【大学课件】挤出成型工艺与模具设计PPT(P42)

1、2021-7-201 第第17章章 挤出成型工艺与模具设计挤出成型工艺与模具设计 教学目的、要求教学目的、要求： 了解了解挤出成型原理；挤出成型原理； 掌握掌握挤出成型工艺过程及工艺参数；挤出成型工艺过程及工艺参数； 熟悉熟悉挤出模的结构设计。挤出模的结构设计。 重点重点：挤出成型工艺过程挤出成型工艺过程及及机头的结构机头的结构 2021-7-202 17-117-1 挤出成型原理及工艺 挤出模塑挤出模塑或或挤塑挤塑 借助螺杆或柱塞的挤压作用借助螺杆或柱塞的挤压作用 ，受热熔化的，受热熔化的 塑料，强行通过口模而成为具有恒定截面的连塑料，强行通过口模而成为具有恒定截面的连 续型材。续型材。 所

2、有所有热塑性塑料热塑性塑料，某些，某些热固性塑料热固性塑料 生产的生产的制品制品有有 管材、板材、棒材、片材、薄管材、板材、棒材、片材、薄 膜、单丝、线缆包履物、各种异型材及塑料与膜、单丝、线缆包履物、各种异型材及塑料与 其它材料的复合物。其它材料的复合物。 2021-7-203 约占热塑性塑料制品的约占热塑性塑料制品的505070%70%左右左右 挤出成形是挤出成形是生产效率高生产效率高、用途广泛用途广泛、适适 应性强应性强的最重要成形方法之一的最重要成形方法之一 。 2021-7-204 根据塑料根据塑料塑化方式塑化方式不同，挤出工艺分为不同，挤出工艺分为 ： 干法干法靠外加热熔化，塑化与

3、挤出成形在机内靠外加热熔化，塑化与挤出成形在机内 完成简单的冷却完成简单的冷却固化固化 湿法湿法 有机溶剂作用有机溶剂作用粘流态粘流态塑化在机外预塑化在机外预 先完成先完成定型处理靠溶剂挥发而固化定型处理靠溶剂挥发而固化 优点：塑化均匀，可防止热降解，考虑溶剂回优点：塑化均匀，可防止热降解，考虑溶剂回 收及环境污染等，生产中较少应用收及环境污染等，生产中较少应用 故多为干法故多为干法 湿法仅用于硝酸纤维素和少数醋酸纤维素塑料湿法仅用于硝酸纤维素和少数醋酸纤维素塑料 等的成形，不能加热塑化等的成形，不能加热塑化 2021-7-205 按按加压方式加压方式的不同，挤出工艺分：的不同，挤出工艺分：

4、连续式连续式螺杆式挤出机：螺杆式挤出机： 单螺杆挤出机单螺杆挤出机 多螺杆挤出机多螺杆挤出机 间歇式间歇式柱塞式挤出机柱塞式挤出机 本节主要以本节主要以单螺杆挤出机单螺杆挤出机的结构特点来讨论的结构特点来讨论 挤出挤出成形的原理成形的原理及工艺。及工艺。 2021-7-206 一、单螺杆挤出机的根本结构及作用一、单螺杆挤出机的根本结构及作用 由传动系统、挤出系统、加热和冷却系统、控 制系统等几局部组成。此外，还有一些辅助 设备 挤出系统是成形关键局部，主要包括加料装 置、料筒、螺杆、机头和口模等 2021-7-207 一加料装置 二料筒 一金属圆筒，一般用耐温、耐压强度较高、巩固耐磨、耐腐的

5、合金钢或内衬合金钢的复合钢管制成。 外面设有分段加热和冷却的装置外面设有分段加热和冷却的装置 常用电阻或电感应加热，也有采用远红外线加热。常用电阻或电感应加热，也有采用远红外线加热。 冷却一般用风冷或水冷。冷却一般用风冷或水冷。 目的：防止塑料过热或停车时须对塑料快速冷却目的：防止塑料过热或停车时须对塑料快速冷却 以免降解以免降解 三螺杆三螺杆 是挤出机最主要部件，直接关系到挤出机的应用范围是挤出机最主要部件，直接关系到挤出机的应用范围 和生产率。和生产率。 2021-7-208 2021-7-209 注注 ： 1 1螺杆的几何结构参数螺杆的几何结构参数 直径、长径比、压缩比、螺槽深度、螺旋角

