擠出模具設(shè)計（課堂PPT）

1、.1第9章 擠出模具設(shè)計 9.1 概概 述述 9.1.1 擠出成型機頭典型結(jié)構(gòu)分析 9.1.2 擠出成型機頭分類及其設(shè)計原則 9.2 典型擠出機頭及設(shè)計典型擠出機頭及設(shè)計 9.2.1 管材擠出機頭及設(shè)計 9.2.2 吹塑薄膜機頭的結(jié)構(gòu)及設(shè)計 9.2.3 電線電纜包覆機頭 9.2.4 異型材擠出成型機頭 思考題及習(xí)題 .29.1 概概 述述 塑料擠出成型是用加熱的方法使塑料成為流動狀態(tài)，然后在一定壓力的作用下使它通過塑模，經(jīng)定型后制得連續(xù)的型材。擠出法加工的塑料制品種類很多，如管材、薄膜、棒材、板材、電纜敷層、單絲以及異形截面型材等。擠出機還可以對塑料進行混合、塑化、脫水、造粒和喂料等準(zhǔn)備工序或

2、半成品加工。因此，擠出成型已成為最普通的塑料成型加工方法之一。 .3 用擠出法生產(chǎn)的塑料制品大多使用熱塑性塑料，也有使用熱固性塑料的。如聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、尼龍、ABS、聚碳酸酯、聚砜、聚甲醛、氯化聚醚等熱塑性塑料以及酚醛、脲醛等熱固性塑料。 擠出成型具有效率高、投資少、制造簡便，可以連續(xù)化生產(chǎn)，占地面積少，環(huán)境清潔等優(yōu)點。通過擠出成型生產(chǎn)的塑料制品得到了廣泛的應(yīng)用，其產(chǎn)量占塑料制品總量的三分之一以上。因此，擠出成型在塑料加工工業(yè)中占有很重要的地位。 .4 機頭是擠出成型模具的主要部件，它有下述四種作用。（1）使物料由螺旋運動變?yōu)橹本€運動。（2）產(chǎn)生必要的成型壓力，保證制品密實。（3）使

3、物料通過機頭得到進一步塑化。（4）通過機頭成型所需要的斷面形狀的制品?，F(xiàn)以管材擠出機頭為例，分析一下機頭的組成與 結(jié)構(gòu)，見圖8-1所示。 9.1.1 擠出成型機頭典型結(jié)構(gòu)分析.5 圖8-2 多孔板1口模和芯棒 口模成型制品的外表面，芯棒成型制品的內(nèi)表面，故口模和芯棒的定型部分決定制品的橫截面形狀和尺寸。2多孔板（過濾板、柵板） 如圖8-2所示，多孔板的作用是將物料由螺旋運動變?yōu)橹本€運動，同時還能阻止未塑化的塑料和機械雜質(zhì)進入機頭。此外，多孔板還能形成一定的機頭壓力，使制品更加密實。.63分流器和分流器支架 分流器又叫魚雷頭。塑料通過分流器變成薄環(huán)狀，便于進一步加熱和塑化。大型擠出機的分流器內(nèi)部

4、還裝有加熱裝置。 分流器支架主要用來支撐分流器和芯棒，同時也使料流分束以加強攪拌作用。小型機頭的分流器支架可與分流器設(shè)計成整體。4調(diào)節(jié)螺釘 用來調(diào)節(jié)口模與芯棒之間的間隙，保證制品壁厚均勻。.75機頭體 用來組裝機頭各零件及擠出機連接。6定徑套 使制品通過定徑套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，保證管內(nèi)一定的壓力。.89.1.2 擠出成型機頭分類及其設(shè)計原則 1.分類 由于擠出制品的形狀和要求不同，因此要有相應(yīng)的機頭滿足制品的要求，機頭種類很多，大致可按以下三種特征來進行分類：（1）按機頭用途分類 可分為擠管機頭、吹管機頭、擠板機頭等；.9（2）按制品出口方向

5、分類 可分為直向機頭和橫向機頭，前者機頭內(nèi)料流方向與擠出機螺桿軸向一致，如硬管機頭；后者機頭內(nèi)料流方向與擠出機螺桿軸向成某一角度，如電纜機頭；（3）按機頭內(nèi)壓力大小分類 可分為低壓機頭（料流壓力為MPa）、中壓機頭（料流壓力為4-10MPa）和高壓機頭（料流壓力在10MPa以上）。.10 2設(shè)計原則（1）流道呈流線型 為使物料能沿著機頭的流道充滿并均勻地被擠出，同時避免物料發(fā)生過熱分解，機頭內(nèi)流道應(yīng)呈流線型，不能急劇地擴大或縮小，更不能有死角和停滯區(qū)，流道應(yīng)加工得十分光滑，表面粗糙度應(yīng)在Ra 0.4um以下。（2）足夠的壓縮比 為使制品密實和消除因分流器支架造成的結(jié)合縫，根據(jù)制品和塑料種類不同

