1. 2. 1   挤出成型机头的分类

机头是挤出机的成型部件 ，它主要包括机头体 、分流器（ 又称分流梭或鱼雷体）、分流 器支架 、芯棒 、 口模（ 又名模唇或口型）、调节螺栓等。

（1） 挤出机头的作用

1） 使来自机筒的塑料熔体由螺旋运动变为直线运动。

2） 使塑料成型熔体在机头型腔内形成必要的压力 ，确保塑料制品料坯离开口模密实。

3） 让塑料熔蚀物料在机头型腔进一步塑化均匀。

4） 使熔蚀塑料物料从机头挤出后成为所需断面形状的成型毛坯制品。

（2） 挤出机头的分类

1） 按挤出制品的出口方向分类。

① 直通机头 。料流方向与挤出机螺杆轴向一致 ，如聚氯乙烯硬管机头。

② 直角机头（ 横向机头）。在横向机头内 ，料流方向与挤出机螺杆轴向相互成直角或某 一角度 ，如电线 、电缆及管包覆机头。

2） 按机头内压力大小分类。

① 低压机头 。料流压力为 4MPa。

② 中压机头 。料流压力为 4 ～10MPa。

③ 高压机头 。料流压力为 10MPa 以上。

3） 按挤出制品的形状分类。

      ① 管材挤出成型机头 。管材挤出成型机头主要是挤出软质和硬质圆形塑料管状制品， 另外还有塑料与塑料 、塑料与金属复合管状制品 。模具包括机头和定型套 。借助压缩空气作用 ，使型坯紧贴定型套内壁定型 。软质聚氯乙烯挤出管成型模具可以用微量真空定型 ，或不 用真空定型 ，而是从芯棒吹气 ，靠微调开关调节气量 ，通过管内气压支承圆度 。生产设备包 括挤出机 、机头模具 、冷却水槽装置 、牵引装置 、切割装置和堆放装置 、软管用收卷装置。

② 异形材挤出成型机头 。异型材挤出成型机头主要用于挤出硬质中空 、半空 、开放、 半开放等断面为不规则形状的异型材 、硬质和软质实心异型材 ，另外还有镶嵌式和分层 、分  色式的塑料与塑料 、硬塑与软塑 、塑料与金属复合异型材 。模具包括机头和定型模 。异型材  型坯通过定型模借助真空吸附力作用 ，使型坯紧贴定型模内壁而定型 。软质实心 PVC 异型  材可以不用真空定型模定型 ，型坯从机头挤出后直接进入水槽装置冷却定型 。在水槽或喷淋  水箱前端制作一块或多块定型卡板 ，卡板型腔就是异型材形状 ， 只是稍大有拉伸通过的  间隙。

③ 板与片材挤出成型机头 。板与片材挤出成型机头 ， 主要是挤出板 、片材和膜管坯。 用挤出机成型模具可以生产厚度为 0. 02 ～20mm 的薄膜 、片材 、板材等 。一般习惯上把厚度  为 0. 02 ～0. 25mm 的定为薄膜 ，厚度为 0. 25 ～ 1mm 的定为片材 ，厚度超过 1mm 的定为板  材 。挤出的片材 、板材有直接应用的 ，也有通过双向拉伸进一步提高其性能再用的 ，另外还  有复合涂层的 。板与片的挤出成型模具主要指机头 ，定型在辅机中进行。

④ 薄膜泡管挤出成型机头 。将圆筒形状薄管坯料借助机头中心充入压缩空气吹成气泡， 定型后成为管状薄膜 。薄膜泡管成型模具主要指机头 ，定型在冷却装置中进行 。生产设备包  括挤出机 、机头 、冷却装置 、夹板 、牵引辊 、导向辊 、卷取装置等。

⑤ 线缆敷层挤出机头 。又称电缆挤出成型机头 。除电缆敷层外 ，其他金属线（ 如铁线  衣架和阳台防盗网铁线） 的敷层也相同 。这种机头是将金属线连续包覆一层塑料随之冷却  定型 。生产设备主要包括放线机 、调直辊压组 、预热通道 、挤出机 、机头 、冷却水槽装置、 牵引装置 、卷取装置等。

