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摘要：当前，市场上流通的塑料制品中，挤出成形的制品在种类方面比较繁多。在日常应用中，塑料管材、板材、薄膜和异形材等占据重要地位。其中应用范围最广的是异型材制品。挤出机头作为挤出成型的关键设备，物料在挤出过程中，挤出机头发挥着重要的作用，主要表现在：在流道中分布塑料熔体，在一定程度上使物料从机头中以均匀的速度挤出，进而使制品达到相应的设计要求。在设计流道的过程中，其关键是对挤出机头进行设计，这是因为挤出机头结构的合理性直接影响挤出制品的质量和生产效率。
关键词：塑料异型材 挤出机头 流道
1 机头设计
通常情况下，机头由两种材料制成，通过选用较好的镍铬钢、不锈钢，工具钢等，对这些钢材进行淬火处理、表面抛光、镀铬等，使其硬度达到HRC60～62。对表面进行镀层处理时，镀层厚度通常控制在0.01～0.02mm，进而用于与塑料直接接触的零件上。对于组成机头的其他零件，由于对钢材要求不是太高，一般选用普通钢材进行制作。在机头法兰上通过螺纹连接机头，并且对其进行固定处理。其安装顺序如下：松动螺栓，打开机头法兰，将栅板装入机筒，将机头安装在机头法兰上，将机头法兰闭合，紧固螺栓。另外，通过机头的内径和栅板的外径相互配合的方式实现对机头与挤出机的同心度的控制。
2 分流锥及其支架设计
分流锥、支架和芯棒三者之间的组合比较普遍。对料流进行汇集和稳定是通过分流锥与多孔板之间的空腔来实现的，为了确保出料的均匀性，顶尖与多孔板端面之间的距离不宜过小。同时也不能过大，否则因停留时间过长，在一定程度上导致物料分解，其距离通常情况下控制在10～20mm，或者为螺杆直径的1/5～1/10。在扩张角α方面，对于低黏度且不易分解的物料，其扩张角α为45°～80°，反之α为30°～60°。
分流锥支架的作用是对分流锥和芯棒进行支撑，并且对物料进行搅拌。对于小机头中，通常情况下将分流锥和分流锥支架设计成整体。在结合线方面，为了及时消除物料通过分流锥后形成的结合线，通常按流线型的方式设计分流锥上的分流筋，在角度方面，出料端的角度要小于进料端的角度。在一定程度上，为了提高塑料通过分流锥和支架后的熔接强度，按照流线型方式设计分流筋断面。无论是结合线还是角度，只要机械强度符合一定的条件，其厚度、长度、宽度等都可以制作的尽量小些。另外，出口端的尖角应小于入口端的尖角，同时将分流筋的数量控制在3～8根。
为了便于通入压缩空气和穿入内加热装置的导线，通常在分流锥支架筋上设置进气孔和导线孔。分流锥体长L，通常情况下L取1～1.5D（D为螺杆直径）。对于分流锥头部圆角R通常为0.5～2mm。
3 冷却定径套设计
3.1 内定径芯模
对内定径进行定径处理，利用一段能进行冷却水循环的芯模来实现，在机头口模之外安装芯模，在芯模上连接直径，但与芯模之间要隔热，进而降低芯模的温度，对于直角机头、斜角机头或旁侧机头，这种定径法比较适用。对芯棒上的塑料管进行冷却时，受收缩的影响和制约，往往会产生相当大的包紧力，为了达到相关的要求，需要配置强有力的牵引机。产品经芯模冷却处理后直至完成定型，经牵引机和锯割装置锯变为成品。
3.2 压缩空气外定径套
如果定径套（定型模）采用压缩空气进行定径，将0.03～0.25MPa的压缩空气借助分流锥支架的分流筋进行导入，在一定程度上为了保持管内气压，在管内设置一个橡皮塞，同时确保该橡皮塞与内壁滑动配合，避免管内发生漏气。借助链条，在机头芯棒上拉住该橡皮塞。由于导入压缩空气的影响，使得机头芯棒出现降温，在一定程度上使管子内壁变得不光滑，这时需要对压缩空气进行预热处理。通过空气间隙或绝热材料在低温的定径套和口模之间进行绝热处理。从口模挤出后，由于型材存在一定的出模膨胀，在出模时为了使型材避免出现阻力，进而顺利进入定径套，需要对口模内径进行设置。如果管子直径小于100mm，那么定径套内径要超过口模内径0.5～0.8mm；如果管子直径在100～300mm，那么其定径套内径要超过口模内径约1mm，型材在冷却过程中，直径还会进一步减小。
