塑料挤出模具设计

第9章挤出模具设计

9．1 概述

塑料挤出成型是用加热的方法使塑料成为流动状态，然后在一定压力的作用下使它通过塑模，经定型后制得连续的型材。挤出法加工的塑料制品种类很多，如管材、薄膜、棒材、板材、电缆敷层、单丝以及异形截面型材等。挤出机还可以对塑料进行混合、塑化、脱水、造粒和喂料等准备工序或半成品加工。因此，挤出成型已成为最普通的塑料成型加工方法之一。

用挤出法生产的塑料制品大多使用热塑性塑料，也有使用热固性塑料的。如聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、尼龙、ABS、聚碳酸酯、聚砜、聚甲醛、氯化聚醚等热塑性塑料以及酚醛、脲醛等热固性塑料。

挤出成型具有效率高、投资少、制造简便，可以连续化生产，占地面积少，环境清洁等优点。通过挤出成型生产的塑料制品得到了广泛的应用，其产量占塑料制品总量的三分之一以上。因此，挤出成型在塑料加工工业中占有很重要的地位。

一、挤出成型机头典型结构分析

机头是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的制品。

现以管材挤出机头为例，分析一下机头的组成与结构，见图8-1所示。

1．口模和芯棒

口模成型制品的外表面，芯棒成型制品的内表面，故口模和芯棒的定型部分决定制品的横截面形状和尺寸。

2．多孔板（过滤板、栅板）

如图8-2所示，多孔板的作用是将物料由螺旋运动变为直线运动，同时还能阻止未塑化的塑料和机械杂质进入机头。此外，多孔板还能形成一定的机头压力，使制品更加密实。

3．分流器和分流器支架

分流器又叫鱼雷头。塑料通过分流器变成薄环状，便于进一步加热和塑化。大型挤出机的分流器内部还装有加热装置。

分流器支架主要用来支撑分流器和芯棒，同时也使料流分束以加强搅拌作用。小型机头的分流器支架可与分流器设计成整体。

4．调节螺钉

用来调节口模与芯棒之间的间隙，保证制品壁厚均匀。

5．机头体

用来组装机头各零件及挤出机连接。

6．定径套

使制品通过定径套获得良好的表面粗糙度，正确的尺寸和几何形状。

7．堵塞

防止压缩空气泄漏，保证管内一定的压力。

二、挤出成型机头分类及其设计原则

1．分类

由于挤出制品的形状和要求不同，因此要有相应的机头满足制品的要求，机头种类很多，大致可按以下三种特征来进行分类：

（1）按机头用途分类

可分为挤管机头、吹管机头、挤板机头等；

（2）按制品出口方向分类

可分为直向机头和横向机头，前者机头内料流方向与挤出机螺杆轴向一致，如硬管机头；后者机头内料流方向与挤出机螺杆轴向成某一角度，如电缆机头；

（3）按机头内压力大小分类

可分为低压机头（料流压力为MPa）、中压机头（料流压力为4-10MPa）和高压机头（料流压力在10MPa以上）。

2．设计原则

（1）流道呈流线型

为使物料能沿着机头的流道充满并均匀地被挤出，同时避免物料发生过热分解，机头内流道应呈流线型，不能急剧地扩大或缩小，更不能有死角和停滞区，流道应加工得十分光滑，表面粗糙度应在Ra 0.4um以下。

（2）足够的压缩比

为使制品密实和消除因分流器支架造成的结合缝，根据制品和塑料种类不同，应设计足够的压缩比。

（3）正确的断面形状

机头的成型部分的设计应保证物料挤出后具有规定的断面形状，由于塑料的物理性能和压力、温度等因素的影响，机头的成型部分的断面形状并非就是制品的相应的断面形状，二者有相当的差异，设计时应考虑此因素，使成型部分有合理的断面形状。由于制品断面形状的变化与成型时间有关，因此控制必要的成型长度是一个有效的方法。

（4）结构紧凑

在满足强度条件下，机头结构应紧凑，其形状应尽量做得规则而对称，使传热均匀，装卸方便和不漏料。

（5）选材要合理

由于机头磨损较大，有的塑料又有较强的腐蚀性，所以机头材料应选择耐磨、硬度较高的碳钢或合金钢，有的甚至要镀铬，以提高机头耐腐蚀性。

此外，机头的结构尺寸还和制品的形状、加热方法、螺杆形状、挤出速度等因素有关。设计者应根据具体情况灵活应用上述原则。

9.2 典型挤出机头及设计

常见的挤出机头有管材挤出机头、吹管膜机头、电线电缆包覆机头、异形材料挤出机头等。

一、管材挤出机头及设计

1．管材挤出机头的结构形式

常见的管材挤出机头结构形式有以下四种：

（1）直管式机头图8-3为直管式机头。其结构简单，具有分流器支架。芯模加热困难，定型长度较长。适用于PVC、PA、PC、PE、PP等塑料的薄壁小口径的管材挤出。

（2）弯管式机头图8-4为弯管式机头。其结构复杂，没有分流器支架，芯模容易加热，定型长度不长。大小口径管材均适用,特别适用于定内径的PE、PP、PA等塑料管材成型。

（3）旁侧式机头图8-5为旁侧式机头，结构复杂，没有分流器支架，芯模可以加热，定型长

度也不长。大小口径管材均适用。

2．管材挤出机头零件的设计

（1） 口模

口模是成型管材外表面的零件，其结构如图8-6所示。口模内径不等于塑料管材外径，因为从口模挤出的管坯由于压力突然降低，塑料因弹性恢复而发生管径膨胀，同时，管坯在冷却和牵引作用下，管径会发生缩小。这些膨胀和收缩的大小与塑料性质、挤出温度和压力等成型条件以及定径套结构有关，目前尚无成熟的理论计算方法计算膨胀和收缩值，一般是根据要求的管材截面尺寸，按拉伸比确定口模截面尺寸。所谓拉伸比是指口模成型段环隙横截面积与管材横截面积之比。

即 (8-1)

式中I 为拉伸比，常用塑料允许的拉伸比如下：PVC 为1.0～1.4，PA 为1.4～3.0；ABS 为1.0～

1.1；PP 为1.0～1.2；HDPE 为1.1～1.2；LDPE 为1.2～1.5。

r ——口模内径；

r 1——芯棒外径；

R ——管材外径；

R 1——管材内径。

口模定型段长度L1与塑料性质、管材的形状、壁厚、直径大小及牵引速度有关。其值可按管材外径或管材壁厚来确定；

L 1=（0.5～3）D （8-2）

或 L 1=（8～15）t （8-3）

式中 D ——管材外径；

t ——管材壁厚。

（2）芯模

芯模是成型管材内表面的零件，如图8-8所示。直管机头与分流器以螺纹联接。

芯模的结构应有利于熔体流动，有利于消除熔体经过分流器后形成的结合缝。熔体流过分流器支架后，先经过一定的压缩，使熔体很好地汇合。为此芯模应有收缩角β，其值决定于塑料特性，对于粘度较高的硬聚乙烯，β一般30°～50°；对于粘度低的塑料β可取45°～60°。芯模的长度L 1′与口模L 1相等。L 2一般按下式决定：

L 2=（1.5～2.5）D0 （8-4）

式中D0——栅板出口处直径。

212212212212R R r r R R r r I --=--=ππππ