6、、直径、长径比、压缩比、螺槽深度、螺旋角、 间隙等间隙等 a a螺杆直径螺杆直径DsDs外径外径30200mm30200mm，最常见，最常见 60150mm60150mm，随，随DsDs生产能力生产能力所以，挤出机所以，挤出机 规格常以规格常以DsDs表示。表示。 b b长径比长径比L/DSL/DS L/DS L/DS以以2525居多。居多。 2021-7-2010 c压缩比压缩比A加料段第一个螺槽的容积与均化加料段第一个螺槽的容积与均化 段最后一个螺槽的容积之比，表示塑料通过螺杆的段最后一个螺槽的容积之比，表示塑料通过螺杆的 全过程全过程被压缩的程度被压缩的程度。 2021-7-2011 2

7、螺杆的作用螺杆的作用 三大作用三大作用 输送物料输送物料向机头方向流动向机头方向流动 传热塑化物料传热塑化物料软化物料软化物料粘流态粘流态 混合均化物料混合均化物料与料筒和机头相配合与料筒和机头相配合强大剪强大剪 切作用，使物料均匀混合切作用，使物料均匀混合定量定压由机头挤定量定压由机头挤 出。出。 三 段三 段 加 料 段 、 压 缩 段 、 均 化 段加 料 段 、 压 缩 段 、 均 化 段 2021-7-2012 渐变螺杆渐变螺杆全长均起压缩作用。全长均起压缩作用。 突变螺杆突变螺杆压缩段很短，甚至一个螺距。压缩段很短，甚至一个螺距。 结晶型塑料，熔融温度范围窄，如尼龙等结晶型塑料，熔

8、融温度范围窄，如尼龙等 2021-7-2013 3螺杆的形式螺杆的形式普通螺杆应用最广普通螺杆应用最广 高效螺杆末端设置一些剪切混高效螺杆末端设置一些剪切混 合元件，以促进混合、熔化和提高产量合元件，以促进混合、熔化和提高产量 2021-7-2014 2021-7-2015 四机头和口模四机头和口模 机头是口模与料筒的过渡连接局部，口模是制品机头是口模与料筒的过渡连接局部，口模是制品 的成形部件，机头和口模通常为一体，习惯上的成形部件，机头和口模通常为一体，习惯上 统称统称机头。机头。 作用作用 ： 1使粘流态物料从螺旋运动变为平行直线运动使粘流态物料从螺旋运动变为平行直线运动 导入口模成型导

9、入口模成型 2产生回压，进一步均化，提高制品质量。产生回压，进一步均化，提高制品质量。 3产生必要成型压力产生必要成型压力结构紧密，形状准确制品结构紧密，形状准确制品 2021-7-2016 如图挤出机机头和口模示意图。 2021-7-2017 二、挤出成形原理二、挤出成形原理 固体进料的挤出过程，塑料要经历固体固体进料的挤出过程，塑料要经历固体 弹性体弹性体粘性液体的变化，变动的温度、压粘性液体的变化，变动的温度、压 力，状态变化和流动行为力，状态变化和流动行为十分复杂十分复杂，挤出理论，挤出理论 应用最广应用最广的是的是固体输送理论固体输送理论、熔融理论熔融理论和和 熔体输送理论熔体输送理

