第7章挤出成型模具-《塑料成型工艺与模具设计》课件.ppt

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1、第第7章挤出成型模具章挤出成型模具 挤出成型模具又称挤出机头，简称机头。7.1 概概 述述v7.1.1 挤出机头的作用挤出机头的作用v挤出机头是挤出成型的重要成型工具，其主要功能有：v1将挤出机挤出的熔融塑料由螺旋状运动变为直线运动。v2产生成型压力，使挤出的物料密实。v3使物料经过机头进一步塑化。v4使物料获得所需截面形状和尺寸并均匀地连续挤出型材。7.1.2 挤出成型机头的基本结构组成挤出成型机头的基本结构组成v下面以管材挤出成型机头为例,介绍机头的基本结构组成,如图7-1所示。图7-1 管材挤出成型机头l-管材2-定径套3-口模4-芯棒5-调节螺6-分流器7-分流器支架8-机头体9-过滤

2、板10、11-加热器v1口模和芯棒口模和芯棒 v口模和芯棒是成型塑件的截面形状的。其中，口模是成型塑件的外表面，芯棒是成型塑件的内表面。v2过滤板过滤板 v过滤板又称多孔板，与过滤网共同将塑料熔体由螺旋运动转变为直线运动，过滤杂质，并造成一定压力，促进熔体塑化均匀，此外，还起支承滤网的作用。v3分流器与分流器支架分流器与分流器支架 v分流器又称为鱼雷头，使通过它的塑料熔体分流变成薄环状，平稳地进人成型区，同时进一步加热和塑化塑料。分流器支架主要用于支承分流器和芯棒，同时也能对分流后的塑料熔体加强剪切混合作用。小型分流器和分流器支架可设计成一体。7.1.3 挤出机头的分类挤出机头的分类v由于能够

3、挤出成型的塑料制件是多种多样，根据不同的制件要求，在生产中需要设计不同的机头，一般机头有下列几种分类方法：v1按塑料制件类型分按塑料制件类型分v挤出成型的主要塑件品种有管材、棒材、异型材、薄膜、板材、片材、电线电缆等，相应的我们把成型这些不同塑件的机头分为管材机头、棒材机头、异型材机头、吹塑薄膜机头、板材挤出机头、片材挤出机头以及电线电缆板材挤出机头等。v2按挤出塑件的出口分按挤出塑件的出口分v按照塑件从机头的挤出方向不同，可分为直通机头（或称直向机头）和角式机头（或称横向机头）。直通机头的特点是：熔体在机头内的挤出流向与挤出机螺杆平行；角式机头的特点是：熔体在机头内的挤出流向与挤出机螺杆的轴

4、线呈一定的角度。当熔体挤出流向与螺杆轴线垂直时，又可称为直角机头。直通机头和角式机头的选用与塑料制件的结构类型有关，如可以采用直通机头挤出成型聚氯乙烯硬管，而挤出成型带有塑料包覆层的电线电缆时，则需要采用直角机头。v3按熔体所受压力不同分按熔体所受压力不同分 v挤出成型不同品种的塑料或不同的塑料制件时，熔体在机头内所受压力的大小不同。对于塑料熔体受压小于4MPa的机头，称为低压机头；而当熔体受压大于10MPa时，称为高压机头。7.1.4 挤出成型机头的设计原则挤出成型机头的设计原则v1正确选用机头形式。正确选用机头形式。v2应能将塑料熔体的旋转运动转变成直线运动并产生适当应能将塑料熔体的旋转运

5、动转变成直线运动并产生适当压力。压力。v3机头内的流道应呈光滑的流线型。机头内的流道应呈光滑的流线型。v4应有一段适当的压缩区，保证足够的压缩比。应有一段适当的压缩区，保证足够的压缩比。v5机头成型区应有正确的截面形状。机头成型区应有正确的截面形状。v6机头最好设有适当的调节装置。机头最好设有适当的调节装置。v7机头要有足够的刚度和强度，结构力求简单合理紧凑。机头要有足够的刚度和强度，结构力求简单合理紧凑。v8合理选择机头材料。合理选择机头材料。图7-2 卧式单螺杆塑料挤出成型机 1-螺杆2-料筒3-加热器4-料斗支座5-料斗 6-推力轴承7-传动系统8-螺杆冷却系统9-机身v2辅机辅机v挤出

