1、擠出管材的模具設計擠出管材的模具設計及加工工藝及加工工藝 2010.12管機頭分類管機頭分類 按結構分：按結構分：直通式、側式、籃式、螺旋芯棒式直通式、側式、籃式、螺旋芯棒式 等等 按用途分：按用途分：硬管、軟管、波紋管、復合管等硬管、軟管、波紋管、復合管等 管材管材 燃氣管、壓力管、上下水管、排水管、排灌燃氣管、壓力管、上下水管、排水管、排灌管、穿線管、硅芯管、軟管、醫用軟管、發泡管、管、穿線管、硅芯管、軟管、醫用軟管、發泡管、單壁、雙壁波紋管、多層復合管材等單壁、雙壁波紋管、多層復合管材等 原料原料 UPVC、PE、PP、PPR、ABS 、PU、PA等等 、 擠管成型設備 塑料擠出成型設備

2、塑料擠出成型設備管材生產線管材生產線管材生產工藝流程圖管材生產工藝流程圖一般管材生產線工藝過程一般管材生產線工藝過程 原料原料真空上料真空上料原料干燥原料干燥 單螺桿擠出單螺桿擠出機機機頭模具機頭模具定徑套定徑套噴淋真空定型箱噴淋真空定型箱噴淋冷卻水箱噴淋冷卻水箱噴碼機噴碼機履帶牽引機履帶牽引機成品檢測包裝成品檢測包裝 帶有標記管材生產線工藝過程帶有標記管材生產線工藝過程 原料原料+色母料色母料混合混合真空上料真空上料原料干燥原料干燥 單螺桿擠出機單螺桿擠出機色線擠出機色線擠出機機頭模具機頭模具定徑套定徑套噴淋真空定型箱噴淋真空定型箱噴淋冷卻水箱噴淋冷卻水箱噴碼機噴碼機履帶牽引機履帶牽引機成品

3、檢測包裝成品檢測包裝 1. 1. 擠出機擠出機 2. 2. 機頭（熔體輸出與定徑裝置）機頭（熔體輸出與定徑裝置） 3. 3. 輔機輔機( (冷卻裝置、牽引裝置、切割裝置冷卻裝置、牽引裝置、切割裝置) ) 4. 4. 控制系統控制系統（二）特點（二）特點 1. 1. 連續化生產連續化生產 2. 2. 生產率高生產率高 3. 3. 應用范圍廣應用范圍廣 4. 4. 結構簡單、收效快結構簡單、收效快 （一）管材生產線組成（一）管材生產線組成 管材生產是擠出成型最重管材生產是擠出成型最重要的方法之一要的方法之一 。擠出模具是管材成型的關擠出模具是管材成型的關鍵部件！鍵部件！擠管機頭大型機頭大型機頭 管

4、材機頭設計管材機頭設計擠出管材動畫擠出管材動畫擠出管材成型機頭示意圖擠出管材成型機頭示意圖 組成組成定型部分導流部分分流部分入流部分 四個功能部分：四個功能部分：1.1.入流部分入流部分 功能功能使來自擠塑機的塑料熔體，由使來自擠塑機的塑料熔體，由螺旋運動逐漸變螺旋運動逐漸變為直線運動為直線運動2.2.分流部分分流部分 功能功能將熔體按所需制品形狀進行分流，由柱狀分流將熔體按所需制品形狀進行分流，由柱狀分流成為環狀。成為環狀。3.3.導流部分導流部分 功能功能通過模腔內流道幾何形狀與尺寸的變化，產生通過模腔內流道幾何形狀與尺寸的變化，產生必要的成型壓力必要的成型壓力將分流部分流出物料進行導流并

5、壓實將分流部分流出物料進行導流并壓實4.4.定型部分定型部分 功能功能通過機頭成型段及模唇的調節作用，獲得所需通過機頭成型段及模唇的調節作用，獲得所需斷面形狀的連續制品斷面形狀的連續制品熔體坯熔體坯。四個功能部分：四個功能部分：定型部分導流部分分流部分入流部分作用作用 1. 使熔融物料的螺旋螺旋運動 直線直線運動。2. 將物料壓實壓實。3. 使物料進一步塑化均勻進一步塑化均勻。4. 成型成型制品。定型部分導流部分分流部分入流部分1 1正確選擇結構形式正確選擇結構形式（1 1）成型制品種類）成型制品種類（2 2）原材料種類和要求）原材料種類和要求（3 3）成型工藝特點）成型工藝特點2 2流道結構

