擠出和冷卻定徑分析

1、第一節(jié)擠出成型模具的分類及作用、擠出成型模具包括兩部分：機(jī)頭和定型模？1 .機(jī)頭的作用機(jī)頭是擠出塑料制件成型的主要部件，它使來自擠出機(jī)的熔融塑料由螺旋運動變?yōu)橹本€運動，并進(jìn)一步化，產(chǎn)生必要的成型壓力，保證塑件密實，從而獲得截面形狀一致的連續(xù)型材。2 .定型模的作用通常采用冷卻？加壓或抽真空的方法，將從口模中擠出的塑料的既定形狀穩(wěn)定下來，并對其進(jìn)行精整，從而得到截面尺寸更為精確？表面更為光亮的塑料制件？3 .機(jī)頭的分類（1） 按擠出成型的塑料制件分類：通常的擠出成型塑件有管材？棒材？板材？片材？網(wǎng)材、單絲？粒料？各種異型材？吹塑薄膜？電線電纜等？（2） 按制品出口方向分類：可分為直向機(jī)頭和橫向機(jī)

2、頭，直向機(jī)頭內(nèi)料流方向與擠出機(jī)螺桿軸向一致，如硬管機(jī)頭；橫向機(jī)頭內(nèi)料流方向與擠出機(jī)螺桿軸向成某一角度，如電纜機(jī)頭？（3）按機(jī)頭內(nèi)壓力大小分類可分為低壓機(jī)頭（料流壓力小于4MPa）？中壓機(jī)頭（料流壓力為41OMPa）和高壓機(jī)頭（料流壓力大于1OMPa）.、擠出成型模具的結(jié)構(gòu)組成以典型的管材擠出成型機(jī)頭為例,如圖5-1所示，擠出成型模具的結(jié)構(gòu)可分為以下幾個主要部分？圖5-1管材擠出成型機(jī)頭1-管道2-定徑管3-口模4-芯棒5-調(diào)節(jié)螺釘6-分流器7-分流器支架8-機(jī)頭體9-過濾板10？11-電加熱圖（加熱圖）1 .口模和芯?？谀?是用來成型塑件的外表面的，芯棒4用來成型塑件的內(nèi)表面的，所以口模和芯模

3、決定了塑件的截面形狀？2 .過濾網(wǎng)和過濾板過濾網(wǎng)9的作用是將塑料熔體由螺旋運動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運動，過濾雜質(zhì)，并形成一定的壓力；過濾板又稱多孔板，同時還起支承過濾網(wǎng)的作用？3 .分流器和分流器支架分流器6（又稱魚雷頭）使通過它的塑料熔體分流變成薄環(huán)狀以平穩(wěn)地進(jìn)入成型區(qū)，同時進(jìn)一步加熱和塑化；分流器支架7主要用來支承分流器及芯棒，同時也能對分流后的塑料熔體加強(qiáng)剪切?!合作用，但產(chǎn)生的熔接痕影響塑件強(qiáng)度？小型機(jī)頭的分流器與其支架可設(shè)計成一個整體？4 .機(jī)頭體機(jī)頭體8相當(dāng)于模架，用來組裝并支承機(jī)頭的各零件？機(jī)頭體需與擠出機(jī)筒連接，連接處應(yīng)密封以防塑料熔體泄漏？5 .溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)為了保證塑料熔體在機(jī)頭中正常

4、流動及擠出成型質(zhì)量，機(jī)頭上一般設(shè)有可以加熱的溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，如圖5-1所示的電加熱圈10？11？6 .調(diào)節(jié)螺釘圖5-1所示調(diào)節(jié)螺釘5用來調(diào)節(jié)控制成型區(qū)內(nèi)口模與芯棒間的環(huán)隙及同軸度，以保證擠出塑件壁厚均勻？7 .定型模離開成型區(qū)后的塑料熔體雖已具有給定的截面形狀，但因其溫度仍較高不能抵抗自重變形，為此需要用徑套2對其進(jìn)行冷卻定型，以使塑件獲得良好的表面質(zhì)量？準(zhǔn)確的尺寸和幾何形狀？三、擠出機(jī)頭設(shè)計原則1 .內(nèi)腔呈流線型為了使塑料熔體能沿著機(jī)頭中的流道均勻平穩(wěn)地流動而順利擠出，機(jī)頭的內(nèi)腔應(yīng)呈光滑的流線型，表面粗糙度應(yīng)小于1.63.2棄m.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