6、，應(yīng)設(shè)計足夠的壓縮比。.11（3）正確的斷面形狀 機頭的成型部分的設(shè)計應(yīng)保證物料擠出后具有規(guī)定的斷面形狀，由于塑料的物理性能和壓力、溫度等因素的影響，機頭的成型部分的斷面形狀并非就是制品的相應(yīng)的斷面形狀，二者有相當(dāng)?shù)牟町?，設(shè)計時應(yīng)考慮此因素，使成型部分有合理的斷面形狀。由于制品斷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個有效的方法。（4）結(jié)構(gòu)緊湊 在滿足強度條件下，機頭結(jié)構(gòu)應(yīng)緊湊，其形狀應(yīng)盡量做得規(guī)則而對稱，使傳熱均勻，裝卸方便和不漏料。.12 （5）選材要合理 由于機頭磨損較大，有的塑料又有較強的腐蝕性，所以機頭材料應(yīng)選擇耐磨、硬度較高的碳鋼或合金鋼，有的甚至要鍍鉻，以提高機頭

7、耐腐蝕性。 此外，機頭的結(jié)構(gòu)尺寸還和制品的形狀、加熱方法、螺桿形狀、擠出速度等因素有關(guān)。設(shè)計者應(yīng)根據(jù)具體情況靈活應(yīng)用上述原則。 .139.2 典型擠出機頭及設(shè)計典型擠出機頭及設(shè)計 常見的擠出機頭有管材擠出機頭、吹管膜機頭、電線電纜包覆機頭、異形材料擠出機頭等。.149.2.1管材擠出機頭及設(shè)計 1管材擠出機頭的結(jié)構(gòu)形式 常見的管材擠出機頭結(jié)構(gòu)形式有以下幾種：（1）直管式機頭 圖8-3為直管式機頭。其結(jié)構(gòu)簡單，具有分流器支架。芯模加熱困難，定型長度較長。適用于PVC、PA、PC、PE、PP等塑料的薄壁小口徑的管材擠出。.15（2）彎管式機頭 圖8-4為彎管式機頭。其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，沒有分流器支架，芯模

8、容易加熱，定型長度不長。大小口徑管材均適用,特別適用于定內(nèi)徑的PE、PP、PA等塑料管材成型。（3）旁側(cè)式機頭 圖8-5為旁側(cè)式機頭，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，沒有分流器支架，芯?？梢约訜?，定型長度也不長。大小口徑管材均適用。.168-6 口模的結(jié)構(gòu)2管材擠出機頭零件的設(shè)計（1） 口模 口模是成型管材外表面的零件，其結(jié)構(gòu)如圖8-6所示?？谀?nèi)徑不等于塑料管材外徑，因為從口模擠出的管坯由于壓力突然降低，塑料因彈性恢復(fù)而發(fā)生管徑膨脹，同時，管坯在冷卻和牽引作用下，管徑會發(fā)生縮小。這些膨脹和收縮的大小與塑料性質(zhì)、擠出溫度和壓力等成型條件以及定徑套結(jié)構(gòu)有關(guān)，目前尚無成熟的理論計算方法計算膨脹和收縮值，一般是根據(jù)要求的

9、管材截面尺寸，按拉伸比確定口模截面尺寸。所謂拉伸比是指口模成型段環(huán)隙橫截面積與管材橫截面積之比。 .17即 (8-1) 式中I為拉伸比，常用塑料允許的拉伸比如下：PVC為1.01.4，PA為1.43.0；ABS為1.01.1；PP為1.01.2；HDPE為1.11.2；LDPE為1.21.5。 r口模內(nèi)徑； r1芯棒外徑； R管材外徑； R1管材內(nèi)徑?？谀６ㄐ投伍L度L1與塑料性質(zhì)、管材的形狀、壁厚、直徑大小及牽引速度有關(guān)。其值可按管材外徑或管材壁厚來確定； L1=（0.53）D （8-2） 或 L1=（815）t （8-3）式中 D管材外徑； t管材壁厚。212212212212RRrrRRr

