1. 2. 1   擠出成型機頭的分類

機頭是擠出機的成型部件 ，它主要包括機頭體 、分流器（ 又稱分流梭或魚雷體）、分流 器支架 、芯棒 、 口模（ 又名模唇或口型）、調(diào)節(jié)螺栓等。

（1） 擠出機頭的作用

1） 使來自機筒的塑料熔體由螺旋運動變?yōu)橹本€運動。

2） 使塑料成型熔體在機頭型腔內(nèi)形成必要的壓力 ，確保塑料制品料坯離開口模密實。

3） 讓塑料熔蝕物料在機頭型腔進一步塑化均勻。

4） 使熔蝕塑料物料從機頭擠出后成為所需斷面形狀的成型毛坯制品。

（2） 擠出機頭的分類

1） 按擠出制品的出口方向分類。

① 直通機頭 。料流方向與擠出機螺桿軸向一致 ，如聚氯乙烯硬管機頭。

② 直角機頭（ 橫向機頭）。在橫向機頭內(nèi) ，料流方向與擠出機螺桿軸向相互成直角或某 一角度 ，如電線 、電纜及管包覆機頭。

2） 按機頭內(nèi)壓力大小分類。

① 低壓機頭 。料流壓力為 4MPa。

② 中壓機頭 。料流壓力為 4 ～10MPa。

③ 高壓機頭 。料流壓力為 10MPa 以上。

3） 按擠出制品的形狀分類。

      ① 管材擠出成型機頭 。管材擠出成型機頭主要是擠出軟質和硬質圓形塑料管狀制品， 另外還有塑料與塑料 、塑料與金屬復合管狀制品 。模具包括機頭和定型套 。借助壓縮空氣作用 ，使型坯緊貼定型套內(nèi)壁定型 。軟質聚氯乙烯擠出管成型模具可以用微量真空定型 ，或不 用真空定型 ，而是從芯棒吹氣 ，靠微調(diào)開關調(diào)節(jié)氣量 ，通過管內(nèi)氣壓支承圓度 。生產(chǎn)設備包 括擠出機 、機頭模具 、冷卻水槽裝置 、牽引裝置 、切割裝置和堆放裝置 、軟管用收卷裝置。

② 異形材擠出成型機頭 。異型材擠出成型機頭主要用于擠出硬質中空 、半空 、開放、 半開放等斷面為不規(guī)則形狀的異型材 、硬質和軟質實心異型材 ，另外還有鑲嵌式和分層 、分  色式的塑料與塑料 、硬塑與軟塑 、塑料與金屬復合異型材 。模具包括機頭和定型模 。異型材  型坯通過定型模借助真空吸附力作用 ，使型坯緊貼定型模內(nèi)壁而定型 。軟質實心 PVC 異型  材可以不用真空定型模定型 ，型坯從機頭擠出后直接進入水槽裝置冷卻定型 。在水槽或噴淋  水箱前端制作一塊或多塊定型卡板 ，卡板型腔就是異型材形狀 ， 只是稍大有拉伸通過的  間隙。

③ 板與片材擠出成型機頭 。板與片材擠出成型機頭 ， 主要是擠出板 、片材和膜管坯。 用擠出機成型模具可以生產(chǎn)厚度為 0. 02 ～20mm 的薄膜 、片材 、板材等 。一般習慣上把厚度  為 0. 02 ～0. 25mm 的定為薄膜 ，厚度為 0. 25 ～ 1mm 的定為片材 ，厚度超過 1mm 的定為板  材 。擠出的片材 、板材有直接應用的 ，也有通過雙向拉伸進一步提高其性能再用的 ，另外還  有復合涂層的 。板與片的擠出成型模具主要指機頭 ，定型在輔機中進行。

④ 薄膜泡管擠出成型機頭 。將圓筒形狀薄管坯料借助機頭中心充入壓縮空氣吹成氣泡， 定型后成為管狀薄膜 。薄膜泡管成型模具主要指機頭 ，定型在冷卻裝置中進行 。生產(chǎn)設備包  括擠出機 、機頭 、冷卻裝置 、夾板 、牽引輥 、導向輥 、卷取裝置等。