5、據(jù)制品和塑料種類不同，應(yīng)設(shè)計足夠的壓縮比。3 .正確的截面形狀和尺寸由于塑料的物理性能和壓力、溫度等因素引起的離模膨脹效應(yīng)，及由于牽引作用引起的收縮效應(yīng)使得機(jī)頭的成型區(qū)截面形狀和尺寸并非塑件所要求的截面形狀和尺寸，因此設(shè)計時，要對口模進(jìn)行適當(dāng)?shù)男螤詈统叽缪a(bǔ)償，合理確定流道尺寸，控制口模成型長度，獲得正確的截面形狀及尺寸。4 .合理的選擇材料機(jī)頭內(nèi)的流道與流動的塑料熔體相接觸，磨損較大；有的塑料在高溫成型過程中還會產(chǎn)生化學(xué)氣體，腐蝕流道。因此為提高機(jī)頭的使用壽命，機(jī)頭材料應(yīng)選擇耐磨、耐腐蝕、硬度高的鋼材或合金鋼。第二節(jié)管材擠出機(jī)設(shè)計一、常用管材擠出機(jī)頭結(jié)構(gòu)常用的管材擠出機(jī)頭結(jié)構(gòu)有直通式、直角式和

6、旁側(cè)式三種形式1 .直通式擠管機(jī)頭圖5-1及圖5-2所示機(jī)頭主要用于擠出薄壁管材，其結(jié)構(gòu)簡單，容易制造。圖5-2所示直通式擠管機(jī)頭適用于擠出小管，分流器和分流器支架設(shè)計成一體，裝卸方便。塑料熔體經(jīng)過分流器支架時，產(chǎn)生幾條熔接痕，不易消除。直通式擠管機(jī)頭適用于擠出成型軟硬聚氯乙烯、聚乙烯、尼龍、聚碳酸酯等塑料管材。2 .直角式擠管機(jī)頭如圖5-3所示。其用于內(nèi)徑定徑的場合，冷卻水從芯棒3中穿過。成型時塑料熔體包圍芯棒并產(chǎn)生一條熔接痕。熔體的流動阻力小，成型質(zhì)量較高。但機(jī)頭結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難。圖52直通式擠管機(jī)頭1芯棒2口模3調(diào)節(jié)螺釘4分流器支架5分流器6加熱器圖5-3直角式擠管機(jī)頭1口模2調(diào)節(jié)螺釘

7、3芯棒7機(jī)頭體4機(jī)頭體5連接管3.旁側(cè)式擠管機(jī)頭如圖5-4所示。其與直角式擠管機(jī)頭相似，其結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，制造更困難。圖54旁側(cè)式管擠管機(jī)頭1一計插孔2-口模3-芯棒4、7-電熱器5-調(diào)節(jié)螺釘6-機(jī)頭體8、10-熔料測溫孔9一機(jī)頭11一芯棒加熱器三種機(jī)頭的特征見表5-3。表5-3三種機(jī)頭的特征機(jī)頭類型項目特征直通式直角式旁側(cè)式擠出口徑適用于小口徑管材大小均可大小均可機(jī)頭結(jié)構(gòu)簡單復(fù)雜更復(fù)雜擠管方向與螺桿軸線一致與螺桿軸線垂直與螺桿軸線一致分流器支架有無無芯棒加熱較困難容易容易定型長度應(yīng)該長不宜過長不宜過長二、工藝參數(shù)的確定主要確定口模、芯棒、分流器和分流器支架的形狀和尺寸，在設(shè)計擠管機(jī)頭時，需有已知