6、流道結構（1 1）流道呈流線型）流道呈流線型（2 2）無突變）無突變（3 3）各連接處應保證密封）各連接處應保證密封（4 4）表面粗糙度）表面粗糙度（5 5）應具有一定壓縮比）應具有一定壓縮比（6 6）保證口模出口處各點料流速度一致）保證口模出口處各點料流速度一致 管材機頭設計原則管材機頭設計原則 3 3機頭選材機頭選材 （1 1）合理選材）合理選材（2 2）耐磨、耐腐蝕）耐磨、耐腐蝕（3 3）足夠的強度和剛度，進行熱處理）足夠的強度和剛度，進行熱處理（4 4）容易電鍍）容易電鍍（5 5）在高溫下不變形）在高溫下不變形4 4機頭結構機頭結構（1 1）結構緊湊，易于加工制造和裝拆維修）結構緊湊，

7、易于加工制造和裝拆維修（2 2）形狀盡可能規則和對稱）形狀盡可能規則和對稱（3 3）成型部分應能保證熔體擠出后具有所要求的截面）成型部分應能保證熔體擠出后具有所要求的截面 形狀和尺寸形狀和尺寸 擠出機與擠出模具的連接擠出機與擠出模具的連接螺紋連接螺紋連接1、柵板、柵板 2、機頭法蘭、機頭法蘭 3、鉸鏈螺釘、鉸鏈螺釘 4、機筒法蘭、機筒法蘭 5、機、機筒筒螺釘連接螺釘連接1、機頭法蘭、機頭法蘭 2、鉸鏈螺釘、鉸鏈螺釘 3、機筒法蘭、機筒法蘭 4、柵板、柵板5、螺桿、螺桿 6、機筒、機筒 7、內六角螺釘、內六角螺釘 8、定位銷、定位銷卡箍式連接卡箍式連接柵板的形式設計柵板的形式設計 柵扳的結構如圖

8、所示，除具有柵扳的結構如圖所示，除具有分流、混合、促進熔體塑化均勻分流、混合、促進熔體塑化均勻外，還承擔著支承濾網的作用。外，還承擔著支承濾網的作用。柵板上流道孔眼直徑，通常為柵板上流道孔眼直徑，通常為36mm入口端應有入口端應有30一一45的錐角。流道孔總面積須占柵板的錐角。流道孔總面積須占柵板有效面積的有效面積的40一一70為宜，孔為宜，孔的排列應緊湊合理；柵板應有足的排列應緊湊合理；柵板應有足夠機械強度和剛度，但其厚度也夠機械強度和剛度，但其厚度也不宜過厚，以免造成過大阻力或不宜過厚，以免造成過大阻力或滯料分解。滯料分解。(1)非等徑孔同心圓排列非等徑孔同心圓排列(2)等徑孔同心圓排列等

9、徑孔同心圓排列(3)等孔徑弧形面柵板等孔徑弧形面柵板(4)等孔徑六邊形排列等孔徑六邊形排列閘板型過濾器閘板型過濾器1、平板、平板 2、濾網、濾網 3、4、濾網座、濾網座 5、螺栓、螺栓 6、殼體、殼體 7、氟塑料環、氟塑料環8、魚雷體、魚雷體 9、分流支架套、分流支架套 10、熱電偶、熱電偶 11、螺栓、螺栓 12、限位板、限位板13、加熱器、加熱器 14、多孔板、多孔板 15、支承環、支承環 16、推力桿、推力桿直通式管機頭直通式管機頭一、基本結構和工作原理一、基本結構和工作原理 口模、芯棒、分流器、分流器支架、口模、芯棒、分流器、分流器支架、機頭體、調節螺釘、連接螺釘等機頭體、調節螺釘、連

