擠出機機頭設(shè)計

1、前言隨著我國橡膠機械工業(yè)的快速發(fā)展，橡膠制品的應(yīng)用范圍也在不斷擴大，因此對于擠出成型技術(shù)也有了更高的要求。在擠出成型的一系列過程中，以溫度的調(diào)節(jié)控制和熔融的物料進入擠出機機頭以及橡膠在擠出機主機中塑化的過程最為重要。螺桿作為橡膠擠出機主機的重要部件，它的設(shè)計加工已經(jīng)很完善了。隨著各種各樣的智能控制系統(tǒng)的發(fā)展，溫度調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)也取得了進展。然而，擠出機機頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計卻仍然有很大的提升空間，并沒有發(fā)展的很完善。這是因為在擠出成型的整個過程中，會遇到各種復(fù)雜的情況。而對于機頭的設(shè)計，目前并沒有適用于所有情況的理論公式，實際經(jīng)驗是擠出機機頭的設(shè)計的主要依據(jù)。機頭設(shè)計后，通常用試模的方法來確定最后的形狀

2、。這不但增加了設(shè)計人員的工作強度，也為整個的設(shè)計過程造成了諸多不便，同時也提高了成產(chǎn)成本。擠出機作為橡膠工業(yè)的基本設(shè)備，在生產(chǎn)橡膠制品的過程中起著重要的作用，也是決定產(chǎn)品質(zhì)量的重要設(shè)備之一。國外橡膠擠出機經(jīng)歷了不同的發(fā)展階段，從最初的柱塞式擠出機開始發(fā)展，其中經(jīng)歷了普通冷喂料型擠出機以及銷釘冷喂料擠出機等階段，再到現(xiàn)在的復(fù)合擠出機，其發(fā)展的日益完善，性能和生產(chǎn)能力也不斷提高。固特波公司是在擠出機的發(fā)展過程中，最先申請了用擠出機來進行膠電線生產(chǎn)的專利，并改進了該擠出機設(shè)備。由此，擠出方法對于生產(chǎn)日益重要，而先前的手動式擠出機也漸漸地被電動操控擠出機所取代。早期的電纜和電線源源不斷地被柱塞式擠出機

3、生產(chǎn)出來，電纜的生產(chǎn)用擠出法也由此而確定。擠出機是擠出成型加工過程中的主要設(shè)備，除此以外，還有機頭、牽引裝置、冷卻定型裝置等附屬設(shè)備。橡膠在機筒內(nèi)塑化熔融，通過機頭制成所需要的形狀，最后經(jīng)過冷卻定型后就可獲得與機頭截面形狀相吻合的產(chǎn)品。擠出成型法相比于其他類型的成形方法主要具有以下顯著的優(yōu)點：1、設(shè)備制造容易，成本較低，投產(chǎn)快，投資少。2、產(chǎn)量高，效率快。3、可以實現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)。制造較長的型材、管材等也比較容易。而且產(chǎn)品均勻密實，質(zhì)量高。4、工藝較易控制，生產(chǎn)操作起來比較簡單，便于實現(xiàn)自動化生產(chǎn)。設(shè)備占地面積小，污染少，易于保持清潔的生產(chǎn)環(huán)境。5、可以實現(xiàn)一機多用。對于同一臺擠出機，只需更換機

4、頭，就能加工不同的制品。擠出機機頭是連接在機筒上的零件，擠出產(chǎn)品的形狀取決于機頭，其主要作用有：1、改變擠出物料的運動狀態(tài)，由螺旋運動狀態(tài)改變?yōu)橹本€運動。2、為保證制品質(zhì)量密實，使擠出物料產(chǎn)生一定的壓力。3、進一步促進物料塑化。4、使物料的截面形狀滿足產(chǎn)品設(shè)計要求。1擠出機機頭設(shè)計要求概述1.1擠出機機頭通用設(shè)計原則擠出機機頭要遵循一定的合理的原則來進行相關(guān)設(shè)計，總結(jié)起來講，主要有以下幾個原則：1、為縮短清洗時間和組裝時間，擠出機機頭的零部件要盡量少，而且要注意各個零部件的相互配合以及對中性。2、要盡量減少機頭中相關(guān)的連接環(huán)節(jié)。部件數(shù)量減少的同時不但可以節(jié)約成本，也可以減少各個零部件在流道中的

