塑料模具設計課件第五章.ppt

1、第八章 熱塑性塑料擠出成型機頭,塑料成型工藝及模具設計,8.1概述,1.擠出成型機頭典型結構分析 機頭擠出成型模具的主要部件，它有下述四種作用： (1)使物料由螺旋運動變?yōu)橹本€運動； (2)產生必要的成型壓力，保證制品密實； (3)使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；,管材機頭零件組成如圖5-1所示。,8.1概述,2.常用擠出機頭的分類 (1)按擠出制品出口方向分 直向機頭和橫向機頭 在直向機頭內，料流方向與擠出機螺桿軸向一致；在橫向機頭內，料流方向與擠出機螺桿軸向垂直或成某一角度。 (2)按機頭內壓力大小分 低壓機頭（料流壓力為40公斤/厘米2）、中壓機頭（料

2、流壓力為40100公斤/厘米2）、高壓機頭（料流壓力在100公斤/厘米2）。,8.1概述,3.按擠出制品的形狀分 (1)管材擠出成型機頭 (2)棒材擠出成型機頭 (3)薄膜擠出成型機頭 (4)線、纜敷層擠出成型機頭 (5)板材與片材擠出成型機頭 (6)異型材擠出成型機頭,5.2 管材擠出成型機頭,1.管材擠出成型機頭典型結構 常見的管材擠出成型機頭結構有兩種形式，分別為：直通式擠管機頭和直角式擠管機頭。 直通式機頭結構簡單、制造容易，因此成本低。但分流器支架產生的合流線不易消除，同時這種機頭長度較大，比較笨重。如圖5-2所示。 直角式機頭內沒有分流器支架，料流包圍芯棒，只產生一條河流線，但機頭

3、結構較復雜，制造較困難，成本高。如圖5-3所示。,5.2 管材擠出成型機頭,2.管材擠出成型機頭工藝參數的確定 （1）口模 口模是成型管材外表面的零件，形狀如圖5-4所示。擠出時，管材離開口模后，由于壓力降低，塑料制品出現因彈性回復而膨脹的現象，管材截面積將增大。另一方面，又由于牽引和冷卻收縮的影響，管材截面積也有縮小的趨勢。,5.2 管材擠出成型機頭,目前，由于理論計算不成熟，所以根據要求的管材斷面尺寸來確定口模斷面尺寸時，一般憑經驗確定。通常，是按照拉伸比來確定口模與芯棒間環(huán)形空隙的截面積與擠出管材的截面積之比。,式中 I拉伸比； R1口模內半徑； R2芯棒外半徑； r1擠出管材外半徑；

4、r2擠出管材內半徑。,5.2 管材擠出成型機頭,設計口模內徑時，既要考慮脹模又要考慮冷卻時塑料的收縮率。一般可按下式計算：,式中 d口模直徑（毫米）； D管材外經（毫米）； a與塑料性質、口模溫度、壓力有關的經驗系， 可取1.011.06。,5.2 管材擠出成型機頭,定型段長度L1，國內目前按照以下兩種經驗方法確定： 1）按管材外徑計算 如下所述：,式中 D管材外徑的公稱尺寸（毫米）。,通常，管材直徑D較大時，系數取較小值，因為此時管材被定型的面積較大；反之，就取較大值。,5.2 管材擠出成型機頭,2）按管材壁厚計算 如下所述：,式中 t管材壁厚（毫米）； K經驗系數。,5.2 管材擠出成型機

5、頭,（2）芯棒 芯棒是成型管材內表面的零件，其結構如圖5-5所示。 設計芯棒外徑d1時，應先計算芯棒與口模之間的間隙值。由于脹模使不等于管材壁厚t，根據生產經驗，硬管脹模率為620%。因此，值可用下式計算：,式中 經驗系數，一般 為1.06 1.20。,于是芯棒外徑可用右式計算：,式中 d 口模內徑。,5.2 管材擠出成型機頭,（3）分流器 塑料流經分流器時，料層變薄，這樣便于均勻加熱，以利于進一步塑化。分流器張角的選取與塑料熔融粘度的大小有關，一般取3090。如圖5-6所示。,分流器椎體部分長度一般?。?.61.5）D0（D0為多孔板出口處直徑）。分流器頭部圓角R也不宜過大，否則會造成集料分

