1、第9章擠出模具設計9. 1概述塑料擠出成型是用加熱的方法使塑料成為流動狀態，然后在一定壓力的作用下使它通過塑模，經定型后制得連續的型材。擠出法加工的塑料制品種類很多，如管材、薄膜、棒材、板材、電纜敷層、單絲以及異形截面型材等。擠出機還可以對塑料進行混合、塑化、脫水、造粒和喂料等準備工序或半成品加工。因此，擠出成型已成為最普通的塑料成型加工方法之一。用擠出法生產的塑料制品大多使用熱塑性塑料，也有使用熱固性塑料的。如聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、尼龍、ABS、聚碳酸酯、聚碉、聚甲醛、氯化聚醛等熱塑性塑料以及酚醛、月尿醛等熱固性塑料。擠出成型具有效率高、投資少、制造簡便，可以連續化生產，占地面積少，環境

2、清潔等優點。通過擠出成型生產的塑料制品得到了廣泛的應用，其產量占塑料制品總量的三分之一以上。因此，擠出成型在塑料加工工業中占有很重要的地位。一、擠出成型機頭典型結構分析機頭是擠出成型模具的主要部件，它有下述四種作用：1 1)使物料由螺旋運動變為直線運動；2 2)產生必要的成型壓力，保證制品密實；3 3)使物料通過機頭得到進一步塑化；4 4)通過機頭成型所需要的斷面形狀的制品。現以管材擠出機頭為例，分析一下機頭的組成與結構，見圖8-1所示。5 .口模和芯棒口模成型制品的外表面，芯棒成型制品的內表面，故口模和芯棒的定型部分決定制品的橫截面形狀和尺寸。6 .多孔板(過濾板、柵板)如圖8-2所示，多孔

3、板的作用是將物料由螺旋運動變為直線運動，同時還能阻止未塑化的塑料和機械雜質進入機頭。此外，多孔板還能形成一定的機頭壓力，使制品更加密實。7 .分流器和分流器支架分流器又叫魚雷頭。塑料通過分流器變成薄環狀，便于進一步加熱和塑化。大型擠出機的分流器內部還裝有加熱裝置。分流器支架主要用來支撐分流器和芯棒，同時也使料流分束以加強攪拌作用。小型機頭的分流器支架可與分流器設計成整體。8 .調節螺釘用來調節口模與芯棒之間的間隙，保證制品壁厚均勻。9 .機頭體用來組裝機頭各零件及擠出機連接。10 定徑套使制品通過定徑套獲得良好的表面粗糙度，正確的尺寸和幾何形狀。11 堵塞防止壓縮空氣泄漏，保證管內一定的壓力。

4、二、擠出成型機頭分類及其設計原則12 .分類由于擠出制品的形狀和要求不同，因此要有相應的機頭滿足制品的要求，機頭種類很多，大致可按以下三種特征來進行分類：13 )按機頭用途分類可分為擠管機頭、吹管機頭、擠板機頭等；14 )按制品出口方向分類可分為直向機頭和橫向機頭，前者機頭內料流方向與擠出機螺桿軸向一致，如硬管機頭；后者機頭內料流方向與擠出機螺桿軸向成某一角度，如電纜機頭；15 )按機頭內壓力大小分類可分為低壓機頭(料流壓力為MPa)、中壓機頭(料流壓力為4-10MPa)和高壓機頭(料流壓力在10MPa以上)。16 設計原則(1)流道呈流線型為使物料能沿著機頭的流道充滿并均勻地被擠出，同時避免

5、物料發生過熱分解，機頭內流道應呈流線型，不能急劇地擴大或縮小，更不能有死角和停滯區，流道應加工得十分光滑，表面粗糙度應在Ra0.4um以下。(2)足夠的壓縮比為使制品密實和消除因分流器支架造成的結合縫，根據制品和塑料種類不同，應設計足夠的壓縮比。(3)正確的斷面形狀機頭的成型部分的設計應保證物料擠出后具有規定的斷面形狀，由于塑料的物理性能和壓力、溫度等因素的影響，機頭的成型部分的斷面形狀并非就是制品的相應的斷面形狀，二者有相當的差異，設計時應考慮此因素，使成型部分有合理的斷面形狀。由于制品斷面形狀的變化與成型時間有關，因此控制必要的成型長度是一個有效的方法。(4)結構緊湊在滿足強度條件下，機頭

6、結構應緊湊，其形狀應盡量做得規則而對稱，使傳熱均勻，裝卸方便和不漏料。(5)選材要合理由于機頭磨損較大，有的塑料又有較強的腐蝕性，所以機頭材料應選擇耐磨、硬度較高的碳鋼或合金鋼，有的甚至要鍍銘，以提高機頭耐腐蝕性。此外，機頭的結構尺寸還和制品的形狀、加熱方法、螺桿形狀、擠出速度等因素有關。設計者應根據具體情況靈活應用上述原則。9.2典型擠由機頭及設計常見的擠出機頭有管材擠出機頭、吹管膜機頭、電線電纜包覆機頭、異形材料擠出機頭等。一、管材擠出機頭及設計1 .管材擠出機頭的結構形式常見的管材擠出機頭結構形式有以下四種：(1)直管式機頭圖8-3為直管式機頭。其結構簡單，具有分流器支架。芯模加熱困難，

7、定型長度較長。適用于PVC、PA、PC、PE、PP等塑料的薄壁小口徑的管材擠出。(2)彎管式機頭圖8-4為彎管式機頭。其結構復雜，沒有分流器支架，芯模容易加熱，定型長度不長。大小口徑管材均適用，特別適用于定內徑的PE、PP、PA等塑料管材成型。(3)旁側式機頭圖8-5為旁側式機頭，結構復雜，沒有分流器支架，芯模可以加熱，定型長度也不長。大小口徑管材均適用。2 .管材擠出機頭零件的設計(1) 模模是成型管材外表面的零件，其結構如圖8-6所示。模內徑不等于塑料管材外徑，因為從模擠出的管坯由于壓力突然降低，塑料因彈性恢復而發生管徑膨脹，同時，管坯在冷卻和牽引作用下，管徑會發生縮小。這些膨脹和收縮的大

8、小與塑料性質、擠出溫度和壓力等成型條件以及定徑套結構有關，目前尚無成熟的理論計算方法計算膨脹和收縮值，一般是根據要求的管材截面尺寸，按拉伸比確定口模截面尺寸。所謂拉伸比是指口模成型段環隙橫截面積與管材橫截面積之比。即2222二r-二rir-r11=-2=_ZT2_2_二R-二RR2-R(8-1)式中I為拉伸比，常用塑料允許的拉伸比如下：PVC為1.01.4,PA為1.43.0;ABS為1.01.1;PP為1.01.2;HDPE為1.11.2;LDPE為1.21.5。r口模內徑；r1芯棒外徑；R管材外徑；R1管材內徑。口模定型段長度L1與塑料性質、管材的形狀、壁厚、直徑大小及牽引速度有關。其值可按管材外徑或管材壁厚來確定；L1=(0.53)D(8-2)或L1=(815)t(8-3)式中D管材外徑；t管材壁厚。(2)芯模芯模是成型管材內表面的零件，如圖8-8所示。直管機頭與分流器以螺紋聯接。芯模的結構應有利于熔體流動，有利于消除熔體經過分流器后形成的結合縫。熔體流過分流器支架后，先經過一定的壓縮，使熔體很好地匯合。為