5、連接環(huán)節(jié)。連接部位連接不良不但有可能導(dǎo)致漏料現(xiàn)象產(chǎn)生，也有可能使物料降解。此外，連接部位要易于清洗。3、運動部件與靜止部件之間的間隙要進行密封。主要方法是可以通過加上大尺寸的密封條或者填充繩來進行密封，需要注意點是應(yīng)該加在靜部件的半圓形或矩形溝槽內(nèi)部。用來做密封元件的材料主要有像PTFE這類耐熱性比較好的塑料以及像鉛這樣的低硬度金屬。4、為確保整個密封表面的密封力分布均勻，要盡可能使密封表面平且小，同時要對這里的表面壓力進行校核。5、擠出機機頭盡量有法蘭可以轉(zhuǎn)動，而且比較大的機頭要安裝在可以移動的或者可以調(diào)節(jié)的上面。6、擠出機機頭的組裝緊固盡量不選用多個小的螺釘（這是因為直徑大的螺栓壽命更長）

6、，而用比較少的耐熱螺栓；螺栓在安裝時盡量使其不必拆卸加熱器，要盡量使其安裝容易。7、若擠出機機頭的各個零部件溫度并不完全相同，設(shè)計時，要考慮到熱膨脹的問題。8、擠出機機頭設(shè)計時，不但要考慮溫度傳感器、壓力傳感器、螺栓孔對機頭強度的影響，還要保證機頭在受力產(chǎn)生形變時的尺寸符合要求。當(dāng)流道的結(jié)構(gòu)確定時，要注意以下要求：1、熔融的物料要盡量沿著中心位置進入流道。2、流道中截面積大的區(qū)域流速也低，熔融的物料在這樣的區(qū)域滯留的時間也就越長，這會引起像PE這樣的熱敏感型混合物料的降解。針對這類材料，要服從最小流道體積原則，可以通過減小縫隙擠出機機頭分配流道的方法，以便縮短擠出機機頭的軸向長度。3、機頭流道

7、中要避免物料流動方向的突變，也要防止截面積突變，即流道中不能有死角，所以各個位置的半徑不能小于 3mm。4、在設(shè)計擠出機機頭的平行成型區(qū)時，要消退流道端部的可逆的形變，且要根據(jù)生產(chǎn)的產(chǎn)品的性質(zhì)和所加工熔融物料來進行設(shè)計。5、要進行流道設(shè)計時，要減少流痕的數(shù)量，甚至要避免產(chǎn)生流痕。這是因為流痕會影響擠出機擠出物料的質(zhì)量。1.2機頭材料的選用1.2.1擠出機機頭選用材料要求擠出機機頭在進行相應(yīng)的設(shè)計時，一定要選用合理的材料，要符合以下幾點要求：1、便于加工2、剛度和強度足夠大3、足夠的耐磨性、耐壓性和耐熱性4、表面硬度也要要足夠大5、便于進行相應(yīng)的熱處理6、進行熱處理時形變要盡可能小7、便于獲得合

8、理的、無氣孔的表面8、便于進行鍍鉻等處理9、具有良好的防腐性10、消除內(nèi)應(yīng)力11、具有良好的導(dǎo)熱性1.2.2機頭材料特殊要求以上這些在其他的加工中也有要求，并非擠出加工所特有。顯然，只用一種材料并不能滿足所有的以上的要求，因此，在進行材料的選擇時要注意下面幾點：1、所加工的聚合物的種類。填充物料和腐蝕性對于磨損的影響，以及加工溫度對磨損的影響。2、擠出機機頭的加工工藝。材料強度在 600N/mm2 - 800N/mm2 最適于加工，最高強度要求應(yīng)該在1500N/mm2以下。3、考慮材料的加工強度。太脆的高強度鋼不適合用來加工大的擠出機機頭，這是因為在進行材料的選擇時一定要考慮到彎曲應(yīng)力。4、要

9、采用的熱處理。為防止引起變形，除了可以選用部分有色金屬之外，通常選用以下合理的鋼材作為擠出機機頭的材料。5、鋼材進行氮化處理6、鋼材進行表面硬化處理7、選用不銹鋼8、調(diào)質(zhì)鋼材9、安全硬化鋼材表1-1 機頭主要零件選用的材料Table1-1 The nose material of main parts selection零件材料模芯40Cr模套40Cr模芯座38CrMoAl進料口45分配器38CrMoAl螺栓Q215表1-2 護套材料參數(shù)Table1-2 Sheath material coefficient護套材料粒度分子量門尼粘度抗拉強度丁苯橡膠14-2020萬-30萬48-66250-2

10、80kg/cm21.3 XJ-150擠出機機頭設(shè)計要求在進行XJ150擠出機機頭的設(shè)計時，要滿足以下要點：1、關(guān)于機頭的內(nèi)腔的形狀應(yīng)該設(shè)計成流線型。為防止物料因為受阻停滯而產(chǎn)生過熱分解的狀況，保證熔融的物料能夠沿著流道均勻的向前擠出，機頭中不允許出現(xiàn)突變、急劇減小的設(shè)計，也不允許出現(xiàn)停滯區(qū)和死角，要盡可能的保證合理的設(shè)計使流道表面設(shè)計光滑，表面粗糙度Ra的值建議最好不高于0.4m。2、截面形狀要準(zhǔn)確。機頭的成型截面形狀跟產(chǎn)品實際的截面形狀存在一定的差距，這是由于橡膠的性能和收縮率的因素，以及壓力和溫度的不同而造成的。為了使擠出機機頭的擠出產(chǎn)品有準(zhǔn)確的截面形狀，在設(shè)計過程中應(yīng)該能夠考慮到這一相應(yīng)

