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1、挤出管材的模具设计及加工工艺,2010.12,管机头分类,按结构分：,直通式、侧式、篮式、螺旋芯棒式 等,按用途分：,硬管、软管、波纹管、复合管等,管材,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、单壁、双壁波纹管、多层复合管材等,原料,UPVC、PE、PP、PPR、ABS 、PU、PA等 、,挤管成型设备,塑料挤出成型设备,管材生产线,管材生产工艺流程图,一般管材生产线工艺过程,原料真空上料原料干燥 单螺杆挤出机机头模具定径套喷淋真空定型箱喷淋冷却水箱喷码机履带牵引机成品检测包装,带有标记管材生产线工艺过程,原料+色母料混合真空上料原料干燥 单螺杆挤出机
2、色线挤出机机头模具定径套喷淋真空定型箱喷淋冷却水箱喷码机履带牵引机成品检测包装,1. 挤出机 2. 机头（熔体输出与定径装置） 3. 辅机(冷却装置、牵引装置、切割装置) 4. 控制系统 （二）特点 1. 连续化生产 2. 生产率高 3. 应用范围广 4. 结构简单、收效快,（一）管材生产线组成,管材生产是挤出成型最重要的方法之一 。,挤出模具是管材成型的关键部件！,挤管机头,大型机头,管材机头设计,挤出管材动画,挤出管材成型机头示意图,组成,四个功能部分：,1.入流部分 功能使来自挤塑机的塑料熔体，由螺旋运动逐渐变为直线运动 2.分流部分 功能将熔体按所需制品形状进行分流，由柱状分流成为环状
3、。 3.导流部分 功能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将分流部分流出物料进行导流并压实 4.定型部分 功能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熔体坯。,四个功能部分：,作用,1. 使熔融物料的螺旋运动 直线运动。,2. 将物料压实。 3. 使物料进一步塑化均匀。 4. 成型制品。,1正确选择结构形式 （1）成型制品种类 （2）原材料种类和要求 （3）成型工艺特点 2流道结构 （1）流道呈流线型 （2）无突变 （3）各连接处应保证密封 （4）表面粗糙度 （5）应具有一定压缩比 （6）保证口模出口处各点料流速度一致,管材机头设计原则,3机头选材,（1）合
4、理选材 （2）耐磨、耐腐蚀 （3）足够的强度和刚度，进行热处理 （4）容易电镀 （5）在高温下不变形 4机头结构 （1）结构紧凑，易于加工制造和装拆维修 （2）形状尽可能规则和对称 （3）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,挤出机与挤出模具的连接,螺纹连接,1、栅板 2、机头法兰 3、铰链螺钉 4、机筒法兰 5、机筒,螺钉连接,1、机头法兰 2、铰链螺钉 3、机筒法兰 4、栅板 5、螺杆 6、机筒 7、内六角螺钉 8、定位销,卡箍式连接,栅板的形式设计,栅扳的结构如图所示，除具有分流、混合、促进熔体塑化均匀外，还承担着支承滤网的作用。栅板上流道孔眼直径，通常为36mm入口端
5、应有30一45的锥角。流道孔总面积须占栅板有效面积的40一70为宜，孔的排列应紧凑合理；栅板应有足够机械强度和刚度，但其厚度也不宜过厚，以免造成过大阻力或滞料分解。,(1)非等径孔同心圆排列 (2)等径孔同心圆排列 (3)等孔径弧形面栅板 (4)等孔径六边形排列,闸板型过滤器,1、平板 2、滤网 3、4、滤网座 5、螺栓 6、壳体 7、氟塑料环 8、鱼雷体 9、分流支架套 10、热电偶 11、螺栓 12、限位板 13、加热器 14、多孔板 15、支承环 16、推力杆,直通式管机头,一、基本结构和工作原理,口模、芯棒、分流器、分流器支架、机头体、调节螺钉、连接螺钉等,1.基本结构,2.工作原理,
6、直通式管机头,直通机头,大口径管材挤出机头示意图,1- 机头体上部; 2- 机头体下部; 3- 机颈; 4- 分流锥; 5- 分流梭; 6- 过渡芯模,分流梭断面图,挤出成型模具,管材挤塑成型机头,1、橡皮片堵头,2、定径套,3、口模,4、芯棒,5、调节螺栓,6、分流锥,7、芯棒支架,8、模体,9、过滤板,二、设计要点,1. 压缩比,压缩比分流器支架出口处截面积与芯棒口模间的 截面积之比,=310,低粘度物料：410 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,UPVC：D/d=1.41.6,PE：D/d=1.42,大管取小值；小管取大值,分流锥长度L4,L4=（11.5）D
