； 塑件的幾何形狀簡單，截面形狀不變，所以模 具結構也較簡單，制造維修方便，塑件的內部 組織均衡緊密、尺寸比較穩(wěn)定； 適應性強，幾乎所有的熱塑性塑料都

2、可采用擠 出成型，部分熱固性塑料也可采用擠出成型； 擠出成型所用設備結構簡單、操作方便、應用 廣泛。 l擠出模:亦稱機頭，為塑料三大成型之一。 是用電加熱或其它方法使塑料成為流動狀 態(tài)，然后在一定壓力作用下使它通過機頭 口模而制得連續(xù)的型材。 廣泛用于管材、棒材、板材、薄膜、電線 電纜包層等。 l 擠出模的結構組成及分類 l 機頭的結構組成 分為兩部分：機頭和定型裝置（定型套） 一、機頭 機頭的作用： 使來自擠出機的熔融塑料由螺旋運動變?yōu)橹本€ 運動； 對機筒內的塑料熔體產生一定的壓力，保證 擠出的塑件密實； 使塑料通過機頭時進一步塑化； 通過機頭口模以獲得所需的斷面形狀相同的 連續(xù)的塑件。 機

3、頭的組成： 口模 成型塑件的外表面 芯棒 成型制品的內表面 過濾網(wǎng)和多孔板 過濾網(wǎng)的作用是將熔融塑料由螺旋 運動變?yōu)橹本€運動，過濾雜質，并造成一定的壓力； 過濾板(又稱多孔板）起支承過濾網(wǎng)的作用。 分流器（魚雷頭）和分流器支架 分流器使通過它的 塑料變成薄環(huán)狀，便于進一步地加熱與塑化。分流器 支架主要用來支承分流器和芯棒，同時也有攪拌熔料 的作用，小型機頭的分流器與分流器支架可設計成一 體。 機頭體 用來組裝機頭各零件并與擠出機相連接。 溫度調節(jié)系統(tǒng) 調節(jié)螺釘 調節(jié)擠出塑件的壁厚的均勻性 二、定型裝置 從機頭中擠出的塑料制件雖然具備了既定的形狀，可 是因為制件溫度比較高，由于自重而會發(fā)生變形，

4、因 此需要使用定徑裝置(圖141所示的2)將制件的形狀 進行冷卻定型從而獲得能滿足要求的正確尺寸、幾 何形狀及表面質量。 通常采用冷卻、加壓或抽真空的方法，將從機頭中擠 出的塑件的既定形狀穩(wěn)定下來，并對其進行精整，得 到截面尺寸更為精確、表面更為光亮的塑料制件。 l擠出模的分類 1、按擠出塑件形狀分類：可分為管材機頭、棒材機頭、 板材機頭、吹膜機頭、電纜機頭等。 2、按擠出方向分類：可分為直向機頭、橫向機頭（角機 頭）。 前者機頭內塑料流動方向與擠出機擠出螺桿軸向一致； 后者機頭內的塑料流動方向與擠出機螺桿軸向成某一 角度（多為直角），如電纜機頭。 3、按機頭內壓力大小分類：分為低壓機頭（料流

5、壓力小 于4MPa）、中壓機頭（料流壓力為4MPa 10MPa ） 和高壓機頭（料流壓力在10MPa 以上）。 l 擠出機頭的設計原則 1、內腔呈光滑流線型：為了讓熔融塑料充滿機頭的流道 并均勻地被擠出，機頭的內腔應呈光滑流線型，以減 少阻力。流道截面積變化不能急劇擴大或縮小，更不 能有死角和停滯區(qū)，以免發(fā)生過熱分解。流道應加工 得十分光滑，表面粗糙度一般在0.1 以下。 2、足夠的壓縮比：所謂壓縮比是指分流器支架出口處流 道的斷面積與機頭出料口模和芯棒之間形成環(huán)隙面積 之比。為了使塑件緊實和消除分流器支架造成的熔料 合縫，根據(jù)塑料和制品的種類不同，應設計足夠的壓 縮比。 3、正確的斷面形狀：

