擠壓機機頭是成型制品的地方,因此,它對擠壓機過程起著很大的作用,從工藝角度來看,設(shè)計擠壓機頭時必需考慮以下幾個方面:
(1)在機頭處必須將熔融物料成型為所需要的形狀,并將產(chǎn)品壓制致密實。因此,在機頭的流道,必須使塑料形成一定的壓力,這一壓力在通過機頭時,逐漸下降,當物料在口模擠出時,則降為零。此壓力一方面由物料通過濾網(wǎng)及過濾板的阻力而形成,一方面是由機頭內(nèi)流道的壓縮而形成。因此,機頭的內(nèi)斷面自始至終應(yīng)該是連續(xù)縮小的,并盡可能使物料易于通過。一般壓縮比取5~10(所謂壓縮比是指分流器支架出口處截面積與口模芯模間形成的環(huán)隙面積之比)。如果壓縮比取得過小,會使產(chǎn)品不密實,并可能使熔融物料通過分離器支架時的接縫痕跡不易消除,而使制品的內(nèi)表面有幾條縱向線條,此處的機械強度特別差。壓縮比取得過大,則機頭尺寸勢必增大,這樣又笨重又費料,成本高,而且加熱又不均勻,所以壓縮比要選得合理。
(2)物料在機頭處是比較容易分解的,尤其在分離器附近,因此,機頭內(nèi)凡是與物料接觸的表面(熔融料通道),都應(yīng)做成光滑流線型的,以減少阻力,不能有明顯的滯區(qū)(死角),以致引起分解。特別是硬質(zhì)聚氯乙烯塑料具有較高的熔融粘度,所以流道的流線性不能疏忽。
(3)一般機頭的擴張角與壓縮角均不能大于90°C。而壓縮角通常又比擴張角小,具體的尺寸要根據(jù)機頭結(jié)構(gòu)情況而定。
(4)在滿足機頭強度的條件下,結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量緊湊,零件要少,裝卸方使,有利于操作,避免傳熱不均勻,笨重,浪費鋼材等現(xiàn)象。
硬管機頭的結(jié)構(gòu)有兩種,一為分離器放在前面,兩只壓圈,一只壓圈將分離器固定,一只壓圈將口模壓緊,這種方式適用于大型硬管的機頭;二為分離器放在后面,只適用于加工較小的硬管,它是直接將分離器放在機頭套內(nèi),不需另外用壓板壓緊,但拆車時必須將法蘭板打開方能將分離器拆出,這種方式不適用于大型硬管機頭的拆裝。
軟管機頭基本上與硬管機頭相似,但不需設(shè)置冷卻套。
現(xiàn)將硬管機頭各部分分述如下:
(1)口模:口模是成型塑料產(chǎn)品的外表面零件。通常塑料經(jīng)過口模后,只能得到一定的形狀和尺寸,而得不到完全符合要求的產(chǎn)品,因為塑料有收縮性。同時,在內(nèi)壓法外徑定徑時,還有一定的膨脹,故產(chǎn)品最終的形狀尺寸,需經(jīng)過定徑套和牽引裝置來調(diào)整,以達到要求的尺寸。因為口模是成型零件,所以成型表面的光潔度與精度都要求較高。
口模直徑大小主要取決于管狀制品的外徑,再適當?shù)乜紤]膨脹、冷卻、收縮及縱向拉伸的情況??谀F街辈糠直榷鹊拇_定,對工藝有很大影響??谀F街辈糠值?定型)長度與制件的壁厚,直徑形狀以及塑料的性質(zhì)都有關(guān)系,過長或過短都不適宜,過長時會增加機頭壓力,使出料困難,牽引亦困難,過短時不能完全定型,不能起到應(yīng)有的節(jié)制作用,同時會降低機頭的壓力,影響產(chǎn)品質(zhì)量。一般情況下,擠出硬聚氯乙烯塑料,口模平直部分的長度可大于軟塑料所需的長度。
口模平直部分的l度可按經(jīng)驗公式?jīng)Q定:
?、倏谀F街辈糠值拈L度與管子直徑的關(guān)系為l=0.5~3D。通常當管子直徑較大時,倍數(shù)取小值(0.5),因為此時管子被定型的面積較大。擠硬管時常采用l=1.0~2.5D。
對特別薄的管子(如壁厚t小于1毫米時),則不能按直徑的比例來選定平直都分的長度,要按管子壁厚來選定。
?、诳谀F街辈糠值拈L度與管子壁厚的關(guān)系:
l=0.8~1.5t ,t為管子壁厚
擠硬管時,倍數(shù)選用較大值(1.5),擠軟管時,倍數(shù)選用最小值(0.8)。