7、 D分流锥最大直径,锥尖半径r,r = 0.52 mm,热稳定性好的物料： max90,热稳定性差的物料： 60,2.分流锥,扩张角,作用,使熔料逐渐变成环形,3.分流器支架,分流筋形状,要求,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,作用,收缩角扩张角,分流筋宽度b,b912 mm,分流筋长度l,l3080 mm,分流筋高度s,s1025 mm,分流筋数量n,n=48,扩张角：60,收缩角：30,UPVC：10,4.口模,作用,成型管材外表面,定型长度L1,经验公式：,L13D D 管材外径,国外资料： L1=（1030）h h 管材壁厚,国内资料： L1=（3040）h
8、,UPVC：（1833）h PPVC：（1525）h PE： （1422）h PP： （1422）h PA： （1323）h,口模直径D,影响口模直径的因素：, 挤出胀大, 牵引拉伸, 冷却收缩, 定径方式,管材截面变大,管材截面变小,管材截面变小,外定径时的真空度、定径套内径与口模 直径有关,考虑胀大和定径收缩,口模直径：,式中： C系数 PVC： 0.951.05； PO： 0.901.05,拉伸比环形截面积与管材截面积之比,式中：D口模直径 d芯棒直径 D管外管材外径 D管内管材内径 I拉伸比,UPVC：1.001.08； SPVC： 1.101.35 LDPE： 1.201.25； H
9、DPE：1.101.20 ABS： 1.001.10； PA： 1.403.00,5.芯棒,作用,导流、成型管材内表面,收缩角,=2030,定型长度,与口模定型长度相等,应小于分流锥的扩张角,UPVC： 24； PO可稍大,壁厚调节,目的：管材壁厚均匀,调节螺钉数量：,S=48,经验公式：,芯棒直径d,三、特点,1.优点, 结构简单，成本低；, 中心进料，易于物料均匀分配；, 应用广泛。,2.缺点, 体积大，重量大；,分流筋多，熔接线多。,模具零件的连接讨论,调节管材壁厚的方式,机头进料结构形式,中心供料,筛孔式机头,侧向供料机头,螺旋式机头,1、芯模2、芯模支架3、栅板4、螺旋式芯模5、支架
10、支柱,2.措施, 安装绕机头轴线旋转的部件, 分流筋表面喷涂不粘材料, 将流道加长, 加热分流筋, 使流过分流筋的物料迅速得到压缩, 芯棒上带多头螺旋沟槽, 采用阻尼筋或多孔板,熔接线的影响只能减小，不可能消除,1.形成原因,四、减小熔接线影响的措施,多孔板(筛板)式分流板的实物图和挤出物流痕的照片。,蓝式管机头,1.结构,2.工作原理,简单蓝式机头,蓝式机头, 直通式机头的特殊形式； 总压力损失小； 产量高，能耗低； 机头中热耗散少； 重量轻； 便于操作。,3.特点, 筛孔套,要求,足够强度、小孔利于物料流动,孔径d, 口模直径D,D/DT1.4 DT筛孔套直径,4.设计要点,d=12.5m
11、m,5.应用,聚烯烃类耐压管材,螺旋芯棒式管机头,2.工作原理,1.结构,螺旋管材机头结构图,1.进料口 2.固定螺钉 3.模体 4.热电偶 5.调节螺钉 6.压环 7. 口模 8.固定螺钉 9.芯模 10.螺旋槽 11.径向孔 12.模底座 13.通气杆 14.连接体,直通机头与螺旋机头比较, 出料均匀； 总压力损失小； 产量高，能耗低； 机头中热耗散少； 无熔接线。,3.特点,4.应用,直径400mm的聚烯烃类管材,蓝式、螺旋式机头,蓝式、螺旋式模具。,模具特点：1、熔体流动速度达到预期的力学均匀性、热均匀性。2、无须芯模支架，使生产中常发生的流纹消失。3、压力消耗少，产量高，产量可达到挤
12、出量的80%。4、机构紧凑，连接合理，更换方便。5、采用优质模具钢制造。6、采用不锈钢或铜的水环定径套。,管机头,螺旋机头,大机头,大机头,多口模管机头,1.结构,2.工作原理,一模多机头,一模多机头, 充分发挥挤出机的生产能力； 节省占地面积； 熔体流速慢； 结构较复杂。,3.特点,5.应用,小直径薄壁管材,4.设计要点,带流量调节的分配流道设计,波纹管机头,1.结构,结构形式与一般机头基本相同，只是口模部分很长。,用吹胀法成型波纹,2.成型原理,用真空吸附法成型波纹,多层共挤出机头,带有色标的蓝式机头,多空管形状,带标志线的多孔管直式模机头,1.主体连接；2.分流体；3.分流体板；4.过渡
