模具設(shè)計(jì)第七章

7.1擠出成型工藝7.2擠出機(jī)頭概述7.3管材擠出機(jī)頭的設(shè)計(jì)7.4擠出模設(shè)計(jì)實(shí)例第7章塑料擠出模具設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)、加熱冷卻系統(tǒng)和擠出系統(tǒng)。擠出系統(tǒng)包括螺桿、機(jī)頭和口模。通常把機(jī)頭以及裝于機(jī)頭上的口模合并起來，統(tǒng)稱為機(jī)頭。1)熔體由螺旋運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)。2)產(chǎn)失必要的成型壓力，保證擠出制品密實(shí)。3)熔體在機(jī)頭內(nèi)進(jìn)一步塑化。4)熔體通過口模成型，獲得所需截面形狀的制品7.1擠出成型工藝

可擠出成型的各種型材、管材和棒材的橫截面

7.1.1擠出成型原理及特點(diǎn)7.1擠出成型工藝

7.1.2擠出成型工藝過程（1）原材料的準(zhǔn)備階段（2）塑化階段（3）成型階段（4）定徑階段（5）牽引得到的產(chǎn)品經(jīng)過定長切斷或卷曲，然后進(jìn)行打包。7.1擠出成型工藝

7.1.3擠出成型工藝參數(shù)擠出成型工藝條件即選擇擠出過程的合適參數(shù)，如溫度、壓力和流率（或擠出速率、產(chǎn)量）等。

7.1擠出成型工藝

7.2.1擠出機(jī)頭的作用及分類1.機(jī)頭的作用（1）使來自擠出機(jī)的熔融塑料由螺旋運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)；（2）產(chǎn)生必要的成型壓力，以保證塑料制品外形完整，內(nèi)部密實(shí)；（3）使塑料通過機(jī)頭時(shí)進(jìn)一步塑化；（4）通過機(jī)頭口模以獲得橫截面形狀相同的連續(xù)的塑料制品。7.2擠出機(jī)頭概述2.機(jī)頭的分類(1)按機(jī)頭的幾何形狀分類1）圓環(huán)機(jī)頭：這種機(jī)頭的機(jī)頭體的幾何形狀呈圓環(huán)形狀。如管膜機(jī)頭、管材機(jī)頭、棒材機(jī)頭、單絲及造粒機(jī)頭、擠網(wǎng)機(jī)頭，以及吹塑管坯機(jī)頭等。2）平板狀機(jī)頭：這種機(jī)頭的形狀呈平板狀。如平膜機(jī)頭、板材機(jī)頭、異型材機(jī)頭、組合式多坯擠出機(jī)頭等。7.2擠出機(jī)頭概述(2)按機(jī)頭進(jìn)料與出料的方向分類1）水平直通式機(jī)頭：7.2擠出機(jī)頭概述1-堵塞7分流器支架8機(jī)頭體9過濾板10.通氣嘴12鏈接套制造容易、成本低。但分流器支架產(chǎn)生的合流線不易消除，同時(shí)這種機(jī)頭較長，比較笨重。它適用于PVC、PE、PA、Pc等塑料薄壁管材的加工。管材擠小成型直向機(jī)頭的典型結(jié)構(gòu)形狀如圖，由口模、芯棒、分流器、分流器支架、柵板等組成。機(jī)頭分為分流區(qū)、壓縮區(qū)和成型區(qū)三個(gè)部分。分流區(qū)的作用是使從螺桿推出的溶體經(jīng)過柵板，使螺旋狀流動(dòng)的熔體轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€流動(dòng)。柵板還可以起過濾作用，把未完全熔化的料擋在柵板外，使之繼續(xù)熔化，防止它進(jìn)入機(jī)頭引起阻塞。通過柵板后的熔體，經(jīng)分流器使之初步形成中空的管狀流而后進(jìn)入壓縮區(qū)。壓縮區(qū)主要是通過截面的變化使熔體受剪切作用，進(jìn)一步塑化。如圖中的壓縮區(qū)入口截面積大于其出口的截面積。此兩截面積之比即為壓縮區(qū)的壓縮比。壓縮比小即剪切力小，熔體塑化不均勻，容易引起融合不良；而壓縮比過大則殘留應(yīng)力大，易產(chǎn)生渦流和表面粗糙的缺陷。

