挤出管材的模具设计及加工工艺课件.ppt

1、挤出管材的模具设计挤出管材的模具设计及加工工艺及加工工艺 2010.12管机头分类管机头分类 按结构分：按结构分：直通式、侧式、篮式、螺旋芯棒式直通式、侧式、篮式、螺旋芯棒式 等等 按用途分：按用途分：硬管、软管、波纹管、复合管等硬管、软管、波纹管、复合管等 管材管材 燃气管、压力管、上下水管、排水管、排灌燃气管、压力管、上下水管、排水管、排灌管、穿线管、硅芯管、软管、医用软管、发泡管、管、穿线管、硅芯管、软管、医用软管、发泡管、单壁、双壁波纹管、多层复合管材等单壁、双壁波纹管、多层复合管材等 原料原料 UPVC、PE、PP、PPR、ABS、PU、PA等等、挤管成型设备 塑料挤出成型设备塑料挤

2、出成型设备管材生产线管材生产线管材生产工艺流程图管材生产工艺流程图一般管材生产线工艺过程一般管材生产线工艺过程 原料原料真空上料真空上料原料干燥原料干燥 单螺杆挤出单螺杆挤出机机机头模具机头模具定径套定径套喷淋真空定型箱喷淋真空定型箱喷淋冷却水箱喷淋冷却水箱喷码机喷码机履带牵引机履带牵引机成品检测包装成品检测包装 带有标记管材生产线工艺过程带有标记管材生产线工艺过程 原料原料+色母料色母料混合混合真空上料真空上料原料干燥原料干燥 单螺杆挤出机单螺杆挤出机色线挤出机色线挤出机机头模具机头模具定径套定径套喷淋真空定型箱喷淋真空定型箱喷淋冷却水箱喷淋冷却水箱喷码机喷码机履带牵引机履带牵引机成品检测包

3、装成品检测包装 1.1.挤出机挤出机 2.2.机头（熔体输出与定径装置）机头（熔体输出与定径装置）3.3.辅机辅机(冷却装置、牵引装置、切割装置冷却装置、牵引装置、切割装置)4.4.控制系统控制系统（二）特点（二）特点 1.1.连续化生产连续化生产 2.2.生产率高生产率高 3.3.应用范围广应用范围广 4.4.结构简单、收效快结构简单、收效快 （一）管材生产线组成（一）管材生产线组成 管材生产是挤出成型最重管材生产是挤出成型最重要的方法之一要的方法之一 。挤出模具是管材成型的关挤出模具是管材成型的关键部件！键部件！挤管机头大型机头大型机头 管材机头设计管材机头设计挤出管材动画挤出管材动画挤出

4、管材成型机头示意图挤出管材成型机头示意图 组成组成定型部分导流部分分流部分入流部分 四个功能部分：四个功能部分：1.1.入流部分入流部分 功能功能使来自挤塑机的塑料熔体，由使来自挤塑机的塑料熔体，由螺旋运动逐渐变螺旋运动逐渐变为直线运动为直线运动2.2.分流部分分流部分 功能功能将熔体按所需制品形状进行分流，由柱状分流将熔体按所需制品形状进行分流，由柱状分流成为环状。成为环状。3.3.导流部分导流部分 功能功能通过模腔内流道几何形状与尺寸的变化，产生通过模腔内流道几何形状与尺寸的变化，产生必要的成型压力必要的成型压力将分流部分流出物料进行导流并压实将分流部分流出物料进行导流并压实4.4.定型部

5、分定型部分 功能功能通过机头成型段及模唇的调节作用，获得所需通过机头成型段及模唇的调节作用，获得所需断面形状的连续制品断面形状的连续制品熔体坯熔体坯。四个功能部分：四个功能部分：定型部分导流部分分流部分入流部分作用作用 1.使熔融物料的螺旋螺旋运动 直线直线运动。2.将物料压实压实。3.使物料进一步塑化均匀进一步塑化均匀。4.成型成型制品。定型部分导流部分分流部分入流部分1 1正确选择结构形式正确选择结构形式（1 1）成型制品种类）成型制品种类（2 2）原材料种类和要求）原材料种类和要求（3 3）成型工艺特点）成型工艺特点2 2流道结构流道结构（1 1）流道呈流线型）流道呈流线型（2 2）无突

