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机头内的流道与流动的塑料熔体相接触,磨损较大;
有的塑料在高温成型进程中还会产生化学气体,侵蚀流道。
因此为提高机头的利用寿命,机头材料应选择耐磨、耐侵蚀、硬度高的钢材或合金钢。
第二节管材挤出机设计
一、经常使用管材挤出机头结构
经常使用的管材挤出机头结构有直通式、直角式和旁侧式三种形式.
1.直通式挤管机头图5-1及图5-2所示机头要紧用于挤出薄壁管材,其结构简单,容易制造。
图5-2所示直通式挤管机头适用于挤出小管,分流器和分流器支架设计成一体,装卸方便。
塑料熔体通过度流器支架时,产生几条熔接痕,不易排除。
直通式挤管机头适用于挤出成型软硬聚氯乙烯、聚乙烯、尼龙、聚碳酸酯等塑料管材。
2.直角式挤管机头如图5-3所示。
其用于内径定径的场合,冷却水从芯棒3中穿过。
成型时塑料熔体包围芯棒并产生一条熔接痕。
熔体的流动阻力小,成型质量较高。
但机头结构复杂,制造困难。
图5-2直通式挤管机头图5-3直角式挤管机头
1-芯棒 2-口模 3-调剂螺钉1-口模2-调剂螺钉3-芯棒
4-分流器支架 5-分流器 6-加热器 7-机头体4-机头体5-连接管
3.旁侧式挤管机头如图5-4所示。
其与直角式挤管机头相似,其结构更复杂,制造更困难。
图5-4旁侧式管挤管机头
1-计插孔 2-口模3-芯棒4、7-电热器5-调剂螺钉
6-机头体 八、10-熔料测温孔 9-机头 11-芯棒加热器
三种机头的特点见表5-3。
表5-3三种机头的特点
机头类型
项目特征
直通式
直角式
旁侧式
挤出口径
适用于小口径管材
大小均可
机头结构
简单
复杂
更复杂
挤管方向
与螺杆轴线一致
与螺杆轴线垂直
分流器支架
有
无
芯棒加热
较困难
容易
定型长度
应该长
不宜过长
二、工艺参数的确信
要紧确信口模、芯棒、分流器和分流器支架的形状和尺寸,在设计挤管机头时,需有已知的数据,包括挤出机型号、制品的内径、外径及制品所用的材料等.
口模是用于成型管子外表面的成型零件。
在设计管材模时,口模的要紧尺寸为口模的内径和定型段的长度。
如图5-1所示.
(1)口模的内径D口模内径的尺寸不等于管材的外径的尺寸,因为挤出的管材在离开口模后,由于压力突然降低,体积膨胀,使管径增大,此种现象为巴鲁斯效应。
也可能由于牵引和冷却收缩而使管径缩小。
膨胀或收缩都与塑料的性质、口模的温度、压力和定径套的结构有关。
D=d/k(5-1)
式中D-口模的内径(mm)。
D-管材的外径(mm)
K-补偿系数,见表5-4
表5-4补偿系数k值
塑料种类
定径套定管材内径
定径套定管材外径
聚氯乙烯(PVC)
-
聚乙烯(PE)
聚烯烃
(2)定型段长度L1口模和芯模的平直部份的长度称为定型段,如图5-1中L1所示.
a、按管材外径计算:
见式(5-2)
L1=(—3)D(5-2)
通常当管子直径较大时定型长度取小值,因为现在管子的被定型面积较大,阻力较大,反之就取大值。
同时考虑到塑料的性质,一样挤软管取大值,挤硬管取小值。
b、按管材壁厚计算:
见式(5-3)。
L1=nt(5-3)
式中t一管材壁厚(mm);
n一系数,见表5-5。
表5-5口模定型段长度与壁厚关系系数
塑料品种
硬聚氯乙烯(HPVC)
软聚氯乙烯(SPVC)
聚酰胺
(PA)
聚乙烯
(PE)
聚丙烯
(PP)
系数n
18-33
15-25
13-22
14-22
芯棒是用于成型管子内表面的成型零件。
一样芯棒与分流器之间用螺纹连接。
其结构如图5-1中4所示。
芯棒的结构应利于物料流动,利于排除接合线,容易制造。
其要紧尺寸为:
芯棒外径、紧缩段长度和紧缩角。
(1)芯棒的外径芯棒的外径由管材的内径决定,但由于与口模结构设计一样的缘故,即离模膨胀和冷却收缩效应,因此芯棒外径的尺寸不等于管材内径尺寸。
依照生产体会,可按式(5-4)计算:
d=D-2e(5-4)
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=-t
t一材料壁厚(mm)。
(2)定型段、紧缩段和收缩角塑料通过度流器支架后,先通过必然的收缩。
为使多股料专门好地会合,紧缩段L2与口模口相应的锥脸部份组成塑料熔体的紧缩区,使进入定型区之前的塑料熔体的分流痕迹被熔合消去.