3.3 真空外定径套
为了便于抽真空，需要在定径套内壁上开设相应的小孔或窄缝，采取相应的措施，使管材通过定径套与定径套内壁紧贴，并且在定径套上设置冷却水夹套或向外壁喷淋冷却水的结构。
冷却定径套的结构尺寸各工厂一般凭经验确定。外径定径套的内径过大会降低成品的光洁度，内径过小挤出阻力大，使其不易出来或引起制品变形。对于挤出较小尺寸的制品，其定径套的内径应比口模内径大0.5～1mm；对于挤出较大尺寸的制品，其定径套的内径应比口模内径大1～1.5mm左右。但准确的数值还要视工艺条件而定。此外，冷却定径套必须具备足够的长度，以保证制品能够冷却定型，进入水槽后就会变形。冷却定径套也不能选择得太长，太长阻力增大，牵引的功率也就增大。
4 过滤部分
多数情况下，机头入口与口模出口断面形状差异很大。目前挤出机机筒都是圆形的，那么必须有一个从圆形逐渐变为口模近似形状的部分，包括入口部分，这是异型材机头很重要的一部分。设计该部分时，应能使离开滤板的熔融物料无滞留的向口模输送，为口模流道中物料均速流动创造条件。
中空异型材物料进入口模前必须要经过分流部分，这部分对熔融物料成型坯带来很大不利条件，可是没有这部分不行，对于中空异型材是不能跨越的。所以，在满足强度要求的前提下，这部分越短越好，而且分流的支承筋断面越小越好，这是考虑分散的物料再汇合容易，易于消除结合线。因此为了很好消除结合线，往往分流部分有效流道断面比口模流道断面大，即形成了所谓的机头压缩比。
在距离方面，分流板与螺杆头部不能太远，尤其是热敏性物料，距离更要小，通过缩小距离在一定程度上可以防止积料发生热分解。通常情况下，使分流板与螺杆头部的容积不大于均化段一个螺槽的容积，其距离控制在0.1D。为保证物料流经分流板后速度一致，分流板的孔眼数目设计为中间疏、旁边密，但孔眼的尺寸一般相等。对热敏性物料，也可设计孔眼尺寸为中间孔眼直径大而稀疏，以降低流动阻力，避免热分解。 分流板孔道结构设计应光滑无死角，以便物料的流动及清理。所以，孔道的进料端要倒斜角，或从进料端到出料端加工成锥形，以便清理并增加物料压力。分流板的材料一般用不锈钢2Cr13～3Cr13。
异型材通过定型模的速度视定型模的长度和异型材的壁厚而定，对于1mm壁厚的异型材通过速度可达3～4.5m/min，厚4m者通过速度为0.5～0.7m/min。
5 机头和挤塑机联接设计
机头与挤塑机联接装置称为联接器。联接器的结构有好几种类型。
采用的螺纹式联接，机头与挤塑机料筒之间一般均以法兰盘对接，机头法兰盘与机头之间采用大直径的螺纹联接，机筒法兰盘与机筒间也用螺纹联接。两法兰盘对接时采用4～6个或更多的螺钉紧固，但为了装拆方便多采用螺栓联接。将机头法兰盘上的螺栓孔做成带缺口的，装拆时无需将螺母拧下，只需拧松到一定程度即可翻转该螺栓。中、小型机头的法兰盘上有两个螺栓孔不开穿，在开启机头时用该螺栓作为机头支撑与螺纹相联接。
在机头与料筒之间夹入栅板（多孔板），栅板的外径分别与机头的台阶孔内径和料筒的台阶孔内径相配合，使达到同轴同心的要求。夹紧时栅板两平行端面与台阶孔的环形端面分别压紧，保证不漏料。栅板的作用是支撑不锈钢丝过滤网，调节机头阻力并使物料通过栅板后将螺旋运动转变为直线运动。
6 机筒
在挤出机中，机筒作为重要部件之一。在一定程度上，机筒结构设计的是否合理，挤出机的热量传递的稳定性和均匀性将会受到直接的影响，并且机筒加工与装配直接关系到挤出机的工作性能及机器寿命。所以，对于挤出机机筒涉及到其结构形式的选择、机筒加料口形式的确定、机筒各段及其与机头的连接等问题。
参考文献：
[1]申开智.异型材挤塑模设计[M].塑料成型模具.中国轻工业出版社，2006.
[2]陈世煌.塑料成型机械[M].北京：化学工业出版社，2005.
[3]朱复华.挤出理论及应用[M].北京：中国轻工业出版社，2001.
[4]耿孝正.各种双螺杆挤出机的性能及应用[J].中国塑料，1995（5）：66-72.
[5]王善勤.塑料挤出成型工艺与设备[M].北京：中国轻工业出版社，1998.