8、的數(shù)據(jù)，包括擠出機(jī)型號、制品的內(nèi)徑、外徑及制品所用的材料等1. 口?？谀Ｊ怯糜诔尚凸茏油獗砻娴某尚土慵Ｔ谠O(shè)計管材模時，口模的主要尺寸為口模的內(nèi)徑和定型段的長度。如圖5-1所示.(1) 口模的內(nèi)徑D口模內(nèi)徑的尺寸不等于管材的外徑的尺寸，因為擠出的管材在脫離口模后，由于壓力突然降低，體積膨脹，使管徑增大，此種現(xiàn)象為巴魯斯效應(yīng)。也可能由于牽引和冷卻收縮而使管徑縮小。膨脹或收縮都與塑料的性質(zhì)、口模的溫度、壓力以及定徑套的結(jié)構(gòu)有關(guān)。D=d/k(5-1)式中D口模的內(nèi)徑(mm)。D管材的外徑(mmK-補(bǔ)償系數(shù)，見表5-4表5-4補(bǔ)償系數(shù)k值塑料種類定徑套定管材內(nèi)徑定徑套定管材外徑聚氯乙烯(PV。-0.9

9、5-1.05聚乙烯(PE)1.05-1.10-聚烯煌1.20-1.300.90-1.05(2) 定型段長度Li口模和芯模的平直部分的長度稱為定型段，如圖5-1中Li所示.a、按管材外徑計算：見式(5-2)Li=(0.53)D(5-2)通常當(dāng)管子直徑較大時定型長度取小值，因為此時管子的被定型面積較大，阻力較大,反之就取大值。同時考慮到塑料的性質(zhì)，一般擠軟管取大值，擠硬管取小值。b、按管材壁厚計算：見式(5-3)。Li=nt(5-3)式中t一管材壁厚(mm);n一系數(shù)，見表5-5。表5-5口模定型段長度與壁厚關(guān)系系數(shù)塑料品種硬聚氯乙烯(HPVC軟聚氯乙烯(SPV。聚酰胺(PA)聚乙烯(PE)聚丙烯

10、(PP)系數(shù)n183315-2513-2214-2214-222.芯棒芯棒是用于成型管子內(nèi)表面的成型零件。一般芯棒與分流器之間用螺紋連接。其結(jié)構(gòu)如圖5-1中4所示。芯棒的結(jié)構(gòu)應(yīng)利于物料流動，利于消除接合線，容易制造。其主要尺寸為：芯棒外徑、壓縮段長度和壓縮角。1 1)芯棒的外徑芯棒的外徑由管材的內(nèi)徑?jīng)Q定，但由于與口模結(jié)構(gòu)設(shè)計同樣的原因，即離模膨脹和冷卻收縮效應(yīng)，所以芯棒外徑的尺寸不等于管材內(nèi)徑尺寸。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，可按式(5-4)計算：d=D-2e(5-4)式中d一芯棒的外徑(mm);D一口模的內(nèi)徑(mm);e一口模與芯棒的單邊間隙(mm),e=(0.830.94)tt一材料壁厚(mm)。2 2

11、)定型段、壓縮段和收縮角塑料經(jīng)過分流器支架后，先經(jīng)過一定的收縮。為使多股料很好地會合，壓縮段L2與口?？谙鄳?yīng)的錐面部分構(gòu)成塑料熔體的壓縮區(qū)，使進(jìn)入定型區(qū)之前的塑料熔體的分流痕跡被熔合消去.a、芯棒定型段的長度與L,相等或稍長。b、L2可按下面經(jīng)驗公式計算：1_2=(1.52.5)D0(5-5)式中L2一芯棒的壓縮段長度(mm);D0一塑料熔體在過濾板出口處的流道直徑(mm)。c、芯模收縮角P：低粘度塑料=45-60°高粘度塑料=30-50°三、分流器和分流器支架3 .分流器圖5-5所示為分流器和分流器支架的結(jié)構(gòu)圖，塑料通過分流器，使料層變薄，這樣便于均勻加熱，以利于塑料進(jìn)一