(2)芯模:芯模主要用來成型空心制件的內(nèi)表面。
芯模當中有孔,作為成型硬管時壓縮空氣的通道,端部開的方孔,主要是為了卸模方便,它的平直部分長度應(yīng)與口模的定型長度相當,它的直徑近似為口模直徑減去二倍的壁厚(還要考慮塑料的膨脹),它的一端有螺紋與分離器相連。
(3)分流器及其支架:熔融塑料通過分流器及其支架時,使料層變薄并分束攪拌,以便均勻加熱塑化,同時為成型管狀產(chǎn)品提供先決條件。芯模即用螺紋固定在其中,對于小型機頭可將分流器及其支架做成整體。
在設(shè)計分離器時,應(yīng)考慮下列方面:
①頭部圓角半徑R=0.5~2毫米,不能過大,否則將會引起積料,從而使熔融物料停留時間過長而造成分解。
?、诜才c塑料接觸的表面,都應(yīng)光滑無死角(尤其是在分流量與支架連接處),并須鍍鉻,以防腐蝕,減少阻力和易于清理。
?、鄯蛛x器擴張角的選取,對加工硬質(zhì)聚氯乙烯塑料有著較重要的作用。一般來說,由于硬質(zhì)聚氯乙烯塑料的熔融粘度比較高,因此,其斷面的速度分布是不均勻的,物料料流在斷面的中心速度較快,而在機頭壁上則有停滯趨勢,
所以分離器擴張角不宜太大(60°左右)。如果分離器擴張角太大,擴張區(qū)任意截面上各類的料流速度不一致,這對操作是不利的。列寧說:“對于具體情況作具體的分析”,因此,我們也不能把上述的規(guī)律套用于任何情況。對于螺桿直徑較大的擠壓機,如果擴張角取得太小,勢必增加錐部長度,這樣一方面大型機頭顯得特別笨重,另一方面料子在擴張區(qū)停留時間太長,容易分解。為了縮短錐部長度,就必須增加擴張角(80°左右),這時又要考慮機頭套的曲面與分離器曲面相當均勻,從而減少機頭中的存料,有利于擠壓工藝的正常操作。
分流器的錐部長度,要與擴張角一起考慮,一般取錐部長度=0.6~1.5D(D為螺桿直徑)。
④徑向分布筋式支架,其筋的數(shù)量約為3~6根,小規(guī)格用3根,大規(guī)格根數(shù)適當增加,一般不超過6根。
由于分束過多,產(chǎn)品表面容易留下多條明顯接縫線,特別在機頭壓縮比較小的情況下,更容易在制品中產(chǎn)生疵病。造成接縫線的原因很多,如加熱溫度、從支架到口模出口的長度、擠出速度等都有關(guān)系,無論什么原因所造成的接縫線,都將削弱制品的強度。
(4)過濾板:過濾板的作用是使塑料由螺旋運動變?yōu)橹本€運動,并使塑料分束、攪拌均勻,使塑料在機筒中形成反壓力。如果同時采用過濾網(wǎng)時,它又是過濾網(wǎng)的支承零件。因此,在考慮過濾板結(jié)構(gòu)時,應(yīng)盡量使塑料通過過濾板時的速度一致,且與螺桿頭部形狀吻合,中心對準,距離恰當。
圖8-11為安置過濾網(wǎng)的平板式過濾板的結(jié)構(gòu)圖。
它的構(gòu)造比較筒單,加工制造方使,過濾網(wǎng)被固定在圓環(huán)和過濾板之間。這種結(jié)構(gòu)適用于小型的擠壓機,對于螺桿直徑較大的擠壓機,由于其過濾板沿中心與圓周的速度相差較大(圖8-12)表示了過濾板的出料速度分布,中心與圓周速度幾乎相差六倍),因此,大型機頭過濾板的結(jié)構(gòu)常選用凹面(成球面伏),并將周邊銑成窄槽,以減少料流阻力。
凹球面狀的形狀必須與螺桿頭部相吻。凸球面狀的過濾板因為中間孔道較長,對從螺桿擠出的中間速度大的料流來講,能產(chǎn)生較大的阻力,致使經(jīng)過過濾板后的料流速度漸趨一致。但是,與螺桿頭部形狀不相吻合,而且加工比較困難,故在實際生產(chǎn)中很少采用。
過濾板的技術(shù)要求:
(1)開孔截面積與過濾板截面積之比約為1:2,若開孔太多,勢必要增加過濾板的厚度,方能保證有足夠的機械強度。若開孔太少,則流動阻力太大,影響產(chǎn)量。過濾板之孔徑,通常為3~6毫米,加工軟質(zhì)聚氯乙烯塑料時,通??讖竭x用小值,加工硬質(zhì)聚氯乙烯塑料時,孔徑選用大值。
