8-6 口模的结构
即
r − r1 πr − πr1 I= = 2 2 2 2 πR − πR1 R − R1
2 2 2 2
(8-1)
式中I为拉伸比，常用塑料允许的拉伸比如下：PVC为1.0 ～1.4，PA为1.4～3.0；ABS为1.0～1.1；PP为1.0～1.2；HDPE 为1.1～1.2；LDPE为1.2～1.5。 r——口模内径； r1——芯棒外径； R——管材外径； R1——管材内径。 口模定型段长度L1 与塑料性质、管材的形状、壁厚、直径 大小及牵引速度有关。其值可按管材外径或管材壁厚来确定； L1=（0.5～3）D （8-2） 或 L1=（8～15）t （8-3） 式中 D——管材外径； t——管材壁厚。
（5）选材要合理 由于机头磨损较大，有的塑料又有较强的 腐蚀性，所以机头材料应选择耐磨、硬度较高 的碳钢或合金钢，有的甚至要镀铬，以提高机 头耐腐蚀性。 此外，机头的结构尺寸还和制品的形 状、加热方法、螺杆形状、挤出速度等因素有 关。设计者应根据具体情况灵活应用上述原 则。
9.2 典型挤出机头及设计
第9章 挤出模具设计
• • • • • • • 9.1 概 述 9.1.1 挤出成型机头典型结构分析 9.1.2 挤出成型机头分类及其设计原则 9.2 典型挤出机头及设计 9.2.1 管材挤出机头及设计 9.2.2 吹塑薄膜机头的结构及设计 9.2.3 电线电缆包覆机头 9.2.4 异型材挤出成型机头 思考题及习题
9.1.1 挤出成型机头典型结构分析
机头是挤出成型模具的主要部件，它有下述四种 作用。 （1）使物料由螺旋运动变为直线运动。 （2）产生必要的成型压力，保证制品密实。 2 （3）使物料通过机头得到进一步塑化。 （4）通过机头成型所需要的断面形状的制品。 现以管材挤出机头为例，分析一下机头的组成与 结构，见图8-1所示。
（5）定径套 对于外径定型法，直径小于30mm的硬聚氯乙烯管 材，定径套长度取管径的3-6倍，其倍数随管径减小 而增加，当管径小于35mm时，其倍数可增至10倍。 对于聚烯烃管材，定径套长度为管径的2～5倍，其倍 数随直径减小而增大。 定径套直径通常比机头口模直径大2%～4%，且 出口直径比进口直径略小。 对于内径定型法，定径芯模长度取80～300mm， 其外径比管材内径大2%～4%，以利于管材内径公差 的控制。定径芯模锥度为1:1.6～1:10，始端大，终端 小。
用挤出法生产的塑料制品大多使用热塑性塑 料，也有使用热固性塑料的。如聚氯乙烯、聚乙 烯、聚丙烯、尼龙、ABS、聚碳酸酯、聚砜、聚 甲醛、氯化聚醚等热塑性塑料以及酚醛、脲醛等 热固性塑料。 挤出成型具有效率高、投资少、制造简便， 可以连续化生产，占地面积少，环境清洁等优点。 通过挤出成型生产的塑料制品得到了广泛的应用， 其产量占塑料制品总量的三分之一以上。因此， 挤出成型在塑料加工工业中占有很重要的地位。
（2）芯模 芯模是成型管材内表面的零件，如图8-8所示。 直管机头与分流器以螺纹联接。
d1
β L
图8-7
L2
芯模结构
芯模的结构应有利于熔体流动，有利于消除 熔体经过分流器后形成的结合缝。熔体流过分流 器支架后，先经过一定的压缩，使熔体很好地汇 合。为此芯模应有收缩角β，其值决定于塑料特性， 对于粘度较高的硬聚乙烯，β一般30°～50°；对 于粘度低的塑料β可取45°～60°。芯模的长度L1′ 与口模L1相等。L2一般按下式决定： L2=（1.5～2.5）D0 （8-4） 式中D0——栅板出口处直径。 芯模直径d1可按下式计算； (8-5) d1=d—2δ 式中δ—芯模与口模之间间隙； d—口模内径。