6、解，R一般為。0.52毫米。,5.2 管材擠出成型機頭,（4）分流器支架 中小型機頭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目一般為38根。為了消除塑料流經分流器支架后形成的接合線，分流筋的形狀呈流線型。其出料端的角度應小于進料端的角度。 （5）確定壓縮 擠管機頭的壓縮比是指流道型腔內的最大截面積與口模，芯棒間環(huán)形縫隙的截面積之比。對低粘度物料可取=410，對高粘度物料可選取=2.56。,5.2 管材擠出成型機頭,3.管材的定徑與冷卻 擠出管材的定型工藝方法有兩種： 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壓法和真空法兩種。 內徑定徑法是通過定徑套來

7、控制管材的內徑尺寸和圓度。,5.2 管材擠出成型機頭,（1）定徑套結構設計 1）外徑定型法的定徑套 外徑定徑是使管材和定徑套內壁相接觸。經常采用以下兩種形式的定徑套。 a）內壓法定徑套 如圖5-7所示。這種定型方法是在管材內通入壓縮空氣，使呈現半熔狀態(tài)的管材型皮緊貼于定徑套內壁上冷卻定徑。定徑套接在機頭上，與口模、芯棒同心，定徑后的管材圓度好。,5.2 管材擠出成型機頭,b）真空吸附定徑套 如圖5-8所示。真空吸附定徑法師采用管外抽真空使管材型坯外表面吸附在定徑套內壁上進行冷卻，定外徑尺寸的方法。其定徑套實際上是一個金屬圓筒，在某一區(qū)域打上許多小孔，作抽真空用。真空定徑套并不直接套在機頭上，而

8、是與機頭相距2050毫米的間隔。,5.2 管材擠出成型機頭,2）內徑定型法的定徑套 如圖5-9所示。這種方法通常只有直角機頭才能使用。因其出料方向與螺桿軸向垂直，定徑套的冷卻水管可以從芯棒中抽出。,5.2 管材擠出成型機頭,（2）定徑套尺寸的確定 1）外定徑套 a）內壓定徑套 定徑套的內徑尺寸應考慮膨脹效應，定型后的收縮因素及牽引力等對管材尺寸的影響；定徑套長度應根據管材壁厚、牽引速度而定。,5.2 管材擠出成型機頭,b）真空定徑套 真空定徑套使用時，與口模間有2050毫米的距離，這時定徑套內徑的選取主要考慮塑料管材定型后后的收縮波動。定徑套內徑應按下式計算：,式中 Dz真空定型套內徑（毫米）

9、； D管材外徑（毫米）； Cz系數。,表5-1 系數Cz選取表,5.2 管材擠出成型機頭,2）內徑定徑套 定徑套外徑應設計成錐度，其斜度為0.61%，適用于直徑大于30毫米以上的管材。定徑套長度依據管材壁厚和牽引速度而定，壁厚大的或擠出速度高的管材選用的定徑套應長些，一般其長度為80300毫米。定徑套外徑應比管材內徑大24%。,5.3 吹塑薄膜、棒材、線纜包覆擠出成型機頭,1. 吹塑薄膜擠出成型機頭 吹塑法就是使塑料經機頭呈圓筒形薄管擠出，并從機頭中心通入壓縮空氣，將薄管吹成直徑較大的管狀薄膜。冷卻后卷取的管膜寬度叫薄膜折徑。,5.3 吹塑薄膜、棒材、線纜包覆擠出成型機頭,（2）機頭結構類型

10、目前使用的吹塑機頭結構形式較多，常見的有側面進料的芯棒式機頭、中心進料的十字機頭、螺旋式機頭以及旋轉式機頭等。 1）側面進料式機頭 其結構如圖5-10所示，熔融塑料自擠出機多孔板擠出，經過聯結器壓縮后，流至芯棒處分成兩股料流，沿芯棒上的分料線流動，在芯棒尖處又重新匯合，然后沿?？诳p隙呈薄管擠出。芯棒中心通入壓縮空氣將管坯吹脹，成型為薄膜。,5.3 吹塑薄膜、棒材、線纜包覆擠出成型機頭,2）中心進料式（“十”字形）機頭 吹塑薄膜的“十”字形機頭與直通式擠管機頭相似，如圖5-11所示。 分流器支架在保證承受物料推力作用而不變形的前提下，分流筋數目應盡可能少一些，寬度和長度應盡可能小一些。,5.3