⑥ 单丝挤出成型机头 。生产设备主要包括挤出机 、机头 、冷却装置 、牵引装置（ 牵伸 辊筒和热水箱）、热处理装置 、卷取装置等。

⑦ 棒材挤出机头 。棒材一般是指实心的圆棒 、方棒 、多角棒等 ，挤出成型模具包括机 头和定型模套 。生产设备主要包括挤出机 、机头 、定型冷却装置 、绝热装置 、制动装置 、切 割装置 、托架装置等。

⑧ 造粒机头 。造粒机头和单丝机头类似 ，并且比较简单 。造粒工艺有冷切造粒和热切  造粒 ，冷切造粒主要生产设备包括挤出机 、机头 、冷却水槽 、条料牵引轮装置 、冷切收粒装  置 ，热切造粒主要生产设备包括挤出机 、热切机头 、风冷装置 、水冷装置 、脱水烘干装置、 风送装置等。

⑨ 坯料挤出机头 。挤出的料坯供中空吹塑制品和二次加工用。

1. 2. 2   挤出成型机头的设计与制造

（1） 挤出制品对机头设计与制造的要求

1） 制品的尺寸精度。塑料熔体在机头中的流动性对制品的外形尺寸精度影响很大 ，其次 机头的制造精度、机头长期使用的磨损、塑料收缩率波动、挤出工艺和辅机特性都会引起尺寸 的不稳定 ，所以尺寸精度尽可能低些 ，如吹膜纵向厚度为 ± 2% ，横向宽度为 ±（5～15）% 。

2） 制品表面粗糙度 。在成型工艺上如有不当 ，挤塑制品表面就可能出现闷光 、波纹、丝痕 、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 。机头长期使用表面精度明显降低了要及时修复。

3） 形状 、壁厚 、加强筋 。挤出制品的形状 、壁厚 、加强筋的要求 ， 主要针对板材 、异 形材 、管材等 。特别是异形材 ，型材的截面形状应尽可能简单 ，壁厚尽量均匀 。形状复杂的 制品 ，熔体在机头中的流动复杂 ，再加上壁厚不均匀易引起制品弯曲 、尺寸不稳定 。熔体在 口模各处的流速 、压力降均不相同 ，给机头的设计 、制造 、调试加大了难度 。 由于壁厚不均 匀 ，也导致冷却不均匀 ，易引起变形 。对于中空异形材 ，要尽可能避免在内部再有新中空部 位 ， 同时中空型材内的加强筋其宽度和高度不得大于壁厚。

4） 圆角 。型材所有两面交接处不得是尖角 ，应是圆角过渡 ， 因尖角处易产生应力集 中 ，在受力或受冲击时会发生破裂 。圆角过渡增加了制品的强度 ，改善了熔料的流动性 ，可 防止因应力集中而断裂。

5） 收缩痕 。收缩痕通常在加强筋的反面或壁厚部分 ，这是熔料的冷却收缩差异引起 的 。为防止收缩痕 ，应在模具设计中尽可能使壁厚均匀 ，加强筋的壁厚比本体减薄 20% 以 上 ，让加强筋与本体冷却速度平衡 ，或在出现收缩痕的部位设置补偿性凸缘。

6） 与非塑料件的复合制品 。为了提高塑料制品的强度 、耐候性 ，克服膨胀和收缩给制  品尺寸精度带来误差 ，常用塑料与金属 、纤维等材料复合 ，发挥不同材料的协同作用 ，如铝  塑板 、钢塑管 、电线电缆包覆 、纤维编织软管 、铝塑管 、玻纤软板等 。一般都是一次成型， 有直角进料 ，也有多角进料 。有的难粘合的材料要求先包覆一层粘合剂后再包覆塑料层 ，有  在口模内覆合 ，也有在口模外覆合等。

7） 多层塑料的共挤制品 。共挤出是采用两台或多台挤出机 ， 由共同一个模具成型单一  产品 ，可用不同的塑料或不同的颜色复合在一起 ，如软硬共挤型材 、多层管材 、多层板材、 多层薄膜等制品 。这些模具的关键部分是口模定型段的合流 ，必须保证合流后粘接牢固 。合  流后在定型段的合流长度以必须确保粘接牢固为原则。