12、步塑化，大型擠出機(jī)的分流器中還設(shè)有加熱裝置。圖5-5分流器和分流器支架的結(jié)構(gòu)圖(1)分流錐的角度口(擴(kuò)張角)：低粘度塑料.=30°-80°高粘度塑料.=30°-60°擴(kuò)張角a收縮角P或過大時料流的流動阻力大，熔體易過熱分解通過小時不利于機(jī)頭對其內(nèi)的塑料熔休均勻加熱，機(jī)頭體積也會增大？(2)分流錐長度L5可按式(5-6)計算：L5=(11.5)D0(5-6)式中D0一頭于過濾板相連處的流道直徑(mm),如圖5-6所示。(3)分流錐尖角處圓弧半徑R:R=(0.52)mmR不易過大，否則熔體容易在此處發(fā)生滯留。(4)分流器表面粗糙度RaRav0.40.2Bm(

13、5)柵板與分流錐頂間隔L61,6=(1020)mm或L5VO/D1式中Di一桿直徑，如圖5-8所示。L5過小料流不均，過大則停料時間長。(6)分流器支架主要用于支承分流器及芯棒。支架上的分流肋應(yīng)作成流線型，在滿足強(qiáng)度要求的條件下，其寬度和長度盡可能小些，以減少阻力。出料端角度應(yīng)小于進(jìn)料端角度，分流時應(yīng)可能少些，以免產(chǎn)生過多的熔接痕。一般小型機(jī)頭3根，中型的4根，大型的6-8根，如圖5-8所示。圖5-6分流器和過濾板的相對位置1分流器2螺桿3過濾板4 .拉伸比和壓縮比拉伸比和壓縮比是與口模和芯棒尺寸相關(guān)的工藝參數(shù)。根據(jù)管材斷面尺寸確定口模環(huán)隙截面尺時，一般尚憑拉伸比確定。(1)拉伸比I所謂管材的

14、拉伸比是口模和芯棒的環(huán)隙截面積與管材成型后的截面積之比，其計算公式如下：j號上(5-7)式中I一拉伸比；Di一口模內(nèi)徑(mm);D2一芯棒外徑(mm);由一塑料管材的外徑(mm);d2一塑料管材的內(nèi)徑(mm)。表56常用塑料的擠管拉伸比塑料品種硬聚氯乙烯(HPVC)軟聚氯乙烯(SPVC)ABS高壓聚乙烯(PE)低壓聚乙烯(PE)聚酰胺(PA)聚碳酸酯(PC)拉伸比1.00-1.081.10-1.351.00-1.101.20-1.501.10-1.201.40-3.000.90-1.05擠出時拉伸比較大有如下優(yōu)點:經(jīng)過牽引的管材，可明顯提高其力學(xué)性能；在生產(chǎn)過程中變更管材規(guī)格時，一般不需要拆裝

15、芯棒、口模；在加工某些容易產(chǎn)生熔體破裂現(xiàn)象的塑料時，用較大的芯棒、口?？梢陨a(chǎn)小規(guī)格的管材，既不產(chǎn)生熔體破裂又提高了產(chǎn)量。(2)壓縮比E所謂管材的壓縮比是機(jī)頭和多孔板相接處最大進(jìn)料截面積與口模和芯棒的環(huán)隙截面積之比，反映出塑料熔體的壓實程度。低粘度塑料£=410高粘度塑料=2.5-6.0四、管材的定徑和冷卻管材被擠出口模時，還具有相當(dāng)高的溫度，沒有足夠的強(qiáng)度和剛度來承受自重和變形，為了使管子獲得較細(xì)的表面粗糙度、準(zhǔn)確的尺寸和幾何形狀，管子離開口模時，必須立即定徑和冷卻，由定徑套來完成。經(jīng)過定徑套定徑和初步冷卻后的管子進(jìn)入水槽繼續(xù)冷卻，管子離開水槽時已經(jīng)完全定型。一般用外徑定徑和內(nèi)徑定