11、的影響。3、選用合理的材料。制造機頭的材料應(yīng)該耐磨耐腐蝕性能好，硬度大，抗拉強度高，部分機頭應(yīng)根據(jù)實際情況進行鍍鉻。4、壓縮比要合理。為了消除因為分流支架的原因而造成的結(jié)合縫，需要根據(jù)橡膠制品及橡膠種類的不同，來設(shè)計可以產(chǎn)生足夠壓縮比的擠出機機頭，保證制品質(zhì)量密實。5、結(jié)構(gòu)緊湊，拆裝方便，連接嚴(yán)密。在滿足力學(xué)性能要求的前提下，應(yīng)使機頭結(jié)構(gòu)緊湊，拆裝方便，傳熱均勻，連接嚴(yán)密，且不能泄料漏料。擠出機是進行擠出生產(chǎn)的主要設(shè)備，在進行擠出生產(chǎn)時，每套模具只能夠安裝在跟其相匹配的擠出機上。在進行機頭的設(shè)計時，除了要滿足制品的材料性能和形狀尺寸要求外，還需要掌握螺桿結(jié)構(gòu)參數(shù)、端部結(jié)構(gòu)尺寸和生產(chǎn)率等擠出機的

12、技術(shù)規(guī)范，并且要保證擠出機的工藝參數(shù)滿足設(shè)計的要求。機頭的設(shè)計不但要達到制品的強度指標(biāo)，還要滿足橡膠制品的外觀質(zhì)量要求，同時還要求擠出機的相關(guān)參數(shù)和機頭的物料性能相適應(yīng)，即要求擠出機機頭能夠安裝在與之相應(yīng)的擠出機上，并且在給定的轉(zhuǎn)速下能夠正常工作，否則的話，擠出工作就不能正常進行。因此，機頭的設(shè)計應(yīng)該考慮到擠出機的因素，二者有著密切的聯(lián)系。不同型號的擠出機機頭安裝部位的裝配尺寸也不相同。2 機頭尺寸設(shè)計要求2.1計算要求在進行機頭的尺寸設(shè)計計算時，需注意以下幾點：1、選用合理的機頭類型。這主要取決于擠出產(chǎn)品的形狀以及種類。2、確定機頭內(nèi)流道的尺寸。需要根據(jù)擠出量和擠出壓力，分析流道內(nèi)物料的運動

13、狀態(tài)。3、對機頭主要零部件的強度是否符合生產(chǎn)要求進行一系列的校核，本次設(shè)計主要考慮螺栓是否符合要求。需要考慮熔融的物料在擠出機機頭內(nèi)的所具有的壓力大小。4、對機頭進行相應(yīng)的熱平衡計算，選擇合理的溫度控制系統(tǒng)。表2-1主要參數(shù)Table2-1 The main parameters牽引速度螺桿直徑機頭最大壓力護套厚度芯線直徑2.5-3m/min150mm40MPa5-5.5mm70mm2.2尺寸選取原則機頭類型主要由擠出產(chǎn)品自身決定，流道的尺寸主要運用高分子材料流變學(xué)中的剪切理論決定，根據(jù)擠出產(chǎn)品截面形狀的不同，依次對機頭的壓力、生產(chǎn)能力、流道內(nèi)物料的速度分布、以及口型長度進行相應(yīng)的分析計算求得

14、。為方便起見，不妨做如下假設(shè)：1、物料是不能被壓縮的2、物料在機頭中的溫度沿機頭的方向呈一致性分布3、物料在機頭內(nèi)流道上不會滑動，即物料在此處的速度為04、物料遵循非牛頓流體的指數(shù)方程3 主要零部件尺寸計算3.1模具選擇原則橡膠電纜產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)劣，與橡膠本身的質(zhì)量、擠出的溫度、擠出機的性能、牽引芯線速度、芯線的預(yù)熱、橡膠擠出后的冷卻定型、擠出機機頭模具的設(shè)計等諸多因素有關(guān)。模具作為在橡膠電纜用擠出機進行擠出生產(chǎn)過程中最后用來進行相應(yīng)定型的主要零部件，是影響所生產(chǎn)電纜產(chǎn)品最終質(zhì)量的最關(guān)鍵因素之一。模具的相關(guān)參數(shù)直接決定了電纜加工能否成功，比如：模具的形狀、模具的尺寸、結(jié)構(gòu)設(shè)計、壓力的大小和溫度的