成型區(qū)即口模，其作用不僅是把熔體形成所需要的形狀和尺寸，而且使通過分流器支架及分流錐的不平穩(wěn)的流動(dòng)使之漸趨平穩(wěn)，并通過一定長度的通道成型為所需要的形狀。但由于熔體在受壓下流經(jīng)口模，出口后必然要膨脹〔有的部位也可能收縮)，因此口模的尺小和形狀與成品不同。擠出成型機(jī)頭的分類由于擠出制品的形狀和要求各不相同。因此要有相應(yīng)的機(jī)頭來滿足，故機(jī)頭的種類很多，大致可按以下三種特征來分類。

(1)按擠出制品出口方向分?？煞譃橹毕驒C(jī)頭(直通機(jī)頭)和橫向機(jī)頭(直角機(jī)頭)。

(2)按機(jī)頭內(nèi)壓力大小分?？煞譃榈蛪簷C(jī)頭(料流壓力為1MPa)、中壓機(jī)頭(料流壓力為4—10MPa)和高壓機(jī)頭(料流壓力在10MPa以上)。

(3)按擠出制品的形狀分。可分管材、棒材、板材、薄膜、線與纜敷層等擠出成型機(jī)2）直角式機(jī)頭

7.2擠出機(jī)頭概述6-氣嘴電線包覆直角式機(jī)頭內(nèi)未設(shè)置分流器支架，料流包圍芯棒，只產(chǎn)生一條合流線。但機(jī)頭結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、制造較困難、成本高。當(dāng)對(duì)管材內(nèi)徑尺寸要求比較嚴(yán)格時(shí)最為適用，因?yàn)槠涠◤骄容^高，而是管材的內(nèi)、外壁同時(shí)進(jìn)行冷卻，可以減少機(jī)頭的擠出阻力、料流穩(wěn)定、出料均勻、管材質(zhì)量好、產(chǎn)量高。這種形式的機(jī)頭特別適用于加工PE、PP、PA等塑料管材。由于這種機(jī)頭擠出管材的方向與按出機(jī)螺桿軸向垂直，故占地面積較大。旁側(cè)式機(jī)頭結(jié)構(gòu)與直角機(jī)頭相似，但結(jié)構(gòu)更復(fù)雜些，料流阻力也較大。它除了具備直角機(jī)頭的優(yōu)點(diǎn)外，其擠管方向與螺桿軸向一致，占地面積較小。7.2.2擠出機(jī)頭的結(jié)構(gòu)組成

（1）口模和芯棒（2）過濾部分（3）機(jī)頭體（4）連接部分（5）分流器與分流器支架（6）定徑套7.2擠出機(jī)頭概述7.2.3擠出機(jī)頭的作用（1）使來自擠出機(jī)的塑料熔體的料流形式由螺旋帶狀流動(dòng)改變?yōu)橹本€流動(dòng)。（2）通過型腔內(nèi)流道橫截面幾何形狀與尺寸的變化，產(chǎn)生必要的成型壓力，以保證塑件外形完整，內(nèi)部密實(shí)。（3）通過型腔內(nèi)的剪切流動(dòng)及加熱控溫，使塑料熔體進(jìn)一步均勻塑化。（4）成型具有一定橫截面形狀、尺寸和外觀質(zhì)量的連續(xù)的塑料制品。7.2擠出機(jī)頭概述7.2.4擠出機(jī)頭的設(shè)計(jì)原則（1）內(nèi)腔呈流線型，內(nèi)腔不能急劇地?cái)U(kuò)大和縮小，更個(gè)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Ra值小于0.4μm以便熔體能沿著機(jī)頭的流道充滿并均勻地?cái)D出成型，避免塑料過熱分解。