6、变）无突变（3 3）各连接处应保证密封）各连接处应保证密封（4 4）表面粗糙度）表面粗糙度（5 5）应具有一定压缩比）应具有一定压缩比（6 6）保证口模出口处各点料流速度一致）保证口模出口处各点料流速度一致 管材机头设计原则管材机头设计原则 3 3机头选材机头选材（1 1）合理选材）合理选材（2 2）耐磨、耐腐蚀）耐磨、耐腐蚀（3 3）足够的强度和刚度，进行热处理）足够的强度和刚度，进行热处理（4 4）容易电镀）容易电镀（5 5）在高温下不变形）在高温下不变形4 4机头结构机头结构（1 1）结构紧凑，易于加工制造和装拆维修）结构紧凑，易于加工制造和装拆维修（2 2）形状尽可能规则和对称）形状尽

7、可能规则和对称（3 3）成型部分应能保证熔体挤出后具有所要求的截面）成型部分应能保证熔体挤出后具有所要求的截面 形状和尺寸形状和尺寸 挤出机与挤出模具的连接挤出机与挤出模具的连接螺纹连接螺纹连接1、栅板、栅板 2、机头法兰、机头法兰 3、铰链螺钉、铰链螺钉 4、机筒法兰、机筒法兰 5、机、机筒筒螺钉连接螺钉连接1、机头法兰、机头法兰 2、铰链螺钉、铰链螺钉 3、机筒法兰、机筒法兰 4、栅板、栅板5、螺杆、螺杆 6、机筒、机筒 7、内六角螺钉、内六角螺钉 8、定位销、定位销卡箍式连接卡箍式连接栅板的形式设计栅板的形式设计 栅扳的结构如图所示，除具有栅扳的结构如图所示，除具有分流、混合、促进熔体塑

8、化均匀分流、混合、促进熔体塑化均匀外，还承担着支承滤网的作用。外，还承担着支承滤网的作用。栅板上流道孔眼直径，通常为栅板上流道孔眼直径，通常为36mm入口端应有入口端应有30一一45的锥角。流道孔总面积须占栅板的锥角。流道孔总面积须占栅板有效面积的有效面积的40一一70为宜，孔为宜，孔的排列应紧凑合理；栅板应有足的排列应紧凑合理；栅板应有足够机械强度和刚度，但其厚度也够机械强度和刚度，但其厚度也不宜过厚，以免造成过大阻力或不宜过厚，以免造成过大阻力或滞料分解。滞料分解。(1)非等径孔同心圆排列非等径孔同心圆排列(2)等径孔同心圆排列等径孔同心圆排列(3)等孔径弧形面栅板等孔径弧形面栅板(4)等

9、孔径六边形排列等孔径六边形排列闸板型过滤器闸板型过滤器1、平板、平板 2、滤网、滤网 3、4、滤网座、滤网座 5、螺栓、螺栓 6、壳体、壳体 7、氟塑料环、氟塑料环8、鱼雷体、鱼雷体 9、分流支架套、分流支架套 10、热电偶、热电偶 11、螺栓、螺栓 12、限位板、限位板13、加热器、加热器 14、多孔板、多孔板 15、支承环、支承环 16、推力杆、推力杆直通式管机头直通式管机头一、基本结构和工作原理一、基本结构和工作原理 口模、芯棒、分流器、分流器支架、口模、芯棒、分流器、分流器支架、机头体、调节螺钉、连接螺钉等机头体、调节螺钉、连接螺钉等 1.1.基本结构基本结构 2.2.工作原理工作原理

10、 直通式管机头直通式管机头直通机头直通机头大口径管材挤出机头示意图大口径管材挤出机头示意图 1-机头体上部机头体上部;2-机头体下部机头体下部;3-机颈机颈;4-分流锥分流锥;5-分流梭分流梭;6-过渡芯模过渡芯模分流梭断面图分流梭断面图挤出成型模具挤出成型模具管材挤塑成型机头管材挤塑成型机头1、橡皮片堵、橡皮片堵头头2、定径套、定径套3、口模、口模4、芯棒、芯棒5、调节螺栓、调节螺栓6、分流锥、分流锥7、芯棒支架、芯棒支架8、模体模体9、过滤板过滤板二、设计要点二、设计要点 1.1.压缩比压缩比 压缩比压缩比分流器支架出口处截面积与芯棒口模间的分流器支架出口处截面积与芯棒口模间的 截面积之比

