异型材挤出成型机头
开式异型材挤出模通用机头CAD系统的研究与开发
机 械 设 计 与 制 造
～
第 ９期
２０ ０ ８年 ９月
１ ６一 ５ 文章编号：０ １ ３ ９ （０ ８０ — １６ ０ １０ — ９ ７ ２０ ）９ ０５ — ２
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木塑异型材挤出机头流道设计
木塑异型材挤出机头流道设计1.引言1.1 概述概述目前，随着木塑异型材在建筑、家具、装饰、交通等领域的广泛应用，木塑异型材挤出机头流道设计变得越来越重要。
挤出机头流道设计直接影响到木塑异型材的生产效率和产品质量。
因此，本文将重点探讨木塑异型材挤出机头流道设计的相关内容。
本文将从以下几个方面进行阐述。
首先，介绍木塑异型材的应用领域和特点，以帮助读者更好地了解木塑异型材的重要性和对挤出机头流道设计的需求。
接着，详细分析挤出机头流道的作用，并提出设计要点，旨在帮助读者更好地掌握木塑异型材挤出机头流道的设计原则和方法。
在文章的结尾部分，将对所述内容进行总结，并对未来木塑异型材挤出机头流道设计的发展进行展望。
通过本文的阐述，相信读者能够获得关于木塑异型材挤出机头流道设计的全面了解，并为相关领域的专业人士提供有益的参考和指导。
文章结构部分的内容可以如下所示：1.2 文章结构本篇文章主要围绕"木塑异型材挤出机头流道设计"展开讨论，其结构主要分为引言、正文和结论三个部分。
引言部分将首先对文章的背景和意义进行概述，介绍木塑异型材的应用领域以及其中存在的挑战。
接着，会简要介绍文章的结构和各个章节的内容，为读者提供整体的框架。
正文部分将重点探讨木塑异型材的特点及其应用前景，包括其在建筑、家具等领域的优势和潜在的市场需求。
同时，还会深入分析木塑异型材的制造工艺和挤出机头流道设计对产品性能的影响，以及目前面临的技术难题和研究进展。
在挤出机头流道设计章节中，我们将详细介绍挤出机头流道的作用和原理，阐述其对木塑异型材生产过程中塑料熔融、挤压和整形的重要性。
同时，我们将提供一些具体的设计要点，包括流道结构、流道形状、流道尺寸等方面的考虑因素，以帮助读者更好地理解并应用于实际设计中。
结论部分将对全文进行总结，再次强调木塑异型材挤出机头流道设计的重要性和挑战，总结已有的研究成果和改进方向，并展望未来的研究方向和发展前景。
挤出成型机头的作用和用途
挤出成型机头的作用和用途挤出成型机头是塑料挤出机中非常重要的组成部分，它扮演着至关重要的角色，直接影响着塑料制品的质量和性能。
挤出成型机头被设计用来将加热熔化的塑料料料通过模具挤出成型，可用于生产各种塑料制品，如管材、板材、型材等。
作用：1.挤出塑料成型：挤出成型机头的主要作用是将经过加热的塑料料料挤出成型，根据模具的设计可以生产出不同形状、规格的塑料制品。
2.塑料分散混合：挤出成型机头内部结构设计合理，可以使塑料料在经过螺杆加热混合后均匀分散，确保成型制品的质量均匀。
3.温度控制：挤出成型机头还配备有温度控制系统，可以根据不同的挤出材料要求进行精确的温度调节，保证挤出过程中塑料料的熔化温度。
4.压力控制：通过挤出机头的设计可以调节压力，确保塑料料在挤出过程中受到适当的压力，使成型产品均匀充实。
用途：1.管道生产：挤出成型机头广泛应用于生产各种塑料管道，如水管、电缆套管等。
机头的设计严谨，可以确保管道成型精度高、表面光滑。
2.板材生产：挤出成型机头也可用于生产各种塑料板材，如塑料膜、塑料板等。
通过不同的模具设计，可以生产出不同厚度、规格的板材产品。
3.型材生产：挤出成型机头可用于生产各种塑料型材，如塑料窗框、门框、地板等。
塑料型材的生产通常需要高精度的机头设计，以确保成型产品符合设计要求。