10、接螺釘等 1.1.基本結構基本結構 2.2.工作原理工作原理 直通式管機頭直通式管機頭直通機頭直通機頭大口徑管材擠出機頭示意圖大口徑管材擠出機頭示意圖 1- 機頭體上部機頭體上部; 2- 機頭體下部機頭體下部; 3- 機頸機頸; 4- 分流錐分流錐; 5- 分流梭分流梭; 6- 過渡芯模過渡芯模分流梭斷面圖分流梭斷面圖擠出成型模具擠出成型模具管材擠塑成型機頭管材擠塑成型機頭1、橡皮片堵、橡皮片堵頭頭2、定徑套、定徑套3、口模、口模4、芯棒、芯棒5、調節螺栓、調節螺栓6、分流錐、分流錐7、芯棒支架、芯棒支架8、模體模體9、過濾板過濾板二、設計要點二、設計要點 1. 1. 壓縮比壓縮比 壓縮比壓縮

11、比分流器支架出口處截面積與芯棒口模間的分流器支架出口處截面積與芯棒口模間的 截面積之比截面積之比 =3=31010 低粘度物料低粘度物料：410 高粘度物料高粘度物料：36 另一種方法：取分流器支架直徑與口模直徑之比另一種方法：取分流器支架直徑與口模直徑之比 UPVC：D/d=1.41.6 PE：D/d=1.42 大管取小值；小管取大值大管取小值；小管取大值 分流錐長度分流錐長度L L4 4 L4=（11.5）D D分流錐最大直徑分流錐最大直徑 錐尖半徑錐尖半徑r r r = 0.52 mm熱穩定性好的物料熱穩定性好的物料： max90熱穩定性差的物料熱穩定性差的物料： 60 2.2.分流錐分

12、流錐擴張角擴張角 作用作用 使熔料逐漸變成環形使熔料逐漸變成環形 3.3.分流器支架分流器支架 分流筋形狀分流筋形狀 要求要求 流線型、不得有大的拐角、有利于熔接線的消除流線型、不得有大的拐角、有利于熔接線的消除支撐分流器及芯棒支撐分流器及芯棒 作用作用 收縮角擴張角收縮角擴張角分流筋寬度分流筋寬度b b b912 mm 分流筋長度分流筋長度l l l3080 mm 分流筋高度分流筋高度s s s1025 mm 分流筋數量分流筋數量n n n=48 擴張角：擴張角：60 收縮角：收縮角：30 UPVC：10 4.4.口模口模 作用作用 成型管材外表面成型管材外表面 定型長度定型長度L1 經驗公

13、式：經驗公式： L13D D 管材外徑管材外徑 國外資料國外資料： L1=（1030）h h 管材壁厚管材壁厚 國內資料國內資料： L1=（3040）hUPVC：（：（1833）h PPVC：（：（1525）hPE： （1422）h PP： （1422）h PA： （1323）h 口模直徑口模直徑D 影響口模直徑的因素：影響口模直徑的因素： 擠出脹大擠出脹大 牽引拉伸牽引拉伸 冷卻收縮冷卻收縮 定徑方式定徑方式管材截面管材截面變大變大 管材截面管材截面變小變小管材截面管材截面變小變小 外定徑時外定徑時的真空度、定徑套內徑與口模的真空度、定徑套內徑與口模 直徑有關直徑有關 考慮脹大和定徑收縮考慮

14、脹大和定徑收縮 口模直徑：口模直徑： 管外DCD式中：式中： C系數系數 PVC： 0.951.05； PO： 0.901.05 拉伸比拉伸比環形截面積與管材截面積之比環形截面積與管材截面積之比 2222管內管外DDdDI式中：式中：D口模直徑口模直徑 d芯棒直徑芯棒直徑 D管外管外管材外徑管材外徑 D管內管內管材內徑管材內徑 I拉伸比拉伸比 UPVC：1.001.08； SPVC： 1.101.35 LDPE： 1.201.25； HDPE：1.101.20 ABS： 1.001.10； PA： 1.403.00 5.5.芯棒芯棒 作用作用 導流、成型管材導流、成型管材內表面內表面 收縮角收

