一、常用管材擠出機頭結構
常用的管材擠出機頭結構有直通式、直角式和旁側式三種形式.
1.直通式擠管機頭 圖5-1及圖5-2所示機頭主要用于擠出薄壁管材，其結構簡單，容易制造。圖5-2所示直通式擠管機頭適用于擠出小管，分流器和分流器支架設計成一體，裝卸方便。塑料熔體經(jīng)過分流器支架時，產(chǎn)生幾條熔接痕，不易消除。直通式擠管機頭適用于擠出成型軟硬聚氯乙烯、聚乙烯、尼龍、聚碳酸酯等塑料管材。
2.直角式擠管機頭 如圖5-3所示。其用于內(nèi)徑定徑的場合，冷卻水從芯棒3中穿過。成型時塑料熔體包圍芯棒并產(chǎn)生一條熔接痕。熔體的流動阻力小，成型質量較高。但機頭結構復雜，制造困難。

圖5－2直通式擠管機頭 圖 5－3 直角式擠管機頭
1－芯棒 　2－口模 　3－調節(jié)螺釘 1－口模 2－調節(jié)螺釘 3－芯棒
4－分流器支架 　5－分流器　 6－加熱器 　7－機頭體 4－機頭體 5－連接管
3.旁側式擠管機頭 如圖5-4所示。其與直角式擠管機頭相似，其結構更復雜，制造更困難。

圖5－4 旁側式管擠管機頭
1－計插孔 　2－口模 3－芯棒 4、7－電熱器 5－調節(jié)螺釘
6－機頭體　8、10－熔料測溫孔　9－機頭　11－芯棒加熱器
三種機頭的特征見表5-3。
表5-3 三種機頭的特征
機頭類型
項目特征直通式直角式旁側式
擠出口徑適用于小口徑管材大小均可大小均可
機頭結構簡單復雜更復雜
擠管方向與螺桿軸線一致與螺桿軸線垂直與螺桿軸線一致
分流器支架有無無
芯棒加熱較困難容易容易
定型長度應該長不宜過長不宜過長
二、工藝參數(shù)的確定
主要確定口模、芯棒、分流器和分流器支架的形狀和尺寸,在設計擠管機頭時，需有已知的數(shù)據(jù)，包括擠出機型號、制品的內(nèi)徑、外徑及制品所用的材料等.
1.口模
口模是用于成型管子外表面的成型零件。在設計管材模時，口模的主要尺寸為口模的內(nèi)徑和定型段的長度。如圖5-1所示.
(1)口模的內(nèi)徑D 口模內(nèi)徑的尺寸不等于管材的外徑的尺寸，因為擠出的管材在脫離口模 后，由于壓力突然降低，體積膨脹，使管徑增大，此種現(xiàn)象為巴魯斯效應。也可能由于牽引和冷卻收縮而使管徑縮小。
膨脹或收縮都與塑料的性質、口模的溫度、壓力以及定徑套的結構有關。
D=d/k （5-1）
式中 D－口模的內(nèi)徑(mm)。
D－管材的外徑（mm）
K－補償系數(shù)，見表5-4
表5-4 補償系數(shù)k值
塑料種類定徑套定管材內(nèi)徑定徑套定管材外徑
聚氯乙烯（PVC）-0.95-1.05
聚乙烯（PE）1.05-1.10-
聚烯烴1.20-1.300.90-1.05
(2)定型段長度L1 口模和芯模的平直部分的長度稱為定型段，如圖5-1中L1所示.
a、按管材外徑計算: 見式（5-2）
L1=（0.5—3）D （5-2）
通常當管子直徑較大時定型長度取小值，因為此時管子的被定型面積較大，阻力較大，反之就取大值。同時考慮到塑料的性質，一般擠軟管取大值，擠硬管取小值。
b、按管材壁厚計算：見式（5-3）。
L1=nt (5-3)
式中 t一管材壁厚(mm)；
n一 系數(shù),見表5-5。
表5-5 口模定型段長度與壁厚關系系數(shù)
塑料品種硬聚氯乙烯（HPVC）軟聚氯乙烯（SPVC）聚酰胺
（PA）聚乙烯
（PE）聚丙烯
（PP）
系數(shù)n18－3315－2513－2214－2214－22
2.芯棒
芯棒是用于成型管子內(nèi)表面的成型零件。一般芯棒與分流器之間用螺紋連接。其結構如圖5-1中4所示。芯棒的結構應利于物料流動，利于消除接合線，容易制造。其主要尺寸為：芯棒外徑、壓縮段長度和壓縮角。
(1)芯棒的外徑 芯棒的外徑由管材的內(nèi)徑?jīng)Q定，但由于與口模結構設計同樣的原因，即離模膨脹和冷卻收縮效應，所以芯棒外徑的尺寸不等于管材內(nèi)徑尺寸。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，可按式(5-4)計算：
d= D-2e （5-4）
式中 d一芯棒的外徑(mm)；
D一口模的內(nèi)徑(mm)；
e一口模與芯棒的單邊間隙(mm)， e =(0.83－0.94)t
t一材料壁厚(mm)。
(2)定型段、壓縮段和收縮角 塑料經(jīng)過分流器支架后，先經(jīng)過一定的收縮。為使多股料很好地會合，壓縮段L2與口?？谙鄳腻F面部分構成塑料熔體的壓縮區(qū)，使進入定型區(qū)之前的塑料熔體的分流痕跡被熔合消去.
a、芯棒定型段的長度與L,相等或稍長。
b、L2可按下面經(jīng)驗公式計算：
L2=（1.5－2.5）D0 （5-5）
式中 L2一芯棒的壓縮段長度(mm)；
D0一塑料熔體在過濾板出口處的流道直徑(mm)。
c、芯模收縮角 ：
低粘度塑料 =45°－60°
高粘度塑料 =30°－50°
三、分流器和分流器支架
1.分流器
圖5-5所示為分流器和分流器支架的結構圖，塑料通過分流器，使料層變薄，這樣便于均勻加熱，以利于塑料進一步塑化，大型擠出機的分流器中還設有加熱裝置。