15、高低等。正因為如此，任何橡膠電纜電線產(chǎn)品的生產(chǎn)都高度重視模具的相關(guān)設(shè)計、模具的選配以及保溫措施。擠壓式模具是電纜電線生產(chǎn)的主要模具類型之一。擠壓式模具是模具的一種，它又被稱為壓力式模具，擠壓式的特點是相比于其他類型的模具其模芯并沒有存在管狀承徑的那一部分，并且不同的是它是縮在模套承徑部分的后面。熔融物料的定型是靠螺桿產(chǎn)生的壓力通過模套來實現(xiàn)的。擠壓式模具擠出的橡膠層結(jié)構(gòu)密實，表面光滑平整。熔融橡膠壓力的大小取決于模套與模芯之間夾角的大小，橡膠層的質(zhì)量和最終擠出的電纜的質(zhì)量也受此影響。而擠出電纜制品的表面質(zhì)量和幾何形狀尺寸直接取決于模套和模芯的表面光潔度及其尺寸大小。橡膠擠出后的膨脹和冷卻后尺寸

16、的收縮等因素對模套孔徑的大小有一定的影響。擠壓式模具的出膠量和擠管式模具相比要低很多，這是因為壓力式擠出會使橡膠在擠出機機頭模口處產(chǎn)生較大的反作用力，從而減少了擠出量。除了部分電纜護套（或絕緣層）的生產(chǎn)采用半擠管式和擠管式模具之外，目前大部分電纜電線護套（或絕緣層）的生產(chǎn)都采用擠壓式模具。不過擠壓式模具由于偏心調(diào)節(jié)困難的因素，護套（或絕緣層）厚薄的誤差比較難控制。3.2模具設(shè)計原則模具的質(zhì)量直接決定了橡膠擠壓的質(zhì)量，因此，對機頭模具的設(shè)計加工有比較高的要求。設(shè)計時要滿足以下要求：1、模具和物料直接接觸的表面光潔度要高，要足夠光滑，表面粗糙度要不低于6。為保證橡膠制品最終成形時其表面的光潔程度，

17、對模套的承徑區(qū)的光潔度要求就更高了，一般情況來講，可鍍上厚度為0.03mm0.05mm的鉻使其符合要求4。2、熔融的橡膠在流道內(nèi)流動要通暢，流道內(nèi)不允許有死角、突變等設(shè)計。不論是在擠出機機頭還是機頭內(nèi)部的模具中，任何有可能造成不合理的設(shè)計如物料停滯、形成渦流等都要改進以避免不合要求。3、模套內(nèi)錐角的度數(shù)要大于模芯上的角度。這是由于熔融的物料在模具內(nèi)會存在一定的壓力。4、模具各個部位的設(shè)計應(yīng)滿足尺寸公差要求，要具有互換性。5、模具要有足夠長的使用壽命。模具制造通常采用的材料是45鋼，實際生產(chǎn)中，可把鎢鋼模頭鑲嵌在由45制作而成的模芯座上制成一個合成結(jié)構(gòu)，這樣就可以提高其耐磨性。3.3相關(guān)尺寸計算

18、3.3.1模芯尺寸設(shè)計擠壓式模芯d1： 模芯內(nèi)徑這是影響擠出質(zhì)量的最重要的結(jié)構(gòu)尺寸，其設(shè)計依據(jù)取決于芯線的結(jié)構(gòu)以及芯線的幾何尺寸。設(shè)計尺寸過小：會造成穿線困難，芯線經(jīng)過模芯阻力大，容易刮壞芯線，嚴(yán)重的可能會拉斷芯線。特別是對于線徑不均的絞線來講，斷線的主要原因就是模芯過小。這是因為如果模芯小，那么芯線經(jīng)過時就會不流暢，牽引出芯線時會造成卡頓，從而造成包覆在外面的橡膠護套（或絕緣層）厚度粗細(xì)不均勻。此外，由于不斷增加的磨損，模芯很容易損壞。設(shè)計尺寸過大：會造成芯線與模芯間隙偏大，芯線在模芯內(nèi)就比較容易擺動，進而會在擠出時產(chǎn)生偏心。尺寸太大不但對橡膠層質(zhì)量有影響，還有可能造成斷線。這是因為在擠出過

19、程中，尺寸太大容易倒料。通常情況下：絞線的長度 d1=（0.100.30mm）+d小 。當(dāng)然，對于芯線直徑比較大的電線，這個數(shù)據(jù)的取值范圍還可以放得更寬，大截面成纜芯線 d1=d小+（0.401.0）mm因此，這里取d1 =d小+1.0=71mmd2： 模芯外徑d2主要是用來決定模芯頂部端面厚度。即e的尺寸，因此e=0.5（d2-d1）e太?。?不但制造有困難，而且模芯壽命較短，模芯易損壞。e太厚： 熔融橡膠在流動過程中容易發(fā)生突變，這會引起擠出壓力的波動，在模芯端面形成渦流區(qū)。通常情況下，模頭壁厚e=0.31mm，模芯越小，則壁厚越小，反之則越大。因此，模頭壁厚e取1mm，進而得出模芯外徑d