13、板；5.外模腔；6.芯模；7.冷却水管；8.中模芯；9.副连接板；10.口模板,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,1.栅板；2.机头体1；3.分流锥；4.分流套； 5.机头体2； 6.平直口模； 7.口模压环； 8.带内螺纹芯棒； 9.分流支架； 10.机颈,三层共挤出机头结构示意图,1.口模；2.分流套；3.隔层分流套；4.阻尼分流器支架；5.6.外、内层流道；7.人字流道连接器；8.芯棒；9.分流锥；10.连接器；11.中层流道,管材的定型,管材定径的方法,内径定径 外径定径 内压定径 真空
14、定径,内径定径,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，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。 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。,内芯定径,内径定径机头结构示意图,管材的内径定型,1.管材；2.定径芯棒；3芯棒；4.回水流道；5.进水管；6.排水嘴；7.进水嘴,内压外定径方法,管材的内压定径示意图,1.芯棒；2.压缩空气入口；3.机头体；4.绝热垫；5.定型模；6.冷却水；7.管材；8.链条；9.浮塞；10出水口；11入水口,管材气压外定径方法,管材挤塑成型机头,1、橡皮片堵头,2、定径套,3、口模,4、芯棒,5、调节螺栓,6、
15、分流锥,7、芯棒支架,8、模体,9、过滤板,外径压力定径,真空外定径方法,真空定径套,真空定径图,1.管材；2.水浴槽；3.冷却水；4.真空；5.芯棒；6.模套,真空定径箱,直径收缩率,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， 聚乙烯 24 % 双峰聚乙烯 44.6 % PP-R 36 %,真空定径有如下优点,( 1) 引管简单快速, 废料少; ( 2) 内压定径方法中, 压缩空气存留在管内, 随着生产的连续进行, 气体温度不断升高, 而真空定径空气在管材内部自由流动, 管材内壁冷却效果好; ( 3) 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变形
16、;,真空定径有如下优点,( 5) 管材的内应力小; ( 6) 没有被螺塞撕裂的危险; ( 7) 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,因而温度能单独控制。,高速挤出管材,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定径套上开缝，让水直接包覆在管坯外圆。,带水环的定径套,带冷却装置的定径套,定径环组外定径组装图,1.冷却水入口；2.至真空泵；3.真空区；4冷却水出口,带预冷装置的定径套组装图,1.可调预冷却装置；2.定径套；3.定径环,小定径套,大定径套,大定径套,透明定径,自动改变管材尺寸装置,可以对直径32到1200mm范围内不同直径和压力等级的P
17、O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。 用于连续改变管径和壁厚的一种简单的机械装置。 由以下4部分组成： 柔性定径套 柔性密封圈 柔性管支撑装置 控制设备,自动改变管材尺寸装置,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。 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 启动时间更短，产品输出时间更短，更高的柔性。 优化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。 管材表面质量和生产线能力保持不变,变径定径,结束语,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，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高速、高效、和高质量的方向发展,