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管材挤出成型管材挤出成型的机头结构及设计目录①管材挤出成型机头的作用；②管材挤出成型机头的结构组成；③管材挤出成型机头三段分区;④管材挤出成型机头的结构类型；⑤管材挤出成型机头的简单结构设计一.管材挤出成型机头的作用双管挤出机头实景单管挤出机头实景一.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(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。(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。(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。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。三.管材挤出成型机头三段分区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.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塑料四.管材挤出成型机头的结构类型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。直角式机头3．侧向机头(弯管式)：来自挤出机的料流(materialflow)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.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五.管材挤出成型机头的简单结构设计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。1.设计原则五.管材挤出成型机头的简单结构设计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)D2.机头几何结构设计（以直通式管为例）经验系数与塑料品种有关塑料品种RPVCSPVCPAPEPP经验系数18~3315~2513~2314~2214~22D为管材外径五.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(BZ为补偿系数)（2）按拉伸比：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.22221ssdDddId：为芯棒外径；Ds、ds：塑料管材外、内径五.管材挤出成型机头的简单结构设计附表1：常用塑料挤管允许拉伸比塑料种类LDPEABSPAPPHDPEPVC允许拉伸比1.2~1.51.0~1.11.4~3.01.0~1.21.1~1.21.0~1.4五.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---0.95~1.05PA1.05~1.10---PE、PP1.20~1.300.90~1.05五.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_0.95~1.05PA1.05~1.10_PE,PP1.20~1.300.90~1.052.3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=10~20mm0.1ds.ds为螺杆直径五.管材挤出成型机头的简单结构设计2.4机头压缩比(Compressionratio)•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！