塑料模具设计课件第五章.ppt

第八章 热塑性塑料热塑性塑料挤出成型机头塑料成型工艺及模具设计塑料成型工艺及模具设计1 8.1概述 1.挤出成型机头典型结构分析 机头挤出成型模具的主要部件，它有下述四种作用：(1)使物料由螺旋运动变为直线运动；(2)产生必要的成型压力，保证制品密实；(3)使物料通过机头得到进一步塑化；(4)通过机头成型所需要的断面形状；管材机头零件组成如图5-1所示。28.1概述 2.常用挤出机头的分类 (1)按挤出制品出口方向分 直向机头和横向机头 在直向机头内，料流方向与挤出机螺杆轴向一致；在横向机头内，料流方向与挤出机螺杆轴向垂直或成某一角度。(2)按机头内压力大小分 低压机头（料流压力为40公斤/厘米2）、中压机头（料流压力为40100公斤/厘米2）、高压机头（料流压力在100公斤/厘米2）。38.1概述 3.按挤出制品的形状分 (1)管材挤出成型机头 (2)棒材挤出成型机头 (3)薄膜挤出成型机头 (4)线、缆敷层挤出成型机头 (5)板材与片材挤出成型机头 (6)异型材挤出成型机头 45.2 5.2 管材挤出成型机头管材挤出成型机头 1.管材挤出成型机头典型结构 常见的管材挤出成型机头结构有两种形式，分别为：直通式挤管机头和直角式挤管机头。直通式机头结构简单、制造容易，因此成本低。但分流器支架产生的合流线不易消除，同时这种机头长度较大，比较笨重。如图5-2所示。直角式机头内没有分流器支架，料流包围芯棒，只产生一条河流线，但机头结构较复杂，制造较困难，成本高。如图5-3所示。55.2 5.2 管材挤出成型机头管材挤出成型机头 2.管材挤出成型机头工艺参数的确定 （1）口模 口模是成型管材外表面的零件，形状如图5-4所示。挤出时，管材离开口模后，由于压力降低，塑料制品出现因弹性回复而膨胀的现象，管材截面积将增大。另一方面，又由于牵引和冷却收缩的影响，管材截面积也有缩小的趋势。65.2 5.2 管材挤出成型机头管材挤出成型机头 目前，由于理论计算不成熟，所以根据要求的管材断面尺寸来确定口模断面尺寸时，一般凭经验确定。通常，是按照拉伸比来确定口模与芯棒间环形空隙的截面积与挤出管材的截面积之比。式中 I拉伸比；R1口模内半径；R2芯棒外半径；r1挤出管材外半径；r2挤出管材内半径。75.2 5.2 管材挤出成型机头管材挤出成型机头 设计口模内径时，既要考虑胀模又要考虑冷却时塑料的收缩率。一般可按下式计算：式中 d口模直径（毫米）；D管材外经（毫米）；a与塑料性质、口模温度、压力有关的经验系，可取1.011.06。85.2 5.2 管材挤出成型机头管材挤出成型机头 定型段长度L1，国内目前按照以下两种经验方法确定：1）按管材外径计算 如下所述：式中 D管材外径的公称尺寸（毫米）。通常，管材直径D较大时，系数取较小值，因为此时管材被定型的面积较大；反之，就取较大值。95.2 5.2 管材挤出成型机头管材挤出成型机头 2）按管材壁厚计算 如下所述：式中 t管材壁厚（毫米）；K经验系数。105.2 5.2 管材挤出成型机头管材挤出成型机头（2）芯棒 芯棒是成型管材内表面的零件，其结构如图5-5所示。设计芯棒外径d1时，应先计算芯棒与口模之间的间隙值。由于胀模使不等于管材壁厚t，根据生产经验，硬管胀模率为620%。因此，值可用下式计算：式中 经验系数，一般 为1.06 1.20。于是芯棒外径可用右式计算：式中 d 口模内径。115.2 5.2 管材挤出成型机头管材挤出成型机头（3）分流器 塑料流经分流器时，料层变薄，这样便于均匀加热，以利于进一步塑化。分流器张角的选取与塑料熔融粘度的大小有关，一般取3090。如图5-6所示。分流器椎体部分长度一般取（0.61.5）D0（D0为多孔板出口处直径）。分流器头部圆角R也不宜过大，否则会造成集料分解，R一般为。0.52毫米。125.2 5.2 管材挤出成型机头管材挤出成型机头（4）分流器支架 中小型机头分流器和分流器支架可加工成整体。