[6]黄毅宏.模具制造工艺[M].北京：机械工业出版社，1995.
[7]吴有章.塑料挤出模具设计的分析[J].武汉理工大学学报，2001（2）：195-197.
[8]贾润礼，赵光星.新型塑料挤出机头设计[M].北京：国防工业出版社，2007.
关键词：塑料异型材 挤出机头 流道
1 机头设计
通常情况下，机头由两种材料制成，通过选用较好的镍铬钢、不锈钢，工具钢等，对这些钢材进行淬火处理、表面抛光、镀铬等，使其硬度达到HRC60～62。对表面进行镀层处理时，镀层厚度通常控制在0.01～0.02mm，进而用于与塑料直接接触的零件上。对于组成机头的其他零件，由于对钢材要求不是太高，一般选用普通钢材进行制作。在机头法兰上通过螺纹连接机头，并且对其进行固定处理。其安装顺序如下：松动螺栓，打开机头法兰，将栅板装入机筒，将机头安装在机头法兰上，将机头法兰闭合，紧固螺栓。另外，通过机头的内径和栅板的外径相互配合的方式实现对机头与挤出机的同心度的控制。
2 分流锥及其支架设计
分流锥、支架和芯棒三者之间的组合比较普遍。对料流进行汇集和稳定是通过分流锥与多孔板之间的空腔来实现的，为了确保出料的均匀性，顶尖与多孔板端面之间的距离不宜过小。同时也不能过大，否则因停留时间过长，在一定程度上导致物料分解，其距离通常情况下控制在10～20mm，或者为螺杆直径的1/5～1/10。在扩张角α方面，对于低黏度且不易分解的物料，其扩张角α为45°～80°，反之α为30°～60°。
分流锥支架的作用是对分流锥和芯棒进行支撑，并且对物料进行搅拌。对于小机头中，通常情况下将分流锥和分流锥支架设计成整体。在结合线方面，为了及时消除物料通过分流锥后形成的结合线，通常按流线型的方式设计分流锥上的分流筋，在角度方面，出料端的角度要小于进料端的角度。在一定程度上，为了提高塑料通过分流锥和支架后的熔接强度，按照流线型方式设计分流筋断面。无论是结合线还是角度，只要机械强度符合一定的条件，其厚度、长度、宽度等都可以制作的尽量小些。另外，出口端的尖角应小于入口端的尖角，同时将分流筋的数量控制在3～8根。
为了便于通入压缩空气和穿入内加热装置的导线，通常在分流锥支架筋上设置进气孔和导线孔。分流锥体长L，通常情况下L取1～1.5D（D为螺杆直径）。对于分流锥头部圆角R通常为0.5～2mm。
3 冷却定径套设计
3.1 内定径芯模
对内定径进行定径处理，利用一段能进行冷却水循环的芯模来实现，在机头口模之外安装芯模，在芯模上连接直径，但与芯模之间要隔热，进而降低芯模的温度，对于直角机头、斜角机头或旁侧机头，这种定径法比较适用。对芯棒上的塑料管进行冷却时，受收缩的影响和制约，往往会产生相当大的包紧力，为了达到相关的要求，需要配置强有力的牵引机。产品经芯模冷却处理后直至完成定型，经牵引机和锯割装置锯变为成品。
3.2 压缩空气外定径套
如果定径套（定型模）采用压缩空气进行定径，将0.03～0.25MPa的压缩空气借助分流锥支架的分流筋进行导入，在一定程度上为了保持管内气压，在管内设置一个橡皮塞，同时确保该橡皮塞与内壁滑动配合，避免管内发生漏气。借助链条，在机头芯棒上拉住该橡皮塞。由于导入压缩空气的影响，使得机头芯棒出现降温，在一定程度上使管子内壁变得不光滑，这时需要对压缩空气进行预热处理。通过空气间隙或绝热材料在低温的定径套和口模之间进行绝热处理。从口模挤出后，由于型材存在一定的出模膨胀，在出模时为了使型材避免出现阻力，进而顺利进入定径套，需要对口模内径进行设置。如果管子直径小于100mm，那么定径套内径要超过口模内径0.5～0.8mm；如果管子直径在100～300mm，那么其定径套内径要超过口模内径约1mm，型材在冷却过程中，直径还会进一步减小。
3.3 真空外定径套
为了便于抽真空，需要在定径套内壁上开设相应的小孔或窄缝，采取相应的措施，使管材通过定径套与定径套内壁紧贴，并且在定径套上设置冷却水夹套或向外壁喷淋冷却水的结构。