11、吹塑薄膜、棒材、線纜包覆擠出成型機頭,3）螺旋式機頭 塑料從中心流入，然后分成48股料流通過各個螺紋槽作旋轉運動，多股料流從槽中流出并匯合進入緩沖槽，然后均勻地從定型段擠出。熔融物料不是全部通過螺紋槽擠出，有一部分在螺紋頂端與芯模套之間漏流。如圖5-12所示。,5.3 吹塑薄膜、棒材、線纜包覆擠出成型機頭,2.吹塑薄膜的冷卻定型 泡管剛從機頭擠出時，溫度較高在160以上，呈半流動狀態(tài)或塑性狀態(tài)，從吹脹到進入牽引導輥，時間較短，僅有幾秒鐘到一分鐘左右，單靠自然冷卻，薄膜厚度不均勻，熱的管膜兩層夾緊后易“粘著”，所以必須強制冷卻。,5.3 吹塑薄膜、棒材、線纜包覆擠出成型機頭,風環(huán)是比較常用的冷卻

12、裝置，其結構如圖5-13所示。風環(huán)對管膜起冷卻定型作用，調節(jié)風環(huán)中風量的大小，還可以控制薄膜的厚薄。 （1）出風量均勻 冷卻風環(huán)與口模的距離一般為30100毫米，冷卻環(huán)的內徑為機頭內徑的1.53倍，出風量縫隙寬為14毫米。,5.3 吹塑薄膜、棒材、線纜包覆擠出成型機頭,（2）風環(huán)與吹脹比的關系 風環(huán)的口徑應與吹脹比相適應，最好是一種吹脹比使用一種與其相配套的風環(huán)。 （3）角的確定 角做好選用4060，這樣角度吹出的風還有托膜作用。,5.3 吹塑薄膜、棒材、線纜包覆擠出成型機頭,2.棒材擠出成型機頭 （1）棒材擠出成型機頭的結構 機頭是棒材成型的主要部件之一，它的合理設計較為重要。圖5-14是圓

13、形棒材擠出機頭的典型結構。 由于棒材是實心的，其截面積比管材大得多，因而機頭阻力較小。為了獲得密實的實心棒，必須增加機頭壓力，使物料進入冷卻定徑套處的壓力約為125公斤/厘米2左右。,5.3 吹塑薄膜、棒材、線纜包覆擠出成型機頭,（2）棒材擠出成型機頭的定徑套 擠出棒材的定徑套結構比較簡單，與擠管機頭定徑套相似，其結構如圖5-15所示。 定徑套內孔應做成一定的斜度，以減少棒材通過定徑套的阻力，否則會經常發(fā)生塑料堵在出料口，使棒材擠不出來的現象。,5.3 吹塑薄膜、棒材、線纜包覆擠出成型機頭,3.線、纜敷層擠出成型機頭 金屬芯線為了包覆一層塑料作為絕緣層，當芯線是多股或單股金屬線時，通常用擠壓式

14、包覆機頭，擠出制品即為電線，當芯線是一束互相絕緣的導線或不規(guī)則的芯線時，使用套管式包覆機頭，其擠出制品即為電纜。,5.3 吹塑薄膜、棒材、線纜包覆擠出成型機頭,（1）擠壓式包覆機頭典型的擠壓式 包覆機頭結構如圖5-16所示。這種機頭呈直角式，俗稱“十”字機頭。通常被包覆物的出料方向與擠出機呈直角。 （2）套管式包覆機頭 典型的套管式包覆機頭結構如圖5-17所示。一般是靠塑料管的熱收縮包緊，有時借助真空使塑料管更緊密地包在芯線上。,5.4 板材和片材的擠出成型機頭,板材和片材之間沒有嚴格的界限，一般按產品厚度來分，通常把厚度在0.251毫米的稱為片材，而1毫米以上的稱板材。 熱塑性塑料板材和片材