11、截面积之比=3=31010 低粘度物料低粘度物料：410 高粘度物料高粘度物料：36 另一种方法：取分流器支架直径与口模直径之比另一种方法：取分流器支架直径与口模直径之比 UPVC：D/d=1.41.6 PE：D/d=1.42 大管取小值；小管取大值大管取小值；小管取大值 分流锥长度分流锥长度L L4 4 L4=（11.5）D D分流锥最大直径分流锥最大直径 锥尖半径锥尖半径r r r=0.52 mm热稳定性好的物料热稳定性好的物料：max90热稳定性差的物料热稳定性差的物料：60 2.2.分流锥分流锥扩张角扩张角 作用作用 使熔料逐渐变成环形使熔料逐渐变成环形 3.3.分流器支架分流器支架

12、分流筋形状分流筋形状 要求要求 流线型、不得有大的拐角、有利于熔接线的消除流线型、不得有大的拐角、有利于熔接线的消除支撑分流器及芯棒支撑分流器及芯棒 作用作用 收缩角扩张角收缩角扩张角分流筋宽度分流筋宽度b b b912 mm 分流筋长度分流筋长度l l l3080 mm 分流筋高度分流筋高度s s s1025 mm 分流筋数量分流筋数量n n n=48 扩张角：扩张角：60 收缩角：收缩角：30 UPVC：10 4.4.口模口模 作用作用 成型管材外表面成型管材外表面 定型长度定型长度L1 经验公式：经验公式：L13D D 管材外径管材外径 国外资料国外资料：L1=（1030）h h 管材壁

13、厚管材壁厚 国内资料国内资料：L1=（3040）hUPVC：（：（1833）h PPVC：（：（1525）hPE：（1422）h PP：（1422）h PA：（1323）h 口模直径口模直径D 影响口模直径的因素：影响口模直径的因素：挤出胀大挤出胀大 牵引拉伸牵引拉伸 冷却收缩冷却收缩 定径方式定径方式管材截面管材截面变大变大 管材截面管材截面变小变小管材截面管材截面变小变小 外定径时外定径时的真空度、定径套内径与口模的真空度、定径套内径与口模 直径有关直径有关 考虑胀大和定径收缩考虑胀大和定径收缩 口模直径：口模直径：管外DCD式中：式中：C系数系数 PVC：0.951.05；PO：0.90

14、1.05 拉伸比拉伸比环形截面积与管材截面积之比环形截面积与管材截面积之比 2222管内管外DDdDI式中：式中：D口模直径口模直径 d芯棒直径芯棒直径 D管外管外管材外径管材外径 D管内管内管材内径管材内径 I拉伸比拉伸比 UPVC：1.001.08；SPVC：1.101.35 LDPE：1.201.25；HDPE：1.101.20 ABS：1.001.10；PA：1.403.00 5.5.芯棒芯棒 作用作用 导流、成型管材导流、成型管材内表面内表面 收缩角收缩角=2030 定型长度定型长度 与与口模口模定型长度定型长度相等相等 应小于分流锥的扩张角应小于分流锥的扩张角UPVC：24；PO可

15、稍大可稍大 壁厚调节壁厚调节 目的：管材壁厚均匀目的：管材壁厚均匀 调节螺钉数量：调节螺钉数量：S=48 经验公式经验公式：222管内管外DDIDd芯棒直径芯棒直径d d 三、特点三、特点 1.1.优点优点 结构简单，成本低；结构简单，成本低；中心进料，易于物料均匀分配；中心进料，易于物料均匀分配；应用广泛。应用广泛。2.2.缺点缺点 体积大，重量大；体积大，重量大；分流筋多，熔接线多。分流筋多，熔接线多。模具零件的连接讨论模具零件的连接讨论调节管材壁厚的方式调节管材壁厚的方式机头进料结构形式机头进料结构形式中心供料中心供料筛孔式机头筛孔式机头侧向供料机头侧向供料机头螺旋式机头螺旋式机头1、芯