15、縮角 =2030 定型長度定型長度 與與口模口模定型長度定型長度相等相等 應小于分流錐的擴張角應小于分流錐的擴張角UPVC： 24； PO可稍大可稍大 壁厚調節壁厚調節 目的：管材壁厚均勻目的：管材壁厚均勻 調節螺釘數量：調節螺釘數量： S=48 經驗公式經驗公式： 222管內管外DDIDd芯棒直徑芯棒直徑d d 三、特點三、特點 1.1.優點優點 結構簡單，成本低；結構簡單，成本低； 中心進料，易于物料均勻分配；中心進料，易于物料均勻分配； 應用廣泛。應用廣泛。2.2.缺點缺點 體積大，重量大；體積大，重量大；分流筋多，熔接線多。分流筋多，熔接線多。 模具零件的連接討論模具零件的連接討論調節

16、管材壁厚的方式調節管材壁厚的方式機頭進料結構形式機頭進料結構形式中心供料中心供料篩孔式機頭篩孔式機頭側向供料機頭側向供料機頭螺旋式機頭螺旋式機頭1、芯模、芯模2、芯模支架、芯模支架3、柵板、柵板4、螺旋式芯模、螺旋式芯模5、支架支柱、支架支柱2.2.措施措施 安裝繞機頭軸線安裝繞機頭軸線旋轉旋轉的部件的部件 分流筋表面分流筋表面噴涂噴涂不粘材料不粘材料 將流道將流道加長加長 加熱加熱分流筋分流筋 使流過分流筋的物料迅速得到使流過分流筋的物料迅速得到壓縮壓縮 芯棒上帶多頭芯棒上帶多頭螺旋溝槽螺旋溝槽 采用采用阻尼筋或多孔板阻尼筋或多孔板 熔接線的影響熔接線的影響只能減小，不可能消除只能減小，不可

17、能消除 1.1.形成原因形成原因 四、減小熔接線影響的措施四、減小熔接線影響的措施 多孔板多孔板(篩板篩板)式分流板的實物圖和擠式分流板的實物圖和擠出物流痕的照片。出物流痕的照片。藍式管機頭藍式管機頭 1.1.結構結構 2.2.工作原理工作原理 簡單藍式機頭簡單藍式機頭藍式機頭藍式機頭 直通式機頭的特殊形式；直通式機頭的特殊形式； 總壓力損失小總壓力損失小； 產量高，能耗低；產量高，能耗低； 機頭中熱耗散少機頭中熱耗散少； 重量輕；重量輕； 便于操作。便于操作。 3.3.特點特點 篩孔套篩孔套 要求要求 足夠強度、足夠強度、小孔利于物料流動小孔利于物料流動 孔徑孔徑d d 口模直徑口模直徑D

18、D D/DD/DT T1.4 D1.4 DT T篩孔套直徑篩孔套直徑 4.4.設計要點設計要點d=1d=12.5mm2.5mm 5.5.應用應用聚烯烴類耐壓管材聚烯烴類耐壓管材 螺旋芯棒式管機頭螺旋芯棒式管機頭 2.2.工作原理工作原理 1.1.結構結構螺旋管材機頭結構圖螺旋管材機頭結構圖 1.進料口進料口 2.固定螺釘固定螺釘 3.模體模體 4.熱電偶熱電偶 5.調節螺釘調節螺釘 6.壓環壓環 7. 口模口模 8.固定螺釘固定螺釘 9.芯模芯模 10.螺旋槽螺旋槽 11.徑向徑向孔孔 12.模底座模底座 13.通氣桿通氣桿 14.連接體連接體直通機頭與螺旋機頭比較直通機頭與螺旋機頭比較 出料

19、均勻；出料均勻； 總壓力損失小總壓力損失小； 產量高，能耗低；產量高，能耗低； 機頭中熱耗散少機頭中熱耗散少； 無熔接線。無熔接線。 3.3.特點特點4.4.應用應用直徑直徑400mm400mm的聚烯烴類管材的聚烯烴類管材 藍式、螺旋式機頭藍式、螺旋式機頭藍式、螺旋式模具。藍式、螺旋式模具。 模具特點：模具特點： 1、熔體流動速度達到預期的力學均勻性、熔體流動速度達到預期的力學均勻性、熱均勻性。熱均勻性。 2、無須芯模支架，使生產中常發生的流紋、無須芯模支架，使生產中常發生的流紋消失。消失。 3、壓力消耗少，產量高，產量可達到擠出、壓力消耗少，產量高，產量可達到擠出量的量的80%。 4、機構緊