（2） 挤出成型机头的设计原则

1） 机头内腔要呈流线型 。为了使熔蚀物料能沿机头型腔流道均匀地挤出成型 ，避免熔 蚀物料因停滞而发生过热分解 ，决不能在机头型腔中出现急剧性地缩小和扩大 ，更不能有死 角和停滞区 。应尽量使流道光滑 ，建议流道型腔表面粗糙度值 Ra < 0. 4μm 。机头内腔的流 道间隙要力求对称 ，使其传热 、压力 、流量 、流速均匀。

2） 机头内要有压缩区和足够压缩比。压缩区的功能是通过截面积的变化对物料产生剪切 力作用 ，达到进一步塑化的目的。压缩比是指分流器支架出口处截面积与口模、芯棒之间的环 隙面积之比。一般压缩比取 3 ～6 为宜。如果压缩比小 ，剪切力也小 ，塑化不均匀 ，易造成熔 接不好。要根据塑料制品和品种不同 ，设计出能产生足够的压缩比的机头 ， 以消除因分流支架 造成的结合缝 ，使制品密实无结合缝线的痕迹。压缩比过大会出现较大的残余应力。热敏性塑 料压缩比大 ，物料流动阻力增加 ，产生热分解 ，影响制品产量和质量。总之机头型腔内截面积 不能变化太快 ，要缓慢变大或变小 。成型时加入一定的润滑剂可改善流动性。

      3） 机头应具有可调性 。机头的作用是将塑料熔体料均匀分布于流道型腔中 ，确保熔体  料从机头型腔中匀速挤出口模 。可调性是指通过调节排 、限流阀 、调节螺栓达到局部变形和  间隙改变或流道出口高度改变 ， 以限制流道出口的压力和速度 ，使流量达到均匀平稳出胶。 还可通过调节模体局部的加热温度来调节塑料熔体的流动压力和速度 、流量 ，尤其是异型材 、板材的挤出 ， 由于口模形状变化大 ，又不好调整 ， 口模压力 、流速 、流量很难控制达到 平稳出胶 ，往往靠试模发现问题 ，进行口模修改后达到平稳出胶 ，形状符合制品要求。

4） 正确的断面形状。由于塑料的物理性能、压力、温度、速度、收缩率、膨胀率、拉伸 比等因素 ，造成机头口模成型断面形状与制品的真实断面形状尺寸是有差别的 ，设计时要考虑 这些因素的影响。熔融塑料在机头型腔内处于受力状态 ，熔融料出模后弹性恢复产生膨胀变 形 ，而在定形冷却收缩和牵引过程中又变小。在设计机头时应考虑留有试模后的修正余地。

5） 结构紧凑 、便于拆装 。在满足力学性能条件下 ，要设计出结构紧凑 、连接严密 、不 易漏胶 、拆装方便 、易于清洗更换零件 、传热均匀 、耐用好用的理想机头 。特别注意机头与 机筒的连接 、模块板型腔流道的连接处不能有漏胶现象。

6） 选材合理 。 由于机头磨损大 ，有的塑料还在加热过程产生腐蚀性强的物质和气体， 因此机头要选用耐磨损 、抗腐蚀 、抗压抗拉强度高 、有足够的冲击韧性 、耐热性好 、热处理  变形小 、硬度高的钢材制作 。而且钢材的机加工性能和抛光性能非常好 ，有时为了提高表面  程度和耐磨性能 ，还需对机头流道型腔镀硬铬 ， 以进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调质预硬不锈钢制造 ，如 718 、S136H 等 ，不但硬度高而  且抛光性能好 。包覆 、造粒机头口模要淬火 ，使硬度达到 50 ～55HRC。

7） 根据不同的加工对象 ，对机头有不同的要求 。例如： 吹塑机头主要消除膜管的结合  线 ，使制件厚度均匀 。管子机头主要保证壁厚均匀 ，又便于调节 。而板片材机头要求口模唇  全长出胶速度均匀一致 ，板的厚度完全一样 。对于异形材机头在保证壁厚一致均匀的基础  上 ，还需要特别考虑制品的断面形状不会发生变形 ，而无法定型 。旋转机头也就是编织网机  头必须保证口模在旋转过程中密封性要好 。在生产挤出过程中由于口模在连续不断地旋转， 如果密封性能不好就很难保证口模不漏胶。