圖 5-5分流器和分流器支架的結構圖
(1)分流錐的角度 (擴張角)：
低粘度塑料 =30°-80°
高粘度塑料 =30°-60°
擴張角 >收縮角 過大時料流的流動阻力大,熔體易過熱分解; 過小時不利于機頭對其內(nèi)的塑料熔休均勻加熱,機頭體積也會增大｡
(2)分流錐長度L5可按式(5-6)計算：
L5=（1－1.5）D0 (5-6)
式中 D0一頭于過濾板相連處的流道直徑(mm)，如圖5-6所示。
(3)分流錐尖角處圓弧半徑R：
R=(0.5－2) mm
R不易過大，否則熔體容易在此處發(fā)生滯留。
(4)分流器表面粗糙度Ra
Ra＜0.4－0.2 m
(5)柵板與分流錐頂間隔L6
L6=(10－20)mm 或L5＜0.1D1
式中 D1一 桿直徑，如圖5-8所示。
L5過小料流不均，過大則停料時間長。
(6)分流器支架主要用于支承分流器及芯棒。支架上的分流肋應作成流線型，在滿足強度要求的條件下，其寬度和長度盡可能小些，以減少阻力。出料端角度應小于進料端角度，分流時應可能少些，以免產(chǎn)生過多的熔接痕。一般小型機頭3根,中型的4根,大型的6－8根，如圖5-8所示。

圖5－6 分流器和過濾板的相對位置
1－分流器 　2－螺桿　 3－過濾板
2.拉伸比和壓縮比
拉伸比和壓縮比是與口模和芯棒尺寸相關的工藝參數(shù)。根據(jù)管材斷面尺寸確定口模環(huán)隙截面尺時，一般尚憑拉伸比確定。
(1)拉伸比I 所謂管材的拉伸比是口模和芯棒的環(huán)隙截面積與管材成型后的截面積之比，其計算公式如下：
(5-7)
式中 I一拉伸比；
D1一口模內(nèi)徑(mm)；
D2一芯棒外徑(mm)；
d1一 塑料管材的外徑(mm)；
d2一塑料管材的內(nèi)徑(mm)。
表5－6 常用塑料的擠管拉伸比
塑料品種硬聚氯乙烯(HPVC)軟聚氯乙烯(SPVC)ABS高壓聚乙烯(PE)低壓聚乙烯(PE)聚酰胺
(PA)聚碳酸酯
(PC)
拉伸比1.00-1.081.10-1.351.00-1.101.20-1.501.10-1.201.40-3.000.90-1.05
擠出時拉伸比較大有如下優(yōu)點：
經(jīng)過牽引的管材，可明顯提高其力學性能；在生產(chǎn)過程中變更管材規(guī)格時，一般不需要拆裝芯棒、口模；在加工某些容易產(chǎn)生熔體破裂現(xiàn)象的塑料時，用較大的芯棒、口模可以生產(chǎn)小規(guī)格的管材，既不產(chǎn)生熔體破裂又提高了產(chǎn)量。
(2)壓縮比 所謂管材的壓縮比是機頭和多孔板相接處較大進料截面積與口模和芯棒的環(huán)隙截面積之比，反映出塑料熔體的壓實程度。
低粘度塑料 =4－10
高粘度塑料 =2.5－6.0
四、管材的定徑和冷卻
管材被擠出口模時，還具有相當高的溫度，沒有足夠的強度和剛度來承受自重和變形，為了使管子獲得較細的表面粗糙度、準確的尺寸和幾何形狀，管子離開口模時，必須立即定徑和冷卻， 由定徑套來完成。經(jīng)過定徑套定徑和初步冷卻后的管子進入水槽繼續(xù)冷卻，管子離開水槽時已經(jīng)完全定型。一般用外徑定徑和內(nèi)徑定徑兩種方法。
1.外徑定徑
如果管材外徑尺寸精度要求高，使用外徑定徑。外徑定徑是使管子和定徑套內(nèi)壁相接觸，為此，常用內(nèi)部加壓或在管子外壁抽真空的方法來實現(xiàn)，因而外徑定徑又分為內(nèi)壓法和真空法。
(1)內(nèi)壓法外定徑 圖5－7所示為在管子內(nèi)部通入壓縮空氣預熱，保持壓力約為(0.02－0.1MPa)，可用浮塞堵住防止漏氣，浮塞用繩索系于芯模上。定徑套的內(nèi)徑和長度一般根據(jù)經(jīng)驗和管材直徑來確定，見表5-7。