a、芯棒定型段的长度与L,相等或稍长。
b、L2可按下面体会公式计算:
L2=(-)D0(5-5)
式中L2一芯棒的紧缩段长度(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°
三、分流器和分流器支架
图5-5所示为分流器和分流器支架的结构图,塑料通过度流器,使料层变薄,如此便于均匀加热,以利于塑料进一步塑化,大型挤出机的分流器中还设有加热装置。
图5-5分流器和分流器支架的结构图
(1)分流锥的角度
(扩张角):
低粘度塑料
=30°
-80°
高粘度塑料
-60°
扩张角
>
收缩角
过大时料流的流动阻力大,熔体易过热分解;
过小时无益于机头对其内的塑料熔休均匀加热,机头体积也会增大。
(2)分流锥长度L5可按式(5-6)计算:
L5=(1-)D0(5-6)
式中D0一头于过滤板相连处的流道直径(mm),如图5-6所示。
(3)分流锥尖角处圆弧半径R:
R=-2)mm
R不易过大,不然熔体容易在此处发生滞留。
(4)分流器表面粗糙度Ra
Ra<-
m
(5)栅板与分流锥顶距离L6
L6=(10-20)mm或L5<
式中D1一杆直径,如图5-8所示。
L5过小料流不均,过大那么停料时刻长。
(6)分流器支架要紧用于支承分流器及芯棒。
支架上的分流肋应作成流线型,在知足强度要求的条件下,其宽度和长度尽可能小些,以减少阻力。
出料端角度应小于进料端角度,分流时应可能少些,以避免产生过量的熔接痕。
一样小型机头3根,中型的4根,大型的6-8根,如图5-8所示。
图5-6分流器和过滤板的相对位置
1-分流器 2-螺杆 3-过滤板
拉伸比和紧缩比是与口模和芯棒尺寸相关的工艺参数。
依照管材断面尺寸确信口模环隙截面尺时,一样尚凭拉伸比确信。
(1)拉伸比I所谓管材的拉伸比是口模和芯棒的环隙截面积与管材成型后的截面积之比,其计算公式如下:
(5-7)
式中I一拉伸比;
D1一口模内径(mm);
D2一芯棒外径(mm);
d1一塑料管材的外径(mm);
d2一塑料管材的内径(mm)。
表5-6经常使用塑料的挤管拉伸比
ABS
高压聚乙烯(PE)
低压聚乙烯(PE)
聚碳酸酯
(PC)
拉伸比
挤出时拉伸比较大有如下优势:
通过牵引的管材,可明显提高其力学性能;
在生产进程中变更管材规格时,一样不需要拆装芯棒、口模;
在加工某些容易产生熔体破裂现象的塑料时,用较大的芯棒、口模能够生产小规格的管材,既不产生熔体破裂又提高了产量。
(2)紧缩比
所谓管材的紧缩比是机头和多孔板相接处最大进料截面积与口模和芯棒的环隙截面积之比,反映出塑料熔体的压实程度。
=4-10
=-
四、管材的定径和冷却
管材被挤出口模时,还具有相当高的温度,没有足够的强度和刚度来经受自重和变形,为了使管子取得较细的表面粗糙度、准确的尺寸和几何形状,管子离开口模时,必需当即定径和冷却,由定径套来完成。
通过定径套定径和初步冷却后的管子进入水槽继续冷却,管子离开水槽时已经完全定型。
一样用外径定径和内径定径两种方式。
若是管材外径尺寸精度要求高,利用外径定径。
外径定径是使管子和定径套内壁相接触,为此,经常使用内部加压或在管子外壁抽真空的方式来实现,因此外径定径又分为内压法和真空法。
(1)内压法外定径图5-7所示为在管子内部通入紧缩空气预热,维持压力约为-,可用浮塞堵住避免漏气,浮塞用绳索系于芯模上。
定径套的内径和长度一样依照体会和管材直径来确信,见表5-7。
图5-7内压法外定径
