塑料模具设计教程_8-1挤出模的结构组成及分类

    挤出成型是目前比较普遍的塑料成型方法之一，适用于所有的热塑性塑料及部分热固性塑料，可以成型各种塑料管材，棒材，板材、电线电缆及异形截面型材等，还可以用于塑料的着色、造料和共混等。挤出型材的质量取决于挤出模具，挤出模具主要是由机头和定型装置两部分组成，其结构设计的合理性是保证塑件成型质量的决定性因素。

8-1-1 挤出模的结构组成

    挤出模具主要由机头和定型装置(定型套)两部分组成。下面以管材挤出成型机头为例，介绍机头的结构组成，如图8-1所示。

图8-1  管材挤出成型机头

l－管材；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－过滤网；10－加热器

1. 机头

    机头又称机头体，是成型塑件的关键部分，它的作用是将挤出机挤出的熔融塑料由螺旋运动变为直线运动，并使熔融塑料进一步塑化，产生必要的成型压力，保证塑件密实，通过机头获得所需要的塑件。机头主要由以下几部分组成：

（1）口模

    口模是成型塑件外表面的零件(图8-1所示的件3)。

（2）芯棒

    芯棒是成型塑件内表面的零件(图8-1所示的件4)。

（3）过滤网和过滤板

    过滤网(图8-1所示的件9)的作用是改变料流的方向和速度，将塑料熔体的螺旋运动转变为直线运动，过滤杂质，形成一定的压力。过滤板又称多孔板，起支承过滤网的作用。

（4）分流器和分流器支架

    分流器俗称鱼雷头(图8-1所示的件6)，其作用是使通过它的塑料熔体分流变成薄环状平稳地进入成型区，同时进一步加热和塑化。分流器支架(图8-1所示的件7)主要用来支承分流器及芯棒，同时也能对分流后的塑料熔体起加强剪切的混合作用(但有时会产生熔接痕而影响塑件强度)，小型机头的分流器与其支架可设计成整体式结构。

（5）机头体

    机头体(图8-1所示的件8)相当于模架，用来组装并支承机头的各零部件，并且与挤出机料筒相连。

（6）温度调节系统

    为了保证塑料熔体在机头中正常流动和挤出成型质量，机头上一般设有温度调节系统(图8-1所示的件10)。

（7）调节螺钉

    调节螺钉(图8-1所示的件5)是用来调节控制成型区内口模与芯棒问的环隙及同轴度，以保证挤出塑件壁厚均匀，通常调节螺钉的数量为4～8个。

2. 定型装置

    从机头中挤出的塑件虽然具备了既定的形状，可是因为制件温度比较高，由于自重而会发生变形，因此需要使用定径装置(图13.4所示的件2)将制件的形状进行冷却定型，从而获得能满足要求的正确尺寸、几何形状及表面质量。通常采用冷却、加压或抽真空的方法，将从机头中挤出的塑件的既定形状稳定下来，并对其进行精整，得到截面尺寸更为精确、表面更为光亮的塑件。

8-1-2 挤出模的分类

    由于挤出成型的塑件品种规格很多，因此生产中使用的机头也是多种多样的，一般按下述几种方法进行分类：

1. 按塑件的形状分类

    挤出成型的塑件一般有管材、棒材、板材、片材、各种异型材、带有塑料包覆层的电线电缆等，所用的机头相应称为管机头、棒机头等。

2. 按塑件的出口方向分类

    根据塑件从机头中的挤出方向不同，可分为直通机头(或称直向机头)和角式机头(或称横向机头)等。直通机头的特点是熔体在机头内的挤出流向与挤出机螺杆的轴线平行；角式机头的特点是熔体在机头内的挤出流向与挤出机螺杆的轴线呈一定角度。当熔体挤出流向与螺杆轴线垂直时，称为直角机头。

3. 按熔体所受压力不同分类

    根据塑料熔体在机头内所受压力大小的不同，分为低压机头、中压机头和高压机头。熔体受压小于4MPa的机头称为低压机头；熔体受压大于10MPa的机头称为高压机头；熔体受压在4～10MPa之间的机头称为中压机头。

8-1-3 挤出机头的设计原则

1. 分析塑件的结构工艺性

    根据所要成型塑件的结构特点和工艺要求，正确地选用机头的结构形式。

2. 过滤板和过滤网的设置

    料筒内的熔体由于螺杆的作用而旋转，旋转运动的料流必须转变成直线运动才能进行成型流动，同时机头必须对熔体产生适当的流动阻力，使塑件密实。所以机头内必须设置过滤板和过滤网。

3. 机头内的流道应呈光滑的流线型

    为了减少压力损失，使熔体沿着流道均匀平稳地流动，机头的内表面必须呈光滑的流线型，不能有阻滞的部位(以免发生过热分解)，表面粗糙度Ra值应小于0.1μm。

4. 机头内应设置一定的压缩区

    为了使进入机头内的熔料进一步塑化，机头内一般都设置了分流器和分流器支架等分流装置，使熔体进入口模之前必须在机头中经过分流装置。熔体经分流器和分流器支架后再汇合，会产生熔接痕迹，离开口模后会使塑件的强度降低甚至发生开裂，因此，在机头中必须设置一段压缩区，以增大熔体的流动阻力，消除熔接痕。对于不需要分流装置的机头，熔体通过机头中间流道以后，其宽度必须增加，需要一个扩展阶段，为了使熔体或塑件密度不降低，机头中也需要设置一定的压缩区域，产生一定的流动阻力，保证熔体或塑件组织密实。

5. 正确设计口模的形状和尺寸

    由于塑料熔体在成型前后应力状态的变化，会引起离模膨胀效应(挤出胀大效应)，使塑件长度收缩和截面形状尺寸发生变化，因此在设计机头时，要对口模的形状和尺寸进行适当地补偿，保证挤出塑件具有正确的截面形状和尺寸。

6. 机头内要有调节装置

    为了控制挤出过程中的挤出压力、挤出速度、挤出成型温度等工艺参数，需要设置调节装置，以便对挤出型坯的尺寸进行调节和控制，同时，机头的结构应紧凑，便于操作，调整维修方便。

8-1-4 机头材料的选择

    机头的结构可分为两部分：成型零部件和结构零部件。

1. 成型零部件

    成型零部件直接与塑料接触，用以成型塑件的内外表面，如口模、芯棒等。由于熔体流经机头成型零部件时，能对它产生一定的摩擦磨损，同时塑料在高温高压的挤出成型过程中还产生一些有害气体，对机头内的零部件会产生较强的腐蚀作用，所以成型零部件应选取耐热、耐磨、耐腐蚀、韧性高、硬度高、热处理变形小及加工性能好的材料，以提高模具的使用寿命，常用的有镍铬钢、不锈钢、工具钢等。对于非不锈钢材料，还要进行淬火处理及表面抛光后的镀铬处理，硬度可达60～64HRC，表面镀层厚度为0.0l～0.02mm。对于熔融粘度高的塑料，一般使用硬度高的材料。

2. 结构零部件

    结构零部件起支撑作用，选用一般钢材即可。常用机头材料见表8-3。

表8-3  机头常用材料表