⑤ 線纜敷層擠出機頭 。又稱電纜擠出成型機頭 。除電纜敷層外 ，其他金屬線（ 如鐵線  衣架和陽臺防盜網(wǎng)鐵線） 的敷層也相同 。這種機頭是將金屬線連續(xù)包覆一層塑料隨之冷卻  定型 。生產(chǎn)設備主要包括放線機 、調(diào)直輥壓組 、預熱通道 、擠出機 、機頭 、冷卻水槽裝置、 牽引裝置 、卷取裝置等。

⑥ 單絲擠出成型機頭 。生產(chǎn)設備主要包括擠出機 、機頭 、冷卻裝置 、牽引裝置（ 牽伸 輥筒和熱水箱）、熱處理裝置 、卷取裝置等。

⑦ 棒材擠出機頭 。棒材一般是指實心的圓棒 、方棒 、多角棒等 ，擠出成型模具包括機 頭和定型模套 。生產(chǎn)設備主要包括擠出機 、機頭 、定型冷卻裝置 、絕熱裝置 、制動裝置 、切 割裝置 、托架裝置等。

⑧ 造粒機頭 。造粒機頭和單絲機頭類似 ，并且比較簡單 。造粒工藝有冷切造粒和熱切  造粒 ，冷切造粒主要生產(chǎn)設備包括擠出機 、機頭 、冷卻水槽 、條料牽引輪裝置 、冷切收粒裝  置 ，熱切造粒主要生產(chǎn)設備包括擠出機 、熱切機頭 、風冷裝置 、水冷裝置 、脫水烘干裝置、 風送裝置等。

⑨ 坯料擠出機頭 。擠出的料坯供中空吹塑制品和二次加工用。

1. 2. 2   擠出成型機頭的設計與制造

（1） 擠出制品對機頭設計與制造的要求

1） 制品的尺寸精度。塑料熔體在機頭中的流動性對制品的外形尺寸精度影響很大 ，其次 機頭的制造精度、機頭長期使用的磨損、塑料收縮率波動、擠出工藝和輔機特性都會引起尺寸 的不穩(wěn)定 ，所以尺寸精度盡可能低些 ，如吹膜縱向厚度為 ± 2% ，橫向寬度為 ±（5～15）% 。

2） 制品表面粗糙度 。在成型工藝上如有不當 ，擠塑制品表面就可能出現(xiàn)悶光 、波紋、絲痕 、麻面 。此外模具型腔流道的表面粗糙度十分重要 。一般型腔流道的表面粗糙度值 Ra < 0. 3μm 。機頭長期使用表面精度明顯降低了要及時修復。

3） 形狀 、壁厚 、加強筋 。擠出制品的形狀 、壁厚 、加強筋的要求 ， 主要針對板材 、異 形材 、管材等 。特別是異形材 ，型材的截面形狀應盡可能簡單 ，壁厚盡量均勻 。形狀復雜的 制品 ，熔體在機頭中的流動復雜 ，再加上壁厚不均勻易引起制品彎曲 、尺寸不穩(wěn)定 。熔體在 口模各處的流速 、壓力降均不相同 ，給機頭的設計 、制造 、調(diào)試加大了難度 。 由于壁厚不均 勻 ，也導致冷卻不均勻 ，易引起變形 。對于中空異形材 ，要盡可能避免在內(nèi)部再有新中空部 位 ， 同時中空型材內(nèi)的加強筋其寬度和高度不得大于壁厚。

4） 圓角 。型材所有兩面交接處不得是尖角 ，應是圓角過渡 ， 因尖角處易產(chǎn)生應力集 中 ，在受力或受沖擊時會發(fā)生破裂 。圓角過渡增加了制品的強度 ，改善了熔料的流動性 ，可 防止因應力集中而斷裂。

5） 收縮痕 。收縮痕通常在加強筋的反面或壁厚部分 ，這是熔料的冷卻收縮差異引起 的 。為防止收縮痕 ，應在模具設計中盡可能使壁厚均勻 ，加強筋的壁厚比本體減薄 20% 以 上 ，讓加強筋與本體冷卻速度平衡 ，或在出現(xiàn)收縮痕的部位設置補償性凸緣。