1-芯棒 2-口模 3-定径管
表5-7内压外定径套尺寸(mm)
材料
定径套的内径
定径套的长度
PE、PP
PVC
-)Ds
(-)Ds
10Ds
注:
Ds一管材的公称直径。
当管材直径Ds=40mm时,定径套的长度L<
10Dz,定径套的内径d>
%-%Ds
当管材直径Ds>
100mm时,定径套的长度L=3-5Ds,设计定径套的内径时,其尺寸不得小于口模内径。
(2)真空法外定径如图5-8所示。
在离开挤出机头与口模的软性管材外壁和定型套内壁之间抽取真空,以此产生一种专门大的真空吸附力将管材外壁紧贴于定径套内壁冷却定型。
这种方式称也为真空吸附定型法。
真空法的定径装置比较简单,管口没必要堵塞,但需要一套抽真空设备,经常使用于生产小管。
图5-8真空法外定径
1-机头2-定径管3-管材
真空定径套生产时与机头口模应有20-lOOmm的距离,使口模中流出的管材先行离模膨胀和必然程度的空冷收缩后,再进入定径套中冷却定型。
定径套内的真空度一样要求在53-66kPa。
真空孔径在-mm范围内选取,与塑料粘度和管壁厚度有关,如塑料粘度大或管壁厚度大,孔径取大值,反之取小值.
真空定径套的内径见表5-8。
真空定径套的长度一样应大于其它类型定径套的长度。
例如,关于直径大于100mm的管材,真空定径套的长度可取4-6倍的管材外径。
如此有助于更好地改善或操纵离模膨胀(巴鲁斯效应)和冷却收缩对管材尺寸的阻碍.
表5-8真空定径套的内径(mm)
材料
定径套内径
HPVC
(-)Dz
PE
注:
Dz一管材的称号直径。
内径定径是固定管材内径尺寸的一种定径方式。
此种方式适用于侧向供料或直角挤管机头。
该定径装置如图5-9所示,定径芯模与挤管芯模相连,在定径芯模内通入冷却水。
当管坯通过定径芯模后,便取得内径尺寸准确、圆柱度较好的塑料管材。
这种方式利用较少,因为管材的标准化系列多之外径为准。
但内径公差要求严格,用于压力输送的管道,是这种定径方式的唯一应用,同时内径定径管壁的内应力散布较合理。
(1)定径套应沿其长度方向带有必然的锥度,在:
100-:
100之间选取。
(2)定径套外径一样取(1+2%~4%)ds(ds为管材内径),定径套外径稍大于管材内径,使管材内壁紧贴在定径套上,那么管壁取得较低的表面粗糙镀。
另外,通过一段时刻的磨损也能保证管材内径ds的尺寸公差,提高定径套的寿命。
(3)定径套的长度一样取80-300mm。
牵引速度较大或管材壁厚较大时取大值;
反之,取小值。
图5-9内径定径法
1-管材 2-定径芯模 3-芯棒 4-回水流道 5-进水管 6-排水嘴7-进水嘴
第三节吹塑薄膜挤出机设计
吹塑薄膜挤出机头简称吹膜机头,其方式是挤出壁薄的大直径管坯,然后用紧缩空气吹涨。
吹塑成型能够生产聚氯乙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚胺等各类塑料薄膜,应用普遍。
依照成型进程中管坯的挤出方向及泡管的牵引方向不同,吹塑薄膜成型可分为平挤上吹、平挤下吹及平挤平吹三种方式。
其中前两种利用直角式机头,后一种利用水平机头。
一、机头结构类型和结构参数
经常使用的薄膜机头大致可分为:
芯棒式机头、十字形机头、螺旋机头、多层薄膜吹塑机头和旋转机头。
1.芯棒式机头如图5-10所示。
来自挤出机的塑料熔体,通过机颈7抵达9转向90°
,并分成两股沿芯棒轴分流线流动,在其结尾尖处汇合后,沿机头流道芯棒轴9和口模3的环隙挤成管坯,由芯棒9中通入紧缩空气,将管坯吹涨成膜,调剂螺钉5,可调剂管坯厚薄的均匀性。
