【大学】挤出成型工艺与模具设计(P42)ppt课件

1、2021-12-14;1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： 了解挤出成型原理；了解挤出成型原理； 掌握挤出成型工艺过程及工艺参数；掌握挤出成型工艺过程及工艺参数； 熟习挤出模的构造设计。熟习挤出模的构造设计。 重点：挤出成型工艺过程及机头的构造重点：挤出成型工艺过程及机头的构造2021-12-14;217-1 17-1 挤出成型原理及工艺挤出成型原理及工艺 挤出模塑或挤塑 借助螺杆或柱塞的挤压作用 ，受热熔化的塑料，强行经过口模而成为具有恒定截面的延续型材。 一切热塑性塑料，某些热固性塑料 消费的制品有 管材、板材、棒材、片材、薄膜、单

2、丝、线缆包履物、各种异型材及塑料与其它资料的复合物。 2021-12-14;3 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 挤出成形是消费效率高、用途广泛、顺挤出成形是消费效率高、用途广泛、顺应性强的最重要成形方法之一应性强的最重要成形方法之一 。2021-12-14;4根据塑料塑化方式不同，挤出工艺分为根据塑料塑化方式不同，挤出工艺分为 ：干法干法靠外加热熔化，塑化与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置靠溶剂挥发而固化定型处

3、置靠溶剂挥发而固化 优点：塑化均匀，可防止热降解，思索溶剂回优点：塑化均匀，可防止热降解，思索溶剂回 收及环境污染等，消费中较少运用收及环境污染等，消费中较少运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2021-12-14;5按加压方式的不同，挤出工艺分：按加压方式的不同，挤出工艺分： 延续式延续式螺杆式挤出机：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 本节主要以单螺杆挤出机的构造特点来讨论本节主要以单螺杆挤出机的构造特点来讨

4、论挤出成形的原理及工艺。挤出成形的原理及工艺。2021-12-14;6一、单螺杆挤出机的根本构造及作用一、单螺杆挤出机的根本构造及作用 由传动系统、挤出系统、加热和冷却系统、控制系统等几部分组成。此外，还有一些辅助设备挤出系统是成形关键部分，主要包括加料安装、料筒、螺杆、机头和口模等 2021-12-14;7 一加料安装 二料筒 一金属圆筒，普通用耐温、耐压强度较高、巩固耐磨、耐腐的合金钢或内衬合金钢的复合钢控制成。外面设有分段加热和冷却的安装外面设有分段加热和冷却的安装 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。冷却普通用风冷或水冷。冷却普通用风

5、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运用范围是挤出机最主要部件，直接关系到挤出机的运用范围和消费率。和消费率。 2021-12-14;82021-12-14;9 注注 ： 1 1螺杆的几何构造参数螺杆的几何构造参数 直径、长径比、紧缩比、螺槽深度、螺旋角、直径、长径比、紧缩比、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消费才干消费才干所以，挤出机所以，挤出

6、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。 2021-12-14;10c紧缩比紧缩比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，表示塑料经过螺杆的段最后一个螺槽的容积之比，表示塑料经过螺杆的全过程被紧缩的程度。全过程被紧缩的程度。2021-12-14;112螺杆的作用螺杆的作用三大作用三大作用保送物料保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

7、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 、 紧 缩 段 、 均 化 段加 料 段 、 紧 缩 段 、 均 化 段2021-12-14;12渐变螺杆渐变螺杆全长均起紧缩作用。全长均起紧缩作用。突变螺杆突变螺杆紧缩段很短，甚至一个螺距。紧缩段很短，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，熔融温度范围窄，如尼龙等2021-12-14;133螺杆的方式螺杆的方式普通螺杆运用最广普通螺杆运用最广 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 2021-12-1

8、4;142021-12-14;15四机头和口模四机头和口模机头是口模与料筒的过渡衔接部分，口模是制品机头是口模与料筒的过渡衔接部分，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入口模成型2产生回压，进一步均化，提高制质量量。产生回压，进一步均化，提高制质量量。3产生必要成型压力产生必要成型压力构造严密，外形准确制品构造严密，外形准确制品2021-12-14;16如图挤出机机头和口模表示图。2021-12-14;17二、挤出成形

9、原理二、挤出成形原理 固体进料的挤出过程，塑料要阅历固体固体进料的挤出过程，塑料要阅历固体弹性体弹性体粘性液体的变化，变动的温度、粘性液体的变化，变动的温度、压力，形状变化和流动行为非常复杂，挤出实压力，形状变化和流动行为非常复杂，挤出实际运用最广的是际运用最广的是固体保送实际、熔融实际固体保送实际、熔融实际和熔体保送实际和熔体保送实际 2021-12-14;18三、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置等。后处置等。一原