6、机辅机的组成是根据塑件的类别而定的，主要包括机头、定型装置、冷却装置、牵引装置等，图7-3所示为吹塑薄膜辅机。图7-3 吹塑薄膜辅机组成1-卷料装置2-牵引装置3-人字板4-冷却定型装置5-机头3挤出机的主要参数挤出机的主要参数v挤出机类型很多，通常按螺杆数目多少可分为单螺杆、双螺杆和多螺杆挤出机；按是否排气可分为排气式和非排气式挤出机；按螺杆的空间位置可分为卧式和立式挤出机。目前，最常用的是卧式单螺杆非排气式挤出机，单螺杆挤出机主要参数见附表D。v各种型号的挤出机安装机头部位的结构尺寸各不相同，在机头设计中要注意校核主要联结的方式和尺寸，包括挤出机法兰盘、结构形式、过滤板和过滤网配合尺寸、铰

7、链螺栓长度、联接螺栓直径和分布数量等。2直角式管机头直角式管机头v由于与其配合的冷却装置可以同时对管材的内外径进行冷却定型，因此成型的管材直径精度高；塑料熔体的流动阻力较小，料流稳定均匀，生产率高，成型质量也较高；但机头结构较复杂，制造相对较困难。适用于挤出成型聚乙烯、聚丙烯等管材。图7-5 直角式管机头l-口模2-调节螺钉3-芯棒4-机头体5-连接颈3旁侧式管机头旁侧式管机头 图7-6 旁侧式管机头l-温度计插孔2-口模3-芯棒4、7-加热器 5-调节螺钉6-机头体8、10-熔料测温孔 9-连接体11-芯棒加热器12-温度计插孔7.2.2 棒材挤出成形机头棒材挤出成形机头图7-8 棒材挤出机

8、头1-口模2-分流器3-机头体4-分流器支架5-过滤板7.2.3 异型材挤出成型机头异型材挤出成型机头图7-9 常见异型材v1板式异型材机头板式异型材机头v如图710所示，板式机头结构简单，成本低，制造快，安装调整容易。但物料机头内流道截面从圆形急剧变为塑件形状的截面，流动情况不好，容易形成物料局部停滞和死角，易产生热分解现象，影塑件质量，故只适用于形状简单、生产批量少的情况且为非热敏性塑料的加工。图710 板式异型材机头l一芯棒2一口模3支承板4一机头体v2流线型异型材机头流线型异型材机头v如图711所示，流线型机头的流道呈光滑过渡曲面，避免了流道截面的急剧变化，保证塑料熔体流动的顺畅，无物

9、料滞留死角，所得塑件质量好。但机头制造困难，成本高。图7-11 流线型异型材机头7.2.4 板、片材挤出成型机头板、片材挤出成型机头v塑料板、片材一般采用挤出成型法加工。目前多用扁平狭缝机头直接生产板材和片材，机头的进料口为圆形，内部逐渐由圆形过渡成狭缝形，最后形成宽而薄的扁平出料口，如果使熔体沿着机头内整个宽度的截面上向前推进的速度相等，就能挤出壁厚均匀一致、表面光滑的塑料板材或片材。用于挤出成型板材和片材的机头可分为支管式机头、鱼尾式机头、螺杆式机头等。2.鱼尾式机头鱼尾式机头v如图7-13所示，这种机头的特点是模腔呈鱼尾形状，塑料熔体从机头中部进人模腔，向两侧分流，从而在模口处挤出所要求

10、宽度和厚度的板（片）材，通常在机头模腔内设置阻流器，以调节料流阻力的大小，以使塑件厚度均匀。该机头结构简单、易加工；适用于多种塑料挤出成型，如粘度较低的聚烯烃类塑料、粘度较高的塑料以及热敏性较强的聚氯乙烯和聚甲醛等；但不适于挤出成型宽幅板（片）材，一般幅宽小于500mm，板厚不大于3mm，鱼尾扩张角不能太大，通常取80左右。图7-13 带阻流器的鱼尾式机头1-模口调节块2-阻流器3螺杆式机头螺杆式机头v如图714所示，这种机头与直管式机头类似，只是在直支管模腔内多加设一根可单独驱动的螺杆。螺杆旋转可进一步塑化塑料熔体，并均匀地进行宽度分配，温度控制也较容易，但因螺杆须制成多头、渐变形螺纹且须能