20、2=73mm： 外錐角外錐角是根據(jù)擠出機機頭的整體結(jié)構(gòu)和橡膠流動過程中的相應(yīng)特性進行設(shè)計的。在物料擠出時做受力分析，不難看出，外錐角越小，推力就越大，而壓力就越小。雖然這樣擠出的速度快，產(chǎn)量也比較高，但容易造成橡膠護套（或絕緣層）包得不緊密，電纜表面不夠光滑。反之則推力小，壓力大。外錐角大時，物料擠出速度慢、產(chǎn)量也相對應(yīng)降低，但橡膠護套（或絕緣層）包的緊密，外表面光滑。通常情況下，選用模套的內(nèi)錐角時，要保證其不小于模芯的外錐角。這是因為模芯的外錐角越小，則流道就越光潔平滑。對橡膠的結(jié)構(gòu)也就越有利，通常模芯外錐角不大于45°.在擠出橡膠等高分子聚合物時，為了使制品獲得較高的耐龜裂性，應(yīng)

21、該充分注意并避免預(yù)留內(nèi)應(yīng)力，其主要是由突變而導(dǎo)致的。的常用取值范圍在20°40°之間，橡膠護套（或絕緣層）特別薄的可以取10°，護套（或絕緣層）比較厚且需要包緊一些的，模芯外錐角可以取60°。結(jié)合生產(chǎn)要求，模芯外錐角取46°. ：模芯內(nèi)錐角在保證螺柱壁厚符合強度要求的前提下，越大越好。但與內(nèi)承徑之間要配合好，為了防止穿線困難，不允許出現(xiàn)臺階。在一些內(nèi)錐加工困難的特殊情況下，可以將內(nèi)孔加工成臺階式。臺階之間要以60°的倒角相銜接，以便于穿線。在這里取26°.l： 內(nèi)承徑（又叫內(nèi)承線）內(nèi)承徑的大小影響模芯的使用壽命，并且決定了芯

22、線經(jīng)過模芯時的穩(wěn)定性。內(nèi)承徑太?。盒揪€的位置難以固定，穩(wěn)定性差，會加劇內(nèi)孔的磨損，使內(nèi)孔變大，不符合尺寸要求。內(nèi)承徑太大： 會使模芯加工困難，而且由于芯線和模芯配合過緊，摩擦阻力加大，芯線容易被拉細(xì)甚至拉斷。通常情況下，生產(chǎn)單根線的內(nèi)承徑較長，而生產(chǎn)絞線的內(nèi)承徑較短。這樣做是為了方便穿線，同時也為了防止芯線和模芯產(chǎn)生過度的摩擦。對于直徑較大的電纜，一般l=（0.41）d1所以最終內(nèi)承徑長度取30mm.L1： 錐體長度錐體長度可以通過D、d2進行求解，這是參考尺寸?？梢钥闯?，所以 （3-1）如果L1的長度因不合適而與機頭配合不合理，可以通過不斷改變模芯外錐角的方式，直至錐體長度合理。D： 模芯

23、外錐最大直徑D的尺寸是由模芯座的直徑?jīng)Q定的。模芯與模芯座之間的配合的要求非常的嚴(yán)格。這里不允許出現(xiàn)“前臺”和“后臺”，同時也不允許倒角。否則的話，將會出現(xiàn)滯留橡膠的死角，不但會影響整個護套的組織，也會影響膠料的表面質(zhì)量。根據(jù)模芯座尺寸得出D=126mm。圖3-1 模芯Fig3-1 Mold core圖3-2 模芯三維圖Fig3-2 The three dimensional figure of mold core3.3.2模套尺寸設(shè)計擠壓式模套 D大： 模套內(nèi)徑模套內(nèi)徑的尺寸影響擠出護套的表面質(zhì)量，護套（或絕緣層）外徑的大小也取決于模套內(nèi)徑。模套內(nèi)徑太大：橡膠拉伸大，護套（或絕緣層）表面質(zhì)量差