16、徑兩種方法。1 .外徑定徑如果管材外徑尺寸精度要求高，使用外徑定徑。外徑定徑是使管子和定徑套內(nèi)壁相接觸，為此，常用內(nèi)部加壓或在管子外壁抽真空的方法來實現(xiàn)，因而外徑定徑又分為內(nèi)壓法和真空法。(1) 內(nèi)壓法外定徑圖57所示為在管子內(nèi)部通入壓縮空氣預(yù)熱，保持壓力約為(0.020.1MPa),可用浮塞堵住防止漏氣，浮塞用繩索系于芯模上。定徑套的內(nèi)徑和長度一般根據(jù)經(jīng)驗和管材直徑來確定，見表5-7。冷卻水出口冷卻水入口圖57內(nèi)壓法外定徑1芯棒2口模3定徑管表5-7內(nèi)壓外定徑套尺寸(mm)材料定徑套的內(nèi)徑定徑套的長度PE、PP(1.021.04)Ds10DsPVC(1.00-1.02)Ds10Ds注：DS一

17、管材的公稱直徑。當(dāng)管材直徑Ds=40mm時，定徑套的長度L<10Dz,定徑套的內(nèi)徑d>0.8%1.2%Ds當(dāng)管材直徑Ds>100mm時，定徑套的長度L=3-5Ds,設(shè)計定徑套的內(nèi)徑時，其尺寸不得小于口模內(nèi)徑。（2）真空法外定徑如圖5-8所示。在離開擠出機(jī)頭與口模的軟性管材外壁和定型套內(nèi)壁之間抽取真空，以此產(chǎn)生一種很大的真空吸附力將管材外壁緊貼于定徑套內(nèi)壁冷卻定型。這種方法稱也為真空吸附定型法。真空法的定徑裝置比較簡單，管口不必堵塞，但需要一套抽真空設(shè)備，常用于生產(chǎn)小管。真空定徑套生產(chǎn)時與機(jī)頭口模應(yīng)有20lOOmm的距離，使口模中流出的管材先行離模膨脹和一定程度的空冷收縮后，再

18、進(jìn)入定徑套中冷卻定型。定徑套內(nèi)的真空度一般要求在5366kPa。真空孔徑在0.61.2mm范圍內(nèi)選取，與塑料粘度和管壁厚度有關(guān)，如塑料粘度大或管壁厚度大，孔徑取大值，反之取小值真空定徑套的內(nèi)徑見表58。真空定徑套的長度一般應(yīng)大于其它類型定徑套的長度。例如，對于直彳5大于100mm勺管材，真空定徑套的長度可取4-6倍的管材外徑。這樣有助于更好地改善或控制離模膨脹（巴魯斯效應(yīng)）和冷卻收縮對管材尺寸的影響.表5-8真空定徑套的內(nèi)徑（mm）材料定徑套內(nèi)徑HPVC(0.9931.99)DzPE(0.981.96)Dz注：DZ一管材的稱呼直徑。2.內(nèi)徑定徑內(nèi)徑定徑是固定管材內(nèi)徑尺寸的一種定徑方法。此種方法適用于側(cè)向供料或直角擠管機(jī)頭。該定徑裝置如圖5-9所示，定徑芯模與擠管芯模相連，在定徑芯模內(nèi)通入冷卻水。當(dāng)管坯通過定徑芯模后，便獲得內(nèi)徑尺寸準(zhǔn)確因為管材的標(biāo)準(zhǔn)化系列多以外徑為準(zhǔn)。、圓柱度較好的塑料管材。