(2)機(jī)頭應(yīng)有足夠的壓縮比。根據(jù)制品種類的不同，在機(jī)頭內(nèi)應(yīng)有足夠的壓縮比。壓縮比是指分流器支架出口處的截面積與口模、芯捧之間的環(huán)隙向積之比。壓縮比過小時(shí)，制品不密實(shí)，而且物料通過分流器支架后形成的熔合線不易消除；壓縮比過大時(shí)，會(huì)造成機(jī)頭結(jié)構(gòu)龐大，物料流動(dòng)阻力增加，影響制品的產(chǎn)量和質(zhì)量。一般壓縮比取3—6為宜。7.2擠出機(jī)頭概述（3）機(jī)頭成型區(qū)正確的橫截面形狀及尺寸由于塑料的物理性能以及溫度、壓力等因素的影響，機(jī)頭成型部分的斷面形狀并不就是擠出制品實(shí)際的斷面形狀，在設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)考慮留有試模后修整的余地。

(4)機(jī)頭應(yīng)考慮設(shè)置適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)控制裝置

。擠出時(shí)對(duì)擠出力、擠出速度，擠出量等參數(shù)要能進(jìn)行調(diào)節(jié)，尤其是擠小異型樹。機(jī)頭中最好設(shè)音調(diào)節(jié)流量、調(diào)節(jié)口模與芯棒各向間隙以及能正確控制和調(diào)節(jié)溫度等結(jié)構(gòu)，保證制品的形狀、尺寸和質(zhì)量。5）機(jī)頭應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度，而且結(jié)構(gòu)應(yīng)簡單緊湊，方便加工和裝配。（6）選擇合適的模具材料。機(jī)頭材料應(yīng)選擇耐磨性好、有足夠的韌性、熱處理變形小、抗腐蝕7.2.5機(jī)頭與擠出機(jī)的關(guān)系

7.2擠出機(jī)頭概述7.3.1直通式擠管機(jī)頭工藝參數(shù)的確定1.口模7.3管材擠出機(jī)頭的設(shè)計(jì)擠出時(shí)，管材離開口模后，壓力降低，塑料制品因彈性回復(fù)而膨脹，管材截面積特有所增大。另一方面，又出于牽引和冷卻收縮的影響，管材截面積也有縮小的趨勢。這種膨脹與收縮的大小與塑料性質(zhì)、口模溫度與壓力、定徑套的結(jié)構(gòu)形式以及牽引速度等因素有直接的關(guān)系。日前尚無成熟的理論計(jì)算方法計(jì)算膨脹和收縮值。通常，按照拉伸比來確定口模與芯棒間環(huán)形截面積與擠壓管材的截面積之比（1）口模的內(nèi)徑

7.3管材擠出機(jī)頭的設(shè)計(jì)2）按拉伸比確定（2）定型段長度按管材壁厚計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式k是補(bǔ)償系數(shù)塑件口模內(nèi)壁平直部分的長度，這一參數(shù)的確定非常重要。L1的確定與制品的壁厚、直徑大小、形狀、塑料品種以及牽引速度等因素有關(guān)。定型段長度不宜過長，也不宜過短。過長時(shí)，料流阻力增加過大，而過短時(shí)，又起不到定型作用。L1可按管材的外徑D和壁厚t來確定系數(shù)管件外徑2.芯棒7.3管材擠出機(jī)頭的設(shè)計(jì)（1）芯棒的外徑（2）芯棒定型段的長度1定型段長度芯棒壓縮長度（3）芯棒的壓縮段與口模相應(yīng)的錐面部分構(gòu)成壓縮區(qū)，使經(jīng)過分流器支架后的多股塑料熔體很好地匯合，消除熔接痕。

7.3管材擠出機(jī)頭的設(shè)計(jì)（4）壓縮角對(duì)低強(qiáng)度塑料對(duì)高粘度塑料芯棒壓縮長度3.分流器和分流器支架7.3管材擠出機(jī)頭的設(shè)計(jì)

塑料流經(jīng)分流器時(shí)．料層變薄，這樣便于均勻加熱，以利于進(jìn)一步塑化。某些大型擠出機(jī)頭的分流器內(nèi)部還設(shè)置有加熱器。3.分流器和分流器支架（1）分流器的角度低黏度塑料高黏度塑料角大時(shí)阻力大，物料停留時(shí)間長，容易分解，角過小則勢必要增加錐形部分的長度，使機(jī)頭體積增大，不利于塑料均勻受熱。（2）分流錐的長度（3）分流器頭部圓角半徑