6） 與非塑料件的復合制品 。為了提高塑料制品的強度 、耐候性 ，克服膨脹和收縮給制  品尺寸精度帶來誤差 ，常用塑料與金屬 、纖維等材料復合 ，發(fā)揮不同材料的協(xié)同作用 ，如鋁  塑板 、鋼塑管 、電線電纜包覆 、纖維編織軟管 、鋁塑管 、玻纖軟板等 。一般都是一次成型， 有直角進料 ，也有多角進料 。有的難粘合的材料要求先包覆一層粘合劑后再包覆塑料層 ，有  在口模內(nèi)覆合 ，也有在口模外覆合等。

7） 多層塑料的共擠制品 。共擠出是采用兩臺或多臺擠出機 ， 由共同一個模具成型單一  產(chǎn)品 ，可用不同的塑料或不同的顏色復合在一起 ，如軟硬共擠型材 、多層管材 、多層板材、 多層薄膜等制品 。這些模具的關鍵部分是口模定型段的合流 ，必須保證合流后粘接牢固 。合  流后在定型段的合流長度以必須確保粘接牢固為原則。

（2） 擠出成型機頭的設計原則

1） 機頭內(nèi)腔要呈流線型 。為了使熔蝕物料能沿機頭型腔流道均勻地擠出成型 ，避免熔 蝕物料因停滯而發(fā)生過熱分解 ，決不能在機頭型腔中出現(xiàn)急劇性地縮小和擴大 ，更不能有死 角和停滯區(qū) 。應盡量使流道光滑 ，建議流道型腔表面粗糙度值 Ra < 0. 4μm 。機頭內(nèi)腔的流 道間隙要力求對稱 ，使其傳熱 、壓力 、流量 、流速均勻。

2） 機頭內(nèi)要有壓縮區(qū)和足夠壓縮比。壓縮區(qū)的功能是通過截面積的變化對物料產(chǎn)生剪切 力作用 ，達到進一步塑化的目的。壓縮比是指分流器支架出口處截面積與口模、芯棒之間的環(huán) 隙面積之比。一般壓縮比取 3 ～6 為宜。如果壓縮比小 ，剪切力也小 ，塑化不均勻 ，易造成熔 接不好。要根據(jù)塑料制品和品種不同 ，設計出能產(chǎn)生足夠的壓縮比的機頭 ， 以消除因分流支架 造成的結合縫 ，使制品密實無結合縫線的痕跡。壓縮比過大會出現(xiàn)較大的殘余應力。熱敏性塑 料壓縮比大 ，物料流動阻力增加 ，產(chǎn)生熱分解 ，影響制品產(chǎn)量和質量?？傊畽C頭型腔內(nèi)截面積 不能變化太快 ，要緩慢變大或變小 。成型時加入一定的潤滑劑可改善流動性。

      3） 機頭應具有可調(diào)性 。機頭的作用是將塑料熔體料均勻分布于流道型腔中 ，確保熔體  料從機頭型腔中勻速擠出口模 ?？烧{(diào)性是指通過調(diào)節(jié)排 、限流閥 、調(diào)節(jié)螺栓達到局部變形和  間隙改變或流道出口高度改變 ， 以限制流道出口的壓力和速度 ，使流量達到均勻平穩(wěn)出膠。 還可通過調(diào)節(jié)模體局部的加熱溫度來調(diào)節(jié)塑料熔體的流動壓力和速度 、流量 ，尤其是異型材 、板材的擠出 ， 由于口模形狀變化大 ，又不好調(diào)整 ， 口模壓力 、流速 、流量很難控制達到 平穩(wěn)出膠 ，往往靠試模發(fā)現(xiàn)問題 ，進行口模修改后達到平穩(wěn)出膠 ，形狀符合制品要求。