圖5－7 內(nèi)壓法外定徑
1－芯棒　 2－口?！?3－定徑管
表5-7 內(nèi)壓外定徑套尺寸（mm ）
材料定徑套的內(nèi)徑定徑套的長度
PE、PP
PVC(1.02－1.04）Ds
（1.00－1.02）Ds10Ds
10Ds
注：Ds一管材的公稱直徑。
當管材直徑Ds=40mm時，定徑套的長度L<10Dz，定徑套的內(nèi)徑d>0.8％－1.2％Ds
當管材直徑Ds >100mm時，定徑套的長度L=3－5 Ds，設計定徑套的內(nèi)徑時，其尺寸不得小于口模內(nèi)徑。
(2)真空法外定徑 如圖5－8所示。在離開擠出機頭與口模的軟性管材外壁和定型套內(nèi)壁之間抽取真空，以此產(chǎn)生一種很大的真空吸附力將管材外壁緊貼于定徑套內(nèi)壁冷卻定型。這種方法稱也為真空吸附定型法。真空法的定徑裝置比較簡單，管口不必堵塞，但需要一套抽真空設備，常用于生產(chǎn)小管。

圖5－8 真空法外定徑
1－機頭 2－定徑管 3－管材
真空定徑套生產(chǎn)時與機頭口模應有20－lOOmm的距離，使口模中流出的管材先行離模膨脹和一定程度的空冷收縮后，再進入定徑套中冷卻定型。
定徑套內(nèi)的真空度一般要求在53－66kPa。真空孔徑在0.6－1.2mm范圍內(nèi)選取，與塑料粘度和管壁厚度有關，如塑料粘度大或管壁厚度大，孔徑取大值，反之取小值.
真空定徑套的內(nèi)徑見表5－8。
真空定徑套的長度一般應大于其它類型定徑套的長度。例如，對于直徑大于100mm的管材，真空定徑套的長度可取4－6倍的管材外徑。這樣有助于更好地改善或控制離模膨脹(巴魯斯效應)和冷卻收縮對管材尺寸的影響.
表5-8 真空定徑套的內(nèi)徑 （mm ）
材 料定徑套內(nèi)徑
HPVC（0.993－1.99）Dz
PE（0.98－1.96）Dz
注：Dz一管材的稱呼直徑。
2.內(nèi)徑定徑
內(nèi)徑定徑是固定管材內(nèi)徑尺寸的一種定徑方法。此種方法適用于側向供料或直角擠管機頭。該定徑裝置如圖5－9所示，定徑芯模與擠管芯模相連，在定徑芯模內(nèi)通入冷卻水。當管坯通過定徑芯模后，便獲得內(nèi)徑尺寸準確、圓柱度較好的塑料管材。這種方法使用較少，因為管材的標準化系列多以外徑為準。但內(nèi)徑公差要求嚴格，用于壓力輸送的管道，是這種定徑方法的唯一應用，同時內(nèi)徑定徑管壁的內(nèi)應力分布較合理。
（1)定徑套應沿其長度方向帶有一定的錐度，在0.6:100－1.0:100之間選取。
（2)定徑套外徑一般取(1+2％～4％)ds(ds為管材內(nèi)徑)，定徑套外徑稍大于管材內(nèi)徑，使管材內(nèi)壁緊貼在定徑套上，則管壁獲得較低的表面粗糙鍍。另外，通過一段時間的磨損也能保證管材內(nèi)徑ds的尺寸公差，提高定徑套的壽命。
（3)定徑套的長度一般取80－300mm。牽引速度較大或管材壁厚較大時取大值；反之，取小值。

圖5－9 內(nèi)徑定徑法
1－管材　2－定徑芯?！?－芯棒 　4－回水流道 　5－進水管　 6－排水嘴 7－進水嘴

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