一、常用管材擠出機(jī)頭結(jié)構(gòu)
常用的管材擠出機(jī)頭結(jié)構(gòu)有直通式、直角式和旁側(cè)式三種形式.
1.直通式擠管機(jī)頭 圖5-1及圖5-2所示機(jī)頭主要用于擠出薄壁管材，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易制造。圖5-2所示直通式擠管機(jī)頭適用于擠出小管，分流器和分流器支架設(shè)計(jì)成一體，裝卸方便。塑料熔體經(jīng)過(guò)分流器支架時(shí)，產(chǎn)生幾條熔接痕，不易消除。直通式擠管機(jī)頭適用于擠出成型軟硬聚氯乙烯、聚乙烯、尼龍、聚碳酸酯等塑料管材。
2.直角式擠管機(jī)頭 如圖5-3所示。其用于內(nèi)徑定徑的場(chǎng)合，冷卻水從芯棒3中穿過(guò)。成型時(shí)塑料熔體包圍芯棒并產(chǎn)生一條熔接痕。熔體的流動(dòng)阻力小，成型質(zhì)量較高。但機(jī)頭結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難。

圖5－2直通式擠管機(jī)頭 圖 5－3 直角式擠管機(jī)頭
1－芯棒 　2－口模 　3－調(diào)節(jié)螺釘 1－口模 2－調(diào)節(jié)螺釘 3－芯棒
4－分流器支架 　5－分流器　 6－加熱器 　7－機(jī)頭體 4－機(jī)頭體 5－連接管
3.旁側(cè)式擠管機(jī)頭 如圖5-4所示。其與直角式擠管機(jī)頭相似，其結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，制造更困難。