20、湊，連接合理，更換方便。、機構緊湊，連接合理，更換方便。 5、采用優質模具鋼制造。、采用優質模具鋼制造。 6、采用不銹鋼或銅的水環定徑套。、采用不銹鋼或銅的水環定徑套。 管機頭管機頭螺旋機頭螺旋機頭大機頭大機頭大機頭大機頭多口模管機頭多口模管機頭 1.1.結構結構 2.2.工作原理工作原理 一模多機頭一模多機頭一模多機頭一模多機頭 充分發揮擠出機的生產能力；充分發揮擠出機的生產能力； 節省占地面積節省占地面積； 熔體流速慢；熔體流速慢； 結構較復雜結構較復雜。3.3.特點特點5.5.應用應用小直徑薄壁管材小直徑薄壁管材 4.4.設計要點設計要點帶流量調節的分配流道設計帶流量調節的分配流道設計

21、波紋管機頭波紋管機頭 1.1.結構結構 結構形式與一般機頭基本相同，只是口模部分很長。結構形式與一般機頭基本相同，只是口模部分很長。 用用吹脹法吹脹法成型波紋成型波紋 2.2.成型原理成型原理 用用真空吸附法真空吸附法成型波紋成型波紋 多層共擠出機頭多層共擠出機頭帶有色標的藍式機頭帶有色標的藍式機頭多空管形狀多空管形狀帶標志線的多孔管直式模機頭帶標志線的多孔管直式模機頭 1.主體連接；主體連接；2.分流體；分流體；3.分流體板；分流體板；4.過渡板；過渡板；5.外模腔；外模腔；6.芯模；芯模；7.冷卻水管；冷卻水管；8.中模芯；中模芯；9.副連接板；副連接板；10.口模板口模板三層共擠出管材示

22、意圖三層共擠出管材示意圖多層擠出模具用于成型多種塑料或多種顏色的復合管材或復合膜，通常用多臺擠出機擠出成型。雙層共擠出機頭結構示意圖雙層共擠出機頭結構示意圖 1.柵板；柵板；2.機頭體機頭體1；3.分流錐；分流錐；4.分流套；分流套； 5.機頭體機頭體2； 6.平直口模；平直口模； 7.口模壓環；口模壓環； 8.帶內螺紋芯棒；帶內螺紋芯棒； 9.分流支架；分流支架； 10.機頸機頸三層共擠出機頭結構示意圖三層共擠出機頭結構示意圖1.口模；口模；2.分流套；分流套；3.隔層分流套；隔層分流套；4.阻尼分流器支架；阻尼分流器支架；5.6.外、內層流道；外、內層流道；7.人字流道連接器；人字流道連接

23、器；8.芯棒；芯棒；9.分流錐；分流錐；10.連接器；連接器；11.中層流道中層流道管材的定型管材的定型管材定徑的方法管材定徑的方法 內徑定徑內徑定徑外徑定徑外徑定徑內壓定徑內壓定徑真空定徑真空定徑 內徑定徑內徑定徑管材內定徑方法管材內定徑方法 內徑定徑法的定徑套直接與機頭模芯連接，內徑定徑法的定徑套直接與機頭模芯連接，定徑套內通入循環冷卻水，熔體出口模后定徑套內通入循環冷卻水，熔體出口模后直接在定徑套上冷卻。直接在定徑套上冷卻。 管材內徑尺寸與定徑棒尺寸一致管材內徑尺寸與定徑棒尺寸一致 管材外徑自由冷卻，外徑尺寸難以控制。管材外徑自由冷卻，外徑尺寸難以控制。內芯定徑內芯定徑內徑定徑機頭結構示