4.轮胎花纹生产：通过特殊设计的挤出机头，还可以生产出各种车辆轮胎的花纹，提高轮胎的抓地力和防滑性能。
总的来说，挤出成型机头在塑料加工工业中扮演着不可或缺的角色，它的设计和性能直接影响着塑料制品的质量和生产效率。
不同类型的挤出机头适用于不同的生产需求，因此在选择和设计挤出机头时需要根据具体的应用需求和产品要求进行综合考虑。
1。
挤出机机头
上述三种机头的特征对比
管材机头尺寸设计
8、螺旋芯棒模头
优点: 1) 熔体能沿着口模的圆周均匀分布, 在制品上没有流动痕迹( 结合线) , 制品在圆 周方向上的厚度公差和各种性能均匀; 2) 压 力降和流动阻力较低, 在较高的产量下挤出物 的温度较低; 3) 机械应力和热应力较低,制品 有良好的机械强度; 4) 模头结构坚固, 适合高 粘度材料的吹塑成型, 同时, 机头的装拆操作
2.芯棒 1)芯棒的外径 芯棒的外径由管材的内径决定， 根据生产经验： d= D-2e 式中 d一芯棒的外径(mm)； D一口模的内径(mm)； e一口模与芯棒的单边间隙(mm)， e =(0.83－0.94)t t一材料壁厚(mm)。
2)定型段、压缩段L2和收缩角 a、芯棒定型段的长度与L1相等或稍长。 b、L2可按下面经验公式计算： L2=（1.5－2.5）D0 式中 L2一芯棒的压缩段长度(mm)； D0一塑料熔体在过滤板出口处的流道 直径(mm)。 c、芯模收缩角： 低粘度塑料 =45°－60° 高粘度塑料 =30°－50°
的环隙截面积之比，反映出塑料熔体的压实
程度。 低粘度塑料ε =4－10 高粘度塑料 ε =2.5－6.0
7管材挤出机的机头
分类
1）直通式机头
2）直角式机头
3）旁侧式机头
1)直通式机头 结构简单、制造容易、成本低、料流阻 力小等优点；但这种机头的缺点是在生产外 径 大的管材时芯模加热困难，分流器支架 造成的接缝处管材强度低。适用于加工RPVC、 SPVC、 PA、PC、PE和PP等塑料管材，一般 用于挤小口径的管材。
3、挤出机头设计原则
1.内腔呈流线型 ：为了使塑料熔体能沿着机
头中的流道均匀平稳地流动而顺利挤出 （表面粗
异型材挤出成型—异型材成型工艺(塑料挤出成型课件)
机头 压力 不足
定型段 物料 入机头 配方中 物料 分料筋 挤出 长度 未充分 料流 外润滑性 流动性 处熔体 速度 不足 汇流 偏低 过强 太差 温度偏低 太快
调整 物料 流量
增加 机头 压力
增加 定型段 长度
在模芯 支架后 设置 物料池
增大机头 入口处的 树脂流道
降低 混料的 外润滑性
采用 流动性好 的物料
冷却水对 型材冷却过快
关小冷却水
真空压力过大
定型模与冷却水箱 不在同一直线上
减小真空吸力
调整定型模与水箱 在同一水平直线上
异型材挤出成型工艺规程
异型材挤出工艺规程
1、开机前准备 检查水电供应、辅机是否正常，辅助工具
是否准备齐全，人员是否到位。
2、升温 升温并观察温度变化，打开螺杆油温，开启水阀，
（2）待停机料挤出后，依次关闭定型真空、风机，停止主 机螺杆，关闭螺杆油泵、冷却油泵。牵引机待料条牵引完 毕后关闭；
（3）后退定型台，松动模头紧固螺丝，松开连接法兰螺丝， 整体拆下模头，模具交付模具工清理；
（4）松开定型模底脚紧固丝，关闭主水阀，拔掉水、气管。 （5）关闭总电源，收拾工具，打扫现场卫生。 注：停机清理定型模执行（1）（2），清理模头还需执行
比如850r/min左右，低速排料， 转 速150r/min左右。
（4）混合温度：视冷热混合情况而定。 （5）混合时间：一般为5-15min。
二、异型材成型工艺控制
物料混合包括热混和冷混。
热混的目的是将物料中各个组