5．机头体 用来组装机头各零件及挤出机连接。 6．定径套 使制品通过定径套获得良好的表面粗糙度，正 确的尺寸和几何形状。 7．堵塞 防止压缩空气泄漏，保证管内一定的压力。
9.1.2 挤出成型机头分类及其设计原则
1.分类
由于挤出制品的形状和要求不同，因此要 有相应的机头满足制品的要求，机头种类很 多，大致可按以下三种特征来进行分类： （1）按机头用途分类 可分为挤管机头、吹管机头、挤板机头等；
（2）按制品出口方向分类 可分为直向机头和横向机头，前者机头内料流 方向与挤出机螺杆轴向一致，如硬管机头；后者机 头内料流方向与挤出机螺杆轴向成某一角度，如电 缆机头； （3）按机头内压力大小分类 可分为低压机头（料流压力为MPa）、中压机 头（料流压力为4-10MPa）和高压机头（料流压力在 10MPa以上）。
2．设计原则
（1）流道呈流线型 为使物料能沿着机头的流道充满并均匀地被挤 出，同时避免物料发生过热分解，机头内流道应呈流 线型，不能急剧地扩大或缩小，更不能有死角和停滞 区 ， 流 道 应 加 工 得 十 分 光 滑 ， 表 面 粗 糙 度 应 在 Ra 0.4um以下。 （2）足够的压缩比 为使制品密实和消除因分流器支架造成的结合 缝，根据制品和塑料种类不同，应设计足够的压缩 比。
口模是成型管材外表面的零件，其 结构如图8-6所示。口模内径不等于塑料 管材外径，因为从口模挤出的管坯由于 压力突然降低，塑料因弹性恢复而发生 管径膨胀，同时，管坯在冷却和牵引作 用下，管径会发生缩小。这些膨胀和收 缩的大小与塑料性质、挤出温度和压力 等成型条件以及定径套结构有关，目前 尚无成熟的理论计算方法计算膨胀和收 缩值，一般是根据要求的管材截面尺寸， 按拉伸比确定口模截面尺寸。所谓拉伸 比是指口模成型段环隙横截面积与管材 横截面积之比。
分流锥的长度一般按下式确定： L3=（1～1.5）D0 （8-7）
式中D0 ——栅板出口处直径。 分流器头部圆角r一般取0.5～2mm。
（4）分流器支架 分流器支架设有进气孔和导线孔，用以通入压 缩空气和内装置电热器时导入导线。通入压缩空气 的作用是为了管材的定径（内压法外径定型）和冷 却。 分流器支架与分流器可以制成整体式的（图88），也可制成组合式的（图8-1）。前者一般用于 中小型机头，后者一般用于大型机头。分流器支架 上的分流筋的数目在满足支持强度的条件下，以少 为宜，一般为3～8根。分流筋应制成流线型的（图 8-8A-A剖面），在满足强度前提下，其宽度和长度 应尽量小些，而且出料端的角度应小于进料端的角 度。
（3）正确的断面形状 机头的成型部分的设计应保证物料挤出后具有规 定的断面形状，由于塑料的物理性能和压力、温度等 因素的影响，机头的成型部分的断面形状并非就是制 品的相应的断面形状，二者有相当的差异，设计时应 考虑此因素，使成型部分有合理的断面形状。由于制 品断面形状的变化与成型时间有关，因此控制必要的 成型长度是一个有效的方法。 （4）结构紧凑 在满足强度条件下，机头结构应紧凑，其形状应 尽量做得规则而对称，使传热均匀，装卸方便和不漏 料。
