管材挤出成型的机头结构及设计.

一. 管材挤出成型机头的作用
单管挤出机头实景
双管挤出机头实景
一. 管材挤出成型机头的作用
管材挤出机头主要有下述四种作用: (1)使物料由料筒内的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)通过机头成型所需断面形状的塑料制品。
二.管材挤出成型机头的结构组成
2.4 机头压缩比(Compression ratio)
• •
压缩比C——分流区支架出口处截面积与成型区环隙截面积之比. 其值随塑料粘度特性而异。对于高粘性塑料，取C=4~10；对于低粘性塑料，
取C=3~6为宜.
思考：管材挤出成型时压缩比反映了高分子材料何种特性？
谢
谢！
五. 管材挤出成型机头的简单结构设计
1.设计原则
在进行机头几何结构设计时，应考虑以下几方面的原则：
熔融塑料的通道应光滑，呈流线形，不能存在死角。 机头定型部分截面积的大小，必须保证塑料有足够的压力，以使制品密实； 机头压缩比一般取5～10； 在满足强度的条件下，结构应该紧凑，与料筒的衔接应严密，易于装卸，连接 部分尽量设计成规则的对称形状； 机头与料筒的连接应多用急启式，以便定时清理滤网、螺杆和料筒； 机头中的通道与塑料接触部分的磨损较大，因此，这些部位通常都由硬度较高 的钢材或合金钢制成； 熔料通过机头得到进一步的塑化。机头的外部一般附有电热装置、校正制品外 形装置、冷却装置等。
五. 管材挤出成型机头的简单结构设计
2.1.2 口模内径
（1）经验公式： d1=D/BZ
（2）按拉伸比：
(BZ 为补偿系数)
I
d12 d 2
2 Ds d s2
d：为芯棒外径； Ds、ds：塑料管材外、内径
管材的拉伸比 拉伸比 I----机头成型区环隙截面积与管材截面积之比.
五. 管材挤出成型机头的简单结构设计
4. 其他类型机头：如筛孔板式挤管机头﹑ 涂覆管机头﹑包覆管机头芯棒旋转式机头等。 如右图所示芯棒旋转式机头。它是用普通的 聚合物颗粒，在其塑化熔融后在线混合入一 定长度的玻璃纤维，并使得熔体分子和玻璃 纤维沿所挤出圆形管材的管壁螺旋取向，生 产出强度更高的管材，满足工程实际的需要。 芯棒螺旋式机头原理示意图
管材挤出成型
管材挤出成型的机头结构及设计
广东轻工职业技术学院高分子教研室 广东高校高分子材料加工工程技术开发中心 徐百平 二〇一二年十月十日
目
① ② ③ ④ ⑤
录
管材挤出成型机头的作用 ； 管材挤出成型机头的结构组成 ； 管材挤出成型机头三段分区; 管材挤出成型机头的结构类型 ； 管材挤出成型机头的简单结构设计
(1)口模和芯模。口模用 来成型制品的外表面， 芯模用来成型制品的内 表面。因此，口模和芯 模的定型部分决定了制 品的横载面形状和尺寸。
(2)过滤板(多孔斑、栅 板 ) 。过滤板的作用是将 塑料熔体由在料筒内的螺 旋运动转变为直线运动并 且过滤杂质和尚未塑化的 塑料原料。此外，过滤板 还能形成一定的机头压力， 使塑料制品更加密实。
直角式机头
3．侧向机头(弯管式)：来自挤出机的料流 (material flow)先流过一个弯形流道再进 入机头一侧，料流包芯棒后沿机头轴向方向 流出。这种设计可使管材的挤出方向与挤出 机呈任意角度，亦可与挤出机螺杆轴线相平 行。适合大口径管的高速挤出，但机头结构 比较复杂，造价较高。
侧向机头(弯管式）
(4)机头体（模体）。机头 体相当于模架，用来安装 固定机头的各零部件。机 头体需与挤出机料筒紧密 连接，连接处应密封以防 塑料熔体泄漏。 (5)调节螺钉。调节螺钉用 来控制口模与芯模之间的 环隙大小和同轴度，以保 证挤出制品壁后均匀。通 常调节螺钉的数量4~8个， 视口模的尺寸而定。
(6)定径套。离开口模后的塑料熔体 虽已具有给定的截面形状，但因其 仍处于粘流状态从而产生变形，为 此需要用定径套对其进行冷却定型， 以使制品固化，并获得良好的质量、 准确的尺寸和几何形状。 (7)橡皮塞。橡皮塞的作用是防止压 缩空气泄漏，保证管内具有一定的 压力。
2.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。如 图中的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，容易导致 融合不良（熔接痕明显）；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.