分流器支架上分流筋的数目一般为38根。为了消除塑料流经分流器支架后形成的接合线，分流筋的形状呈流线型。其出料端的角度应小于进料端的角度。（5）确定压缩 挤管机头的压缩比是指流道型腔内的最大截面积与口模，芯棒间环形缝隙的截面积之比。对低粘度物料可取=410，对高粘度物料可选取=2.56。135.2 5.2 管材挤出成型机头管材挤出成型机头 3.管材的定径与冷却 挤出管材的定型工艺方法有两种：外径定径法是用定径套控制管材的外径尺寸和圆度，其中，外径定径法又分为内压法和真空法两种。内径定径法是通过定径套来控制管材的内径尺寸和圆度。145.2 5.2 管材挤出成型机头管材挤出成型机头（1）定径套结构设计 1）外径定型法的定径套 外径定径是使管材和定径套内壁相接触。经常采用以下两种形式的定径套。a）内压法定径套 如图5-7所示。这种定型方法是在管材内通入压缩空气，使呈现半熔状态的管材型皮紧贴于定径套内壁上冷却定径。定径套接在机头上，与口模、芯棒同心，定径后的管材圆度好。155.2 5.2 管材挤出成型机头管材挤出成型机头 b）真空吸附定径套 如图5-8所示。真空吸附定径法师采用管外抽真空使管材型坯外表面吸附在定径套内壁上进行冷却，定外径尺寸的方法。其定径套实际上是一个金属圆筒，在某一区域打上许多小孔，作抽真空用。真空定径套并不直接套在机头上，而是与机头相距2050毫米的间隔。165.2 5.2 管材挤出成型机头管材挤出成型机头 2）内径定型法的定径套 如图5-9所示。这种方法通常只有直角机头才能使用。因其出料方向与螺杆轴向垂直，定径套的冷却水管可以从芯棒中抽出。175.2 5.2 管材挤出成型机头管材挤出成型机头（2）定径套尺寸的确定 1）外定径套 a）内压定径套 定径套的内径尺寸应考虑膨胀效应，定型后的收缩因素及牵引力等对管材尺寸的影响；定径套长度应根据管材壁厚、牵引速度而定。185.2 5.2 管材挤出成型机头管材挤出成型机头 b）真空定径套 真空定径套使用时，与口模间有2050毫米的距离，这时定径套内径的选取主要考虑塑料管材定型后后的收缩波动。定径套内径应按下式计算：式中 Dz真空定型套内径（毫米）；D管材外径（毫米）；Cz系数。表5-1 系数Cz选取表挤出塑料Cz（%）HPVC0.71PE24PP25195.2 5.2 管材挤出成型机头管材挤出成型机头 2）内径定径套 定径套外径应设计成锥度，其斜度为0.61%，适用于直径大于30毫米以上的管材。定径套长度依据管材壁厚和牵引速度而定，壁厚大的或挤出速度高的管材选用的定径套应长些，一般其长度为80300毫米。定径套外径应比管材内径大24%。205.3 5.3 吹塑薄膜、棒材、线缆包覆挤出成吹塑薄膜、棒材、线缆包覆挤出成型机头型机头 1.吹塑薄膜挤出成型机头 吹塑法就是使塑料经机头呈圆筒形薄管挤出，并从机头中心通入压缩空气，将薄管吹成直径较大的管状薄膜。冷却后卷取的管膜宽度叫薄膜折径。215.3 5.3 吹塑薄膜、棒材、线缆包覆挤出成吹塑薄膜、棒材、线缆包覆挤出成型机头型机头（2）机头结构类型 目前使用的吹塑机头结构形式较多，常见的有侧面进料的芯棒式机头、中心进料的十字机头、螺旋式机头以及旋转式机头等。1）侧面进料式机头 其结构如图5-10所示，熔融塑料自挤出机多孔板挤出，经过联结器压缩后，流至芯棒处分成两股料流，沿芯棒上的分料线流动，在芯棒尖处又重新汇合，然后沿模口缝隙呈薄管挤出。芯棒中心通入压缩空气将管坯吹胀，成型为薄膜。225.3 5.3 吹塑薄膜、棒材、线缆包覆挤出成吹塑薄膜、棒材、线缆包覆挤出成型机头型机头 2）中心进料式（“十”字形）机头 吹塑薄膜的“十”字形机头与直通式挤管机头相似，如图5-11所示。分流器支架在保证承受物料推力作用而不变形的前提下，分流筋数目应尽可能少一些，宽度和长度应尽可能小一些。