16、模、芯模2、芯模支架、芯模支架3、栅板、栅板4、螺旋式芯模、螺旋式芯模5、支架支柱、支架支柱2.2.措施措施 安装绕机头轴线安装绕机头轴线旋转旋转的部件的部件 分流筋表面分流筋表面喷涂喷涂不粘材料不粘材料 将流道将流道加长加长 加热加热分流筋分流筋 使流过分流筋的物料迅速得到使流过分流筋的物料迅速得到压缩压缩 芯棒上带多头芯棒上带多头螺旋沟槽螺旋沟槽 采用采用阻尼筋或多孔板阻尼筋或多孔板 熔接线的影响熔接线的影响只能减小，不可能消除只能减小，不可能消除 1.1.形成原因形成原因 四、减小熔接线影响的措施四、减小熔接线影响的措施 多孔板多孔板(筛板筛板)式分流板的实物图和挤式分流板的实物图和挤出

17、物流痕的照片。出物流痕的照片。蓝式管机头蓝式管机头 1.1.结构结构 2.2.工作原理工作原理 简单蓝式机头简单蓝式机头蓝式机头蓝式机头 直通式机头的特殊形式；直通式机头的特殊形式；总压力损失小总压力损失小；产量高，能耗低；产量高，能耗低；机头中热耗散少机头中热耗散少；重量轻；重量轻；便于操作。便于操作。3.3.特点特点 筛孔套筛孔套 要求要求 足够强度、足够强度、小孔利于物料流动小孔利于物料流动 孔径孔径d d 口模直径口模直径D D D/DD/DT T1.4 D1.4 DT T筛孔套直径筛孔套直径 4.4.设计要点设计要点d=1d=12.5mm2.5mm 5.5.应用应用聚烯烃类耐压管材聚

18、烯烃类耐压管材 螺旋芯棒式管机头螺旋芯棒式管机头 2.2.工作原理工作原理 1.1.结构结构螺旋管材机头结构图螺旋管材机头结构图 1.进料口进料口 2.固定螺钉固定螺钉 3.模体模体 4.热电偶热电偶 5.调节螺钉调节螺钉 6.压环压环 7.口模口模 8.固定螺钉固定螺钉 9.芯模芯模 10.螺旋槽螺旋槽 11.径向径向孔孔 12.模底座模底座 13.通气杆通气杆 14.连接体连接体直通机头与螺旋机头比较直通机头与螺旋机头比较 出料均匀；出料均匀；总压力损失小总压力损失小；产量高，能耗低；产量高，能耗低；机头中热耗散少机头中热耗散少；无熔接线。无熔接线。3.3.特点特点4.4.应用应用直径直径

19、400mm400mm的聚烯烃类管材的聚烯烃类管材 蓝式、螺旋式机头蓝式、螺旋式机头蓝式、螺旋式模具。蓝式、螺旋式模具。模具特点：模具特点：1、熔体流动速度达到预期的力学均匀性、熔体流动速度达到预期的力学均匀性、热均匀性。热均匀性。2、无须芯模支架，使生产中常发生的流纹、无须芯模支架，使生产中常发生的流纹消失。消失。3、压力消耗少，产量高，产量可达到挤出、压力消耗少，产量高，产量可达到挤出量的量的80%。4、机构紧凑，连接合理，更换方便。、机构紧凑，连接合理，更换方便。5、采用优质模具钢制造。、采用优质模具钢制造。6、采用不锈钢或铜的水环定径套。、采用不锈钢或铜的水环定径套。管机头管机头螺旋机头

20、螺旋机头大机头大机头大机头大机头多口模管机头多口模管机头 1.1.结构结构 2.2.工作原理工作原理 一模多机头一模多机头一模多机头一模多机头 充分发挥挤出机的生产能力；充分发挥挤出机的生产能力；节省占地面积节省占地面积；熔体流速慢；熔体流速慢；结构较复杂结构较复杂。3.3.特点特点5.5.应用应用小直径薄壁管材小直径薄壁管材 4.4.设计要点设计要点带流量调节的分配流道设计带流量调节的分配流道设计 波纹管机头波纹管机头 1.1.结构结构 结构形式与一般机头基本相同，只是口模部分很长。结构形式与一般机头基本相同，只是口模部分很长。用用吹胀法吹胀法成型波纹成型波纹 2.2.成型原理成型原理 用用