圖5－4 旁側(cè)式管擠管機(jī)頭
1－計(jì)插孔 　2－口模 3－芯棒 4、7－電熱器 5－調(diào)節(jié)螺釘
6－機(jī)頭體　8、10－熔料測(cè)溫孔　9－機(jī)頭　11－芯棒加熱器
三種機(jī)頭的特征見表5-3。
表5-3 三種機(jī)頭的特征
機(jī)頭類型
項(xiàng)目特征直通式直角式旁側(cè)式
擠出口徑適用于小口徑管材大小均可大小均可
機(jī)頭結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單復(fù)雜更復(fù)雜
擠管方向與螺桿軸線一致與螺桿軸線垂直與螺桿軸線一致
分流器支架有無(wú)無(wú)
芯棒加熱較困難容易容易
定型長(zhǎng)度應(yīng)該長(zhǎng)不宜過(guò)長(zhǎng)不宜過(guò)長(zhǎng)
二、工藝參數(shù)的確定
主要確定口模、芯棒、分流器和分流器支架的形狀和尺寸,在設(shè)計(jì)擠管機(jī)頭時(shí)，需有已知的數(shù)據(jù)，包括擠出機(jī)型號(hào)、制品的內(nèi)徑、外徑及制品所用的材料等.
1.口模
口模是用于成型管子外表面的成型零件。在設(shè)計(jì)管材模時(shí)，口模的主要尺寸為口模的內(nèi)徑和定型段的長(zhǎng)度。如圖5-1所示.
(1)口模的內(nèi)徑D 口模內(nèi)徑的尺寸不等于管材的外徑的尺寸，因?yàn)閿D出的管材在脫離口模 后，由于壓力突然降低，體積膨脹，使管徑增大，此種現(xiàn)象為巴魯斯效應(yīng)。也可能由于牽引和冷卻收縮而使管徑縮小。
膨脹或收縮都與塑料的性質(zhì)、口模的溫度、壓力以及定徑套的結(jié)構(gòu)有關(guān)。
D=d/k （5-1）
式中 D－口模的內(nèi)徑(mm)。
D－管材的外徑（mm）
K－補(bǔ)償系數(shù)，見表5-4
表5-4 補(bǔ)償系數(shù)k值
塑料種類定徑套定管材內(nèi)徑定徑套定管材外徑
聚氯乙烯（PVC）-0.95-1.05
聚乙烯（PE）1.05-1.10-
聚烯烴1.20-1.300.90-1.05
(2)定型段長(zhǎng)度L1 口模和芯模的平直部分的長(zhǎng)度稱為定型段，如圖5-1中L1所示.
a、按管材外徑計(jì)算: 見式（5-2）
L1=（0.5—3）D （5-2）
通常當(dāng)管子直徑較大時(shí)定型長(zhǎng)度取小值，因?yàn)榇藭r(shí)管子的被定型面積較大，阻力較大，反之就取大值。同時(shí)考慮到塑料的性質(zhì)，一般擠軟管取大值，擠硬管取小值。
b、按管材壁厚計(jì)算：見式（5-3）。
L1=nt (5-3)
式中 t一管材壁厚(mm)；
n一 系數(shù),見表5-5。
表5-5 口模定型段長(zhǎng)度與壁厚關(guān)系系數(shù)
塑料品種硬聚氯乙烯（HPVC）軟聚氯乙烯（SPVC）聚酰胺
（PA）聚乙烯
（PE）聚丙烯
（PP）
系數(shù)n18－3315－2513－2214－2214－22
2.芯棒
芯棒是用于成型管子內(nèi)表面的成型零件。一般芯棒與分流器之間用螺紋連接。其結(jié)構(gòu)如圖5-1中4所示。芯棒的結(jié)構(gòu)應(yīng)利于物料流動(dòng)，利于消除接合線，容易制造。其主要尺寸為：芯棒外徑、壓縮段長(zhǎng)度和壓縮角。
(1)芯棒的外徑 芯棒的外徑由管材的內(nèi)徑?jīng)Q定，但由于與口模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)同樣的原因，即離模膨脹和冷卻收縮效應(yīng)，所以芯棒外徑的尺寸不等于管材內(nèi)徑尺寸。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，可按式(5-4)計(jì)算：
d= D-2e （5-4）
式中 d一芯棒的外徑(mm)；
D一口模的內(nèi)徑(mm)；
e一口模與芯棒的單邊間隙(mm)， e =(0.83－0.94)t
t一材料壁厚(mm)。
(2)定型段、壓縮段和收縮角 塑料經(jīng)過(guò)分流器支架后，先經(jīng)過(guò)一定的收縮。為使多股料很好地會(huì)合，壓縮段L2與口模口相應(yīng)的錐面部分構(gòu)成塑料熔體的壓縮區(qū)，使進(jìn)入定型區(qū)之前的塑料熔體的分流痕跡被熔合消去.
a、芯棒定型段的長(zhǎng)度與L,相等或稍長(zhǎng)。
b、L2可按下面經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：
L2=（1.5－2.5）D0 （5-5）
式中 L2一芯棒的壓縮段長(zhǎng)度(mm)；
D0一塑料熔體在過(guò)濾板出口處的流道直徑(mm)。
c、芯模收縮角 ：
低粘度塑料 =45°－60°
高粘度塑料 =30°－50°
三、分流器和分流器支架
1.分流器
圖5-5所示為分流器和分流器支架的結(jié)構(gòu)圖，塑料通過(guò)分流器，使料層變薄，這樣便于均勻加熱，以利于塑料進(jìn)一步塑化，大型擠出機(jī)的分流器中還設(shè)有加熱裝置。

圖 5-5分流器和分流器支架的結(jié)構(gòu)圖
(1)分流錐的角度 (擴(kuò)張角)：
低粘度塑料 =30°-80°
高粘度塑料 =30°-60°
擴(kuò)張角 >收縮角 過(guò)大時(shí)料流的流動(dòng)阻力大,熔體易過(guò)熱分解; 過(guò)小時(shí)不利于機(jī)頭對(duì)其內(nèi)的塑料熔休均勻加熱,機(jī)頭體積也會(huì)增大｡
(2)分流錐長(zhǎng)度L5可按式(5-6)計(jì)算：
L5=（1－1.5）D0 (5-6)
式中 D0一頭于過(guò)濾板相連處的流道直徑(mm)，如圖5-6所示。
(3)分流錐尖角處圓弧半徑R：
R=(0.5－2) mm
R不易過(guò)大，否則熔體容易在此處發(fā)生滯留。
(4)分流器表面粗糙度Ra
Ra＜0.4－0.2 m
(5)柵板與分流錐頂間隔L6
L6=(10－20)mm 或L5＜0.1D1
式中 D1一 桿直徑，如圖5-8所示。
L5過(guò)小料流不均，過(guò)大則停料時(shí)間長(zhǎng)。
(6)分流器支架主要用于支承分流器及芯棒。支架上的分流肋應(yīng)作成流線型，在滿足強(qiáng)度要求的條件下，其寬度和長(zhǎng)度盡可能小些，以減少阻力。出料端角度應(yīng)小于進(jìn)料端角度，分流時(shí)應(yīng)可能少些，以免產(chǎn)生過(guò)多的熔接痕。一般小型機(jī)頭3根,中型的4根,大型的6－8根，如圖5-8所示。