10、rI.18d1L2L圖8-7 芯模結(jié)構(gòu)（2）芯模 芯模是成型管材內(nèi)表面的零件，如圖8-8所示。直管機頭與分流器以螺紋聯(lián)接。.19 芯模的結(jié)構(gòu)應(yīng)有利于熔體流動，有利于消除熔體經(jīng)過分流器后形成的結(jié)合縫。熔體流過分流器支架后，先經(jīng)過一定的壓縮，使熔體很好地匯合。為此芯模應(yīng)有收縮角，其值決定于塑料特性，對于粘度較高的硬聚乙烯，一般3050；對于粘度低的塑料可取4560。芯模的長度L1與口模L1相等。L2一般按下式?jīng)Q定： L2=（1.52.5）D0 （8-4）式中D0柵板出口處直徑。芯模直徑d1可按下式計算； d1=d2 (8-5)式中芯模與口模之間間隙； d口模內(nèi)徑。.20由于如上所述塑料熔體擠出口模

11、后的膨脹與收縮，使不等于制品壁厚，可按下式計算： （8-6）式中k經(jīng)驗系數(shù)，k=1.161.20; t制品壁厚。為了使管材壁厚均勻，必須設(shè)置調(diào)節(jié)螺釘（圖8-3件3）以便安裝與調(diào)整口模與芯模之間間隙。調(diào)節(jié)螺釘數(shù)目一般為48個。 kt.21（3）分流器分流器的作用是使熔體料層變薄，以便均勻加熱，使之進一步塑化。其結(jié)構(gòu)如圖8-8所示。 圖8-8 分流器及其支架A-AAA aL3.22 分流器與柵板之間的距離一般取1020mm，或稍小于0.1D1（D1為擠出機螺桿直徑）。保持分流器與柵板之間的一定距離的作用是使通過柵板的熔體匯集。因此，該距離不宜過小，否則熔體流速不穩(wěn)定，不均勻；距離過大，熔體在此空間

12、停留時間較長，高分子容易產(chǎn)生分解。分流器的擴張角值取決于塑料粘度，低粘度塑料取=3080，高粘度塑料取=3060， 太大，熔體流動阻力大；過小，勢必增大分流錐部分的長度。.23分流錐的長度一般按下式確定： L3=（11.5）D0 （8-7）式中D0 柵板出口處直徑。分流器頭部圓角r一般取0.52mm。.24（4）分流器支架 分流器支架設(shè)有進氣孔和導(dǎo)線孔，用以通入壓縮空氣和內(nèi)裝置電熱器時導(dǎo)入導(dǎo)線。通入壓縮空氣的作用是為了管材的定徑（內(nèi)壓法外徑定型）和冷卻。 分流器支架與分流器可以制成整體式的（圖8-8），也可制成組合式的（圖8-1）。前者一般用于中小型機頭，后者一般用于大型機頭。分流器支架上的分

13、流筋的數(shù)目在滿足支持強度的條件下，以少為宜，一般為38根。分流筋應(yīng)制成流線型的（圖8-8A-A剖面），在滿足強度前提下，其寬度和長度應(yīng)盡量小些，而且出料端的角度應(yīng)小于進料端的角度。.25（5）定徑套 對于外徑定型法，直徑小于30mm的硬聚氯乙烯管材，定徑套長度取管徑的3-6倍，其倍數(shù)隨管徑減小而增加，當(dāng)管徑小于35mm時，其倍數(shù)可增至10倍。對于聚烯烴管材，定徑套長度為管徑的25倍，其倍數(shù)隨直徑減小而增大。 定徑套直徑通常比機頭口模直徑大2%4%，且出口直徑比進口直徑略小。 對于內(nèi)徑定型法，定徑芯模長度取80300mm，其外徑比管材內(nèi)徑大2%4%，以利于管材內(nèi)徑公差的控制。定徑芯模錐度為1:1