21、真空吸附法真空吸附法成型波纹成型波纹 多层共挤出机头多层共挤出机头带有色标的蓝式机头带有色标的蓝式机头多空管形状多空管形状带标志线的多孔管直式模机头带标志线的多孔管直式模机头 1.主体连接；主体连接；2.分流体；分流体；3.分流体板；分流体板；4.过渡板；过渡板；5.外模腔；外模腔；6.芯模；芯模；7.冷却水管；冷却水管；8.中模芯；中模芯；9.副连接板；副连接板；10.口模板口模板三层共挤出管材示意图三层共挤出管材示意图多层挤出模具用于成型多种塑料或多种颜色的复合管材或复合膜，通常用多台挤出机挤出成型。双层共挤出机头结构示意图双层共挤出机头结构示意图 1.栅板；栅板；2.机头体机头体1；3.

22、分流锥；分流锥；4.分流套；分流套；5.机头体机头体2；6.平直口模；平直口模；7.口模压环；口模压环；8.带内螺纹芯棒；带内螺纹芯棒；9.分流支架；分流支架；10.机颈机颈三层共挤出机头结构示意图三层共挤出机头结构示意图1.口模；口模；2.分流套；分流套；3.隔层分流套；隔层分流套；4.阻尼分流器支架；阻尼分流器支架；5.6.外、内层流道；外、内层流道；7.人字流道连接器；人字流道连接器；8.芯棒；芯棒；9.分流锥；分流锥；10.连接器；连接器；11.中层流道中层流道管材的定型管材的定型管材定径的方法管材定径的方法 内径定径内径定径外径定径外径定径内压定径内压定径真空定径真空定径 内径定径内

23、径定径管材内定径方法管材内定径方法 内径定径法的定径套直接与机头模芯连接，内径定径法的定径套直接与机头模芯连接，定径套内通入循环冷却水，熔体出口模后定径套内通入循环冷却水，熔体出口模后直接在定径套上冷却。直接在定径套上冷却。管材内径尺寸与定径棒尺寸一致管材内径尺寸与定径棒尺寸一致 管材外径自由冷却，外径尺寸难以控制。管材外径自由冷却，外径尺寸难以控制。内芯定径内芯定径内径定径机头结构示意图内径定径机头结构示意图 管材的内径定型管材的内径定型1.管材；管材；2.定径芯棒；定径芯棒；3芯棒；芯棒；4.回水流道；回水流道；5.进水管；进水管；6.排水嘴；排水嘴；7.进水嘴进水嘴内压外定径方法内压外定

24、径方法管材的内压定径示意图管材的内压定径示意图1.芯棒；芯棒；2.压缩空气入口；压缩空气入口；3.机头体；机头体；4.绝热垫；绝热垫；5.定型模；定型模；6.冷却水；冷却水；7.管材；管材；8.链条；链条；9.浮塞；浮塞；10出水口；出水口；11入水口入水口管材气压外定径方法管材气压外定径方法管材挤塑成型机头管材挤塑成型机头1、橡皮片堵、橡皮片堵头头2、定径套、定径套3、口模、口模4、芯棒、芯棒5、调节螺栓、调节螺栓6、分流锥、分流锥7、芯棒支架、芯棒支架8、模体模体9、过滤板过滤板外径压力定径外径压力定径 真空外定径方法真空外定径方法真空定径套真空定径套真空定径图真空定径图 1.管材；管材；

25、2.水浴槽；水浴槽；3.冷却水；冷却水；4.真空；真空；5.芯棒；芯棒；6.模套模套真空定径箱真空定径箱直径收缩率直径收缩率 真空定径的管材外径可以根据管材原料的真空定径的管材外径可以根据管材原料的尺寸收缩率来得到精确控制，尺寸收缩率来得到精确控制，聚乙烯聚乙烯 24%双峰聚乙烯双峰聚乙烯 44.6%PP-R 36%真空定径有如下优点真空定径有如下优点(1)引管简单快速引管简单快速,废料少废料少;(2)内压定径方法中内压定径方法中,压缩空气存留在管内压缩空气存留在管内,随着生产的连续进行随着生产的连续进行,气体温度不断升高气体温度不断升高,而真空定径空气在管材内部自由流动而真空定径空气在管材内