图5-10芯棒式机头
1-芯棒2-缓冲槽3-口模4-压环5-调剂螺钉6-上机头体7-机颈
8-紧固螺母9-芯棒轴10-下机头体
芯棒扩张角
和分流线斜角
在选取上不可取得过大,不然会对机头操作工艺操纵、膜厚均匀度和机头强度设计等方面产生不良阻碍。
通常取
=80°
-90°
,必要时可取
=100°
-120°
。
芯棒轴分流线斜角的取值与塑料的流动性有关,不可取得过小,不然会使芯棒尖处出料慢,形成过热滞料分解,一样
=40°
图5-11十字形机头
1-机颈2-十字形分流支架3-锁压盖4-连杆5-芯模6-锁母7-调节螺钉
8-口模9-机头座10-气嘴11-套12-过滤板13-机头体14-堵头
芯棒式机头结构简单,机头内部通道间隙小,存料少,熔体不易过热分解,适用于加工聚氯乙烯等热敏性塑料,仅有一条薄膜熔合线。
但芯棒轴受侧向压力,会产生“偏中”现象,造成口模间隙偏移,出料不均,因此薄膜厚度不易操纵均匀。
2.十字形机头如图5-11所示,其结构类似于挤管机头。
在设计这种中心进料式机头时,要注意分流器支架上的支承肋在不变形的前提下,数量尽可能少一些,宽度和长度也应小一些,以减少接合线。
为了排除接合线,可在支架上方开一道环形缓冲朝槽,并适当加长支承肋到出口的距离。
十字形机头的优势是出料均匀,薄膜厚度易于操纵。
由于中心进料,芯模不受侧向力,因此没有“偏中”现象。
其缺点是:
因为有几条支承肋,增加了薄膜的接合线;
机头内部空腔大,存料多,不适合于容易分解的物料。
3.螺旋式机头如图5-12所示。
熔融树脂从机头底部的树脂流人口10进入模体,通过一个由假设干个径向散布孔所组成的星形分派器,自不合点9分成2-8股料流,别离沿着各自的螺槽旋转上升,并从切向流动慢慢过渡为轴向流动。
熔料至成型前的5处汇合,然后经缓冲槽4均匀地从定型段挤出。
这种机头适合于加工流动性好而不易分解的树脂。
图5-12螺旋式机头
1-调剂螺钉2-口模3-定型段4-缓冲槽5-合流部份6-芯模7-树脂流道
8-模体9-螺旋不合点10-树脂流入口11-紧缩空气入口
(1)螺旋槽数量见表5-11,要紧取决于挤出量和螺旋芯棒的直径。
表5-11螺旋槽数量与芯棒直径的关系
芯棒直径(mm)
50
100
200
300
螺旋槽数
2
2-4
3-4
4-6
星形分派器各径向孔的直径取决于树脂类型、熔体指数、加工温度,一样为8-16mm。
螺槽开始点的深度16-20mm。
螺距16-22mm。
口模定型段高度h为20-25mm,口模间隙为为-mm。
(2)中心进料孔直径可依照挤出机大小和口模直径按表5-12进行选取。
表5-12中心进料孔直径与螺杆、口模直径的关系(mm)
螺杆直径
45
65
90
150
口模直径
50-200
150-400
250-800
500-1200
中心进料孔直径
25
25-32
32-38
4.多层薄膜吹塑机头也称复合吹塑机头,是将同种(异色)或异种树脂别离加入两台以上的挤出机,通过同一个模具同时挤出,一次制成多色或多层薄膜。
(1)模内复合:
挤出的各熔融树脂别离导人模内各自的流路,这些层流于模口定型区进行汇合,如图5-13所示。
(2)模外复合:
是在树脂方才离开口模时就进行复合的一种工艺,如图5-19b所示。
图5-13多层薄模吹塑机头
a)模内复合b)模外复合
1-外层树脂入口2-内层树脂入口3-紧缩空气入口4-调剂螺钉
图5-14旋转机头
