塑料成型工藝及模具設(shè)計(jì)-擠出成型及機(jī)頭設(shè)計(jì)-2

擠出成型及機(jī)頭設(shè)計(jì)塑料成型工藝及模具設(shè)計(jì)第11章擠出成型及機(jī)頭設(shè)計(jì)本章基本內(nèi)容擠出機(jī)頭概述管材擠出機(jī)頭設(shè)計(jì)板材與片材擠出機(jī)頭設(shè)計(jì)吹塑薄膜擠出機(jī)頭設(shè)計(jì)電線電纜擠出機(jī)頭設(shè)計(jì)異型材擠出機(jī)頭設(shè)計(jì)掌握擠出模（機(jī)頭）的概念和總體結(jié)構(gòu)；掌握各種組成擠出機(jī)頭零件名稱和結(jié)構(gòu)；了解各種擠出機(jī)頭的各組成機(jī)構(gòu)及其功能；交接各種擠出機(jī)頭的工作原理。學(xué)習(xí)目的與要求第11章擠出成型及機(jī)頭設(shè)計(jì)管材擠出機(jī)頭設(shè)計(jì)；板材與片材擠出機(jī)頭設(shè)計(jì)；異性材擠出機(jī)頭設(shè)計(jì)。教學(xué)重點(diǎn)第11章擠出成型及機(jī)頭設(shè)計(jì)本章重點(diǎn)各種擠出機(jī)頭的設(shè)計(jì)讀懂各種擠出機(jī)頭的結(jié)構(gòu)圖第11章擠出成型及機(jī)頭設(shè)計(jì)本章難點(diǎn)

11.1擠出成型機(jī)頭概論

11.2管材擠出成型及機(jī)頭設(shè)計(jì)

11.3板材和片材擠出成型及機(jī)頭設(shè)計(jì)

11.4吹塑薄膜擠出成型機(jī)頭設(shè)計(jì)

11.5電線電纜擠出成型及機(jī)頭設(shè)計(jì)

11.6導(dǎo)型材擠出成型及機(jī)頭設(shè)計(jì)

11.7思考題第11章擠出成型及機(jī)頭設(shè)計(jì)11.1.1擠出成型機(jī)頭典型結(jié)構(gòu)分析11.1.2擠出成型機(jī)頭設(shè)計(jì)原理11.1擠出成型機(jī)頭概論

11.1.1擠出成型機(jī)頭典型結(jié)構(gòu)分析機(jī)頭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(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)；（2）產(chǎn)生必要的成型壓力，保證制品密實(shí)；（3）使物料通過(guò)機(jī)頭得到進(jìn)一步塑化；（4）通過(guò)機(jī)頭成型所需要的斷面形狀；

我們以管材為例，分析機(jī)頭的組成零件及各組成零件的作用.管材機(jī)頭主要由下面一些零件組成(見(jiàn)圖11-1)１、口?？谀Ｓ靡猿尚椭破返耐獗砻妗?、芯模芯模用以成型制品的內(nèi)表面。11.1.1擠出成型機(jī)頭典型結(jié)構(gòu)分析11.1.1擠出成型機(jī)頭典型結(jié)構(gòu)分析3、分流器熔融塑料通過(guò)分流器分流形成管狀制品的胚形，并在剪切力的作用下進(jìn)一步加熱塑化．４、分流器支架５、濾網(wǎng)板11.1.2擠出成型機(jī)頭設(shè)計(jì)原理我們可以將機(jī)頭依次人為的分為幾個(gè)部分：１、入口部分２、展開(kāi)部分３、分流部分和壓縮部分４、定型部分11.1.2擠出成型機(jī)頭設(shè)計(jì)原理機(jī)頭設(shè)計(jì)原則：１、機(jī)頭流道呈光滑流線型，以減少流動(dòng)阻力，使物料沿著機(jī)頭流道充滿并均勻地?cái)D出，同時(shí)避免物料發(fā)生過(guò)熱分解．２、為使制品密實(shí)和消除因分流器支架造成的分流痕跡，物料應(yīng)有足夠的壓縮比．３、要考慮塑料各物理性能和生產(chǎn)工藝性能對(duì)制品斷面形狀和尺寸的影響，設(shè)計(jì)正確合理的機(jī)頭斷面形狀和尺寸．11.1.2擠出成型機(jī)頭設(shè)計(jì)原理４、在在滿足強(qiáng)度條件下，機(jī)頭結(jié)構(gòu)應(yīng)緊湊并便于裝配和拆卸，連接處應(yīng)嚴(yán)密，防止漏料，其形狀盡量對(duì)稱，使傳熱均勻．５、由于機(jī)頭磨損大，應(yīng)合理選用材料，常選用硬度教高，耐磨，耐腐蝕，高溫不變形的鋼材及合金鋼，有的甚至需要鍍鉻來(lái)提高其耐磨性和抗腐蝕能力．11.2管材擠出成型及機(jī)頭設(shè)計(jì)11.2.1概述11.2.2管材擠出成型機(jī)頭典型結(jié)構(gòu)11.2.3管材擠出成型機(jī)頭工藝參數(shù)的確定11.2.4管材定型套設(shè)計(jì)11.2.1.概述