26、部自由流动,管材管材内壁冷却效果好内壁冷却效果好;(3)能较好控制尺寸公差能较好控制尺寸公差;(4)管坯在机头出口处于塑化状态几乎没有管坯在机头出口处于塑化状态几乎没有变形变形;真空定径有如下优点真空定径有如下优点(5)管材的内应力小管材的内应力小;(6)没有被螺塞撕裂的危险没有被螺塞撕裂的危险;(7)不会因螺塞磨损而停产不会因螺塞磨损而停产;(8)机头口模与真空定径装置二者分离机头口模与真空定径装置二者分离,因而因而温度能单独控制。温度能单独控制。高速挤出管材高速挤出管材 最常见的方法是在定径入口处设置最常见的方法是在定径入口处设置冷却水入口，通过特殊的喷嘴或在冷却水入口，通过特殊的喷嘴或在

27、定径套上开缝，让水直接包覆在管定径套上开缝，让水直接包覆在管坯外圆。坯外圆。带水环的定径套带水环的定径套 带冷却装置的定径套带冷却装置的定径套 定径环组外定径组装图定径环组外定径组装图 1.冷却水入口；冷却水入口；2.至真空泵；至真空泵；3.真空区；真空区；4冷却水出口冷却水出口带预冷装置的定径套组装图带预冷装置的定径套组装图 1.可调预冷却装置；可调预冷却装置；2.定径套；定径套；3.定径环定径环小定径套小定径套大定径套大定径套大定径套大定径套透明定径透明定径自动改变管材尺寸装置自动改变管材尺寸装置 可以对直径可以对直径32到到1200mm范围内不同直径和压力等级的范围内不同直径和压力等级的

28、PO管子自动并连续的变径管子自动并连续的变径 现有的挤出生产线可以逐步完善实现完全自动化变径。传统现有的挤出生产线可以逐步完善实现完全自动化变径。传统挤出模头、真空箱、下游设备设备和新的优化设备结合。就挤出模头、真空箱、下游设备设备和新的优化设备结合。就可以达到更高的灵活性和更大的经济利益。可以达到更高的灵活性和更大的经济利益。用于连续改变管径和壁厚的一种简单的机械装置。用于连续改变管径和壁厚的一种简单的机械装置。由以下由以下4部分组成：部分组成：柔性定径套柔性定径套 柔性密封圈柔性密封圈 柔性管支撑装置柔性管支撑装置 控制设备控制设备 自动改变管材尺寸装置自动改变管材尺寸装置同步改变生产量和

29、牵引机的参数并结合定径套的性能，可以达到必需的同步改变生产量和牵引机的参数并结合定径套的性能，可以达到必需的产品直径和壁厚，所以不需要再改变挤出模具中的融化指数，继续使用产品直径和壁厚，所以不需要再改变挤出模具中的融化指数，继续使用现有的挤出模头。现有的挤出模头。产量增加同时放大定径套内径导致管子直径增大，反之亦然。产量增加同时放大定径套内径导致管子直径增大，反之亦然。增大牵引速度导致壁厚减小，反之亦然。增大牵引速度导致壁厚减小，反之亦然。瞬间连续改变管材直径和壁厚瞬间连续改变管材直径和壁厚 启动时间更短，产品输出时间更短，更高的柔性。启动时间更短，产品输出时间更短，更高的柔性。优化优化直径的自动改变可以逐步实现。直径的自动改变可以逐步实现。不需要新的挤出模头、水箱，并且继续使用现有的下游设备。不需要新的挤出模头、水箱，并且继续使用现有的下游设备。管材表面质量和生产线能力保持不变管材表面质量和生产线能力保持不变 变径定径变径定径结束语结束语随着新材料的不断出现，塑料管材随着新材料的不断出现，塑料管材加工技术也在不断地改进和发展，加工技术也在不断地改进和发展，伴随着计算机控制和高精度的检测伴随着计算机控制和高精度的检测设备的应用管材挤出的技术将朝着设备的应用管材挤出的技术将朝着高速、高效、和高质量的方向发展高速、高效、和高质量的方向发展