4） 正確的斷面形狀。由于塑料的物理性能、壓力、溫度、速度、收縮率、膨脹率、拉伸 比等因素 ，造成機頭口模成型斷面形狀與制品的真實斷面形狀尺寸是有差別的 ，設計時要考慮 這些因素的影響。熔融塑料在機頭型腔內(nèi)處于受力狀態(tài) ，熔融料出模后彈性恢復產(chǎn)生膨脹變 形 ，而在定形冷卻收縮和牽引過程中又變小。在設計機頭時應考慮留有試模后的修正余地。

5） 結構緊湊 、便于拆裝 。在滿足力學性能條件下 ，要設計出結構緊湊 、連接嚴密 、不 易漏膠 、拆裝方便 、易于清洗更換零件 、傳熱均勻 、耐用好用的理想機頭 。特別注意機頭與 機筒的連接 、模塊板型腔流道的連接處不能有漏膠現(xiàn)象。

6） 選材合理 。 由于機頭磨損大 ，有的塑料還在加熱過程產(chǎn)生腐蝕性強的物質和氣體， 因此機頭要選用耐磨損 、抗腐蝕 、抗壓抗拉強度高 、有足夠的沖擊韌性 、耐熱性好 、熱處理  變形小 、硬度高的鋼材制作 。而且鋼材的機加工性能和拋光性能非常好 ，有時為了提高表面  程度和耐磨性能 ，還需對機頭流道型腔鍍硬鉻 ， 以進一步提高表面硬度和耐磨硬度值 。一般  口模 、芯棒 、主要型腔流道零件用調(diào)質預硬不銹鋼制造 ，如 718 、S136H 等 ，不但硬度高而  且拋光性能好 。包覆 、造粒機頭口模要淬火 ，使硬度達到 50 ～55HRC。

7） 根據(jù)不同的加工對象 ，對機頭有不同的要求 。例如： 吹塑機頭主要消除膜管的結合  線 ，使制件厚度均勻 。管子機頭主要保證壁厚均勻 ，又便于調(diào)節(jié) 。而板片材機頭要求口模唇  全長出膠速度均勻一致 ，板的厚度完全一樣 。對于異形材機頭在保證壁厚一致均勻的基礎  上 ，還需要特別考慮制品的斷面形狀不會發(fā)生變形 ，而無法定型 。旋轉機頭也就是編織網(wǎng)機  頭必須保證口模在旋轉過程中密封性要好 。在生產(chǎn)擠出過程中由于口模在連續(xù)不斷地旋轉， 如果密封性能不好就很難保證口模不漏膠。

8） 大型機頭由于體積大 ，又長又重 ，要設計帶支承架的移動裝置 ，支承模體不下垂， 不變形 。還要合理設計加熱測溫裝置 ，如大芯棒要設計插入發(fā)熱棒加熱 。大型的板材機頭、 管材機頭要分區(qū) 、分段進行溫度控制 ，通過對溫度變化的調(diào)節(jié) ，達到對擠出壓力 、流量 、流  速的合理控制。

9） 對于厚薄不均 ，有很多內(nèi)腔筋或功能塊的復雜機頭 ， 為了防止串膠 、型腔壓力變 化 ，采取先分后合的原則 ，設計機頭時把不一致的型腔分開隔離流動 ，而在口模定型（ 直 線段） 合流 ，合流后流程長短決定粘合牢固度。

（3） 擠出機頭的設計程序  如圖 1-11 所示 ，設計者可根據(jù)順序號和箭頭指向進行擠出 機頭的設計。

（4） 擠出機頭應具備的特性

1） 在一定的擠出壓力下達到一定的產(chǎn)量。

2） 熔體在口模出口斷面上各點的流動速度相等。

3） 能擠出規(guī)定的制品形狀和尺寸。

4） 在高剪切速率下不發(fā)生熔體破裂。

5） 具有足夠的壓縮比 ，形成必要的機頭壓力。

6） 無料流停滯及分解現(xiàn)象 ，型腔表面粗糙度值 Ra≤0. 4μm。

7） 加熱源及溫度控制精確。

8） 融體接觸表面連接處密封良好 ，無溢料現(xiàn)象。

圖 1-11   擠出機頭的設計程序

1. 2. 3   擠出成型機頭試模與修正

（1） 為什么要試模  塑料擠出成型機頭裝配調(diào)整后需試模驗收 ，它是檢查設計制造的 最后程序 。在試模過程生產(chǎn)出合格樣品 ，并能穩(wěn)定批量生產(chǎn) ，小時產(chǎn)量達到設計要求 ，質量 穩(wěn)定符合樣品規(guī)格要求 ，確實合格后才能交給生產(chǎn)部門投入生產(chǎn) 。在試模中還要求記錄好必 要的工藝參數(shù)值 ，供今后生產(chǎn)調(diào)試參考。