15、的擠出成型，廣泛采用扁機頭，它可以制造各種厚度及幅寬的板材。這種機頭具有寬而薄的出料口，塑料熔體從料筒擠到機頭內，流道由圓形變成狹縫形，物料將沿著機頭寬度方向均勻分布，經模唇擠出板材或片材。,5.4 板材和片材的擠出成型機頭,1.板材及片材擠出成型機頭的結構 生產板材和片材的擠出機在結構上與其它擠出制品所用擠出機沒有大的區(qū)別，只是所用機頭不同。目前，扁機頭按其內部結構可分為以下四種類型： （1）魚尾型機頭 魚尾形機頭的型腔因似魚尾而得名。如圖5-18所示。 熔融物料由機頭中部進入后，最后在口模處被擠出。在設計時則必須使“魚尾形”部分的擴張角不能太大，一般擴張角為80。,5.4 板材和片材的擠出

16、成型機頭,（2）支管機頭 如圖5-19所示。這種機頭是由一個其縱向切口為管狀的型腔構成，可以貯存一定量的物料。支管的作用是對熔體的穩(wěn)壓和分配作用，使料流穩(wěn)定并均勻地擠出寬幅制品。 （3）螺桿機頭 螺桿機頭又稱螺桿分配機頭，它的特點是在“T”萬型支管機頭的支管內插入一根分配螺桿，如圖5-20所示。,5.4 板材和片材的擠出成型機頭,（4）衣架式機頭 衣架式機頭可分為衣架直支管型和衣架遞減型兩種。 1）直支管衣架型機頭 如圖5-21所示。支管呈衣架形，支管為圓簡形，其直徑在中部與兩端相同，可以從支管的兩端插入幅寬調節(jié)棒，以調節(jié)塑料的流動寬度。,5.4 板材和片材的擠出成型機頭,2）支管遞減衣架型機

17、頭 如圖5-22所示。這種機頭的支管直徑從中部到兩端逐漸減少，減小的趨勢是隨熔料的溫度、定型段長度和間隙及支管的傾抖角等成對數函數關系減小。,5.4 板材和片材的擠出成型機頭,2.制品厚度調節(jié)裝置 為了獲得不同厚度的板、片制品，需要調節(jié)口模的間隙。 常選用的是使口模產生微量彈性變形的調節(jié)裝置，這是一種用于調整板、片產品厚薄均勻度的“微量”調節(jié)裝置。它是在可調模唇上開一個小溝槽，通過螺栓的調節(jié)作用，使模唇產生微量的彈性變形，從而達到改變口模間隙的方法。如圖5-23所示。,5.5 異型材擠出成型,1.概述 所謂異型材是除了圓管、圓棒、片材、薄膜等擠出制品外的具有其它斷面形狀的塑料擠出制品。由于塑料

18、具有可塑性，所以異型材的形狀特別多，按形狀不同大致可以將異型材分為六個大類。 （1）異型管材 其特性是壁厚均勻且無銳角（角呈圓角）。常采用通用的直管機頭或圓機頭制成。,5.5 異型材擠出成型,（2）中空異型材 用肋把型材的斷面分隔成中空狀，并具有從中空室伸出分支且壁厚不均勻的異型材。 （3）空腔異型材 中空異型材呈封閉狀的中空斷面，壁厚不一致并有凸緣。 （4）開放式異型材 其斷面形狀完全不帶中空室，并具有各種各樣的斷面。,5.5 異型材擠出成型,(5)復合異型材 有組合式異型材和帶嵌件的異型材兩種。組合式異型材可以用具有不同色澤或不同硬度的同種樹脂組成，也可以用不同樹脂組合而成。帶嵌件的異型材一般是由兩種不同質地的材料復合而成。 (6)實心異型材 這種型材可以有各種形狀的斷面，比如矩形、三角形、橢圓形等。它可采用普通的棒材機頭來成型。,5.5 異型材擠出成型,2.異型材擠出成型機頭結構 要想擠出理想的異型材，必須對異型材制品的設計、材料的選擇，公差配合、模具設計、直至精確的機械加工等環(huán)節(jié)都十分重視，而機頭設計是最關鍵的一環(huán)。,5.5 異型材擠出成型,異型機頭結構大致可分為板狀機頭和整體式流線型機頭兩種： (1)板狀異型機頭 板狀機頭其流道有急劇