圖5－6 分流器和過(guò)濾板的相對(duì)位置
1－分流器 　2－螺桿　 3－過(guò)濾板
2.拉伸比和壓縮比
拉伸比和壓縮比是與口模和芯棒尺寸相關(guān)的工藝參數(shù)。根據(jù)管材斷面尺寸確定口模環(huán)隙截面尺時(shí)，一般尚憑拉伸比確定。
(1)拉伸比I 所謂管材的拉伸比是口模和芯棒的環(huán)隙截面積與管材成型后的截面積之比，其計(jì)算公式如下：
(5-7)
式中 I一拉伸比；
D1一口模內(nèi)徑(mm)；
D2一芯棒外徑(mm)；
d1一 塑料管材的外徑(mm)；
d2一塑料管材的內(nèi)徑(mm)。
表5－6 常用塑料的擠管拉伸比
塑料品種硬聚氯乙烯(HPVC)軟聚氯乙烯(SPVC)ABS高壓聚乙烯(PE)低壓聚乙烯(PE)聚酰胺
(PA)聚碳酸酯
(PC)
拉伸比1.00-1.081.10-1.351.00-1.101.20-1.501.10-1.201.40-3.000.90-1.05
擠出時(shí)拉伸比較大有如下優(yōu)點(diǎn)：
經(jīng)過(guò)牽引的管材，可明顯提高其力學(xué)性能；在生產(chǎn)過(guò)程中變更管材規(guī)格時(shí)，一般不需要拆裝芯棒、口模；在加工某些容易產(chǎn)生熔體破裂現(xiàn)象的塑料時(shí)，用較大的芯棒、口模可以生產(chǎn)小規(guī)格的管材，既不產(chǎn)生熔體破裂又提高了產(chǎn)量。
(2)壓縮比 所謂管材的壓縮比是機(jī)頭和多孔板相接處較大進(jìn)料截面積與口模和芯棒的環(huán)隙截面積之比，反映出塑料熔體的壓實(shí)程度。
低粘度塑料 =4－10
高粘度塑料 =2.5－6.0
四、管材的定徑和冷卻
管材被擠出口模時(shí)，還具有相當(dāng)高的溫度，沒(méi)有足夠的強(qiáng)度和剛度來(lái)承受自重和變形，為了使管子獲得較細(xì)的表面粗糙度、準(zhǔn)確的尺寸和幾何形狀，管子離開口模時(shí)，必須立即定徑和冷卻， 由定徑套來(lái)完成。經(jīng)過(guò)定徑套定徑和初步冷卻后的管子進(jìn)入水槽繼續(xù)冷卻，管子離開水槽時(shí)已經(jīng)完全定型。一般用外徑定徑和內(nèi)徑定徑兩種方法。
1.外徑定徑
如果管材外徑尺寸精度要求高，使用外徑定徑。外徑定徑是使管子和定徑套內(nèi)壁相接觸，為此，常用內(nèi)部加壓或在管子外壁抽真空的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，因而外徑定徑又分為內(nèi)壓法和真空法。
(1)內(nèi)壓法外定徑 圖5－7所示為在管子內(nèi)部通入壓縮空氣預(yù)熱，保持壓力約為(0.02－0.1MPa)，可用浮塞堵住防止漏氣，浮塞用繩索系于芯模上。定徑套的內(nèi)徑和長(zhǎng)度一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和管材直徑來(lái)確定，見表5-7。