分颗粒达到最大程度的分布，使 物料升温，达到预塑化，如PVC 热混温度控制在115～120℃。
挥发物含量过多 产生分解气体
大
增加螺杆压缩比， 使排气完全
挤出模具设计
8-6 口模的结构
即
r − r1 πr − πr1 I= = 2 2 2 2 πR − πR1 R − R1
2 2 2 2
(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； r1——芯棒外径； R——管材外径； R1——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； L1=（0.5～3）D （8-2） 或 L1=（8～15）t （8-3） 式中 D——管材外径； t——管材壁厚。
（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
第9章 挤出模具设计
• • • • • • • 9.1 概 述 9.1.1 挤出成型机头典型结构分析 9.1.2 挤出成型机头分类及其设计原则 9.2 典型挤出机头及设计 9.2.1 管材挤出机头及设计 9.2.2 吹塑薄膜机头的结构及设计 9.2.3 电线电缆包覆机头 9.2.4 异型材挤出成型机头 思考题及习题
9.1.1 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。 2 （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。
塑料异型材挤出成型模具AutoUTOCAD设计
工业设计之模具工艺原创塑料异型材挤出成型模具AutoUTOCAD设计李辉塑料异型材大多采用PVC—U塑料，其配方成分复杂，制品的结构和形状复杂，且配合尺寸和精度要求高，故而影响挤出成型的因素较多，模具设计难度也较大。
机头设计机头设计理念：①支承板流道截面积为口模截面积的4倍以上，便于调节料流速度和异型材挤出形状。
②要有足够的压缩比和定型长度，以保证制品密实和消除熔接痕。
③异型材横截面厚的部位定型段长度要比薄的部位长，以均一流速，防止制品变形。
④模腔的流量与定型长度成反比，与口模间隙的三次方成正比。
⑤制品形状复杂部位，料流多，压缩角要大一些。
⑥平直段过长，则机头压力大，挤出速度慢，机头负荷大；⑦平直段过短，则物料不稳，型材内应力大，易变形，型材强度低。
1、机头结构选择其主要组成部分如图一所示。
模具设计时一般采用此结构，尤其适用于塑料门窗的主型材等复杂断面形式。
其优点在于：①有利于对PVC—U料流进行加热塑化，使其内外温度趋于均匀。
②减少易引起紊流的压缩段的长度，使PVC—U料流尽可能地形成稳定流动，有利于减少离模膨胀(也称Barus效应)。
③分流锥是平直走向，有利于减少料流阻力，预防高聚物受热降解。
④型芯内开设了单独给内筋供料的流道腔，有利于减少PVC—U料流在模内的界面应力，有利于减少形变应力。
2、机头流道设计近几年，机头流道设计中开始运用塑料流变学原理，但PVC—U异型材，尤其是塑料门窗异型材机头内料流的特殊流动形式，国内外仍在研究之中，大多还是靠经验设计和试模修正的方法。
①塑料门窗异型材截面重心的位置坐标塑料门窗异型材截面重心必须位于挤出机的输出物料的中心轴线上，以确保熔融物料对复杂中空异型材截面有较均匀的分布。
用AutoCAD软件可以容易地求出截面重心的位置坐标。
先用region,Subtract等命令把截面图形组成一个面域，再用list命令可以方便地查出重心的X、Y值。
②口模横截面型腔尺寸对于异型材流道理论计算可参阅相关的书籍，一般可作为设计验证，本文拉伸比、成型收缩比。