24、，粗糙無光。模套內(nèi)徑太小：優(yōu)點是護套（或絕緣層）表面光滑，缺點是會造成護套（或絕緣層）厚薄不均，直接影響外徑尺寸。橡膠從機頭擠出后，同時考慮擠出脹大和冷卻收縮，得到選配模套尺寸的經(jīng)驗公式：擠橡膠護套（或絕緣層）： D大=d大+（0.05mm0.20mm）。 這里的 d大指的是電纜的外徑。因此D大=80.2mmL: 模套承徑（也叫定徑區(qū)）模套承徑尺寸的大小會影響擠包護套（或絕緣層）的表面質(zhì)量和擠出機機頭偏心度的控制，同時也會影響機頭內(nèi)熔融物料的壓力。模套承徑尺寸過長：會造成機頭內(nèi)熔融的橡膠壓力偏高。從而使料流流動阻力大，熔融的物料不易流出。而且，擠出后的護套（或絕緣層）表面會不夠光滑。同時，模套

25、承徑過長會降低生產(chǎn)效率，使得收線慢，若提高收線速度則有可能拉斷護套（或絕緣層）。模套承徑尺寸過短：會造成機頭內(nèi)熔融的橡膠壓力偏小。熔融的物料流流動阻力較小，容易流出。并且擠出后護套（或絕緣層）表面更光潔。而且生產(chǎn)效率高，擠出絕緣不易拉斷。但L短會造成橡膠絕緣擠包壓力不足，電纜外徑尺寸不均等狀況。因此，根據(jù)經(jīng)驗，定徑區(qū)長度等于模套內(nèi)經(jīng)的一定倍數(shù)比（或者取電纜護套外徑的一定倍數(shù)比）通常 L=（0.23）D大對于成型性差的橡膠，要適當(dāng)加長模套承徑的長度；對于成型性好、粘度大的橡膠，可以適當(dāng)減小模套承徑長度。結(jié)合要設(shè)計的參數(shù)，模套承徑 L=30mm： 模套內(nèi)錐角對于擠壓式模具，模芯外錐角通常要小于模套

26、內(nèi)錐角.只有大于，才能使橡膠流道截面漸漸收縮，并逐漸增大擠出壓力，這樣擠出的橡膠護套（或絕緣層）組織緊密，質(zhì)量高橡膠與芯線緊密結(jié)合。角差大，壓力大，阻力也大；角差越小，阻力也越小，橡膠與芯線包合緊密，生產(chǎn)效率會相應(yīng)提高，出膠量也會增大。對于擠壓式模具，為了使橡膠與芯線結(jié)合緊一些，可以適當(dāng)增大夾角。因此，（）這個角差非常重要。通常 （）=6°10° 模芯內(nèi)錐角=30°50°對于流動性差的物料，要適當(dāng)減小角差，反之則可增大角差。對于擠出層特別薄的，=20°；對于擠出層比較厚的且需要包合緊一些的，=75°。根據(jù)設(shè)計要求，取70°.

27、D1： 模套外徑模套外徑的尺寸的確定主要依據(jù)模套壓蓋內(nèi)孔的尺寸來進行相關(guān)設(shè)計。通常情況下，此尺寸要比壓蓋內(nèi)孔小2mm3mm。但是，模套內(nèi)經(jīng)的尺寸也不能太小，否則的話，模套內(nèi)徑和模套座的間隙會偏大，這會造成散熱不均。所以得出D1=122.2 mm。D2： 模套壓座外徑D2尺寸設(shè)計的依據(jù)是模套座內(nèi)孔，通常要比模套座內(nèi)孔小 0.5mm1.5mm 這個尺寸是保證同心度的必要設(shè)計，是工藝上的偏心要求。間隙的尺寸要合理,過大會影響擠出過程的穩(wěn)定性，嚴(yán)重的有可能產(chǎn)生自行偏斜；尺寸過小則不能滿足調(diào)節(jié)偏心的規(guī)定。因此得出D2=144 mm。f： 模套壓座厚度模套壓座厚度的設(shè)計依據(jù)模套座深度，通常要比模套座高出

28、0.3mm0.5mm。： 間隙是指模套承徑和模芯端面兩者之間的距離，為得到所要求的護套（或絕緣層）厚度，可以通過調(diào)節(jié)模套和模芯之間的間隙的方法獲得，這樣也可以保證擠出護套（或絕緣層）的厚度是均勻的。太大： 這樣會使橡膠的反壓力也增大。橡膠從模芯內(nèi)孔中向后產(chǎn)生倒流現(xiàn)象，可能會拉斷芯線。而且太大會產(chǎn)生偏心，使模芯和模套中心對準(zhǔn)比較困難。太?。?使橡膠流動的阻力增大，出料不勻，容易造成護套擠包不緊。當(dāng)模套定徑區(qū)被模芯頭部頂住時，因橡膠出口受阻，這樣產(chǎn)生的內(nèi)壓力較大。這會使擠出機機頭損壞，甚至造成事故。選取合適的，適當(dāng)增大橡膠對芯線的壓力，橡膠流動阻力小，擠出護套表面質(zhì)量高，擠出機的生產(chǎn)效率也提高。小