14、.61:10，始端大，終端小。 .26 9.2.2吹塑薄膜機頭的結(jié)構(gòu)及設(shè)計1吹塑薄膜機頭結(jié)構(gòu)形式常見的吹塑薄膜機頭結(jié)構(gòu)形式有芯棒式機頭、中心進料的“十字形機頭”、螺旋式機頭、旋轉(zhuǎn)式機頭以及雙層或多層吹塑薄膜機頭等。（1）芯棒式機頭圖9-9（下頁）所示芯棒式吹塑薄膜機頭。塑料熔體自擠出機柵板擠出，通過機頸5到達芯棒軸7時，被分成兩股并沿芯棒分料線流動，然后在芯棒尖處重新匯合，匯合后的熔體沿機頭環(huán)隙擠成管坯，芯棒中通入壓縮空氣將管坯吹脹成管膜。.27ad1D圖8-9 芯棒式機頭4-上模體 5-機頸 6-螺母 7-芯棒軸 8-下模體1-芯棒（芯模） 2-口模 3-壓緊圈壓縮空氣8Hth67d5213

15、4熔融塑料芯棒式機頭內(nèi)部通道空腔小，存料少，塑料不容易分解，適用于加工聚氯乙烯塑料。但熔體經(jīng)直角拐彎，各處流速不等，同時由于熔體長時間單向作用于芯棒，使芯棒中心線偏移，即產(chǎn)生“偏中”現(xiàn)象，因而容易導(dǎo)致薄膜厚度不均勻。.28（2）十字形機頭圖9-10為十字形機頭，其結(jié)構(gòu)類似管材擠出機機頭。這種機頭的優(yōu)點是出料均勻，薄膜厚度容易控制；芯模不受側(cè)壓力，不會產(chǎn)生如芯棒式機頭那種“偏中”現(xiàn)象。但機頭內(nèi)腔大，存料多，塑料易分解，適用于加工熱穩(wěn)定性好的塑料，而不適于加工聚氯乙烯。4-進氣管 5-分流器支架 6-機體1-口模 2-分流器 3-調(diào)節(jié)螺釘 645圖9-10 十字形機頭.29 （3）螺旋式機頭 圖9

16、-11為螺旋式機頭，塑料熔體從中央進口擠入，通過帶有多個溝槽由深變淺直至消失的螺旋槽（也有單螺旋）的芯棒7，然后在定型區(qū)前緩沖槽匯合，達到均勻狀態(tài)后從口模擠出。 這種機頭的優(yōu)點是，機頭內(nèi)熔體壓力大，出料均勻，薄膜厚度容易控制，薄膜性能好。但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，拐角多，適用于加工聚丙烯、聚乙烯等粘度小且不易分解的塑料。.30 （4）旋轉(zhuǎn)式機頭 圖9-12為旋轉(zhuǎn)式機頭。其特點是芯模2和口模1都能單獨旋轉(zhuǎn)。芯模和口模分別由直流電機帶動，能以同速或不同速、同向或異向旋轉(zhuǎn)。 采用這種機頭可克服由于機頭制造、安裝不準(zhǔn)確及溫度不均勻造成的塑料薄膜厚度不均勻，其厚度公差可達0.01mm。它的應(yīng)用范圍較廣，對熱穩(wěn)定性塑料

17、和熱敏性塑料均可成型。 .312 機頭幾何參數(shù)的確定 如圖9-9所示的芯棒式機頭，環(huán)形縫隙寬度t一般在0.412.mm范圍內(nèi)，如果t太小，則機頭內(nèi)反壓力很大，影響產(chǎn)量；如果t太大，則要得到一定厚度的薄膜，必須加大吹脹比和拉伸比。機頭定型區(qū)高度h應(yīng)比t大15倍以上，以便控制薄膜的厚度，H 應(yīng)大于2倍d1。 .32 為了避免制品產(chǎn)生接合縫，芯棒尖處到?？谔幍木嚯x應(yīng)不小于芯棒軸直徑d1的兩倍（圖8-9），并在芯棒頭部設(shè)12個緩沖區(qū)，以利于熔體很好匯合。應(yīng)盡量使塑料熔體自分流到達機頭出口處流動的距離相等，流道暢通，無死角。芯棒擴張角一般取8090，也可達到100，但過大，會增大熔體流動阻力。芯棒斜流道

18、尖處應(yīng)認(rèn)真設(shè)計與加工，不能太尖，也不能太鈍，必要時應(yīng)經(jīng)過試驗確定，以免影響產(chǎn)品質(zhì)量 。 機頭進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。但壓縮比過大，熔體流動阻力大。對于聚氯乙烯等塑料，這種壓縮比不宜過大。.33 9.2.3電線電纜包覆機頭 裸金屬單絲或多股金屬芯線上包覆塑料絕緣層的稱為電線，一束彼此絕緣的導(dǎo)線上或不規(guī)則芯線上包覆塑料絕緣層的稱為電纜。通常用擠壓式包覆機頭生產(chǎn)電線；用套管式包覆機頭生產(chǎn)電纜。.341擠壓式包覆機頭圖9-13為擠壓式包覆機頭。熔體進入機頭體，繞過芯線導(dǎo)向棒，匯集成環(huán)狀后經(jīng)口模成型段，最后包覆在芯線上。由于芯線連續(xù)不斷地通過導(dǎo)向棒，因而電線生產(chǎn)過程

