塑料挤出成型模具设计.doc

第6章 塑料挤出成型模具设计 重点：管材挤出成型模具结构典型，应用广泛，是挤出成型的基础，必须掌握其挤出工艺过程、结构要求、结构组成与作用以及各部分设计要点。 内容：介绍塑料管材挤出成型模具的结构和设计，简要介绍薄膜、棒材、板材、电线电缆覆层、异形截面型材挤出模具的结构特点和设计要点。 目的：使学生了解挤出成型模具的基本结构，初步掌握挤出成型模具的设计方法。 作业：P240页6-4、6-5 6.1 概述 一、 挤出成型过程 塑料挤出成型------在挤出机上用加热或其它方法使塑料成为熔融状态，在一定压力下通过挤出机头、经定型获得连续型材的成型方法。 挤出成型过程大致分为三个阶段。 （1）塑化 通过挤出机加热器的加热和螺杆、料筒对塑料的混合、剪切作用所产生的摩擦热使固态塑料变成均匀的粘流态塑料。 （2）成型 粘流态塑料在螺杆的推动下，以一定的压力和速度连续地通过成型机头，从而获得一定截面形状的连续形体。 （3）定型 通过冷却等方法使已成型的形状固定下来，成为所需要的塑料制品。 挤出成型用途：可用于塑料管材、薄膜、棒材、板材、电线电缆覆层、单丝以及异形截面型材等的加工。挤出成型还可用于塑料的混合、塑化、脱水、造粒和喂料等准备工序或中空制品型坯等半成品加工。挤出成型几乎能加工所以的热塑性塑料和部分热固性塑料。 二、 挤出成型机头的作用 挤出的主要设备是挤出机。 常用的是卧式单螺杆挤出机。它由三部分组成，即：传动系统、加热冷却系统和挤出系统。 挤出系统包括螺杆、机头和口模。通常把机头以及装于机头上的口模合并起来，统称为机头。 螺杆的作用是把原料从粉状或粒状经过料筒外的加热和螺杆转动时的摩擦生热把原料熔化并通过螺杆的压缩和推进使熔体在压力下流入机头。 机头是挤出模的主要部件，有如下四个方面的作用： （1）熔体由螺旋运动转变为直线运动； （2）产生必要的成型压力，保证挤出制品密实； （3）熔体在机头内进一步塑化。 （4）熔体通过口模成型，获得所需截面形状的制品。 三、 挤出成型机头的典型结构 管材挤出成型直向机头的典型结构形状如图6-1。 由口模、芯棒、分流器、分流器支架、栅板等组成。 分流区的作用是使从螺杆推出的熔体经过栅板，使螺旋状流动的熔体转变为直线流动。栅板还可以起过滤作用，把末完全熔化的料挡在栅板外，使之继续熔化，防止它进入机头引起阻塞。通过栅板后的熔体，经分流锥使之初步形成中空的管状流而后进入压缩区。 压缩区主要是通过截面的变化使熔体受剪切作用，进一步塑化。压缩区入口截面积大于其出口的截面积。此两截面积之比即为压缩区的压缩比。压缩比小即剪切力小，熔体塑化不均匀，容易招致融合不良；而压缩比过大则残留应力大，易产生涡流和表面粗糙的缺陷。 成形区即口模，其作用是把熔体形成所需要的形状和尺寸，使通过分流器支架及分流锥的不平稳的流动使之渐趋平稳并通过一定长度的通道成形为所需要的形状。但由于熔体在受压下流经口模，出口后必然要膨胀（有的部位也可能收缩），因此口模的尺寸和形状与成品不同。 四、 挤出成型机头的分类 机头的种类很多，大致可按以下三种特征来分类。 1． 按挤出制品出口方向分 可分为直向机头（直通机头）和横向机头（直角机头）。在直向机头内，料流方向与挤出机螺杆轴向一致，如聚氯乙烯硬管挤出机头。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，如电线包覆机头。 2． 按机头内压力大小分 可分为低压机头（料流压力为4MPa）、中压机头（料流压力为4～10MPa）和高压机头（料流压力在10MPa以上）。 3． 按挤出制品的形状分 可分管材、棒材、板材、薄膜、线与缆敷层等挤出成型机头。 五、 挤出成型机头的设计原则 （1）内腔呈流线型 内腔不能急剧地扩大和缩小，更不能有死角和停滞区，流道应加工得十分光滑，表面粗糙度Ra值小于 0.4μm，以便熔体能沿着机头的流道充满并均匀地挤出成型，避免塑料过热分解。 （2）机头应有足够的压缩比 压缩比是指分流器支架出口处的截面积与口模、芯棒之间的环隙面积之比。压缩比过小时，制品不密实，而且物料通过分流器支架后形成的熔合线不易消除；压缩比过大时，会造成机头结构庞大，物料流动阻力增加，影响制品的产量和质量。一般压缩比取3～6为宜。 （3）设计正确的断面形状 由于塑料的物理性能以及温度、压力等因素的影响，机头成型部分的断面形状并不就是挤出制品实际的断面形状，在设计时还应考虑留有试模后修整的余地。 （4）设计调节机构 挤出时对挤出力、挤出速度，挤出量等参数要能进行调节，尤其是挤出异型材。机头中最好设置调节流量、调节口模与芯棒各向间隙以及能正确控制和调节温度等结构，保证制品的形状、尺寸和质量。 （5）结构紧凑 在满足强度和刚度的条件下，机头结构应紧凑，机头与机筒连接处要严密，易于装卸