29、徑芯線通常=12mm或者?。?.52）P 其中， P是指護套厚度，在實際生產(chǎn)中，以橡膠不產(chǎn)生倒料為設(shè)計原則，要盡量避免0.5P的情況。本次設(shè)計的護套厚度為5mm，所以=1.08×P=1.08×5=5.4mm圖3-3 模套Fig3-3 Die set圖3-4 模套三維圖Fig3-4 The three dimensional figure of die set3.3.3模芯座整體尺寸設(shè)計模芯和模芯座之間通過螺紋連接，未包覆護套的芯線從模芯座中穿過。因此，模芯座的尺寸取決于模芯的尺寸，同時，模芯座的尺寸也影響分流器的相關(guān)尺寸。不難看出，模芯座的內(nèi)徑等于模芯內(nèi)錐的最大直徑，即D3

30、=100 mm，模芯座的外徑等于模芯外錐最大直徑，即D4=D=126 mm。因為模芯和模芯座采用螺紋連接，因此，模芯座內(nèi)螺紋長度等于模芯外螺紋長度，等于28mm。螺柱壁厚等于模芯座D5的長度，為5.5mm。根據(jù)模芯的外錐最大直徑和模芯內(nèi)錐最大直徑之差可以求出模芯座壁厚等于13mm。模芯座螺紋處要加工上螺紋槽，長度為3mm，直徑為115mm，螺紋螺距為3mm。模芯座上要開一直徑為12的孔，用以固定模芯座。需要注意的是，為了防止出現(xiàn)橡膠滯留的現(xiàn)象，影響膠層表面質(zhì)量，模芯座與模芯接觸的外徑處不允許倒角。圖3-5 模芯座Fig3-5 Mold core base圖3-6 密封套Fig3-6 Seal

31、cartridge3.3.4分配器尺寸設(shè)計分配器是擠出機機頭的重要零部件之一，它的作用是將熔融的物料均勻的包覆在芯線上。通常，擠出物的厚度要均勻，特殊情況下會要求熔融的物料滿足一特定的厚度規(guī)律離開機頭。圖3-7 分配器Fig3-7 Distributor不能假定熔體分配器中有關(guān)成型段的長度，它寬度的變化沿著模頭是盡可能均勻的，目的是獲得盡可能低的應(yīng)力，不斷試驗可以得到它的尺寸。為了滿足這一要求，可以通過計算熔融的物料在其內(nèi)的滯留時間，平均滯留時間的計算以下兩組數(shù)據(jù)，分別是流徑的長度以及流體端面的平均速度8： （3-2）式中：分配器的平均速度為 （3-3）成型段的平均速度為：vs(x) = 常量

32、 = =2.5m/min圖3-8 分配器套Fig3-8 Set of distributor在側(cè)進料的擠出機機頭中，熔融的物料通常以90°進入，當(dāng)有冷的空氣進入模芯或者半成品等進入時，采用這種方法是有必要的。熔體分配器將進入機頭的熔融的物料進行周向的分配，通過熔體分配器，可以將熔融的物料的運動方向由徑向流動變?yōu)橹芟蛄鲃?。熔體分配器一般位于擠出機機頭的殼體上或者位于模芯上。在側(cè)進料的擠出機機頭中，應(yīng)該保證熔融的物料在出口處速度保持均勻，為達到這一要求，通常采用的方法是繞著模芯上開出一個環(huán)形槽，斷面要足夠大，環(huán)形縫隙要位于環(huán)形槽的后面，且為高流阻。此種類型的擠出機機頭類似于將一個T型熔體

33、分配器包覆在圓柱體上面，它也存在不足之處，主要是因為熔融的物料在其上的滯留時間存在較大的差異。圖3-9 調(diào)整螺母Fig3-9 Adjusting nut還有一種方法可以使熔融的物料在出口處速度均勻。就是在熔融的物料流經(jīng)處放置一個環(huán)型魚雷頭，這是因為這樣可以保證擠出機機頭的兩側(cè)流徑長度從出口到入口都相等。當(dāng)然，這種擠出機機頭也有缺點，主要是因為熔融的物料分配不合理，除非將高流阻平行成形區(qū)設(shè)置在其后面才能使物料的分配均勻。此外，這種方法還有一個缺點就是將存在兩條流痕，這是因為分流的存在。若采用衣架型熔料分配器或者采用魚尾型熔料分配器的設(shè)計原理的話，如果模芯的直徑比縫隙的寬度和流道的直徑足夠的大，理