11、单独转动，故结构复杂、加工困难，成本也较高；而且制件的表面还会出现波浪形痕迹。这类机头挤出成型板材厚度可达20mm，幅宽达20004000mm，且适用于各种塑料，尤其是一些流动性差、热敏性强的塑料。图7-14 螺杆式机头1-栅板2-分配螺杆7.2.5 吹塑薄膜机头吹塑薄膜机头v挤出吹塑成型法是塑料薄膜生产中应用最广泛的一种方法，可用来生产聚氯乙稀、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、尼龙等各种塑料薄膜。吹塑薄膜机头主要形式有：芯棒式机头、十字形机头、螺旋式机头、旋转式机头。2十字形机头十字形机头v如图7-16所示，十字机头从中心进料，模芯不受侧压力，不会产生“偏中”现象，因此，管坯从口模挤出时出料均匀，

12、薄膜厚度较容易控制。但机头内有多条分流筋存在，薄膜上熔接痕多；机头内空腔大，存料多，不适宜加工热敏性的塑料。通常用于聚丙烯、聚乙烯、尼龙等薄膜加工。图7-16 十字形吹塑薄膜机头l-下机头体2-分流器支架3-调节螺钉4-压板5-上机头体6-分流器7-芯棒8-口模9-压板螺栓3螺旋式机头螺旋式机头v如图7-17所示，螺旋式机头芯棒上有48条螺纹槽，熔料从中心进料，沿螺纹槽运动，多股料流同时进入缓冲槽，被均匀挤出，保证了所得的薄膜壁厚均匀，而又无熔接痕。但该机头结构复杂，制造难度大。适用于聚乙烯、聚丙烯等粘度较小、不易热分解的塑料。图7-17 螺旋式吹塑薄膜机头l-口模2-芯棒3-压板4-加热器5

13、-调节螺钉6-机头体7-螺旋芯棒8-进气口7.2.6 电线电缆挤出成形机头电线电缆挤出成形机头v在电线电缆的生产中，需要在金属芯线外面包覆一层塑料做绝缘层和保护层，一般采用在挤出机的直角式机头实现成型，电线电缆挤出成形机头典型结构常有两种形式。1挤压式包覆机头挤压式包覆机头v挤压式包覆机头是用于生产电线的保护绝缘层的，其结构如图719所示，塑料熔体通过挤出机过滤板进入机头体，转向90后沿着芯线导向棒继续流动，在导向棒上汇合成一封闭料环后，经口模成型区，最终包覆在芯线上，芯线同时连续地通过芯线导向棒，使包覆挤出生产能连续进行。这种机头的结构简单，调整方便，但芯线与塑料的包履层的同心度不好，保履层

14、不均匀。图7-19 挤压式包覆机头1-芯线2-导向棒3-机头体4-电热器5-调节螺钉6-口模7-包覆制件8-过滤板9-挤出机螺杆2套管式包覆机头套管式包覆机头v套管式包覆机头用来生产电缆的，此机头如图7-20所示，与挤压式包覆机头十分相似，也是直角式机头，不同的是，套管式包覆机头是将塑料挤成管坯，然后在口模外靠塑料管坯的遇冷收缩而包覆在芯线上。包覆层的厚度随口模尺寸、导向棒头部的尺寸、挤出速度及芯线牵引速度等因素的变化而变化。图7-20 套管式包覆机头l螺旋面2芯线3挤出机螺杆4过滤板5导向棒6电热器7口模7.3 挤出成型模具设计挤出成型模具设计v在挤出成型模具的机构设计计算中，主要确定机头内