异型材机头基础知识
异型材机头管材、薄膜、板材、棒材等挤出制品的截面为规则形状。
除这些截面为规则形状的制品外，其他复杂截面形状的制品称为异型材。
图2 一29 所示为一类异型材。
一、异型材机头结构类型异型材机头几乎都是轴向供料机头。
根据成型塑料品种、型材大小及截面形状复杂程度，异型材挤出机头分为以下三种类型。
1 .孔板式机头如图2 一30 所示，孔板式机头由模座和口模板组成。
口模板容易且能迅速更换，适用于小规格、小批量、多品种的异型材生产。
但由于模腔内存在截面的急剧变化，易引起局部滞料，物料出现热降解甚至烧焦现象，型材难达到较高的尺寸精度要求。
主要适用于软聚氯乙烯异型材的小批量生产。
2 .多级式挤出机头如图2 一31 所示，流道的逐渐变化，是由多块孔板串联构成。
每块孔板单独加工，在每块孔板的入口加工倒角。
多级式机头结构简单，加工方便，但不宜加工热敏性塑料。
3 .流线型机头如图2 一32 所示，流线型机头内部流道呈流线型，熔体无滞流点，截面持续逐渐减小至成型区横截面。
此机头加工的异型材质量好，但机头加工困难，须经特殊加工(如CAD / CAM 系统)整体制成。
二、异型材定型装置异型材的几何形状及其尺寸精度，主要是由定型模决定的，其定型方式通常按型材种类、截面形状、精度要求和挤出速度等确定。
异型材定型方式有以下几种。
1 .压缩空气外定型如图2 一33 所示，压缩空气(0 . 02 一0 . 1 MPa )通过芯模l 进人异型材7 内，由于浮塞9 的封闭，使挤出型坯与定型模5 接触，同时冷却定型。
压缩空气外定型通常适用于当量直径大于25mm 以上的中空异型材。
2 .真空定型如图2 一34 所示，依靠在定型模周围壁上的细孔或缝口抽真空，使挤出型坯紧贴定型模。
对闭式空心型材，通常串联几个定型装置。
3 .内芯定型如图2 一35 所示，定型芯棒与机头芯模连接，同时冷却水通过机头到达定型芯棒，在挤出管坯环绕定型芯棒被拉出时，冷却定型。
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异型材挤出成型机头
塑料异型材是指除圆管、圆棒、片材、薄膜等挤出制品外具有其它截面形状的塑料挤出制件。
塑料异型材由于其优良的使用性能和技术特性，目前已广泛应用于土木建筑、家用电器、汽车零件等领域。
异型材的形状很多，按形状不同大致可以将异型材分为五大类，如图8-14所示。
图8-14 常见的异型材结构
（1）异型管材
如图8-14a所示，特点是壁厚均匀，无尖角，用直支管机头或圆机头成型。
（2）中空异型材
如图8-14b所示，截面形状为由肋连接而成的中空状，壁厚不均匀。
（3）空腔异型材
如图8-14c所示，截面为封闭的中空断面，结构不对称，且带锐角。
（4）开放式异型材
如图8-14d所示，截面形状不带中空室，具有各种形式。
（5）实心异型材
如图8-14e所示，具有矩形、正方形、三角形、椭圆形等各种截面形状，可采用普通的棒材机头来成型。
由于异型材的截面形状不规则，几何形状复杂，尺寸精度要求高，成型工艺要求苛刻，模具结构复杂，因此异型材的成型效率较低。
1 异型材挤出机头的形式
异型材挤出成型机头结构可分为板状机头和流线型机头两种形式。
a板式异型材机头
图8-15所示为典型的板式异型材机头结构。
板式异型材机头的特点是结构简单、制造方便、成本低、安装调整容易。
图8-15 板式异型材机头
机头内的流道截面变化剧烈，从进口的圆形急速地演变为接近塑件形状的截面，物料的流动状态不好，容易造成物料滞留现象。
