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1、·242·兰化科技1996年12月双螺杆挤出机挤出片材模具设计应用李百顺(兰化化工研究院)摘要详细介绍了塑料片材成型机头的设计原理、结构和设计要点,依据窄缝流道流速公式,探讨了窄缝流道流速的变化,通过加设阻流器达到使流速变化均匀的目的;并介绍了阻流器的形式和上模唇的结构。关键词双螺杆挤出机挤出片材成型机头模具设计塑料挤出成型是塑料在挤出机中经过熔片材宽度150mm融、塑化,通过螺杆的转动,使物料流过挤出片材厚度3±0.2mm成型机头而制得连续的型材,因此,挤出成型制品要求表面平整、光滑机头是挤出制品成型的关键部件。本文仅介原料改性聚丙烯绍片材成型机头的设计。挤出机
2、型号SJ80×15螺杆直径80mm1设计依据机头连接形式法兰连接挤出成型机头设计时应充分考虑到以下2机头模具的设计几点:(1)机头内腔呈流线型,使物料充满机头片材挤出机头最大特点是熔体流道宽而流道并均匀挤出,避免有死角区,以防物料过扁,熔融物料由圆柱形变成窄缝形经历了很热分解。大的变化,最主要的问题是保证流体在流道(2)机头成型部分应保证物料挤出后具宽度上速度均匀。设计必须依据物料的流变有规定的断面形状;根据所挤出的塑料物理学理论进行,另一方面塑料在窄缝式机头中性能,合理地设计成型部分断面形状。的流动变化情况极为复杂,因此片材机头设〔2〕(3)在满足强度条件下,机
3、头结构应紧计是以经验值为主。凑,与机筒连接处要严密,不漏料,易于装拆。2.1机颈锥形流道(4)机头选材要合理。机头材料应耐磨、考虑到加工的方便,机颈的流道设计成硬度较高,流道处应镀铬,提高机头的耐磨性锥形。锥形流道锥度,应考虑以下三个方面:〔1〕和耐腐蚀性。第一,物料流动平滑,入口处无死角;第二,由另外,机头的结构尺寸与制品形状、加热于物料通过锥形流道时,受到剪切和拉伸,拉方法、螺杆形状、挤出速度等因素有关。因此伸应力沿流动方向逐渐增加,锥角愈大,拉伸机头设计应综合考虑各方面因素,使其满足应力变化愈大,熔体越易破碎;第三,从口模工艺要求。入口处各点流速分布看,锥角
4、愈大流速分布片材机头工艺要求:愈不均匀,这样靠近壁处和机头中心处挤出第14卷第4期兰化科技·243·量不成比例。如图1所示。这种机头加工简单,制造费用低,对物料适应性较广,物料易于流动。由于熔体经过机颈的定型段,使熔体流为圆柱形。为了挤出成片材,就必须由圆柱形变换为窄缝型。为此设计一段鱼尾形过渡段。另外考虑到挤出物料要在制品宽度方向上出料均匀一致,保证制品厚薄均匀,扩张角不能太大。如图4所示,扩张角太大,则定型段长,物料在机头内停留时间长,易于分解,一般取扩张角80°～〔2〕100°。图1锥形流道中流速变化情况因此在机颈锥形流道设计中应使锥角尽可能小。根据参考文献
5、〔1〕其值为25°～40°,考虑到机颈结构和便于加工,取30°,见图2。图4扩张角与定型段关系由于塑料熔体通过模头挤出成型为片材,可以把流道近似看作为窄缝流道,把流体图2机颈的流动看作为窄缝流动,则窄缝流动流速公2.2机头体〔3〕式为:片材挤出机头种类较多,有鱼尾型、支管nK′$Pn+1n+1型、衣架型等,我们选用鱼尾型机头,如图3V=2n+1(n+1)Ln〔(2y-h)-h〕所示。K′——表观流动常数$P——机头压力降L——窄缝长度n——流动常数如图5所示,当y=h时,代入公式得V=0;y=0时流速最大。说明机头中部出料多,两端出料少,制品厚度就不均匀。为了解决
6、此缺陷,设计时在流道上设置阻流器,如图3所示。使机头中心位置阻力增大,压力降减小,流速下降。阻流器高度对物料流动影响很图3带阻流器的鱼尾机头大,高度增大,流动阻力就大,流速减小,物料1—机颈;2—阻流器挤出量下降。阻流器高度确定采用实测和经·244·兰化科技1996年12月验值参考法,实测法就是把阻流器设计成可2.3上模唇的设计〔3〕调节,如图6所示,在实际应用中,调节阻为了获得厚度均匀的制品,利用调节模流器的调节螺栓,移动阻流块的位置,改变流唇的方法控制厚度和均匀性。模唇调节方法〔1〕道的面积,从而达到出料均一的目的。此方法较多,本设计采用图7所示的方法。利用金
7、结构复杂,加工精度高,但是适应性强。参考属的弹性变形,达到改变口模厚度。考虑到材经验值法,只能设定值后,通过试模、修改,逐料有很好的弹性,可选用弹簧钢。步达到预期效果,此方法结构简单。图7模唇弹性变形调节制品厚度3实际应用机头加工完毕,与双螺杆挤出机连接,开车检验。(1)测量产量当螺杆转速n=11römin,Q=98kgöh(2)测量厚度中间部位为218mm,两端部厚311mm,可观察到中间部位出料慢,说明阻流器图6带有阻力调节装置机头阻流过大,只有降低阻流器高度,减少阻力,1—上机体;2—阻流器;才能达到预期效果。3—调节螺钉;4—下机体修模,检测厚度为3～3.
8、1mm,符