(2)開孔的排列方式通常有兩種:
(a)為六角形的排列方式;
(b)為同心圓的排列方式。
為了使料流速度一致,在上述排列方式中還要使孔分布中間疏、旁邊密,以平衡阻力。
(3)所有孔道需光滑、無死角,以免料流阻滯而被分解。孔道的一端(進料端)倒成斜角,以便于清理。
(4)過濾網(wǎng)的作用是過濾雜質(zhì)及末塑化的粒料,以提高產(chǎn)品質(zhì)量。同時能造成塑料在機筒中所必要的反壓力,有利于塑料的塑化。但工藝上是否采用,要按塑料品種及產(chǎn)品的要求來決定。如生產(chǎn)硬質(zhì)聚氯乙烯管,有時不加網(wǎng)。為防止塑料分解,要經(jīng)常清理機頭。如生產(chǎn)硬質(zhì)聚氯乙烯焊條時,必須加網(wǎng),以增加機頭壓力。
過濾網(wǎng)通常是用鋼絲或銅絲編結(jié)而成的網(wǎng)狀物,軟質(zhì)聚氯乙烯管及硬質(zhì)聚氯乙烯焊條。一般采用一層或二層(一層80目銅絲網(wǎng),一層40目鋼絲網(wǎng)),銅絲網(wǎng)放在貼緊螺桿端頭,以鋼絲網(wǎng)支承它。
總的說來機頭中各部分的組合都是非常重要的,因為機頭壓力對工藝操作有著重要的作用,對產(chǎn)量也有很重大的關(guān)系,下表說明了機頭壓力與產(chǎn)、質(zhì)量的關(guān)系。從表中可以看出,口模平直部分的長度(成型長度)及加過濾網(wǎng)等,對機頭壓力及產(chǎn)、質(zhì)量的影響是很大的。
機頭壓力對產(chǎn)、質(zhì)量的影響
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口模
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機頭壓力和對值(計算)
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實測產(chǎn)量相對值
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質(zhì)量情況
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成型長度L=2.4D
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100
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100
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密實
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成型長度L=2.4D
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79
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135
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較密實
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成型長度L=2.4D
(不加過濾網(wǎng))
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36
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166
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不夠密實
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