15、口模、芯棒、分流器和分流器支架等主要零部件的形状和尺寸及其工艺参数。在设计管材挤出机头之前，需要获得的数据包括挤出机型号、制件的内径、外径及制件所用的材料等。下面以管材挤出成型机头（如图71所示）为例，介绍挤出成型模具结构设计中的主要零部件尺寸与工艺参数的确定。7.3.1 口模的设计口模的设计v口模是用于成形管子外表面的成形零件，见图71的件3。需要注意的是，由于离模膨胀和冷却收缩效应，口模内径的尺寸并不等于管材外径尺寸。在设计管材模时，口模的主要尺寸为口模的内径D和定型段的长度L1,这些尺寸的确定主要靠经验公式完成。v D=kd （7-1）v式中 D口模的内径，mm；v d管材的外径，mm；

16、v k补偿系数，见表72。1口模内径口模内径D 2定型段长度定型段长度 L1v L1（0.53）D（按管材外径计算）（7-2）v或 L1 n t （按管材壁厚计算）（7-3）v式中 L1口模定型段长度，mm；v D塑料管材外径的公称尺寸，mm；v t塑料管材壁厚，mm；v n系数，如表73所示。7.3.2 芯棒的设计芯棒的设计 v芯棒是用于成形管子内表面的成形零件，其结构见图71的件4。由于与口模结构设计同样的原因，即离模膨胀和冷却收缩效应，所以芯棒外径的尺寸不等于管材内径尺寸。一般芯棒与分流器之间用螺纹连接，其中心孔用来通入压缩空气，芯棒的结构应有利于物料流动，消除熔接痕，容易制造。芯棒主要

17、尺寸有芯棒外径d、压缩段长度L2和压缩区锥角，这些尺寸的设计主要靠经验公式完成。1芯棒的外径芯棒的外径dv d D2 （7-4）v式中 d芯棒的外径，mm；v D口模的内径，mm；v 芯棒与口模的单边间隙，通常取 =（0.830.94）t，mm；v t塑料管材壁厚，mm。2定型段、压缩段和收缩角定型段、压缩段和收缩角v(1)芯棒定型段的长度 v与口模的定型段长度L1相等或稍长。v(2)芯棒压缩段长度L2v L2（1.52.5）D0 （7-5）v式中 L2芯棒的压缩段长度，mm；v D0塑料熔体在过滤板出口处的流道直径，mm。(3)芯模收缩角芯模收缩角 v低黏度塑料 取4560v高黏度塑料 取3

18、0507.3.3 分流器和分流器支架的设计分流器和分流器支架的设计v如图7-18 所示为分流器和分流器支架的结构。塑料通过分流器，使料层变薄，这样便于均匀加热，以利于塑料进一步塑化。大型挤出机的分流器中还设有加热装置。图7-18 分流器和分流器支架结构v1分流锥的角度分流锥的角度（扩张角）（扩张角）v低黏度塑料 取30 80v高黏度塑料 取30 60 v扩张角收缩角，过大时料流的流动阻力大，熔体易过热分解；过小时不利于机头对其内的塑料熔体均匀加热，机头体积也会增大。v2分流锥长度分流锥长度 L3v L3=（0.6 1.5）D0 （7-6）v式中 D0过滤板与机头交接处的流道直径，mm，如图71

19、所示。v 3分流锥尖角处圆弧半径分流锥尖角处圆弧半径 RvR0.52mm vR不宜过大，否则熔体容易在此处发生滞留。v4分流器表面粗糙度值分流器表面粗糙度值 Ra v Ra0.40.2m v5过滤板与分流锥顶间隔过滤板与分流锥顶间隔 L5v L5=10 20 mm v 或 L50.1D1 （7-7）v式中 D1螺杆的直径，mm。v L5过小则料流不均，过大则停料时间长。v6分流器支架主要用于支承分流器及芯棒。分流器支架主要用于支承分流器及芯棒。v支架上的分流肋应做成流线型，如图718的A-A所示。在满足强度要求的条件下，其宽度和长度尽可能小些，以减少阻力。出料端角度应小于进料端角度，分流肋尽可