擠管成型模具包括機(jī)頭和定型模．塑料的制品斷面形狀為圓形管材形狀．圖（11－2）圖（11－3）為spvc機(jī)頭典型結(jié)構(gòu)及擠出spvc管材的典型生產(chǎn)工藝過(guò)程．11.2.1.概述

管材擠出成型過(guò)程：熔融塑料由擠出機(jī)擠出后，經(jīng)過(guò)濾網(wǎng)板，分流器，被分流器支架分成若干股，然后再匯合，最后進(jìn)入芯模和口模形成的環(huán)形通道擠出連續(xù)的管胚，硬管在定型模和冷卻裝置的作用下冷卻成型，經(jīng)牽引切割裝置成為所需產(chǎn)品，軟管可不需定型模。直接由冷卻裝置冷卻定型，再由牽引，切割，卷取裝置收卷為所需產(chǎn)品。11.2.2．管材擠出成型機(jī)頭典型結(jié)構(gòu)常見(jiàn)的管材擠出成型機(jī)頭有以下三種形式。1、直通式機(jī)頭，又稱平式機(jī)頭，如圖（11-4），機(jī)頭內(nèi)的熔料擠出方向與擠出機(jī)螺桿軸線方向平行或一致，它是最簡(jiǎn)單，最經(jīng)濟(jì)，最常用的機(jī)頭。缺點(diǎn)是分流器支架產(chǎn)生的分流痕跡難以消除。2、直角式機(jī)頭，又稱十字機(jī)頭或彎?rùn)C(jī)頭，如圖（11-5）、機(jī)頭內(nèi)的熔料擠出方向成90直角，可以有效地消除分流器所產(chǎn)生的分流痕，提高產(chǎn)品質(zhì)量，缺點(diǎn)是芯模設(shè)計(jì)，加工，安裝困難。11.2.2．管材擠出成型機(jī)頭典型結(jié)構(gòu)3、側(cè)式機(jī)頭，又稱管式機(jī)頭，如圖（11-6），由擠出機(jī)的熔料到機(jī)頭要經(jīng)過(guò)兩次轉(zhuǎn)向（90°或45°），并以平行于螺桿軸線的方向擠出，優(yōu)點(diǎn)是加強(qiáng)了溶料塑化，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，適于生產(chǎn)大口徑管。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，模具成本高?，F(xiàn)將三種機(jī)頭的特性列于表（11-1）11.2.2．管材擠出成型機(jī)頭典型結(jié)構(gòu)表11-1機(jī)頭特性表11.2.2．管材擠出成型機(jī)頭典型結(jié)構(gòu)直通機(jī)頭直教機(jī)頭側(cè)式機(jī)頭機(jī)頭熔料方向與螺桿軸線一致與螺桿軸線垂直與螺桿軸線平行機(jī)頭結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單復(fù)雜復(fù)雜分流器支架有無(wú)無(wú)定型長(zhǎng)度應(yīng)該長(zhǎng)不需太長(zhǎng)不需太長(zhǎng)芯模加熱較困難容易容易擠出口徑小口徑管材大、小口徑均可大小、口徑均可11.２.3．管材擠出成型機(jī)頭工藝參數(shù)的確定１．口模定型段長(zhǎng)度Ｌ值的確定圖11-7擠管機(jī)頭屬于環(huán)隙孔，對(duì)于環(huán)隙孔內(nèi)徑大于3/5外徑時(shí)，物料的流動(dòng)形式屬于一維的特殊形式．薄片形縫隙口模

，通過(guò)式可得：(11-1)

式中——系數(shù)，相當(dāng)于圓型口模的w——窄縫流道之寬（按環(huán)隙縫平均直徑換算）h——窄縫流動(dòng)的縫隙高（即薄壁管機(jī)頭口模的圓環(huán)單面間隙）

11.２.3．管材擠出成型機(jī)頭工藝參數(shù)的確定熔體在縫隙流道的流動(dòng)可由式

得，（11-2)