235.3 5.3 吹塑薄膜、棒材、线缆包覆挤出成吹塑薄膜、棒材、线缆包覆挤出成型机头型机头 3）螺旋式机头 塑料从中心流入，然后分成48股料流通过各个螺纹槽作旋转运动，多股料流从槽中流出并汇合进入缓冲槽，然后均匀地从定型段挤出。熔融物料不是全部通过螺纹槽挤出，有一部分在螺纹顶端与芯模套之间漏流。如图5-12所示。245.3 5.3 吹塑薄膜、棒材、线缆包覆挤出成吹塑薄膜、棒材、线缆包覆挤出成型机头型机头 2.吹塑薄膜的冷却定型 泡管刚从机头挤出时，温度较高在160以上，呈半流动状态或塑性状态，从吹胀到进入牵引导辊，时间较短，仅有几秒钟到一分钟左右，单靠自然冷却，薄膜厚度不均匀，热的管膜两层夹紧后易“粘着”，所以必须强制冷却。255.3 5.3 吹塑薄膜、棒材、线缆包覆挤出成吹塑薄膜、棒材、线缆包覆挤出成型机头型机头 风环是比较常用的冷却装置，其结构如图5-13所示。风环对管膜起冷却定型作用，调节风环中风量的大小，还可以控制薄膜的厚薄。（1）出风量均匀 冷却风环与口模的距离一般为30100毫米，冷却环的内径为机头内径的1.53倍，出风量缝隙宽为14毫米。265.3 5.3 吹塑薄膜、棒材、线缆包覆挤出成吹塑薄膜、棒材、线缆包覆挤出成型机头型机头 （2）风环与吹胀比的关系 风环的口径应与吹胀比相适应，最好是一种吹胀比使用一种与其相配套的风环。（3）角的确定 角做好选用4060，这样角度吹出的风还有托膜作用。275.3 5.3 吹塑薄膜、棒材、线缆包覆挤出成吹塑薄膜、棒材、线缆包覆挤出成型机头型机头 2.棒材挤出成型机头 （1）棒材挤出成型机头的结构 机头是棒材成型的主要部件之一，它的合理设计较为重要。图5-14是圆形棒材挤出机头的典型结构。由于棒材是实心的，其截面积比管材大得多，因而机头阻力较小。为了获得密实的实心棒，必须增加机头压力，使物料进入冷却定径套处的压力约为125公斤/厘米2左右。285.3 5.3 吹塑薄膜、棒材、线缆包覆挤出成吹塑薄膜、棒材、线缆包覆挤出成型机头型机头 （2）棒材挤出成型机头的定径套 挤出棒材的定径套结构比较简单，与挤管机头定径套相似，其结构如图5-15所示。定径套内孔应做成一定的斜度，以减少棒材通过定径套的阻力，否则会经常发生塑料堵在出料口，使棒材挤不出来的现象。295.3 5.3 吹塑薄膜、棒材、线缆包覆挤出成吹塑薄膜、棒材、线缆包覆挤出成型机头型机头 3.线、缆敷层挤出成型机头 金属芯线为了包覆一层塑料作为绝缘层，当芯线是多股或单股金属线时，通常用挤压式包覆机头，挤出制品即为电线，当芯线是一束互相绝缘的导线或不规则的芯线时，使用套管式包覆机头，其挤出制品即为电缆。305.3 5.3 吹塑薄膜、棒材、线缆包覆挤出成吹塑薄膜、棒材、线缆包覆挤出成型机头型机头 （1）挤压式包覆机头典型的挤压式 包覆机头结构如图5-16所示。这种机头呈直角式，俗称“十”字机头。通常被包覆物的出料方向与挤出机呈直角。（2）套管式包覆机头 典型的套管式包覆机头结构如图5-17所示。一般是靠塑料管的热收缩包紧，有时借助真空使塑料管更紧密地包在芯线上。315.4 5.4 板材和片材的挤出成型机头板材和片材的挤出成型机头 板材和片材之间没有严格的界限，一般按产品厚度来分，通常把厚度在0.251毫米的称为片材，而1毫米以上的称板材。热塑性塑料板材和片材的挤出成型，广泛采用扁机头，它可以制造各种厚度及幅宽的板材。这种机头具有宽而薄的出料口，塑料熔体从料筒挤到机头内，流道由圆形变成狭缝形，物料将沿着机头宽度方向均匀分布，经模唇挤出板材或片材。325.4 5.4 板材和片材的挤出成型机头板材和片材的挤出成型机头 1.板材及片材挤出成型机头的结构 生产板材和片材的挤出机在结构上与其它挤出制品所用挤出机没有大的区别，只是所用机头不同。目前，扁机头按其内部结构可分为以下四种类型：（1）鱼尾型机头 鱼尾形机头的型腔因似鱼尾而得名。如图5-18所示。熔融物料由机头中部进入后，最后在口模处被挤出。