冷却定径套的结构尺寸各工厂一般凭经验确定。外径定径套的内径过大会降低成品的光洁度，内径过小挤出阻力大，使其不易出来或引起制品变形。对于挤出较小尺寸的制品，其定径套的内径应比口模内径大0.5～1mm；对于挤出较大尺寸的制品，其定径套的内径应比口模内径大1～1.5mm左右。但准确的数值还要视工艺条件而定。此外，冷却定径套必须具备足够的长度，以保证制品能够冷却定型，进入水槽后就会变形。冷却定径套也不能选择得太长，太长阻力增大，牵引的功率也就增大。
4 过滤部分
多数情况下，机头入口与口模出口断面形状差异很大。目前挤出机机筒都是圆形的，那么必须有一个从圆形逐渐变为口模近似形状的部分，包括入口部分，这是异型材机头很重要的一部分。设计该部分时，应能使离开滤板的熔融物料无滞留的向口模输送，为口模流道中物料均速流动创造条件。
中空异型材物料进入口模前必须要经过分流部分，这部分对熔融物料成型坯带来很大不利条件，可是没有这部分不行，对于中空异型材是不能跨越的。所以，在满足强度要求的前提下，这部分越短越好，而且分流的支承筋断面越小越好，这是考虑分散的物料再汇合容易，易于消除结合线。因此为了很好消除结合线，往往分流部分有效流道断面比口模流道断面大，即形成了所谓的机头压缩比。
在距离方面，分流板与螺杆头部不能太远，尤其是热敏性物料，距离更要小，通过缩小距离在一定程度上可以防止积料发生热分解。通常情况下，使分流板与螺杆头部的容积不大于均化段一个螺槽的容积，其距离控制在0.1D。为保证物料流经分流板后速度一致，分流板的孔眼数目设计为中间疏、旁边密，但孔眼的尺寸一般相等。对热敏性物料，也可设计孔眼尺寸为中间孔眼直径大而稀疏，以降低流动阻力，避免热分解。 分流板孔道结构设计应光滑无死角，以便物料的流动及清理。所以，孔道的进料端要倒斜角，或从进料端到出料端加工成锥形，以便清理并增加物料压力。分流板的材料一般用不锈钢2Cr13～3Cr13。
异型材通过定型模的速度视定型模的长度和异型材的壁厚而定，对于1mm壁厚的异型材通过速度可达3～4.5m/min，厚4m者通过速度为0.5～0.7m/min。
5 机头和挤塑机联接设计
机头与挤塑机联接装置称为联接器。联接器的结构有好几种类型。
采用的螺纹式联接，机头与挤塑机料筒之间一般均以法兰盘对接，机头法兰盘与机头之间采用大直径的螺纹联接，机筒法兰盘与机筒间也用螺纹联接。两法兰盘对接时采用4～6个或更多的螺钉紧固，但为了装拆方便多采用螺栓联接。将机头法兰盘上的螺栓孔做成带缺口的，装拆时无需将螺母拧下，只需拧松到一定程度即可翻转该螺栓。中、小型机头的法兰盘上有两个螺栓孔不开穿，在开启机头时用该螺栓作为机头支撑与螺纹相联接。
在机头与料筒之间夹入栅板（多孔板），栅板的外径分别与机头的台阶孔内径和料筒的台阶孔内径相配合，使达到同轴同心的要求。夹紧时栅板两平行端面与台阶孔的环形端面分别压紧，保证不漏料。栅板的作用是支撑不锈钢丝过滤网，调节机头阻力并使物料通过栅板后将螺旋运动转变为直线运动。
6 机筒
在挤出机中，机筒作为重要部件之一。在一定程度上，机筒结构设计的是否合理，挤出机的热量传递的稳定性和均匀性将会受到直接的影响，并且机筒加工与装配直接关系到挤出机的工作性能及机器寿命。所以，对于挤出机机筒涉及到其结构形式的选择、机筒加料口形式的确定、机筒各段及其与机头的连接等问题。
参考文献：
[1]申开智.异型材挤塑模设计[M].塑料成型模具.中国轻工业出版社，2006.
[2]陈世煌.塑料成型机械[M].北京：化学工业出版社，2005.
[3]朱复华.挤出理论及应用[M].北京：中国轻工业出版社，2001.
[4]耿孝正.各种双螺杆挤出机的性能及应用[J].中国塑料，1995（5）：66-72.
[5]王善勤.塑料挤出成型工艺与设备[M].北京：中国轻工业出版社，1998.
[6]黄毅宏.模具制造工艺[M].北京：机械工业出版社，1995.
[7]吴有章.塑料挤出模具设计的分析[J].武汉理工大学学报，2001（2）：195-197.
[8]贾润礼，赵光星.新型塑料挤出机头设计[M].北京：国防工业出版社，2007.