6、由于塑料的物理性能和壓力、溫度 等因素的影響，機頭的成型部分斷面形狀并非就 是制品要求的斷面形狀，兩者有一定差異，設 計時應考慮這因素，使成型部分有合理的斷面形狀。 因斷面形狀的變化與成型時間有關，所以控制口模長 度（成型長度）是保證塑件獲得正確形狀的有效方法。 4、結構緊湊：在滿足強度條件下，機頭結構應緊湊，以 便加工與易于裝卸。其形狀盡量做到對稱，使加熱均 勻。 5、選材合理：由于機頭磨損較大，而且有的塑料有較強 的腐蝕性，所以機頭材料應選耐磨、硬度較高的鋼材 和合金鋼制造，有的甚至要鍍鉻。 6、機內要有調節(jié)裝置，同時結構緊湊。便于操作，調整 維修方便。 l機頭材料的選擇 擠出機頭的材料選

7、擇根據(jù)： 加工塑料的品種與改性情況、加工制品的 結構與批量、擠出機的性能、材料熱處理 的條件等。 l擠出模與擠出機擠出模與擠出機 l擠出機的類型： 單螺桿式、雙螺桿式、 多螺桿式。 螺桿式擠出機按其結構形式可為：立式和 臥式擠出機。 如果按是否排氣分類的話，擠出機又可分 為：排氣式和非排氣式，其中應用最廣泛 的是臥式單螺桿非排氣式擠出機。臥式單螺桿非排氣式擠出機。 部分國產注射機的技術參數(shù) l機頭與擠出機的連接形式 機頭與機頭法蘭是用螺紋連接的，而機頭法蘭是用鉸鏈螺釘與機筒法蘭連接固定的 機頭與機頭法蘭是用螺紋連接的，而機頭法蘭是用鉸鏈螺釘與機筒法蘭連接固定的 機頭與機頭法蘭是用內六角螺釘連接

8、的 其動作過程是：由液壓動力推動鎖緊環(huán)2旋轉，使螺紋部分松開，當旋轉到開槽 部位與右卡緊環(huán)的凸起部對正時，右卡緊環(huán)可繞鉸鏈座上的鉸鏈軸轉動，退出鎖 緊環(huán)，這時可將機頭移到右側去清洗然后換上已清洗好的左卡緊環(huán)(使左卡緊 環(huán)的凸起對正鎖緊環(huán)的開槽后，卡緊環(huán)即可裝入鎖緊環(huán)中)，液壓動力轉動鎖緊 環(huán)2，使左卡緊環(huán)鎖緊，即可連續(xù)供料。 l管材擠出成型機頭 l 管材機頭的分類 1、直通式機頭 特點： 塑料熔體在機頭內的流動方向與擠出方向一致， 機頭結構簡單，加工制造方便。 但熔體通過分流器及分流器支架時產生熔接痕， 且熔接痕不易消除，管材的力學性能較差，機 頭的長度較大，結構笨重。 應用：擠出成型聚氯乙烯

9、、聚乙烯、尼龍、聚碳 酸脂等塑料管材。 2、直角式機頭 機頭軸線與擠出機螺桿成直角，從擠出機向機 頭側向供料。 特點： 成型時有一條熔接痕，熔體的流動阻力小，成 型質量高。 但機頭結構復雜、制造困難。 應用：主要用于成型聚乙烯、聚丙烯等管材。 3、旁側式擠管機頭 與直角式擠管機頭結構相似，適用于直徑大、 管壁較厚的管材。結構復雜，熔體的流動阻力 大，但機頭的體積較小。 4、微孔流道擠管機頭 從擠出機擠出的塑料熔體，流向魚雷體的 同時，通過篩孔流向外側，在芯棒與模套 的環(huán)形間隙中進入定型區(qū)。 特點：結構緊湊，易于裝卸和清理。 應用：適用于成型大口徑、流動性和熱穩(wěn)定 性好的聚烯烴類管材成型。 l管

10、材機頭的結構設計 1、口模的設計 l 分流器擴張角a：選取與塑料粘度有關， 通常取3090，塑料粘度較低時，可 取30 80 ，塑料粘度較高時，可取 30 60 ；分流器的擴張角應大于芯棒 壓縮段的壓縮角。 l分流器頂部圓角R一船取0.52.0 mm。 (4)拉伸比和壓縮比 1)拉伸比 拉伸比是指口模和芯棒在成型區(qū)的環(huán)隙截 面積與管材截面積之比它反映了在牽引力的作用 下，管材從高溫型坯到冷卻定型后的截面變形情況 及縱向取向程度和拉伸強度。 2)壓縮比 壓縮比是指機頭和多孔板相接處最大料 流截面積與口模和芯模間成型區(qū)的環(huán)形間 隙面積之比。它反映了擠出成型過程中塑 料熔體的壓實程度。 壓縮比值隨物