于是，根據(jù)公式（11-1)和上式，k被表示為(11-3)

11.２.3．管材擠出成型機(jī)頭工藝參數(shù)的確定又根據(jù)公式

可得

(11-4)

上式表明了縫形口模k’’和圓形口模的K之間的關(guān)系,我們可以利用由圓形口模得到的流動(dòng)曲線來(lái)設(shè)計(jì)縫行口模,最后根據(jù)下面的算式求出薄片機(jī)頭流動(dòng)計(jì)算式中的η和k值:

11.２.3．管材擠出成型機(jī)頭工藝參數(shù)的確定11.２.3．管材擠出成型機(jī)頭工藝參數(shù)的確定(11-5)

(11-6)所以,可以根據(jù)公式(11-2)分別代入m=2,m=3,m=4而后得定型長(zhǎng)度L,即:

11.２.3．管材擠出成型機(jī)頭工藝參數(shù)的確定(11-7)(11-8)(11-9)式中

——口模內(nèi)徑cm(mm)

——芯模外徑cm(mm)

cm(mm)牛頓流體在環(huán)隙孔流動(dòng),剪應(yīng)力及剪切速率近似計(jì)算式為:11.２.3．管材擠出成型機(jī)頭工藝參數(shù)的確定(11-10)(11-11)式中

——口模內(nèi)徑

cm(mm)

——芯模外徑cm(mm)11.２.3．管材擠出成型機(jī)頭工藝參數(shù)的確定

當(dāng)不能測(cè)頂流變參數(shù)時(shí)，在選取Ｌ值時(shí)可以憑經(jīng)驗(yàn)參考表(11-2)選取。表(11-2)Ｌ值參考物料HVPCSPVCPAPEPPL(18-33)t(15-25)t(13-23)t(14-22)t(14-22)t11.２.3．管材擠出成型機(jī)頭工藝參數(shù)的確定2、機(jī)頭結(jié)構(gòu)參數(shù)：(１)壓縮比εj

(２)分流器Ｒ及流道α分流器結(jié)構(gòu)如圖(11-8)．(３)芯模及口模的過(guò)渡段的壓縮角β,壓縮角β比較重要，直接影響管材光潔度，β過(guò)大，制品明顯出現(xiàn)表面粗糙，一般取（０.８－１.５）Ｌ，但是壓縮角必須通過(guò)過(guò)渡段長(zhǎng)度進(jìn)行校核，使其β＝14°～50°范圍。11.２.3．管材擠出成型機(jī)頭工藝參數(shù)的確定11.２.3．管材擠出成型機(jī)頭工藝參數(shù)的確定(4)拉伸比Ｉ所謂拉伸比是指口模定型段的環(huán)形縫隙面積與管材截面積之比。(11-12)

式中——口模內(nèi)徑cm(mm)——芯模外徑

cm(mm)

——管材內(nèi)徑cm(mm)

——管材外徑cm(mm)各種管材拉伸比可參考表(11-3)選取。

11.２.3．管材擠出成型機(jī)頭工藝參數(shù)的確定塑料種類拉伸比ＩHPVC1.00——1.08SPVC1.10——1.35ABS1.00——1.10高壓PE1.20——1.50低壓PE1.10——1.20PA140——3.00表(11-3)管材拉伸比參考表11.２.3．管材擠出成型機(jī)頭工藝參數(shù)的確定(5)口模內(nèi)徑及芯模外徑尺寸確定口模內(nèi)徑按下式計(jì)算：

(11-13)式中——管材外徑——系數(shù)?？蓞⒖急?11-4)選取。

11.２.3．管材擠出成型機(jī)頭工藝參數(shù)的確定芯模外徑可按式(11-6)得：

(11-14)3、強(qiáng)度計(jì)算擠出機(jī)頭結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖11-4至11-6。實(shí)踐證明，分流器支架的分流錐筋處是機(jī)頭中強(qiáng)度最底的地方，同時(shí)也是制造工時(shí)較多的零件，所以對(duì)分流器支架必須進(jìn)行強(qiáng)度校核。11.２.3．管材擠出成型機(jī)頭工藝參數(shù)的確定

對(duì)分流器支架強(qiáng)度的校核主要考慮分流錐筋的煎切強(qiáng)度，分流錐筋的剪切應(yīng)力必須小于許用剪切應(yīng)力，即：(11-14)式中