在设计时则必须使“鱼尾形”部分的扩张角不能太大，一般扩张角为80。335.4 5.4 板材和片材的挤出成型机头板材和片材的挤出成型机头（2）支管机头 如图5-19所示。这种机头是由一个其纵向切口为管状的型腔构成，可以贮存一定量的物料。支管的作用是对熔体的稳压和分配作用，使料流稳定并均匀地挤出宽幅制品。（3）螺杆机头 螺杆机头又称螺杆分配机头，它的特点是在“T”万型支管机头的支管内插入一根分配螺杆，如图5-20所示。345.4 5.4 板材和片材的挤出成型机头板材和片材的挤出成型机头 （4）衣架式机头 衣架式机头可分为衣架直支管型和衣架递减型两种。1）直支管衣架型机头 如图5-21所示。支管呈衣架形，支管为圆简形，其直径在中部与两端相同，可以从支管的两端插入幅宽调节棒，以调节塑料的流动宽度。355.4 5.4 板材和片材的挤出成型机头板材和片材的挤出成型机头 2）支管递减衣架型机头 如图5-22所示。这种机头的支管直径从中部到两端逐渐减少，减小的趋势是随熔料的温度、定型段长度和间隙及支管的倾抖角等成对数函数关系减小。365.4 5.4 板材和片材的挤出成型机头板材和片材的挤出成型机头 2.制品厚度调节装置 为了获得不同厚度的板、片制品，需要调节口模的间隙。常选用的是使口模产生微量弹性变形的调节装置，这是一种用于调整板、片产品厚薄均匀度的“微量”调节装置。它是在可调模唇上开一个小沟槽，通过螺栓的调节作用，使模唇产生微量的弹性变形，从而达到改变口模间隙的方法。如图5-23所示。375.5 5.5 异型材挤出成型异型材挤出成型 1.概述 所谓异型材是除了圆管、圆棒、片材、薄膜等挤出制品外的具有其它断面形状的塑料挤出制品。由于塑料具有可塑性，所以异型材的形状特别多，按形状不同大致可以将异型材分为六个大类。（1）异型管材 其特性是壁厚均匀且无锐角（角呈圆角）。常采用通用的直管机头或圆机头制成。385.5 5.5 异型材挤出成型异型材挤出成型（2）中空异型材 用肋把型材的断面分隔成中空状，并具有从中空室伸出分支且壁厚不均匀的异型材。（3）空腔异型材 中空异型材呈封闭状的中空断面，壁厚不一致并有凸缘。（4）开放式异型材 其断面形状完全不带中空室，并具有各种各样的断面。395.5 5.5 异型材挤出成型异型材挤出成型 (5)复合异型材 有组合式异型材和带嵌件的异型材两种。组合式异型材可以用具有不同色泽或不同硬度的同种树脂组成，也可以用不同树脂组合而成。带嵌件的异型材一般是由两种不同质地的材料复合而成。(6)实心异型材 这种型材可以有各种形状的断面，比如矩形、三角形、椭圆形等。它可采用普通的棒材机头来成型。405.5 5.5 异型材挤出成型异型材挤出成型 2.异型材挤出成型机头结构 要想挤出理想的异型材，必须对异型材制品的设计、材料的选择，公差配合、模具设计、直至精确的机械加工等环节都十分重视，而机头设计是最关键的一环。415.5 5.5 异型材挤出成型异型材挤出成型 异型机头结构大致可分为板状机头和整体式流线型机头两种：(1)板状异型机头 板状机头其流道有急剧变化，它是由数块钢板组成，其厚度一般为520毫米。图5-24是典型的板状机头的结构。板式机头的特点是构造简单、成本低、制造快、调整安装容易。425.5 5.5 异型材挤出成型异型材挤出成型 (2)流线型机头 流线型机头又分为分段式流线型机头和整体式流线型机头两类。分段式流线型机头如图5-25所示。这种机头亦是用多块钢板组成，其各块成型腔的连接处加工成曲线，以达到流线形而利于熔料的畅流。整体式流线型机头如图5-26所示，它的成型腔仅由一块内腔做成流线型的钢板制成。成型腔的展开部分要设计成60以下的倾斜度的流道，同样，成型腔的横截面积要相当于口模面积的四倍。435.5 5.5 异型材挤出成型异型材挤出成型 3.异型机头的设计 异型材挤压成型的关键在于异型机头的设计。