20、能少些，以免产生过多的熔接痕迹。一般小型机头3根，中型的4根，大型的 68 根。7.3.4 拉伸比和压缩比的确定拉伸比和压缩比的确定 v拉伸比和压缩比是与口模和芯棒尺寸相关的工艺参数。根据管材断面尺寸确定口模环隙截面尺寸时，一般尚凭拉伸比确定。各种塑料的拉伸比和压缩比都是通过实验确定的。v1拉伸比拉伸比I v管材的拉伸比是指口模和芯棒的环隙截面积与管材成形后的截面积之比，其计算公式如下v I（D2d2）/（Ds2ds2）（7-8）v式中 I拉伸比；v Ds、ds塑料管材的外、内径，mm；v D、d分别为口模的内径、芯棒的外径，mm。v常用塑料的挤管拉伸比见表7-4。v2压缩比压缩比v压缩比是指

21、机头和过滤板相交接处最大料流截面（通常为机头和过滤板相接处的流道截面积）与口模和芯模在成型的环形间隔截面积之比，它反映挤出成型过程中塑料熔体的压实程度。v低粘度塑料 410v高粘度塑料 2.56.07.3.5 定径套的设计定径套的设计v管材从口模中出来后，温度仍较高，没有足够的强度和刚度来承受自重变形，同时受离模膨胀和冷却长度收缩效应的影响，因此需立即采取定径套对其冷却定型，保证挤出管材的尺寸形状精度和良好的表面质量。一般采用内径定型法和外径定型法，不论采用何种方法，都是使管坯内外形成压差，使其紧贴在定径套上冷却定型。由于我国塑料管材标准大多以外径为基本尺寸，故较常采用外径定型法。1外径定径法

22、外径定径法v外径定径法适用与直通式机头和微孔流道式机头，它可分为内压法定径和真空吸附法定径。v（1）内压法定径v如图719所示为内压法定径，工作时在管子内部通入经过预热的压缩空气(0.020.28Mpa)，可用堵塞防止漏气，从而在管内形成一定的内压力。此法定径的效果好，适用于直径较大的管材。v对于内压法定径的定径套尺寸的确定，可查表7-5。图7-19 内压法外径定径原理（2）真空吸附法定径）真空吸附法定径v如图720所示为真空吸附法定径，在定径套一段区域上加工很多小孔（孔径为0.61.2mm），工作时通过这些小孔将管材与定径套的间抽真空，套内的真空度通常取53.366.7kPa，真空套与口模间

23、应留有20100mm的距离。此法定径表面粗糙度好，尺寸精度高，壁厚均匀，常用于生产小口径的管材。图7-20 真空吸附法外径定径原理v对于真空吸附法定径的定径套尺寸可按下面经验公式计算：vd0（1Cz）ds （7-9）v式中d0真空定径套内径,mm；vCz计算系数，参考表7-6；vDs管材外径，mm。2内径定径内径定径v如图7-21所示为内径定型法，此法只适用于直角式机头，能保证管材内孔的圆度及内径尺寸精度，模具结构简单，操作方便。但不适于挤出成型聚氯乙烯、聚甲醛等热敏性塑料。目前，多用于挤出聚乙烯、聚丙烯和尼龙等塑料管材。图7-21 内径定径原理1-管材2-定径套3-机头4-芯棒v定径套的尺寸

24、确定如下：v（1）定径套外径D0vD0（l24）Ds （7-10）v式中 D0定径套外径，mm；vDs一管材内径，mm。v（2）定径套的长度v定径套应沿长度方向有一定的锥度，可在0.6：1001.0：100范围内选取，定径套的长度一般取80300mm，牵引速度较大或管材壁厚较大时取大值。本章小节本章小节v通过本章的学习，要求掌握挤出成型模具的基本知识，掌握各种的典型结构、工作原理和特点，了解挤出成型模具的机构设计和成型参数的确定。习习 题题 v7-1 挤出成形机头有那几部分组成？各自有什么作用？v7-2 挤出成型设计应遵循那些原则？v7-3 管材挤出成形机头有哪些类型？各有何特点？v7-4 常用吹塑薄膜机头有那些类型？各有何特点？v7-5 管材成型中的口模设计需确定几个尺寸？如何确定？v7-6 管材定径有那些方法？各自有何特点？