1-芯模2-口模3-齿轮4-空心轴5-外模支撑体
6-机头螺旋体7-螺旋套8-绝缘环9-铜环10-碳刷
11-铜环的输电结构;
在设计多层薄膜吹塑机头时,一样要求机头内的料流达到相等的线速度。
第二,对模内复合机头应注意接合部件形状,使之容易加工制造。
另外,模外复合机头往往带有引入氧化性气体通道,使两层薄膜之间进行物理和化学的接合。
5.旋转机头机理是通过外衣或芯棒的转动,对流道中压力和流速不均衡的料层产生一个“抹平”的机械作用,使薄膜超差点均匀地散布到整个圆周上,于是大大改善了薄膜的收卷质量。
用旋转机头生产的聚丙烯膜,其厚度公差可达。
如图5-14所示,芯模l和口模2既可别离单独旋转,又能以同速、异速同向或异向旋转。
由一台直流电动机经减速系统将运动传给齿轮,带动空心轴4和芯模1旋转。
由另一台直流电动机经减速系统将运动传给外模支持体5和机头旋转体6而带动外模2旋转。
芯模1的最高速度为min,口模2的最高速度为2r/min。
旋转机头参数的设定
1.调剂装置设调剂环和调剂螺钉,保证机头出料口环形隙缝宽度均匀一致,调剂螺钉5应多于6个。
2.环形隙缝尺寸
=-mm或按18-30倍的薄膜厚度选取,过小机会头内反压力大,太大时又阻碍薄膜厚度的均匀性。
一样薄膜厚度为-,应附和吹胀比、牵引比和紧缩比。
(1)吹胀比a是指吹胀后的泡管膜直径与未吹胀的管坯直径(也叫机头口模直径)的比值,一样取-,工程上经常使用2-3。
增大吹胀比,薄膜的横向强度随之增大,但不能太大,以防吹破。
其计算见式(5-8):
(5—8)
式中a一吹胀比;
W一膜管压平后的双层宽度(mm);
d一口模直径(mm)。
(2)牵引比b指薄膜牵引速度与管坯挤出速度的比值,一样为4-6,增大牵引比,薄膜的纵向强度随之提高,但不能太大,不然难以操纵厚薄均匀,直到将薄膜拉断。
牵引速度即薄膜牵引辊的圆周速度。
管坯挤出速度可用单位时刻挤出的树脂体积除以口模间隙的截面积求得。
其计算见式(5-9)。
(5—9)
式中V一一管坯挤出速度(cm/min);
Q一一膜产率(g/min);
d一一口模直径(cm);
一一口模间隙(cm);
一一熔融树脂密度(g/cm3)。
紧缩比:
指机颈内流道截面积与口模定型区环形流道截面积的比值,一样应>
2。
(3)定型区长度L1一样没体会公式L1=ct而定,t为管材的壁厚,c可参考表5-13。
表5-13定型区长度L1的计算系数
软聚氯乙烯(HPVC)
系数c
18-33
15-25
13-23
14-22
(4)缓冲槽尺寸通常在芯棒的定型区开设1-2个缓冲槽,其深度取-8)
,宽度取(15-30)
,它的作用是能够用来排除管坯上的分流痕迹。
(5)幸免产生接合缝芯棒尖到模口处的距离L应不小于芯棒轴直径d的两倍。
二、冷却装置
为了使接近流动态的膜管固化定型、在牵引辊的压力作用下不彼此粘结,并尽可能缩短机头与牵引辊之间的距离,必需对方才吹胀的膜管进行强制冷却,冷却介质为空气或水。
1.冷却风环图5-15所示冷却风环为空气外冷式。
它是低速生产时普遍利用的一种冷却装置。
它由上下两部份组成,用螺纹连接,旋转上部份可改变出风口间隙,使出风量取得调剂。
一样风环的进风口至少有3个,由鼓风机送来的空气沿风环切线方向同时进入。
风环上下各设一层挡板,对进入的空气起缓冲和稳压作用,以保证风环口的出风量均匀。
风从风环吹出的倾角取40°
-50
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