挤出管材模具设计

目的与要求：重点和难点：掌握挤出模的结构、工作原理及设计要点。管材挤出模设计要点挤出成型：将塑料在挤出机旋转的螺杆与料筒之间进行输送、压缩、熔融、塑化，然后定量地通过安装在料筒头部的挤出成型模具和定型模具，从而生产出棒材、管材、板材、片材、薄膜、单丝、电线电缆、各种异型材及中空件等具有一定几何截面和尺寸的连续型材塑件的加工工艺过程，是应用非常广泛的重要的塑料成型加工方法之一。挤出成型制件：挤出模是用于塑料挤出成型的模具，由成型模具和定型模具组成。挤出成型模具也称挤出成型机头或模头，挤出定型模具又分为定径套和定径芯模。挤出模的分类各式各样的挤出机头，为便于识别和表现其结构特点，通常有以下分类方式：挤出模的结构组成以直通式管材挤出机头及定径套为例，挤出模主要由以下一些零部件组成：1-堵塞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（栅板）10-连接法兰11-挤出机料筒12-通气嘴13-连结套14-压环1.口模和芯棒口模用来成型塑件的外表面，芯棒用来成型塑件的内表面。塑料熔体从口模与芯棒的环状缝隙挤出，因此塑件截面形状是由口模和芯棒决定的。通过对调节螺钉5进行调节，保证塑件壁厚均匀。2.机头体其作用相当于模架，使机头各零部件组装连接成一个整体，并可安装固定在挤出机料筒11的头部。3.过滤板和过滤网过滤板和过滤网安装在挤出机料筒与机头交界处，两者组合作用，使挤出机中被螺杆挤出的熔融塑料料流由螺旋运动改变为直线运动；并沿螺杆方向形成挤出压力，增加塑料的密实度及塑化均匀度；将未熔融塑化的塑料颗粒以及各种杂质过滤，阻止其进入机头。4.分流器与分流器支架分流器使通过它的塑料熔体分流变成薄环状而平稳地进入成型区，并被均匀加热，同时进一步塑化。分流器支架主要用来支承分流器及芯棒，使料流分束，加强混合作用。5.定径套定径套通过冷却定型，使从机头口模挤出的高温塑件已形成的截面形状稳定下来，并进行精整，从而获得精度更高的截面形状和尺寸，以及更好的表面质量。1.使来自挤出机的塑料熔体的料流形式由螺旋带状流动改变为直线流动。2.通过模腔内流道截面几何形状与尺寸的变化，产生必3.通过模腔内的剪切流动及加热控温，使塑料熔体进一4.成型具有一定断面形状、尺寸和外观质量的连续的塑料制品。挤出模设计要点2.应有合适的压缩比。通常低黏度塑料压缩比ε值取4～１0，高黏度塑料压缩比值取2.5～6.03.机头成型区应有正确的截面形状及尺寸。影响成型区的截面形状及尺寸的因素比较复杂，设计时往往采取按经验或资料预留修模余量的方法，在试模过程中根据具体情况修整确定。二、挤出成型机头设计原则1.机头内腔应设计成光滑流线型。5.机头应有足够的强度和刚度，而且结构应简单紧凑，方便加工和装配。6.选用合适的模具材料。选择耐磨、硬度较高、耐腐蚀的钢材和合金钢。口模等主要成型零件硬度不得低于40HRC，必要时可以镀硬铬，硬铬镀层厚为0.02～0.03mm。4.机头应考虑设置适当的调节控制装置。机头设计时应考虑设置用于熔体流量调节、口模和芯棒间隙调节、挤出成型温度调节等的机构和装置。其中对于成型温度调节，一般要求能对口模及机头体的温度分别独立控制。挤出机头安装在挤出机的头部，当挤出机型号不同时，机头与挤出机的连接形式和尺寸也可能不同。在进行挤出机头设计时，要了解清楚所用挤出机的型号技术参数及对连接形式和尺寸的具体要求，以使得设计制造的挤出模能够正常方便地使用。三、挤出成型机头与挤出机的关系机头与挤出机的连接装置常采用铰链、法兰结构，常用的主要有以下几种形式：1.螺纹连接式。2.螺钉连接式。3.快速更换式。管材挤出成型：一、管材挤出成型机头的结构常用的管材挤出机头结构有直通式、直角式与旁侧式三种形式。1.直通式挤管机头图示为直管式机头。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。是挤出成型塑料管材应用最广泛的一种模具结构2.