10、论 2021-7-2018 三、挤出成形工艺与过程三、挤出成形工艺与过程 程序为程序为物料的枯燥、成形、制品的定型与冷却、物料的枯燥、成形、制品的定型与冷却、 制品的牵引与卷取或切割，有时还包括制品的制品的牵引与卷取或切割，有时还包括制品的 后处理等。后处理等。 一原料枯燥一原料枯燥 控制水分含量在控制水分含量在0.5%0.5%以下以下 在烘箱或烘房内进行表在烘箱或烘房内进行表 2021-7-2019 二挤出成形二挤出成形 加热到预定温度，开动螺杆，加料。加热到预定温度，开动螺杆，加料。 根据挤出根据挤出工艺性能工艺性能、机头口模、机头口模结构特点结构特点等调整料等调整料 筒筒各加热段各加热段

11、和和机头口模机头口模的的温度温度及及螺杆的转速螺杆的转速等等 工艺参数，以工艺参数，以控制控制料筒内物料的料筒内物料的温度和压力温度和压力分分 布。布。 根据制品的根据制品的形状和尺寸形状和尺寸要求，调整要求，调整口模尺寸口模尺寸和和同同 心度心度及及牵引牵引等设备装置，以控制挤出物离膜膨等设备装置，以控制挤出物离膜膨 胀和胀和形状的稳定性形状的稳定性控制挤出物控制挤出物产量产量和和质量质量 2021-7-2020 不同的不同的塑料品种塑料品种要求要求螺杆特性螺杆特性和和工艺条件工艺条件不同。不同。 下表下表 主要热塑性塑料挤出成形时螺杆特征主要热塑性塑料挤出成形时螺杆特征 和工艺条件和工艺条

12、件 2021-7-2021 表 2021-7-2022 料筒、机头及口模中的温度和压力分布一般如下料筒、机头及口模中的温度和压力分布一般如下 图图 2021-7-2023 影响影响塑化塑化效果的主要因素是效果的主要因素是 温度温度和和剪切作用剪切作用 1温度升高温度升高物料粘度物料粘度，有利于塑化，同时，有利于塑化，同时 熔体压力熔体压力，出料快。，出料快。 2温度降低温度降低粘度粘度机头口模压力机头口模压力制品制品 密度大，形状稳定性好。密度大，形状稳定性好。 3口模和型芯温度应该一致，假设相差太大口模和型芯温度应该一致，假设相差太大 制品出现向内或向外翻，甚至扭歪。制品出现向内或向外翻，甚

13、至扭歪。 4增大螺杆转速增大螺杆转速强化对塑料的剪切作用强化对塑料的剪切作用 有利于塑料的混合和塑化有利于塑料的混合和塑化 2021-7-2024 降低熔体的粘度见左图和提高料筒降低熔体的粘度见左图和提高料筒 中物料的压力见右图中物料的压力见右图 2021-7-2025 三定型与冷却三定型与冷却 假设不及时，制品在自重作用下发生形变。假设不及时，制品在自重作用下发生形变。 大多数同时进行。大多数同时进行。 以下图两种挤出圆管的定径套以下图两种挤出圆管的定径套 冷却一般采用空冷或水冷。冷却一般采用空冷或水冷。 冷却速度对制品的性能有一定影响。冷却速度对制品的性能有一定影响。 2021-7-202

14、6 2021-7-2027 四制品的牵引和卷取切割四制品的牵引和卷取切割 从口模挤出后，一般要产生离模膨胀现象，使从口模挤出后，一般要产生离模膨胀现象，使 挤出物尺寸、形状发生改变；同时制品从口挤出物尺寸、形状发生改变；同时制品从口 模挤出后，愈来愈重，假设不引出模挤出后，愈来愈重，假设不引出堵塞堵塞 停滞生产，破坏挤出的连续性，并使后面挤停滞生产，破坏挤出的连续性，并使后面挤 出物发生形变出物发生形变 管材的牵引设备管材的牵引设备滚轮式、履带式滚轮式、履带式 牵引速度稍牵引速度稍挤出速度挤出速度 2021-7-2028 定型冷却后的制品进行卷绕或切割。定型冷却后的制品进行卷绕或切割。 软质型