19、連續(xù)地進行。改變（或更換）口模尺寸、擠出速度、芯線移動速度及移動導(dǎo)向棒軸向位置，都可以改變塑料絕緣層厚度。圖9-13b為口模局部放大圖。其成型段長度L=(1.01.5)D，M=(1.01.5)D。這種機頭結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整方便，但芯線與塑料絕緣層同心度不夠好。 .352套管式包覆機頭圖9-14為套管式包覆機頭。它與擠壓式包覆機頭不同之處是，擠壓式包覆機頭是在口模內(nèi)將塑料包覆在芯線上，而套管式包覆機頭則是將塑料擠成管，在口模外靠塑料管收縮包覆在芯線上，有時借助真空使塑料管更緊密地包覆在芯線上。包覆層厚度隨口模與導(dǎo)向棒（芯模）間隙值、擠出速度、芯線移動速度等的變化而變化?？谀６ㄐ投伍L度不宜太長（L0.

20、5D），否則，機頭背壓過大，影響生產(chǎn)率和制品表面質(zhì)量 。 .36 8.2.4異型材擠出成型機頭塑料異形材具有優(yōu)良的使用性能，用途廣泛。按異形材截面特征分為五大類（圖8-15所示）：1）封閉中空異型材（圖8-15a） 2）半封閉異型材（圖8-15b）3）開式異型材（圖8-15c） 4）復(fù)合式異型材（圖8-15d）復(fù)合異型材有兩種，一種是不同塑料或同一種塑料不同顏色共擠復(fù)合；另一種是塑料與木材、金屬、纖維織物共擠鑲嵌復(fù)合。5）實芯異型材（圖8-15e）為使擠出工藝順利進行和保證制品質(zhì)量，必須認(rèn)真設(shè)計異型材的結(jié)構(gòu)形狀及尺寸。 a) b) c) d) e)圖8-15 異型材擠出機頭.371流線形擠出機

21、頭如圖9-16所示， 這種機頭截面變化特征是，從圓形逐漸變?yōu)樗枰愋谓孛?。?dāng)異型材截面高度小于機筒內(nèi)徑而寬度大于機筒內(nèi)徑時，機頭體內(nèi)腔擴張角70，收縮角=2550。這種擠出機頭擠出的制品質(zhì)量好，但機頭加工難度大，成本高。為了改善加工性，口模和芯?？刹捎闷春辖Y(jié)構(gòu)，或?qū)C頭沿軸線分段后組合而成。.382板式機頭 如圖9-17所示，圖a為板式機頭結(jié)構(gòu)圖，圖b為制品斷面圖，從機頭圓形截面入口過渡到口模成型段，截面形狀呈急劇變化，熔體容易形成局部滯流，引起塑料分解，故這種機頭不適于擠出熱敏性塑料（如RPVC），而適用于擠出聚烯烴等塑料。但這種機頭結(jié)構(gòu)簡單，制造較容易，成本較低。 CB ABCAA-AB

22、-BC-C7.612.47.57.4 11.97.27.17.312.26.86.810.2圖8-17 板式機頭a)b).39 思考題及習(xí)題9-1 何謂塑料擠出成型？ 9-2 擠出成型機頭結(jié)構(gòu)由哪幾部分組成？各有哪些作用？9-3 設(shè)計擠出成型機頭時應(yīng)遵循哪些原則？9-4 管材擠出成型機頭有哪些類型？各有何特點？用于何種場合？9-5 常見的管材擠出成型機頭的工藝參數(shù)主要有哪些？9-6 管材定徑有哪些方法？怎樣確定定徑套的尺寸？8-7 何謂吹塑法？常用的吹塑膜有哪些類型？各用于何種塑料？9-8 電線、電纜擠出成型機頭分為哪兩種？各用于何種場合？.4012L3D0d1d圖8-1 管材擠出機頭L1L2L4分流區(qū)壓縮區(qū)成型區(qū)65439786-分流器 7-分流器支架 8-機頭體 9-過濾板（多孔板）1-堵塞 2-定徑套 3-口模