直角式挤管机头结构特点是内部不设分流器支架，熔体在机头中包围芯棒流动成型，因此只产生一条分流痕迹。这种机头最突出的优点是：挤出机机筒容易接近芯棒上端，芯棒容易被加热；与它配合的冷却装置可以同时对管材的内外径进行冷却定型，所以定型精度较高：流动阻力较小，料流稳定，出料均匀，生产率高，产品质量好。但结构复杂，制造困难，生产占地面积较大。PPPE3.旁侧式挤管机头综合了直向式和横向式的优点。物料经改变方向消除了横向机头一次变向所造成的不均匀现象。占地面积小。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。挤出阻力大二、管材挤出机头的零件设计口模用来成型管材外表面的零件，其结构如图所示。设计时需确定的主要尺寸是口模的内径d和成型区的长度L1。1.口模①按经验公式确定：（1）口模的内径d②按拉伸比确定：①按管材外径计算的经验公式：（2）成型区长度L1一般情况下，当管材直径较大时，长度应取小值，因此时管材的被定型面积较大，料流阻力较大，反之就取大值；挤软管时取大值，挤硬管时取小值。②按管材壁厚计算的经验公式：芯棒又称芯模，是用来成型管材内表面的零件，其结构如图所示。在设计时需要确定的主要尺寸有芯棒外径d1、成型区（定型段）长度L′1、压缩区(段)长度L2及压缩角β。2.芯棒（1）芯棒的外径d1（2）定型段长度L′1（3）压缩段长度L2（4）压缩角β对低黏度塑料：β＝45°～60°；对高黏度塑料：β＝30°～50°。（1）分流器3.分流器和分流器支架分流器的作用是使塑料熔体通过时料层变薄，便于均匀加热，并产生剪切摩擦，使之进一步均匀塑化。如图所示：①分流器扩张角α低黏度塑料α＝30°～80°，高粘度塑料α＝30°～60°。扩张角α应小于芯棒压缩角β。②分流锥长度L３③分流器头部圆角R不宜过大，以避免塑料熔体易在此处发生滞留而过热分解。一般取R＝0.5～2mm④分流器表面粗糙度分流器塑料熔体要流经的表面需抛光，表面粗糙度Ra＜0.4μm。⑤分流器头部与过滤板端面距离L５一般取L５＝10～20mm或稍小于0.1D1（D1为挤出机螺杆2的直径）。（2）分流器支架主要用于支承分流器及芯棒。小型机头可做成下图右的整体式，中大型机头则一般做成下图左的组合式。支架上的分流肋应设计成流线型，分流肋的数量也应尽可能少些，以免产生过多的熔接痕，一般为3～8根。分流器支架上通常还设有压缩空气进气孔和内部加热装置导线孔。三、管材的定径和冷却为了能获得准确的尺寸、几何形状及较低的表面粗糙度值，必须立即采取定径和冷却措施。管材的定径和初步冷却通常由定型模来完成，之后再进入水槽继续冷却。一般采用外径定径和内径定径两种方法。1.外径定径外径定径适用于管材外径尺寸精度要求高、外表面粗糙度值要求低的情况。通过使管坯外表面在压力作用下与定径套内壁紧密贴合的方法来达到定径的目的。按照压力产生方式的不同，外径定径又分为内压法和真空法两种。(1)内压法(2)真空法2.内径定径内径定径适用于管材内径尺寸要求准确、圆度要求高的情况。其工作原理如图所示，定径芯模2直接与机头芯棒4相联接，通过将冷却水通入其内的冷却水道，使从口模中挤出的管坯被冷却定型。内径定径常用于内径公差要求高的PE、PP及PA等的管材定型。其结构如图所示：举例:Φ20x2RPVC管材模具设计模具口模间隙：δ=2/1.16=1.72取经验值1.75定型段（即平直段）长度L=50×t=100塑件中性层尺寸：20-2=1818/1.01=17.817.8+1.75=19.6取口模外径经验值19.7扩张角α约50°～60°收缩角β约25°～30°压缩比10.38.1-9.8530-352222(1)分流锥、分流锥支架和芯轴管成型模具中的分流锥、分流锥支架和芯轴，在大规格管成型用模具中是三个分别独立的零件，装配时用螺纹连接把三个零件组成如图所示的结构。也可把分流锥和支架制成一体，芯轴为一个独立的零件，这主要由管的规格大小来决定。装配图2Cr13