异型机头设计包括制品横断面的设计和机头结构的设计，然而要想制得理想的异型材，必须对制品的性能要求及其横断面形状、熔料在机头中的流动特性、挤出工艺特点，加热和冷却方式以及机头的加工制造等因素进行综合考虑。445.5 5.5 异型材挤出成型异型材挤出成型 (1)制品设计 制品设计的好坏对异型材的生产是非常重要的，它不仅影响使用，而且对控制生产有重要影响。1）断面形状与尺寸精度 异型制品的断面应尽可能设计得简单些，壁厚也要尽可能的均匀。2）断面的平衡 各断面的厚度及形状力求对称分布，这样可使物料在机头中流动均衡、冷却也能均匀，压力可趋于平衡，这是异型材制品断面设计最重要一点。455.5 5.5 异型材挤出成型异型材挤出成型 3）筋的设计 中空异型制品如有必要设置筋时，应尽可能选用较小的筋厚，因为外壁较易冷却，内筋冷却速度慢，势必引起变形，因此突出的筋厚不要超过外壁厚度。4）转角处R的决定 转角分为外转角和内转角。为了避免异型制品的转角处应力集中，制品形状变化应平滑圆弧过渡。一般外侧转角R不小于0.5毫米，内侧转角R不小于0.25毫米。465.5 5.5 异型材挤出成型异型材挤出成型 (2)机头流道设计 对机头流道设计的要求是流道应与物料流动情况完全相适应，流道截面应呈流线形，避免死角和拐角，使熔融物在所有的截面上流速趋于一致。一般情况下，机头入口与口模的断面形状差异很大，机头入口一般为圆形，必须有一个从圆形逐渐变为口模形状的部分，即过渡部分。47图5-1管材挤出机头1-都塞；2-定径套；3-口模；4-芯棒；5-调节螺钉；6-分流器7-分流器支架；8-机头体；9-过滤板.48图5-2 直通式挤管机头1-分流锥;2-电热圈;3-气咀;4-分流器支架;5-机头过渡体;6-电热圈;7-调节螺钉;8-压圈;9-垫圈;10-螺栓;11-口模;12-芯棒;13-电热圈.49图5-3 直角式挤管机头1-口模；2、6-六角螺栓；3-压环；4-调节螺钉；5-口模过渡体；6-芯模；7-机头过渡体；8-接颈.50图5-4 口模51图5-5 芯棒 52图5-6 分流器 53图5-7 内压定径套结构 54图5-8 真空吸附定径套结构55图5-9 内径定径套结构 56图5-10 芯棒式吹膜机头1-芯棒轴；2-口模；3-调节螺钉4-进料管 57图5-11 十字形机头1-口模；2-分流器；3-调节螺钉；4-同压缩空气管；5-机头体.58图5-12 旋转式机头1-口模；2-芯棒；3-机头旋转体；4-口模支持体；5、11-齿轮；6-绝缘环；7、9-铜环；8-炭刷；10-空心轴.59图5-13 风环示意图60图5-14 圆形棒材挤出机头的典型结构1-口模；2-定径套哦连接螺栓孔；3-机头口模过渡体4-加热圈；5-机头过渡体；6-多孔板；7-机头法蓝盘；8-链接螺钉；9-机筒法蓝盘；10-机筒；11-螺杆.61图5-15 挤出棒材定径套1-机头体；2-绝热板；3-定径套 62图5-16 挤压式包覆机头1-导向套；2-螺母；3-盖螺母；4-流道芯；5-机头体；6-连颈；7-接块；8-芯模体；9-芯模；10-调节螺钉；11-口模体；12-压帽；13-口模.63图5-17 套管式包覆机头1、7-链接螺钉；2-加热圈；3-机头体；4-芯模体；5-芯模；6-压盘；8-口模.64图5-18 带阻流器的鱼尾形机头1-进料口；2-机头体；3-阻料器；4-口模.65图5-19 一端供料直支管型机头 66图5-20 带分配螺杆的挤板机头1-分配螺杆；2-机头体；3-上口模固定螺钉；4-阻力棒调节螺钉；5-上口模；6-上口模调节螺钉；7-下口模；8-下口模座；9-阻力棒；10-下口模座固定螺钉.67图5-21 直支管衣架机头图 685-22 支管递减衣架型机头 69图5-23 推（b）、拉（a）调节口模间隙法1-调节螺栓（a拉、b推）；2-可调口模；3-固定口模；4-机头体.70图5-24 板状机头 71图5-25 分段式流线型机头 72图5-26 整体式流线形异型机头73