【大学】挤出成型工艺与模具设计(P42)

1、2022-3-9整理课件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2022-3-9整理课件217-117-1 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。

2、所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。 2022-3-9整理课件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 。2022-3-9整理课件4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 ：干干法法靠靠外加热外加热熔

3、化，塑化与挤出成形在熔化，塑化与挤出成形在机内机内 完成完成（简单的冷却（简单的冷却固化）固化） 湿法湿法 有机溶剂有机溶剂作用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定型处理靠溶剂挥发而固化溶剂挥发而固化） 优点优点：塑化均匀，可避免热降解，考虑溶剂回：塑化均匀，可避免热降解，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故多为干法干法 （湿法湿法仅用于仅用于硝酸纤维素硝酸纤维素和和少数醋酸纤维少数醋酸纤维素塑料素塑料等的成形，不能加热塑化）等的成形，不能加热塑化）2022-3-9整理课件5按按加压方式加压方式的不同，挤出工艺分：的不同

4、，挤出工艺分： 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。2022-3-9整理课件6一、单螺杆挤出机的基本结构及作用一、单螺杆挤出机的基本结构及作用 由由传动系统传动系统、挤出系统挤出系统、加热和冷却系统加热和冷却系统、控制系控制系统统等几部分组成。（此外，还有一些辅助设备）等几部分组成。（此外，还有一些辅助设备）挤出系统挤出系统是成形是成形关键部分关键部分，主要包括，主要包括加料装置、

5、料加料装置、料筒、螺杆、机头和口模等筒、螺杆、机头和口模等 2022-3-9整理课件7 （一）加料装置（一）加料装置 （二）料筒（二）料筒 一金属圆筒，一般用一金属圆筒，一般用耐温、耐压强度较高耐温、耐压强度较高、坚固耐磨、坚固耐磨、耐腐的耐腐的合金钢合金钢或内衬合金钢的或内衬合金钢的复合钢管复合钢管制成。制成。外面设有外面设有分段加热分段加热和和冷却冷却的装置的装置 常用常用电阻或电感应电阻或电感应加热，也有采用加热，也有采用远红外线远红外线加热。加热。冷却一般用冷却一般用风冷或水冷风冷或水冷。 目的目的：防止塑料过热或停车时须对塑料快速冷却：防止塑料过热或停车时须对塑料快速冷却 （以免降解

6、）（以免降解）（三）螺杆（三）螺杆是挤出机是挤出机最主要最主要部件，直接关系到挤出机的部件，直接关系到挤出机的应用范围应用范围和和生产率生产率。 2022-3-9整理课件82022-3-9整理课件9 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、间直径、长径比、压缩比、螺槽深度、螺旋角、间隙等隙等a螺杆直径螺杆直径Ds外径（外径（30200mm），最常见），最常见60150mm，随，随Ds生产能力生产能力所以，挤出机规所以，挤出机规格常以格常以Ds表示。表示。b长径比（长径比（L/DS） L/DL/DS S以以2525居多。居多。 2022-

7、3-9整理课件10c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。2022-3-9整理课件112）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

8、 段 、 压 缩 段 、 均 化 段2022-3-9整理课件12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，熔融温度范围窄，如尼龙等）2022-3-9整理课件133）螺杆的形式）螺杆的形式普通螺杆普通螺杆（应用最广）（应用最广） 高效螺杆高效螺杆（末端设置一（末端设置一些剪切混合元件，以促进混合、熔化和提些剪切混合元件，以促进混合、熔化和提高产量）高产量） 2022-3-9整理课件142022-3-9整理课件15（四）机头和口模（四）机头和口模机头机头是口模与料筒

9、的是口模与料筒的过渡连接过渡连接部分，部分，口模口模是制品是制品的的成形部件成形部件，机头和口模通常为一体，习惯上，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2022-3-9整理课件16（如图）挤出机机头和口模示意图。2022-3-9整理课件17二、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