24、意圖內徑定徑機頭結構示意圖 管材的內徑定型管材的內徑定型1.管材；管材；2.定徑芯棒；定徑芯棒；3芯棒；芯棒；4.回水流道；回水流道；5.進水管；進水管；6.排水嘴；排水嘴；7.進水嘴進水嘴內壓外定徑方法內壓外定徑方法管材的內壓定徑示意圖管材的內壓定徑示意圖1.芯棒；芯棒；2.壓縮空氣入口；壓縮空氣入口；3.機頭體；機頭體；4.絕熱墊；絕熱墊；5.定型模；定型模；6.冷卻水；冷卻水；7.管材；管材；8.鏈條；鏈條；9.浮塞；浮塞；10出水口；出水口；11入水口入水口管材氣壓外定徑方法管材氣壓外定徑方法管材擠塑成型機頭管材擠塑成型機頭1、橡皮片堵、橡皮片堵頭頭2、定徑套、定徑套3、口模、口模4、

25、芯棒、芯棒5、調節螺栓、調節螺栓6、分流錐、分流錐7、芯棒支架、芯棒支架8、模體模體9、過濾板過濾板外徑壓力定徑外徑壓力定徑 真空外定徑方法真空外定徑方法真空定徑套真空定徑套真空定徑圖真空定徑圖 1.管材；管材；2.水浴槽；水浴槽；3.冷卻水；冷卻水；4.真空；真空；5.芯棒；芯棒；6.模套模套真空定徑箱真空定徑箱直徑收縮率直徑收縮率 真空定徑的管材外徑可以根據管材原料的真空定徑的管材外徑可以根據管材原料的尺寸收縮率來得到精確控制，尺寸收縮率來得到精確控制， 聚乙烯聚乙烯 24 % 雙峰聚乙烯雙峰聚乙烯 44.6 % PP-R 36 % 真空定徑有如下優點真空定徑有如下優點( 1) 引管簡單快

26、速引管簡單快速, 廢料少廢料少;( 2) 內壓定徑方法中內壓定徑方法中, 壓縮空氣存留在管內壓縮空氣存留在管內, 隨著生產的連續進行隨著生產的連續進行, 氣體溫度不斷升高氣體溫度不斷升高, 而真空定徑空氣在管材內部自由流動而真空定徑空氣在管材內部自由流動, 管材管材內壁冷卻效果好內壁冷卻效果好; ( 3) 能較好控制尺寸公差能較好控制尺寸公差;( 4) 管坯在機頭出口處于塑化狀態幾乎沒有管坯在機頭出口處于塑化狀態幾乎沒有變形變形;真空定徑有如下優點真空定徑有如下優點( 5) 管材的內應力小管材的內應力小; ( 6) 沒有被螺塞撕裂的危險沒有被螺塞撕裂的危險;( 7) 不會因螺塞磨損而停產不會因

27、螺塞磨損而停產;( 8) 機頭口模與真空定徑裝置二者分離機頭口模與真空定徑裝置二者分離,因而因而溫度能單獨控制。溫度能單獨控制。高速擠出管材高速擠出管材 最常見的方法是在定徑入口處設置最常見的方法是在定徑入口處設置冷卻水入口，通過特殊的噴嘴或在冷卻水入口，通過特殊的噴嘴或在定徑套上開縫，讓水直接包覆在管定徑套上開縫，讓水直接包覆在管坯外圓。坯外圓。帶水環的定徑套帶水環的定徑套 帶冷卻裝置的定徑套帶冷卻裝置的定徑套 定徑環組外定徑組裝圖定徑環組外定徑組裝圖 1.冷卻水入口；冷卻水入口；2.至真空泵；至真空泵；3.真空區；真空區；4冷卻水出口冷卻水出口帶預冷裝置的定徑套組裝圖帶預冷裝置的定徑套組裝圖 1.可調預冷卻裝置；可調預冷卻裝置；2.定徑套；定徑套；3.定徑環定徑環小定徑套小定徑套大定徑套大定徑套大定徑套大定徑套透明定徑透明定徑自動改變管材尺寸裝置自動改變管材尺寸裝置 可以對直徑可以對直徑32到到1200m