3.成形区即口模:其作用不仅是把 熔体流形成所需要的形状和尺寸， 而且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， 出口后必然要膨涨(有的部位也可 能收缩)，因此口模的尺寸和形状 与成品不同.
五. 管材挤出成型机头的简单结构设计
2. 机头几何结构设计（以直通式管为例）
2.1 口模 2.1.1 成型段长度 (1)计算法 可参考唐志玉编《挤塑模设计》。 (2)经验法 L=t 或 L=(0.5~3)D
D为管材外径
经验系数与塑料品种有关 塑料品种 经验系数 RPVC 18~33 SPVC 15~25 PA 13~23 PE 14~22 PP 14~22
附表1：常用塑料挤管允许拉伸比
塑料种类
允许拉伸 比
LDPE1ຫໍສະໝຸດ 2~1.5ABS1.0~1.1
PA
1.4~3.0
PP
1.0~1.2
HDPE
1.1~1.2
PVC
1.0~1.4
五. 管材挤出成型机头的简单结构设计
附表2：管材挤出的BZ值（《塑料模设计手册》） 塑料品种 内径定径 外径定径
RPVC
---
0.95~1.05
PA
PE、PP
1.05~1.10
1.20~1.30
--0.90~1.05
五. 管材挤出成型机头的简单结构设计
2.2 芯模 收缩角比分流器的扩张角要小，随塑料的熔体粘度而变化，高粘性塑料（RPVC） 取=30°~50°，低粘性塑料=45°~60°； 定型段长度L1与口模的相同； 压缩区长度L2=(1.5~2.5)d0；d0为栅板出口直径。 芯模外径d2: d2=d1-2δ ---芯棒与口模之间的间隙值. =t/ ---经验系数,一般为1.06~1.20. t ---管材壁厚.
五. 管材挤出成型机头的简单结构设计
附表：管材挤出的值
塑料品种
内径定径
外径定径
RPVC PA
_ 1.05~1.10
0.95~1.05 _
PE,PP
1.20~1.30
0.90~1.05
五. 管材挤出成型机头的简单结构设计
2.3 分流锥
• 扩张角 与塑料粘性有关. 低粘性=30°~80°，高粘性=30°~60°. • 尖角半径r=（0.5~2)mm. • 锥形部分长度L3=(0.6~1.5)d0 • 锥尖与栅板间距离L=10~20mm0.1ds. ds为螺杆直径
四.管材挤出成型机头的结构类型
1.直通式挤管机头：这种类型机头轴线与挤 出机轴线重合，结构简单、制造容易、成本 低，料流阻力小等优点；这种机头在生产外 径定径大的管材时芯模(mandrel)加热困难、 分流器支架造成的接缝线处管材强度低等缺 点。适用于小口径管材（外定径）；PVC塑 料
2. 直角式机头：这种结构芯棒一端 为支承端，由于不存在分流器支架， 熔料从机头一端进入到芯棒对面汇 集，只可能产生一条接缝线。同时 也能生产电线电缆类制品，具有芯 模加热容易及为内径定型法挤管提 供方便等优点；但也有结构复杂、 芯棒设计难度较大、制造成本高、 料流阻力大等缺点。特别适合于内 定径的PE、PP、PA等塑料承受内压 的管材成型。
三. 管材挤出成型机头三段分区的作用
从右向左：分流区 压缩区 成型区
三. 管材挤出成型机头三段分区
1.分流区: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，把未完全熔化的料挡在 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。
(3)分流器和分流器支架。分流 器又成鱼雷头。塑料通过分流器 变成薄环状，并且平稳的进入成 型区，同时进一步对熔体进行加 热和塑化（大型挤出机头的分流 器还装有加热装置）。分流器支 架主要用来支撑分流器和芯模， 同时也能对分流器后的塑料熔体 进一步进行剪切和混合作用(有 时会产生熔接痕而影响塑件强度 和外观)。小型机头的分流器支 架可与分流器设计成一个整体。