UG模具设计之挤压模具设计原则

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概 述
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& A. ]1 F+ w1 ^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。

  T/ c* Y+ f. n7 d: S' K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。
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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。


挤出成型机头典型结构分析
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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。
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( X0 c0 M) _. q' v4 }& N$ A4 M（2）产生必要的成型压力，保证制品密实。
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（3）使物料通过机头得到进一步塑化。
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（4）通过机头成型所需要的断面形状的制品

8 U: q$ X8 v9 U) x  {) x" r( x; |现以管材挤出机头为例，分析一下机头的组成与 结构，见图所示


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1．口模和芯棒
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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。
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1 C& E$ e! N9 |; v2．多孔板（过滤板、栅板）

7 P- m- Q$ K2 O; X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。
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3 k8 p: T7 ?/ G3．分流器和分流器支架
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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。
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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。

; B4 Z$ p3 X8 @9 E; f4．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。

% s$ r2 m1 A, \4 Q2 \# Y5．机头体

用来组装机头各零件及挤出机连接。

6．定径套
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- b0 z& d4 q0 u4 h% K4 E0 B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。

' u/ S; B) G1 u; b5 D( }7 `+ T  v7．堵塞

% e- w2 j. J1 W1 G9 I3 D防止压缩空气泄漏，保证管内一定的压力。

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挤出成型机头分类及其设计原则
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1.分类
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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：
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（1）按机头用途分类

" r8 r; _7 f0 z5 q' x; u可分为挤管机头、吹管机头、挤板机头等；
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（2）按制品出口方向分类

5 F& {$ a: Y2 F/ R  j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
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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）
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" C: a4 |( @2 L2．设计原则

（1）流道呈流线型
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' n$ m5 Y( T! X) Z% O4 h. m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。
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  V) |9 q4 A+ t; f( m) B# ]' ]（2）足够的压缩比
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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。

/ X* H3 Y  }0 R' |$ L" P& M（3）正确的断面形状

; \  O# @" o& n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。

- ~2 n$ k2 N' w1 {（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。
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( p+ a0 m  u, a. R& f（5）选材要合理

2 P1 T2 B' [  x0 m% i/ T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。

) C1 h' O) t/ h9 i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。

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# m+ k4 ]7 G. a6 `6 N+ U" V典型挤出机头及设计
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' O. q6 x4 K- a0 P7 e; a/ C2 ^9 x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。
7 f2 \% D# Z& k5 [8 ~8 [- W管材挤出机头及设计

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1．管材挤出机头的结构形式

8 [. }+ w9 M6 ^常见的管材挤出机头结构形式有以下几种：
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（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。
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（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。
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8 w4 B) Q( G  q+ A+ ?  o& I. h（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。
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% o: a( z$ L$ E) R5 {3 w2 E5 d2．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。
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