11、料的特性而異，對于低粘度 塑料，壓縮比取410，對于高粘度塑料， 壓縮比取2.56.0。 l 定徑套的設計 管材定型的目的是使管材獲得較細的表面粗糙 度、準確的尺寸和正確的斷面形狀。 內徑定徑法 外徑定徑法（我國塑料管材標準采用） l外徑定徑法外徑定徑法 1、壓縮空氣外定徑 在管材內通入壓縮空氣（表壓為0.020.28MPa）， 使管坯緊貼于定徑套內壁。為防止壓縮空氣泄露，在 管內設置堵塞密封。壓縮空氣外定徑結構簡單，定徑 效果好，適用于直徑較大的管材。 2、真空外定徑 借助于真空產生的吸附力，將管材外壁緊貼在定徑套 的內壁冷卻定型。 真空外定徑法結構較簡單，管口不必堵塞。所得到的 管材有較細

12、的表面粗糙度、較高的尺寸精度，壁厚均 勻且內應力小。常用于小管的生產。 l內定徑 定徑棒內通入循環(huán)冷卻水，管材與定徑棒直接接觸而 冷卻定型。 此方法的特點是能保證管材內孔的尺寸精度和表面粗 糙度，管材內部應力分布均勻。內定徑主要適用于內 徑公差較高的PE、PP、PA等塑料管材的成型。 l定徑套的結構尺寸定徑套的結構尺寸 定徑套的尺寸包括:內徑和長度兩部分，定徑方 法不同，其計算方也不同。 定徑套內徑應比管材外徑放大0.81.2，或 比機頭口模內徑大24。 內徑定徑法的定徑長度通常取80300mm；外 徑定徑法的定徑長度通常小于管材外徑尺寸的 10倍，如果管材直徑大于100mm時，定徑套的 長度

13、還應再短些，通?？扇」懿耐鈴匠叽绲? 5倍。 l棒材擠出成型機頭 棒材是泛指截面為圓形、矩形、正多邊形、 正三角形和橢圓形等具有規(guī)則形狀的實芯 塑料棒。 對應的擠出機： l螺桿直徑小于棒材外徑； l螺桿長徑比2025，壓縮比2.53.5； l過濾網(wǎng)5080目。 機頭的結構機頭的結構 定徑套設計 l長度： 棒材直徑50mm以下長50100mm； 棒材直徑50100mm長300500mm。 l內徑： 選取要考慮塑料的收縮率。 l 異型材擠出成型機頭 除圓形、圓棒、片材、薄膜等擠出制品外， 具有其它截面的塑料擠出制品。 l 薄膜擠出吹塑成型機頭 l吹塑薄膜擠出機頭簡稱吹膜機頭，可加工薄膜 厚度一般為

14、0.010.03mm。 l吹塑法生產的特點：設備工藝簡單、操作方便、 成本低、廢料少，薄膜經吹脹和牽伸后強度有 所提高，但生產效率低，薄膜厚度不均勻。 l吹膜機頭類型： 根據(jù)擠出和牽伸方向的不同，吹塑薄膜成型可分 為平擠上吹法、平擠下吹法和平擠平吹法，其 中平擠上吹法和下吹法須使用直角機頭，平擠 平吹法使用水平機頭。 吹膜機頭的結構形式吹膜機頭的結構形式 1、芯棒式機頭 芯棒式機頭結構簡單、制造方便，機頭內 流道空間小，存料少，熔體不易過熱分解， 適用于加工熱敏性塑料（如PVC等），薄 膜只有一條熔接線。 但芯棒軸受側向壓力影響，會產生“偏中” 現(xiàn)象，導致管坯厚薄不均，影響薄膜質量； 另外靠近機身一側的熔體流程小，流速快， 易導致薄膜出現(xiàn)“鼓肚”現(xiàn)象。在芯棒尖 處易出現(xiàn)滯流區(qū)，導致熔體熱降解。 2、十字形機頭 又稱中心進料機頭，料流通過十字形分流 支架后，形成多條明顯的熔接線。因此， 在芯模上開設緩沖槽，提高熔體熔接牢度。 十字形機頭的特點是出料均勻，膜厚易控 制。芯模不受單向側壓力，從根本上消除 了“偏中”現(xiàn)象，但薄膜上有多條熔接線， 機頭內部空間大、存料多，不適合熱敏性 塑料的吹膜成型。 3、螺旋式機頭 螺旋機頭的特點是出料均勻，膜厚易控制， 無熔接線。但機頭內部存料空間