8） 大型机头由于体积大 ，又长又重 ，要设计带支承架的移动装置 ，支承模体不下垂， 不变形 。还要合理设计加热测温装置 ，如大芯棒要设计插入发热棒加热 。大型的板材机头、 管材机头要分区 、分段进行温度控制 ，通过对温度变化的调节 ，达到对挤出压力 、流量 、流  速的合理控制。

9） 对于厚薄不均 ，有很多内腔筋或功能块的复杂机头 ， 为了防止串胶 、型腔压力变 化 ，采取先分后合的原则 ，设计机头时把不一致的型腔分开隔离流动 ，而在口模定型（ 直 线段） 合流 ，合流后流程长短决定粘合牢固度。

（3） 挤出机头的设计程序  如图 1-11 所示 ，设计者可根据顺序号和箭头指向进行挤出 机头的设计。

（4） 挤出机头应具备的特性

1） 在一定的挤出压力下达到一定的产量。

2） 熔体在口模出口断面上各点的流动速度相等。

3） 能挤出规定的制品形状和尺寸。

4） 在高剪切速率下不发生熔体破裂。

5） 具有足够的压缩比 ，形成必要的机头压力。

6） 无料流停滞及分解现象 ，型腔表面粗糙度值 Ra≤0. 4μm。

7） 加热源及温度控制精确。

8） 融体接触表面连接处密封良好 ，无溢料现象。

图 1-11   挤出机头的设计程序

1. 2. 3   挤出成型机头试模与修正

（1） 为什么要试模  塑料挤出成型机头装配调整后需试模验收 ，它是检查设计制造的 最后程序 。在试模过程生产出合格样品 ，并能稳定批量生产 ，小时产量达到设计要求 ，质量 稳定符合样品规格要求 ，确实合格后才能交给生产部门投入生产 。在试模中还要求记录好必 要的工艺参数值 ，供今后生产调试参考。

成功的挤出成型机头必须能够生产符合要求的制品 ，还能适应制品的物料特性 ，保证制品 强度指标；机头要能顺利安装在挤出机连接法兰盘上 ，并能在规定转速下工作 ，经精心试模调 机后得到合理的成型工艺参数。一般试模都会发现一些问题 ，经过分析修改再试模验证完善。

（2） 模具性能的认定  在试模中要从以下四方面分析。

1） 物料特性造成对挤出机的不适应性。

2） 挤出机主机和辅机的技术规范对该制品配置的合理性如何。

3） 成型工艺条件能否满足该制品的生产要求。

4） 挤出成型机头的设计和制造是否存在问题。

（3） 对模具设计与制造方面的问题认定  从以下几方面考虑：

1） 机头压力降分布是否合理 ， 出口压力是否平稳。

2） 机头各处的流速是否相等 ， 出口速率要一致。

3） 流道型腔结构是否适应物料特性。

4） 芯模与口模定型段长度 L 和间隙计算与选择是否适当。

5） 机头总压力降是否符合机头设计参数要求。

另外 ，对定型模出现的问题也要高度重视 ，及时整改 。找准问题 ，对症整改是关键。

（4） 试模过程的模具整改工作  当经过初步工艺参数调节 ，坯件断面形状尺寸不合要 求 ， 口模出胶速度流量不平稳一致 ，就要修改机头模具。

1） 设计修改 。很多异型材模具无法对口模调节 。一般口模板是按产品截面形状基本尺 寸适当加点拉伸尺寸量设计的 ，原则上是不修改口模板 ，而是对后面的压缩板和过渡板进行 修改 。对口模流速快的后模块采取减小供料型腔 ，对口模流速慢的后模板采取疏通加大供料 量 ，减短口模定型段（ 平直段） 长度 。对设计不合理的分流锥和分流板的加强筋也可修改。

2） 制造修改 。无法调节的异型材机头 ，对出胶过慢的口模型腔间隙用打磨的方法扩大 一些 ，对出胶过快的口模间隙可在口模的后板减小向口模板供料的间隙 ，减小料速料量 。可 用氩弧焊点焊后再打磨抛光 。无非是开（ 加大口模间隙） 和堵（ 减小料流量）。