成功的擠出成型機頭必須能夠生產(chǎn)符合要求的制品 ，還能適應制品的物料特性 ，保證制品 強度指標；機頭要能順利安裝在擠出機連接法蘭盤上 ，并能在規(guī)定轉速下工作 ，經(jīng)精心試模調(diào) 機后得到合理的成型工藝參數(shù)。一般試模都會發(fā)現(xiàn)一些問題 ，經(jīng)過分析修改再試模驗證完善。

（2） 模具性能的認定  在試模中要從以下四方面分析。

1） 物料特性造成對擠出機的不適應性。

2） 擠出機主機和輔機的技術規(guī)范對該制品配置的合理性如何。

3） 成型工藝條件能否滿足該制品的生產(chǎn)要求。

4） 擠出成型機頭的設計和制造是否存在問題。

（3） 對模具設計與制造方面的問題認定  從以下幾方面考慮：

1） 機頭壓力降分布是否合理 ， 出口壓力是否平穩(wěn)。

2） 機頭各處的流速是否相等 ， 出口速率要一致。

3） 流道型腔結構是否適應物料特性。

4） 芯模與口模定型段長度 L 和間隙計算與選擇是否適當。

5） 機頭總壓力降是否符合機頭設計參數(shù)要求。

另外 ，對定型模出現(xiàn)的問題也要高度重視 ，及時整改 。找準問題 ，對癥整改是關鍵。

（4） 試模過程的模具整改工作  當經(jīng)過初步工藝參數(shù)調(diào)節(jié) ，坯件斷面形狀尺寸不合要 求 ， 口模出膠速度流量不平穩(wěn)一致 ，就要修改機頭模具。

1） 設計修改 。很多異型材模具無法對口模調(diào)節(jié) 。一般口模板是按產(chǎn)品截面形狀基本尺 寸適當加點拉伸尺寸量設計的 ，原則上是不修改口模板 ，而是對后面的壓縮板和過渡板進行 修改 。對口模流速快的后模塊采取減小供料型腔 ，對口模流速慢的后模板采取疏通加大供料 量 ，減短口模定型段（ 平直段） 長度 。對設計不合理的分流錐和分流板的加強筋也可修改。

2） 制造修改 。無法調(diào)節(jié)的異型材機頭 ，對出膠過慢的口模型腔間隙用打磨的方法擴大 一些 ，對出膠過快的口模間隙可在口模的后板減小向口模板供料的間隙 ，減小料速料量 。可 用氬弧焊點焊后再打磨拋光 。無非是開（ 加大口模間隙） 和堵（ 減小料流量）。

3） 工藝修改 。對寬大口模 ， 口模中間和兩端分別溫控便于調(diào)整溫度 ，溫度高的部分料 流量大 ，溫度低的部分相反 。對出膠不穩(wěn)定又不好控制的加裝熔體齒輪泵 ，或用電腦閉環(huán)控 制自動調(diào)節(jié)對應相關工藝參數(shù)。