15、材在卷绕到给定长度或质量后切断；软质型材在卷绕到给定长度或质量后切断； 硬质型材从牵引装置送出到达一定长度后硬质型材从牵引装置送出到达一定长度后 切断。切断。 2021-7-2029 五后处理五后处理 提高制品性能有些需要提高制品性能有些需要 后处理后处理热处理和调湿处理热处理和调湿处理 如：由狭缝扁平口模直接挤出片材经拉如：由狭缝扁平口模直接挤出片材经拉 伸而得的薄膜，应在材料伸而得的薄膜，应在材料TgTf(TgTf(或或Tm)Tm) 间热处理热定型，提高薄膜尺寸稳间热处理热定型，提高薄膜尺寸稳 定性，减少使用过程热收缩率。定性，减少使用过程热收缩率。 2021-7-2030 四、典型挤出制

16、品成形工艺四、典型挤出制品成形工艺 包括管材、棒材、板材、吹塑薄膜、塑料电包括管材、棒材、板材、吹塑薄膜、塑料电 线电缆等，以线电缆等，以塑料管材塑料管材挤出为例。挤出为例。 有有硬管硬管、软管软管，主要，主要挤管塑料挤管塑料有有聚氯乙聚氯乙 烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、尼龙、烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、尼龙、 ABS和聚碳酸酯等，目前国内以和聚碳酸酯等，目前国内以聚氯乙烯聚氯乙烯 为主。为主。 介绍介绍硬聚氯乙烯硬聚氯乙烯管材的成形工艺及设备管材的成形工艺及设备 2021-7-2031 1.1.根本工艺根本工艺 2设备设备 挤出机、机头口模、定型装置、冷却水槽、牵挤出机、机头口模、定型装

17、置、冷却水槽、牵 引及切割装置等，引及切割装置等， 机头口模机头口模、定型装置定型装置是管材挤出的是管材挤出的关键部件关键部件。 2021-7-2032 1机头和口模机头和口模 机头是管材的成形部件，机头是管材的成形部件， 分直通式分直通式用得最多上图用得最多上图 直角式图直角式图 旁侧式图旁侧式图 机头包括机头包括分流器、分流器支架、管芯、分流器、分流器支架、管芯、 口模和调节螺钉等口模和调节螺钉等 分流器分流器又称鱼雷头又称鱼雷头 2021-7-2033 2021-7-2034 扩张角扩张角30 90一般取一般取60； 分流锥长度分流锥长度L3D见上图见上图 分流器支架分流器支架支撑分流器

18、及管芯；支撑分流器及管芯； 管芯管芯成形管材内外表，收缩角成形管材内外表，收缩角；粘度；粘度 大大、粘度小、粘度小 机头压缩比机头压缩比A=310 2021-7-2035 口模结构见以下图 2021-7-2036 2管材的定径和冷却管材的定径和冷却 硬聚氯乙烯管的定径硬聚氯乙烯管的定径定径套：定径套： 定外径定外径外径尺寸要求高；外径尺寸要求高； 定内径定内径内径尺寸要求高。内径尺寸要求高。 我国硬聚氯乙烯管的标准我国硬聚氯乙烯管的标准外径带公差外径带公差主要采用主要采用 外径定型法，外径定型法， 外径定型法：内压法以下图外径定型法：内压法以下图直径较大管材直径较大管材 抽真空法以下图抽真空法以下图小直径管材小直径管材 内径定型装置以下图内径定型装置以下图用于直角式、旁侧式用于直角式、旁侧式 2021-7-2037 2021-7-2038 2021-7-2039 3 3管材牵引和切割管材牵引和切割 牵引速度比挤管速度大牵引速度比挤管速度大1%10%，且无级调速，且无级调速， 要求均匀平稳、无跳动。要求均匀平稳、无跳动。 牵引夹持装置：滑轮、履带，夹持器可调节牵引夹持装置：滑轮、履带，夹持器可调节 适应各种适应各种D和牵引力要求，不打滑和牵引力要求，不打滑 切割装置切割装置电动机带动的圆锯片。电动机