——機(jī)頭壓力降kg/cm2，可取60~130kg/cm2?！至麇F筋在物料流動(dòng)方向上的投影面積cm2。——分流錐筋橫斷面積cm2。——分流錐筋數(shù)量11.２.3．管材擠出成型機(jī)頭工藝參數(shù)的確定11.2.4．管材定型套設(shè)計(jì)管材的定型方法主要有兩種：內(nèi)徑定型法和外徑定型法。內(nèi)徑定型：即定型套控制管材的內(nèi)徑尺寸及圓度，使仍程半熔體的塑料管坯包緊定型套控制管材的內(nèi)冷卻硬化。外徑定型：即定型套控制管材的外徑尺寸及圓度，借助壓縮空氣作用使半熔體的管坯緊貼于定型套的內(nèi)徑冷卻硬化。

１、定型模結(jié)構(gòu)圖11-11為外徑定型的內(nèi)壓法。圖11-12為外徑定型內(nèi)壓法的另一種結(jié)構(gòu)形式。圖11-13為外徑定型的真空法。圖11-14為內(nèi)徑定型法。2、定型尺寸確定(1)內(nèi)徑定型法的定型套內(nèi)徑定型法的定型套見(jiàn)圖11-14,應(yīng)設(shè)計(jì)成錐形，其斜度為0.6°～0.1°,適用于管材直徑大于30mm以上，對(duì)于小管材，操作比較困難，不適用。11.2.4．管材定型套設(shè)計(jì)(2)外徑定型法的定型套定型套內(nèi)徑徑向尺寸應(yīng)考慮管材定型后收縮因素、膨脹效應(yīng)及牽引等對(duì)管材尺寸的影響。定型長(zhǎng)度仍應(yīng)依據(jù)管材壁厚、牽引速度而定，對(duì)管材直徑小于35mm的定型套長(zhǎng)度及直徑可參11-5考表選取。

參11-5管材外徑與定型套長(zhǎng)度關(guān)系表擠出材料定型套內(nèi)徑定型套長(zhǎng)度聚烯烴(1.02-0.04)DS010DSO聚氯乙烯(1.00-1.02)DSO10DSO11.2.4．管材定型套設(shè)計(jì)(3)真空定型套真空定型套與機(jī)頭口模不能聯(lián)接在一起，應(yīng)有20～100距離，這樣定型套內(nèi)徑應(yīng)按下式計(jì)算：(11-16)11.2.4．管材定型套設(shè)計(jì)式中——系數(shù)，按表11-16選取。

表11-6系數(shù)選取表

擠出塑料

（％）ＨＰＶＣ０.７－１ＰＥ２－４ＰＰ２－５11.2.4．管材定型套設(shè)計(jì)11.3.1概述11.3.2．板材、片材機(jī)頭典型結(jié)構(gòu)11.3.3．制品厚度調(diào)節(jié)裝置第三節(jié)板材和片材擠出成型及機(jī)頭設(shè)計(jì)圖11-15為ＰＥ板材機(jī)頭典型結(jié)構(gòu)及擠出ＰＥ板材典型生產(chǎn)工藝過(guò)程。板材和片材擠出成型過(guò)程：熔融塑料由擠出機(jī)塑化后經(jīng)過(guò)濾網(wǎng)板進(jìn)入機(jī)頭，先廣泛采用扁機(jī)頭。11.3.1概述常見(jiàn)的板材、片材機(jī)頭結(jié)構(gòu)可分為以下四類：１．魚尾機(jī)頭帶有阻流器型見(jiàn)圖11-16帶有阻流器和阻塞棒型見(jiàn)圖11-17２．支管機(jī)頭一端供料直支管型見(jiàn)圖11-18中間供料直支管型見(jiàn)圖11-19中間供料彎支管型見(jiàn)圖11-20帶有阻塞棒的雙支管型見(jiàn)圖11-21３．螺桿機(jī)頭：一端供料型見(jiàn)圖11-24中間供料型見(jiàn)圖11-2511.3.2．板材、片材機(jī)頭典型結(jié)構(gòu)11.3.2．板材、片材機(jī)頭典型結(jié)構(gòu)４．衣架機(jī)頭：直支管型見(jiàn)圖11-26支管漸減型見(jiàn)圖11-27(一)魚尾機(jī)頭這種機(jī)頭中部出料少，造成制品厚度不均勻。為了克服這種缺陷，通常在機(jī)頭型腔內(nèi)設(shè)置流動(dòng)器或阻力調(diào)節(jié)裝置，以增大物料在型腔中部的阻力，使物料沿機(jī)頭全寬方向的流速均勻一致。見(jiàn)圖11-16。此外，還可以采用阻塞棒，見(jiàn)圖11-17。(二)支管機(jī)頭這種機(jī)頭，由一個(gè)帶有縱向切口的管形型腔構(gòu)成，它對(duì)塑料熔體有穩(wěn)壓和分配作用，使起均勻地?cái)D出寬幅制品。(三)螺桿機(jī)頭螺桿機(jī)頭是在直支管型機(jī)頭內(nèi)的支管里插入一根分配螺桿，通過(guò)分配螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，迫使塑料熔體沿機(jī)頭幅寬均勻擠出，獲得厚度均勻的制品。11.3.2．板材、片材機(jī)頭典型結(jié)構(gòu)(四)衣架機(jī)頭衣架機(jī)頭吸取了魚尾機(jī)頭和支管機(jī)頭的優(yōu)點(diǎn)，它有一個(gè)扁形料腔。由于支管直徑小，縮短了物料在機(jī)頭內(nèi)停留時(shí)間，而扇形料腔又可以提高制品厚度均勻性。700毫米支管衣架機(jī)頭半徑和位置的關(guān)系，見(jiàn)表11-7。

