带阻流装置的管材机头设计

陈 俊

（新疆天业节水灌溉股份有限公司，新疆 石河子 832000）

带阻流装置的管材机头设计

陈 俊

（新疆天业节水灌溉股份有限公司，新疆 石河子 832000）

介绍一种带阻流装置的塑料管材机头模具设计，为了增强管材的密实度和消除分流器支架上的分流筋产生的结合线，对机头的结构特点进行了优化设计。结果表明：与普通挤出管材机头对比，物料密实度得到增加，加工性能和挤出稳定性得到显著提高。

优化；机头；增强；管材；

生产普通管材挤出机头模具主要有2种形式。一种是直通式挤出机头，如图1所示，机头特点是结构设计比较简单，制造容易，成本低。物料挤出方向与挤出机螺杆轴线是一致的，物料在机头中流动助力小，管材与机头、机筒三者同轴，管材容易挤出成型。但是，物料密实度较差，表面粗糙，易出现鲨鱼皮现象。同时，由于分流器支架上的分流筋产生的结合线，使管材的强度降低。另一种是直角式挤出机头，如图2所示，机头特点是结构较复杂，制造困难，成本较高，一般很少使用[1]。因此，研究者对2种结构形式的挤出机头进行分析对比后，进行改进优化设计了带阻流装置的管材挤出机头。其改进后的管材机头，物料挤出稳定，管材的表面光泽度好，强度高。

图1 直通式挤出机头

1 改进后的直通式挤管机头的优化设计

图1 直角式挤出机头

如图3所示，与未改进前的直通式挤管机头对比可看出，改进优化后的芯棒处设计了二道阻流装置，这样当使物料通过双阻流芯棒时，物料将产生一定的阻力来增强管材的密实度，便于消除分流器支架产生的结合线，实现增强管材的抗爆破强度和表面光泽度，同时为了进一改善和提高物料的塑化性能和挤出稳定性，又在阻流芯棒处的前端增设了一段缓冲槽。其改进后的直通式挤管机头模具结构主要由五部分组成。

图3 改进后的直通式挤管机头的优化设计

1.1 分流器

如图3所示部件3，这一部件，主要是物料通过分流器，使料层变薄，便于均匀加热，以利于塑料的进一步塑化。设计时，分流器的扩张角r不得大于90°，过大，物料流动阻力增加，再加上分流器处温度较高，容易造成物料分解。过小，不利于物料均匀受热，塑化不好。一般挤出PVC管r≤60°[2]。

1.2 分流器支架

如图3所示部件4，主要用来支承阻流芯棒和分流器的。在设计分流器支架上的分流筋形状和数量时应注意，为了消除物料通过分流筋产生的结合线，分流筋应设计成流线型[3]。分流筋宽度和长度尽可能小些，出料端角度应小于进料端角度，同时分流筋数量也应合理设计，尽量少，一般为4～8根。

1.3 阻流芯棒

如图3所示部件5，阻流芯棒是成型管材内表面的主要部件，也是增强管材强度的核心零件。当物料通过芯棒二道阻流器时，物料被压缩，管材密实度被增加，塑化性能被提高，分流器支架产生的结合线被消除，管材强度得到提高。这里应注意在设计双阻流芯棒时，芯棒二道凸起部分与平直部分之间要以适当的半径相连接，连接处不得有死角和接痕，以免造成物料在流道中停滞和分解。二道凸起的阻流半径的大小设计，应适应塑料的流动特性和生产管经的大小合理设计，阻流半径过大，塑料流动阻力增加，容易造成物料分解。过小，不能有效的消除分流器支架产生的结合线。为了加工方便，将双阻流芯棒单独设计一件。

1.4 缓冲芯棒

如图3所示部件6，在阻流芯棒处的前端又增设了一段缓冲芯棒，是为了进一步提高物料的塑化性能和消除分流器支架中产生的熔接痕。当物料经过缓冲槽之后，物料可得到更为理想的稳压和稳流速度。同时，为了生产不同管径和壁厚的管材，只要将缓冲芯棒卸下，更换另一件不同直径的缓冲芯棒，就可实现生产不同管径和壁厚的管材，不用调换整个机头模具，为生产节省了时间和人力成本。

1.5 口模

如图3所示部件9，口模是成型管材外表面的重要零件，口模的定型区平直段部分长度的确定很重要，因为机头产生的压力主要由口模与芯棒来决定的。当物料通过芯棒时料流阻力增加，压力增大，制品密实。同时，也是物料产生均匀稳定的流动。因此，口模的定型长度设计时不宜过长或过短，应与管材的壁厚，直径大小，塑料特性合理设计。过长，料流阻力加大，物料易分解。过短，则起不到定型作用。一般设计时按管件外径公称尺寸承以系数的0.5—3之间确定。同时为了方便加工和装拆，单独设计为一件。

2 成型原理

将配比好的原料加入挤出机料斗内，经挤出机的外部加热器的加热和内部螺杆与机筒对物料的剪切作用使物料熔融塑化，将塑化好的物料进入机头流道中，然后汇集到口模被挤出，冷却、牵引得到塑料管材。

3 机头设计要点

为了确保机头模具结构的设计合理性，达到提高产品的内在质量和物料的加工性能，设计时使物料保持稳定的流动状态应满足以下要求：

3.1 所有物料经过的流道应光滑，不能有死角存在，过渡部分连接应呈流线型，如，阻流芯棒凸起部分与平直部分之间的连接处不得有死角和接痕。否则会造成物料局部停滞和分解。

3.2 机头模具应有合理的压缩比。压缩比是指分流器支架的出口处面积与口模芯棒间的环形截面积之比。一般单螺杆挤出机的压缩比为5-12，双螺杆挤出机的压缩比为10-50，大口径管模具取小值，小口径管模具取大值。

3.3 在满足制品强度的条件下机头结构应紧凑，同时便于拆装，连接处应严密，防止挤出时物料漏出。

3.4 模具关键部位的材料应选择硬度较高的合金钢，如 38CrMoAl、40Cr或硬度较高的碳钢，以延长模具的使用寿命。

4 结论

带阻流装置的管材机头与普通挤管机头相比，改进优化后的管材机头对物料的加工性能适应性更强，管材的抗爆破强度显著提高。整个机头设计合理，装卸方便，结构简单，加工成本低，物料挤出稳定，管材内外表面光泽度好。

[1]叶 蕊,王加龙.实用塑料加工技术[M].北京:金盾出版社,2000:59-61.

[2]成都科技大学集合编，塑料成型模具[M].北京，轻工业出版社，1990（4）319-320

[3]张小文.塑料管道及管件加工与应用[M].北京:中国石化出版社,2003:26-28.

Blocking device with head pipe design

Chen Jun
(Xinjiang day of water-saving irrigation industry Co., LTD, xinjiang shihezi 832000)

A device with a blocking head mold design of plastic pipe, pipe in order to enhance the density and the elimination of the shunt shunt stent combined with lines generated tendons, head of the structural features of the optimized design. The results showed that: compared with ordinary pipe extrusion die, the material density to be increased, and extrusion processing performance has been signifi cantly improved stability.

optimization; nose; enhancement; pipe;