10、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 在烘箱或烘房内进展表在烘箱或烘房内进展表17.117.12021-12-14;19二挤出成形二挤出成形 加热到预定温度，开动螺杆，加料。 根据挤出工艺性能、机头口模构造特点等调整料筒各加热段和机头口模的温度及螺杆的转速等工艺参数，以控制料筒内物料的温度和压力分布。根据制品的外形和尺寸要求，调整口模尺寸和同心度及牵引等设备安装，以控制挤出物离膜膨胀和外形的稳定性控制挤出物产量和质量 2021-12-14;20不同的塑料种类要求螺杆特性和工艺条件不同。不同的塑料种类要求螺杆特性和工艺条件不同。 下表下表 主要热塑性塑料挤出成形时

11、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件2021-12-14;21表17.22021-12-14;22料筒、机头及口模中的温度和压力分布普通如下料筒、机头及口模中的温度和压力分布普通如下图图 2021-12-14;23影响塑化效果的主要要素是影响塑化效果的主要要素是温度和剪切作用温度和剪切作用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，外形稳定性好。密度大，外形稳定性好。 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

12、品出现向内或向外翻，甚至扭歪。制品出现向内或向外翻，甚至扭歪。 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 2021-12-14;24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2021-12-14;25三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。大多数同时进展。大多数同时进展。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 冷却普通采用空冷或水冷。冷却普通采用空冷或水冷。冷却速度对制品的性能有一定影响。冷却速度对

13、制品的性能有一定影响。 2021-12-14;262021-12-14;27四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，普通要产生离模膨胀景象，使从口模挤出后，普通要产生离模膨胀景象，使挤出物尺寸、外形发生改动；同时制品从口挤出物尺寸、外形发生改动；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消费，破坏挤出的延续性，并使后面挤停滞消费，破坏挤出的延续性，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 2021-12-14;28 定型冷却后的制品进展卷绕或切割。

14、定型冷却后的制品进展卷绕或切割。 软质型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； 硬质型材从牵引安装送出到达一定长度后硬质型材从牵引安装送出到达一定长度后切断。切断。2021-12-14;29五后处置五后处置提高制品性能有些需求提高制品性能有些需求后处置后处置热处置和调湿处置热处置和调湿处置 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，应在资料伸而得的薄膜，应在资料TgTf(TgTf(或或Tm)Tm)间热处置热定型，提高薄膜尺寸稳间热处置热定型，提高薄膜尺寸稳定性，减少运用过程热收缩率。定性，减少运用过程热收缩率。2021-1

15、2-14;30四、典型挤出制品成形工艺四、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，以塑料管材挤出为例。线电缆等，以塑料管材挤出为例。有硬管、软管，主要挤管塑料有有硬管、软管，主要挤管塑料有聚氯乙聚氯乙烯、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，目前国内以聚氯乙烯和聚碳酸酯等，目前国内以聚氯乙烯为主。为主。引见硬聚氯乙烯管材的成形工艺及设备引见硬聚氯乙烯管材的成形工艺及设备 2021-12-14;311.1.根本工艺根本工艺 2设备 挤出机、机头口模、定型安装、冷却水槽、牵引及切割

16、安装等，机头口模、定型安装是管材挤出的关键部件。 2021-12-14;321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17.4 旁侧式图旁侧式图17.5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、 口模和调理螺钉等口模和调理螺钉等分流器分流器又称鱼雷头又称鱼雷头2021-12-14;332021-12-14;34扩张角扩张角30 90普通取普通取60；分流锥长度分流锥长度L3=11.5DD见上图见上图分流器支架分流器支架支撑分流器及管芯；支撑分流器及管芯；管芯管芯成形管材内外表，收缩角成形

17、管材内外表，收缩角；粘度；粘度大大、粘度小、粘度小机头紧缩比机头紧缩比A=3102021-12-14;35口模构造见以下图2021-12-14;362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规范我国硬聚氯乙烯管的规范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安装以下图内径定型安装以下图用于直角式、

18、旁侧式用于直角式、旁侧式2021-12-14;372021-12-14;382021-12-14;393 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。牵引夹持安装：滑轮、履带，夹持器可调理牵引夹持安装：滑轮、履带，夹持器可调理顺应各种顺应各种D和牵引力要求，不打滑和牵引力要求，不打滑切割安装切割安装电动机带动的圆锯片。电动机带动的圆锯片。注注：棒材和各种中空异型材的挤出成形工艺与：棒材和各种中空异型材的挤出成形工艺与 管材无本质差别，只是机头口模截面外形管材无本质差别，只是机头口模截面外形 有所不同。有所不同。2021-12-14;40注注棒材、薄膜吹塑、板材和片材、棒材、薄膜吹塑、板材和片材、 异形材、线缆包覆挤出成型机头设计异形材、线缆包覆挤出成型机头设计此外，双螺杆挤出此外，双螺杆挤出 热固性塑料的挤出热固性塑料的挤出往复式液压机往复式液压机 主要成形酚醛塑料等主要成形酚醛塑料等 反响式挤出反响式挤出机内发生物理变化的机内发生物理变化的同时发生化学反响，挤出高聚物或制品同时发生化学反响，挤出高聚物或制品简称简称REX2021-12-14;411