（4）分流器表面粗糙度（5）過濾板與分流器頂間隔7.3管材擠出機(jī)頭的設(shè)計(jì)，

（6）分流器支架分流器支架的作用是用來支撐和固定分流器及芯棒的，中小型機(jī)頭的分流器和分流器支架可加工成整體。分流器支架上分流筋的數(shù)目一般為3—8根。為了消除塑料流經(jīng)分流器支架后形成的接合線，分流筋的形狀應(yīng)呈流線型，如圖B一B剖面所示。其出料端的角度應(yīng)小于進(jìn)料端的角度。在滿足強(qiáng)度要求的條件下，其寬度和長度應(yīng)盡可能小些，數(shù)量也應(yīng)盡可能少些。因?yàn)榻畹臄?shù)量多，則料流分束過多，制品上形成的接合線也多；而筋過寬則分流器均多孔板之間的空腔，起著匯集料流、補(bǔ)充塑化和重新組合的作用。所以，分流器與多孔板之間的距離L5不宜過小，以免料流出管不勻；但L5值也個(gè)能過大；否則塑料停留時(shí)間長，容易分解，—般取10一20mm接合線不易消失，影響管材強(qiáng)度。分流器支架內(nèi)開有進(jìn)氣孔和導(dǎo)線孔，用以通人壓縮空氣和內(nèi)部裝置加熱器時(shí)通人導(dǎo)線。通入壓縮空氣對(duì)管材的定徑和冷卻都會(huì)起到良好的作用擠管機(jī)頭的壓縮比是指流道型腔內(nèi)的最大截面積(通常為分流器出口端處的流道截面)與口模、芯棒間環(huán)形縫隙的截面積之比。對(duì)低粘度物料可取4一lo，對(duì)高強(qiáng)度物料可選取2．5—6。4.拉伸比與壓縮比

6．管材壁厚的調(diào)節(jié)為了獲得壁厚均勻的擠出制品，口模和芯標(biāo)的中心線應(yīng)嚴(yán)格地同心。在多數(shù)情況下是芯棒固定，調(diào)節(jié)螺釘來調(diào)節(jié)口模的位置以保證兩者的同心度。調(diào)節(jié)螺釘?shù)臄?shù)目一般為4個(gè)以上，且管材口徑越大，所需調(diào)節(jié)螺釘?shù)臄?shù)日也越多。當(dāng)管材型坯剛剛離開擠出機(jī)頭時(shí)，由于溫度高(如HPvC管可達(dá)180℃)，形狀不定必須使管材則還冷卻、硬化、定型。另外，熔體型環(huán)出模后還將產(chǎn)生膨脹效應(yīng)，也會(huì)使管和型胚的形狀和尺寸發(fā)生變化，因此，必須對(duì)離開口模的半溶體型坯采取定形狀、定尺寸的措施。這樣，才能使管材獲得準(zhǔn)確的尺寸、幾何形狀和良好的表面質(zhì)量。通常，用定徑套來完成定型。經(jīng)過定徑套定徑和初步冷卻后的管材進(jìn)入水槽繼續(xù)冷卻，通過水槽時(shí)．管材完全浸沒在水中，離開水槽時(shí)，管材已經(jīng)完全定型。7.3.3管材的定徑和冷卻擠出管材的定型工藝方法有的種：外徑定性法和內(nèi)徑定徑法。外徑定徑法是用定徑套控制管材的外徑尺寸和圓度，其中，外徑定徑法又分為內(nèi)壓法和真空法兩種；而內(nèi)徑定徑法則是通過定徑套來控制管材的內(nèi)徑尺寸和圓度。7.3.3管材的定徑和冷卻1.外徑定徑（1）內(nèi)壓法外定徑

7.3管材擠出機(jī)頭的設(shè)計(jì)為外徑定徑的內(nèi)壓法。在管材內(nèi)通人o．03一o．05MPa的壓縮空氣，為保持管內(nèi)壓力，采用堵塞以防漏氣。壓縮空氣最好經(jīng)過預(yù)熱，因?yàn)槔淇諝鈺?huì)使芯棒溫度低．造成管材內(nèi)壁不光滑。（2）真空法外定徑

7.3管材擠出機(jī)頭的設(shè)計(jì)

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，而且出于產(chǎn)生的