流道截面的急剧变化还会对热敏性塑料（如硬聚氯乙烯等）产生热分解，因此，板式异型材机头一般用于熔融粘度低且热稳定性高的塑料（如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等）的挤出成型，而对于硬聚氯乙烯，则只在其形状简单、生产批量小时才使用板式机头挤出成型。
b流线型机头
流线型机头如图8-16所示。
这种机头由多块钢板组成，为避免机头内的流道截面的急剧变化，要将连接处加工成曲线，使各截面光滑地过渡，即机头各处不能有急剧过渡的截面尺寸或死角，以使熔料流动顺畅。
图8-16 流线型机头
流线型机头结构复杂，制造难度较大，但它没有物料滞留的缺陷，可以保证挤出塑件的成型质量，适合大批量生产。
热敏性塑料（如硬聚氯乙烯等）也可以用流线型机头挤出成型。
流线型机头分为整体式和分段式两种形式。
图8-16所示为整体式流线型机头，该机头内流道由圆环形渐变过渡到塑件所要求的形状，其各截面形状如剖视图所示。
制造整体式流线型机头要比制造分段拼合式流线型机头困难。
当异型材截面形状复杂时，整体式的流线型机头加工就会很困难。
为了降低机头的加工难度，可以采用分段拼合式流线型机头成型。
分段拼合式流线型机头的制造方法是将机头体分段，然后分别加工，最后再装配成整体．这样就可以降低整体流道加工的难度。
用这种方法加工的机头在其流道拼接处易出现不连续光滑的截面尺寸过渡，其制造工艺过程的控制也比较困难。
2 异型材机头的结构设计
异型材机头的设计是决定异型材质量的关键。
在设计机头结构之前，应考虑塑件的设计。
要想获得理想状态的异型材，必须对塑件的结构工艺性、熔料在机头中的流动特性、挤出成型的工艺控制过程及机头的加工制造等因素进行综合考虑。
a塑件的设计
设计异型材塑件时应考虑以下几方面的问题：
（1）尺寸精度
异型材的尺寸精度与截面形状有关。
由于异型材的结构比较复杂，很难得到较高的尺寸精度，因此在满足使用要求的前提下，应选择较低精度（7、8级）等级。
（2）表面粗糙度
异型材的表面粗糙度一般取Ra≥0.8 μm。
（3）加强肋的设计
设置中空异型塑件加强肋时，肋板厚度应取较小值，常取制件厚度的80％，过厚会使塑件出现翘曲、凹陷现象。
（4）异型材的厚度
异型材的截面应尽量简单，壁厚要均匀，一般壁厚为1.2～4.0mm，最大可取20mm，最小可取0.5mm。
（5）圆角的设计
异型材的转角如果是直角，则易产生应力集中现象，因此在形状变化的地方应采用圆角过渡。
增大圆角半径，可改善料流的流动性，避免塑件变形，一般外侧圆角半径应大于0.5 mm，内侧圆角半径应大于0.25 mm。
圆角半径的大小取决于塑料材料，在条件允许时，应选择较大的圆角半径。
b异型材机头结构设计
异型机头的结构设计应保证物料挤出成型后满足技术要求，具有规定的截面形状，但由于受塑料的物理性能和压力、温度等因素的影响，成型部分的截面形状与塑件的截面形状相差很大，因此，异型材机头口模形状的确定是机头结构设计的关键。
（1）机头口模成型区的形状修正
从理论上讲，异型材口模成型处的截面形状应与异型材规定的截面形状相同，但由于受塑料性能和成型过程中的压力、温度、流速以及离模膨胀和长度收缩等因素的影响，从口模中挤出的异型材型坯会发生严重的形状畸变，导致塑料制件的质量不合格，因此，必须对口模成型区的截面形状进行修正。
口模形状与塑件形状的关系，如图8-17所示。
图8-17 口模形状与塑件形状的关系
1－塑件；2－口模
（2）机头结构参数
机头内分流器的扩张角小于70o，但对硬聚氯乙烯等成型条件要求苛刻的塑料应控制在60o 左右，机头压缩比为3～13，压缩角为25o～50o。
（3）口模尺寸的确定
口模的尺寸包括口模流道缝隙的间隙尺寸δ、截面的高度尺寸H、宽度尺寸B及定型段的长度L1。
具体尺寸可参考相关设计手册。