3） 工艺修改 。对宽大口模 ， 口模中间和两端分别温控便于调整温度 ，温度高的部分料 流量大 ，温度低的部分相反 。对出胶不稳定又不好控制的加装熔体齿轮泵 ，或用电脑闭环控 制自动调节对应相关工艺参数。

（5） 机头的安装

1） 挤出机的出口 ，也就是出料端与机头之间要放置多孔板（ 又叫分流板）。

2） 机头安装到挤出机头部时 ，要注意方向 ，异型材和特种管材等都有方向要求。

3） 机头安装后要注意分流器支架（ 管材） 与模体上气孔的气孔 ， 以及其他有通气孔的 机头气孔的接通情况。

4） 口模与芯模应同心。

5） 调节螺栓要把口模间隙 ，或阻压块初步调到合适的位置。

6） 需要密封的端面要压紧 ， 防止漏料。

7） 机头法兰与挤出法兰间的连接要均匀压紧 ，几个螺栓的压紧力要一致 。在机头加热 后 ，对相关压紧螺栓应适当再加压一次 ，再度压紧更为可靠。

8） 机头外的加热圈安装时应包紧机头 ，发热板（ 或圈） 不能与机头外壁留有空隙 ，要 贴在外壁上 ，安装好发热件后再装热电偶 ，并接通电源。

9） 有些和机头相连的定型模也必须在开机前和机头一起安装好 ，并把要连接的水管、 真空管路一起接通。

10） 机头安装好后 ，检查机头中心线与后面的所有辅机中心线是否一致 ，如有差异应及时调好 ，使在一条直线上。

（6） 成型机头被损坏或产生工作故障的原因

1） 成型机头模具材料选材或热处理不当 ，不能满足工作条件要求 ，造成机头工作一段 时间后就变形 、被腐蚀或严重磨损。

2） 安装 、拆卸成型模具中的零件时 ，用铁锤敲击零件 ，造成模具零件变形或表面粗糙 度被破坏 ，工作面有撞击伤痕。

3） 分流锥角过大 ，对熔料流动阻力过大 ，引起分流锥支架加强筋折断。

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

5） 在机头口模调整时 ，工作程序有错误造成调紧螺钉折断 ， 口模变形无法使用。

6） 口模出料不匀 。机头体各部位温差比较大 ， 口模与芯棒之间的间隙不均匀 ， 口模出 料部位被异物或焦料局部堵塞 ，机筒加料口部位进料有架空现象 ，进料不稳定而出料不匀。

7） 物料易分解 。分流锥角度大 ，料流道表面粗糙 ，有滞料区 ， 内腔各板块件连接过渡 弧线有死角 ，模具腔内压缩比过大。

8） 机头模具侧面漏料 。连接螺栓拉伸变形 ，零件接触面的表面粗糙度差 ，端面接触不 严密 ，紧固螺钉拧紧力不均匀 ，模唇口堵塞 ，机头体内压力增大 ，机头模具升温后没有重新 紧固连接螺栓。

（7） 机头设计与制造质量对制品的影响

1） 口模与芯棒同心度误差大时 ，制品的截面几何形状尺寸误差大 ，制品弯曲 ，表面有 横向皱纹。

2） 分流锥角度过大时 ，制品表面有焦斑 ，料流阻力大 ，在机头内易分解。

3） 定型段比较短时 ，制品表面有纵向纹线 ，表面无光泽 、粗糙 ，制品截面几何形状尺 寸误差较大。

4） 压缩比小时 ，有纵向接缝线 ，截面形状误差大 ，制品不严实 ，强度差。

5） 料流道表面粗糙时 ，制品表面无光泽 ，表面还有焦斑。

6） 定型套内表面不光滑 、有划伤时 ，制品表面无光泽 ，表面有纵向沟纹。

7） 机头各部位温度误差大时 ，制品截面几何形状尺寸误差大 ，有表面水纹 ，色泽不 一 ，制品容易弯曲。

1. 2. 4   挤出成型中的异常现象、产生原因及解决方法（ 见表 1-3）

          表 1-3   挤出成型中的异常现象、产生原因及解决方法

参考文献: 《塑料挤出机头典型结构设计及试模调机经验汇编》 陈泽成 、陈斌 编著