34、論上講，側(cè)進料擠出機機頭的物料分配是可以足夠均勻的。圖3-10料流截面Fig3-10 Material flow cross section直角擠出機機頭中的高壓降比寬平縫機頭更容易處理，且其結(jié)成的內(nèi)壓處理起來也比較簡單。這是由于管型只需按照內(nèi)壓來進行設(shè)計，一般情況下，熔體分配器的設(shè)計不必與工作相關(guān)條件有關(guān)。因為以上所述的有關(guān)成型區(qū)的計算，其最大長度值偏大，因此最好能選用一種合理的計算方法來進行分配流道長度的設(shè)計。目前所采用的方法是在側(cè)進料擠出機機頭的其中一端，進行熔融物料的合流，從而得出所要求得的合理尺寸。錐形分配器不但壓力損失較低，而且更節(jié)省空間。與之前所述不同的是它的分配流道不是在圓柱體

35、上而是在圓錐體上。因為它的模芯是錐型的，因此，成形區(qū)的高度縫隙要設(shè)計成沿著物料的流動方向漸漸變大的而不能是一成不變的，通過這種設(shè)計，進而使剪切速率在縫隙中保持為一常量。已知當(dāng)量的剪切速率的公式9： （3-4）將v=2.5代入，所以可以求得h（y）和rmin分別是：=280mm=10mm和條件無關(guān)的工作時，設(shè)計分流道的半徑最大值為： （3-5）代入得R=230而對于成型區(qū)，長度最大值y0=： （3-6）所以y0=210mm綜上所述，最大半徑可以求得為： （3-7）所以r=67.5mm這個值在估算所需空間時很有必要。可以根據(jù)分配流道中為常量的剪切速率來求得分配器流道距離與半徑之間的函數(shù)關(guān)系： （3

36、-8）有關(guān)成型區(qū)長度的變化，關(guān)系式如下： （3-9）代入數(shù)據(jù)得y（）=452mm在熔體分配器中，平均滯留時間為： （3-10）將r=10，y=210代入得t= 10s壓力在熔體分配器中的損失為： （3-11）將v=2.5，r=10代入，得p= 28MPa圖3-11分配器橫截面Fig3-11 Distributor cross section1、計算粘滯力在流道內(nèi)壁的大?。毫鞯纼?nèi)壁受到剪應(yīng)力w，此處按照管流來進行計算，查表得到： （3-12）由 () 得,對此， p 0FZI 02、當(dāng)收到大小為pi內(nèi)壓時的張開可以求出張開量在內(nèi)壓作用下的大小fi，經(jīng)驗公式為： （3-13）將Ra=10，R1=6

37、，p=28代入得f1=12式中，是指泊松數(shù)，對于鋼來講， 0.33（泊松比m = 1 /），最大應(yīng)力處在流道上，也就是在內(nèi)壁上，按照c周向r徑向的二向來計算應(yīng)力狀態(tài)，得出以下方程： （3-14）所以=4.5×10-4查閱文獻得10： （3-15）r min = -pi=28MPa進行設(shè)計算時，最好使fi小于0.05mm。pi就可以直接帶入進行計算，因為其已是常量。在其他情況下，相關(guān)的尺寸要按照壓力在入口處的最大值來進行計算，以確保安全性。需要注意的是，如果能夠確認(rèn)正應(yīng)力是由擠出機機頭的尺寸微變形引起的，則可以忽略不計。若流道高度Hv相比與Riv較大，可以用以下公式計算 （3-16）因

38、為，所以Fzva和Fzvi之間的關(guān)系為： （3-17）當(dāng)然，若環(huán)縫半徑比Hv小得多，則需要用如下公式進行計算： （3-18）上式中，k = Ri / Ra,分別令r=Ra和Ri，分別可以求出wv=6MPa和wv18MPa，進而可以求得Fzva和Fzvi 需要注意，模芯還受到徑向的壓力，周向壓力、軸向壓力和徑向壓力共同作用。因為熔融的物料存在壓力，在流道內(nèi)壁上以及反方向上都將產(chǎn)生壓力，在p2為常量的情況下，此壓力值可以通過流道表面突出部分受到的力進行簡單的計算：對于面1： （3-19）對于這種情況，所計算部分的內(nèi)壓力降呈非線性還是線性一定要進行考慮。若壓力的減小不是呈線性的，需要重新計算，直至數(shù)據(jù)合理為止?？梢酝ㄟ^近似值的方式求得，主要方法是將各個部分的壓力作用在流道壁的突出部分并將其視為常量。要求得總的壓力，只需求出各部分的壓力最后進行相加即可。若壓力是呈線性變化的，那么可以直接求出總壓力。不妨設(shè)起點和終點的壓力分別為pE和pA，可以得出： （3-20）上式中，RE和RA分別代表起點處的半徑和終點處的半徑，代入得FP=30kN當(dāng)熔融的物料流徑機頭時，流道內(nèi)壁和模芯上同時有壓力Fp（沿著三個不同方向）以及粘滯力Fz，內(nèi)壓p的存在會使機頭內(nèi)部迅速張開。對于分配器的尺寸需要計算流道各部分的尺寸來得出最終的大小。已