常见的挤出机头有管材挤出机头、 吹管膜机头、电线电缆包覆机头、异形 材料挤出机头等。
9.2.1管材挤出机头及设计
• 1．管材挤出机头的结构形式 常见的管材挤出机头结构形式有以下几种： （1）直管式机头 图8-3为直管式机头。其结构 简单，具有分流器支架。芯模加热困难，定型 长度较长。适用于PVC、PA、PC、PE、PP 等塑料的薄壁小口径的管材挤出。
9.2.2吹塑薄膜机头的结构及设计
1．吹塑薄膜机头结构形式 常见的吹塑薄膜机头结构形式有芯棒式机头、中 心进料的“十字形机头”、螺旋式机头、旋转式机 头以及双层或多层吹塑薄膜机头等。 （1）芯棒式机头 图9-9（下页）所示芯棒式吹塑薄膜机头。塑料熔体 自挤出机栅板挤出，通过机颈5到达芯棒轴7时，被 分成两股并沿芯棒分料线流动，然后在芯棒尖处重 新汇合，汇合后的熔体沿机头环隙挤成管坯，芯棒 中通入压缩空气将管坯吹胀成管膜。
图8-2 多孔板
3．分流器和分流器支架 分流器又叫鱼雷头。塑料通过分流器变成薄环 状，便于进一步加热和塑化。大型挤出机的分流器内 部还装有加热装置。 分流器支架主要用来支撑分流器和芯棒，同时 也使料流分束以加强搅拌作用。小型机头的分流器支 架可与分流器设计成整体。 4．调节螺钉 用来调节口模与芯棒之间的间隙，保证制品壁 厚均匀。
1
h tபைடு நூலகம்
a
2
D
3 4 5
d1
熔融塑料
8 7 压缩空气 6
图8-9 芯棒式机头
1-芯棒（芯模） 2-口模 3-压紧圈 4-上模体 5-机颈 6-螺母 7-芯棒轴 8-下模体
芯棒式机头内部通道 空腔小，存料少，塑 料不容易分解，适用 于加工聚氯乙烯塑料。 但熔体经直角拐弯， 各处流速不等，同时 由于熔体长时间单向 作用于芯棒，使芯棒 中心线偏移，即产生 “偏中”现象，因而 容易导致薄膜厚度不 均匀。
（4）旋转式机头 图9-12为旋转式机头。其特点是芯模2和 口模1都能单独旋转。芯模和口模分别由直流 电机带动，能以同速或不同速、同向或异向 旋转。 采用这种机头可克服由于机头制造、安 装不准确及温度不均匀造成的塑料薄膜厚度 不均匀，其厚度公差可达0.01mm。它的应用 范围较广，对热稳定性塑料和热敏性塑料均 可成型。
H
d
（2）十字形机头
图 9-10 为 十 字 形 机 头 ， 其结构类似管材挤出机机 头。这种机头的优点是出 料均匀，薄膜厚度容易控 制；芯模不受侧压力，不 会产生如芯棒式机头那种 “偏中”现象。但机头内 腔大，存料多，塑料易分 解，适用于加工热稳定性 好的塑料，而不适于加工 聚氯乙烯。
4
5
6
图9-10 十字形机头
9.1 概 述
塑料挤出成型是用加热的方法使塑料成 为流动状态，然后在一定压力的作用下使它 通过塑模，经定型后制得连续的型材。挤出 法加工的塑料制品种类很多，如管材、薄 膜、棒材、板材、电缆敷层、单丝以及异形 截面型材等。挤出机还可以对塑料进行混 合、塑化、脱水、造粒和喂料等准备工序或 半成品加工。因此，挤出成型已成为最普通 的塑料成型加工方法之一。
（2）弯管式机头 图8-4为弯管式机头。其 结构复杂，没有分流器支架，芯模容易加热， 定型长度不长。大小口径管材均适用,特别适 用于定内径的PE、PP、PA等塑料管材成型。 （3）旁侧式机头 图8-5为旁侧式机头，结 构复杂，没有分流器支架，芯模可以加热， 定型长度也不长。大小口径管材均适用。