11.3.2．板材、片材機(jī)頭典型結(jié)構(gòu)11.3.2．板材、片材機(jī)頭典型結(jié)構(gòu)表11-7支管半徑和位置的關(guān)系距末端距離020304050100150200250300350支管半徑Ｒ06.046.496.827.108.028.629.069.429.721011.3.3．制品厚度調(diào)節(jié)裝置

為使擠出的制品厚度均勻，扁機(jī)頭內(nèi)多采用阻流器、阻流棒、調(diào)節(jié)模唇等方式控制厚度及其均勻性．采用螺栓調(diào)節(jié)移動(dòng)模唇，控制厚度均勻性的方法，容易造成死角，見(jiàn)圖11-28。在小范圍內(nèi)調(diào)整厚度，可在調(diào)模唇上開(kāi)一個(gè)溝槽，通過(guò)螺栓調(diào)節(jié)使模唇產(chǎn)生微量彈性變形，從而改變口?？p隙，見(jiàn)圖11-29。思考題１、擠出成型工藝過(guò)程大致可分為那三個(gè)階段？（答案）２、擠出機(jī)頭的設(shè)計(jì)原則？（答案）１、擠出成型工藝過(guò)程大致可分為那三個(gè)階段？①塑料的塑化通過(guò)擠出機(jī)的加熱和混煉作用，使固態(tài)的原料轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆虻恼承粤黧w②成型在擠出機(jī)擠出部件的作用下，熔體以一定速度和壓力通過(guò)成型機(jī)頭獲得一定端面形狀尺寸。③定型通過(guò)冷卻使熔體已獲得的形狀固定下來(lái)，變成固體狀態(tài)。２、擠出機(jī)頭的設(shè)計(jì)原則

①內(nèi)腔呈流線型――各個(gè)構(gòu)成零件的連接處不應(yīng)該有死角而使熔料滯留，避免熔料過(guò)熱而分解。②足夠的壓縮比――為了使塑件結(jié)構(gòu)密實(shí)和消除分流器支架造成的熔料結(jié)合縫，機(jī)頭應(yīng)該有一定的壓縮比。要發(fā)生膨脹，以及牽引力引起的收縮變形，會(huì)使口模的尺寸和塑件的尺寸產(chǎn)生一定的念頭偏差。所以在設(shè)計(jì)的時(shí)候要對(duì)口模的形狀和尺寸進(jìn)行補(bǔ)償，以獲得正確的截面形狀和尺寸。③正確的截面形狀及尺寸――口模的形狀及尺寸和塑件的形狀及尺寸并不是一致的，因?yàn)樗芰想x開(kāi)模具以后要發(fā)生膨脹，以及索引力引起的收縮變形，會(huì)使口模的的尺寸和塑件的尺寸產(chǎn)生一定的偏差。所以在設(shè)計(jì)的時(shí)候要對(duì)口模的形狀和尺寸進(jìn)行補(bǔ)償，以獲得正確的截面形狀和尺寸。④結(jié)構(gòu)緊湊——便于加工和拆卸⑤合理選擇材料——由于機(jī)頭的零件要承受熔體的壓力作用，所以要有足夠的強(qiáng)度，設(shè)計(jì)時(shí)還要對(duì)連接零件進(jìn)行強(qiáng)度校核。另外，與熔體接觸的零件要有足夠的耐磨性和耐腐蝕性，必要時(shí)表面要鍍鉻處理。主要零件要進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，硬度不能低于45～50HRC。塑料種類定型套管材內(nèi)徑定型套管材外