圖5－7 內(nèi)壓法外定徑
1－芯棒　 2－口模　 3－定徑管
表5-7 內(nèi)壓外定徑套尺寸（mm ）
材料定徑套的內(nèi)徑定徑套的長(zhǎng)度
PE、PP
PVC(1.02－1.04）Ds
（1.00－1.02）Ds10Ds
10Ds
注：Ds一管材的公稱直徑。
當(dāng)管材直徑Ds=40mm時(shí)，定徑套的長(zhǎng)度L<10Dz，定徑套的內(nèi)徑d>0.8％－1.2％Ds
當(dāng)管材直徑Ds >100mm時(shí)，定徑套的長(zhǎng)度L=3－5 Ds，設(shè)計(jì)定徑套的內(nèi)徑時(shí)，其尺寸不得小于口模內(nèi)徑。
(2)真空法外定徑 如圖5－8所示。在離開擠出機(jī)頭與口模的軟性管材外壁和定型套內(nèi)壁之間抽取真空，以此產(chǎn)生一種很大的真空吸附力將管材外壁緊貼于定徑套內(nèi)壁冷卻定型。這種方法稱也為真空吸附定型法。真空法的定徑裝置比較簡(jiǎn)單，管口不必堵塞，但需要一套抽真空設(shè)備，常用于生產(chǎn)小管。

圖5－8 真空法外定徑
1－機(jī)頭 2－定徑管 3－管材
真空定徑套生產(chǎn)時(shí)與機(jī)頭口模應(yīng)有20－lOOmm的距離，使口模中流出的管材先行離模膨脹和一定程度的空冷收縮后，再進(jìn)入定徑套中冷卻定型。
定徑套內(nèi)的真空度一般要求在53－66kPa。真空孔徑在0.6－1.2mm范圍內(nèi)選取，與塑料粘度和管壁厚度有關(guān)，如塑料粘度大或管壁厚度大，孔徑取大值，反之取小值.
真空定徑套的內(nèi)徑見表5－8。
真空定徑套的長(zhǎng)度一般應(yīng)大于其它類型定徑套的長(zhǎng)度。例如，對(duì)于直徑大于100mm的管材，真空定徑套的長(zhǎng)度可取4－6倍的管材外徑。這樣有助于更好地改善或控制離模膨脹(巴魯斯效應(yīng))和冷卻收縮對(duì)管材尺寸的影響.
表5-8 真空定徑套的內(nèi)徑 （mm ）
材 料定徑套內(nèi)徑
HPVC（0.993－1.99）Dz
PE（0.98－1.96）Dz
注：Dz一管材的稱呼直徑。
2.內(nèi)徑定徑
內(nèi)徑定徑是固定管材內(nèi)徑尺寸的一種定徑方法。此種方法適用于側(cè)向供料或直角擠管機(jī)頭。該定徑裝置如圖5－9所示，定徑芯模與擠管芯模相連，在定徑芯模內(nèi)通入冷卻水。當(dāng)管坯通過(guò)定徑芯模后，便獲得內(nèi)徑尺寸準(zhǔn)確、圓柱度較好的塑料管材。這種方法使用較少，因?yàn)楣懿牡臉?biāo)準(zhǔn)化系列多以外徑為準(zhǔn)。但內(nèi)徑公差要求嚴(yán)格，用于壓力輸送的管道，是這種定徑方法的唯一應(yīng)用，同時(shí)內(nèi)徑定徑管壁的內(nèi)應(yīng)力分布較合理。
（1)定徑套應(yīng)沿其長(zhǎng)度方向帶有一定的錐度，在0.6:100－1.0:100之間選取。
（2)定徑套外徑一般取(1+2％～4％)ds(ds為管材內(nèi)徑)，定徑套外徑稍大于管材內(nèi)徑，使管材內(nèi)壁緊貼在定徑套上，則管壁獲得較低的表面粗糙鍍。另外，通過(guò)一段時(shí)間的磨損也能保證管材內(nèi)徑ds的尺寸公差，提高定徑套的壽命。
（3)定徑套的長(zhǎng)度一般取80－300mm。牽引速度較大或管材壁厚較大時(shí)取大值；反之，取小值。

圖5－9 內(nèi)徑定徑法
1－管材　2－定徑芯模　3－芯棒 　4－回水流道 　5－進(jìn)水管　 6－排水嘴 7－進(jìn)水嘴

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