（5） 機頭的安裝

1） 擠出機的出口 ，也就是出料端與機頭之間要放置多孔板（ 又叫分流板）。

2） 機頭安裝到擠出機頭部時 ，要注意方向 ，異型材和特種管材等都有方向要求。

3） 機頭安裝后要注意分流器支架（ 管材） 與模體上氣孔的氣孔 ， 以及其他有通氣孔的 機頭氣孔的接通情況。

4） 口模與芯模應同心。

5） 調(diào)節(jié)螺栓要把口模間隙 ，或阻壓塊初步調(diào)到合適的位置。

6） 需要密封的端面要壓緊 ， 防止漏料。

7） 機頭法蘭與擠出法蘭間的連接要均勻壓緊 ，幾個螺栓的壓緊力要一致 。在機頭加熱 后 ，對相關壓緊螺栓應適當再加壓一次 ，再度壓緊更為可靠。

8） 機頭外的加熱圈安裝時應包緊機頭 ，發(fā)熱板（ 或圈） 不能與機頭外壁留有空隙 ，要 貼在外壁上 ，安裝好發(fā)熱件后再裝熱電偶 ，并接通電源。

9） 有些和機頭相連的定型模也必須在開機前和機頭一起安裝好 ，并把要連接的水管、 真空管路一起接通。

10） 機頭安裝好后 ，檢查機頭中心線與后面的所有輔機中心線是否一致 ，如有差異應及時調(diào)好 ，使在一條直線上。

（6） 成型機頭被損壞或產(chǎn)生工作故障的原因

1） 成型機頭模具材料選材或熱處理不當 ，不能滿足工作條件要求 ，造成機頭工作一段 時間后就變形 、被腐蝕或嚴重磨損。

2） 安裝 、拆卸成型模具中的零件時 ，用鐵錘敲擊零件 ，造成模具零件變形或表面粗糙 度被破壞 ，工作面有撞擊傷痕。

3） 分流錐角過大 ，對熔料流動阻力過大 ，引起分流錐支架加強筋折斷。

4） 口模 、芯棒的工作面硬度低 ，流道型腔嚴重磨損 ，造成表面粗糙 ，無法保障塑料制 品外形尺寸和表面粗糙度要求。

5） 在機頭口模調(diào)整時 ，工作程序有錯誤造成調(diào)緊螺釘折斷 ， 口模變形無法使用。

6） 口模出料不勻 。機頭體各部位溫差比較大 ， 口模與芯棒之間的間隙不均勻 ， 口模出 料部位被異物或焦料局部堵塞 ，機筒加料口部位進料有架空現(xiàn)象 ，進料不穩(wěn)定而出料不勻。

7） 物料易分解 。分流錐角度大 ，料流道表面粗糙 ，有滯料區(qū) ， 內(nèi)腔各板塊件連接過渡 弧線有死角 ，模具腔內(nèi)壓縮比過大。

8） 機頭模具側面漏料 。連接螺栓拉伸變形 ，零件接觸面的表面粗糙度差 ，端面接觸不 嚴密 ，緊固螺釘擰緊力不均勻 ，模唇口堵塞 ，機頭體內(nèi)壓力增大 ，機頭模具升溫后沒有重新 緊固連接螺栓。

（7） 機頭設計與制造質量對制品的影響

1） 口模與芯棒同心度誤差大時 ，制品的截面幾何形狀尺寸誤差大 ，制品彎曲 ，表面有 橫向皺紋。

2） 分流錐角度過大時 ，制品表面有焦斑 ，料流阻力大 ，在機頭內(nèi)易分解。

3） 定型段比較短時 ，制品表面有縱向紋線 ，表面無光澤 、粗糙 ，制品截面幾何形狀尺 寸誤差較大。

4） 壓縮比小時 ，有縱向接縫線 ，截面形狀誤差大 ，制品不嚴實 ，強度差。

5） 料流道表面粗糙時 ，制品表面無光澤 ，表面還有焦斑。

6） 定型套內(nèi)表面不光滑 、有劃傷時 ，制品表面無光澤 ，表面有縱向溝紋。

7） 機頭各部位溫度誤差大時 ，制品截面幾何形狀尺寸誤差大 ，有表面水紋 ，色澤不 一 ，制品容易彎曲。

1. 2. 4   擠出成型中的異?，F(xiàn)象、產(chǎn)生原因及解決方法（ 見表 1-3）

          表 1-3   擠出成型中的異常現(xiàn)象、產(chǎn)生原因及解決方法

參考文獻: 《塑料擠出機頭典型結構設計及試模調(diào)機經(jīng)驗匯編》 陳澤成 、陳斌 編著