10、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论 2022-3-9整理课件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物料的干燥干燥、成形成形、制品的、制品的定型与冷却定型与冷却、制品的制品的牵引与卷取牵引与卷取（或切割），有时还包括制品的（或切割），有时还包括制品的后处理后处理等等。（一）原料干燥（一）原料干燥控制水分含量在控制水分含量在0.5%以下

11、以下 在烘箱或烘房内进行在烘箱或烘房内进行（表表）2022-3-9整理课件19（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

12、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 2022-3-9整理课件20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） 主要主要热塑性塑料热塑性塑料挤出成形时螺杆特征挤出成形时螺杆特征和工艺条件和工艺条件2022-3-9整理课件21（表（表）2022-3-9整理课件22料筒料筒、机头及口模机头及口模中的中的温度和压力温度和压力分布一般如图分布一般如图所示所示 2022-3-9整理课件23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，有利

13、于塑化，同时熔体压力时熔体压力，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制品密度大，形状稳定性好。品密度大，形状稳定性好。 3）口模口模和和型芯型芯温度应该温度应该一致一致，若相差太大，若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有利于塑料的混合混合和和塑化塑化 2022-3-9整理课件24降低熔体的粘度（降低熔体的粘度（见左图见左图）和提高料筒）和提高料筒中物料的压力（中物料的压力（见右图见右图）2022-3-9整理课件25（三）定型与冷却（三）定型

14、与冷却若不及时，制品在若不及时，制品在自重自重作用下发生作用下发生形变形变。大多数大多数同时进行。同时进行。（下图）（下图）两种挤出圆管的定径套两种挤出圆管的定径套 冷却一般采用冷却一般采用空冷空冷或或水冷水冷。冷却速度冷却速度对对制品的性能制品的性能有一定影响。有一定影响。 2022-3-9整理课件262022-3-9整理课件27（四）制品的牵引和卷取（四）制品的牵引和卷取（切割）（切割） 从口模挤出后，一般要产生从口模挤出后，一般要产生离模膨胀离模膨胀现象，使现象，使挤出物挤出物尺寸尺寸、形状形状发生发生改变改变；同时制品从口；同时制品从口模挤出后，模挤出后，愈来愈重愈来愈重，若不引出，若

15、不引出堵塞堵塞停停滞生产滞生产，破坏挤出的，破坏挤出的连续性连续性，并使后面挤出，并使后面挤出物发生形变物发生形变管材的管材的牵引设备牵引设备滚轮式滚轮式、履带式履带式牵引速度牵引速度稍稍挤出速度挤出速度 2022-3-9整理课件28 定型冷却定型冷却后的制品进行后的制品进行卷绕卷绕或或切割切割。 软质型材软质型材在卷绕到在卷绕到给定长度给定长度或或质量质量后切断；后切断； 硬质型材硬质型材从牵引装置送出达到从牵引装置送出达到一定长度一定长度后后切断。切断。2022-3-9整理课件29（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热处理和和调湿处理调

16、湿处理 如：由如：由狭缝扁平狭缝扁平口模直接挤出口模直接挤出片材片材经拉经拉伸而得的伸而得的薄膜薄膜，应在材料，应在材料TgTf(或或Tm)间间热处理（热处理（热定型热定型），提高薄膜尺寸稳定），提高薄膜尺寸稳定性，减少使用过程性，减少使用过程热收缩率热收缩率。2022-3-9整理课件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

17、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 2022-3-9整理课件311.1.基本工艺基本工艺 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。 2022-3-9整理课件32（1）机头和口模）机头和口模机头是管材的机头是管材的成形部件成形部件，分分直通式直通式用得最多（上图）用得最多（上图） 直角式（直角式（图图） 旁侧式

18、（旁侧式（图图）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又称鱼雷头鱼雷头2022-3-9整理课件332022-3-9整理课件34扩张角扩张角（3030 9090）一般取一般取60；分流锥长度分流锥长度L3（D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表面，成形管材内表面，收缩角收缩角；粘度；粘度大大、粘度小、粘度小机头压缩比机头压缩比A=3102022-3-9整理课件35口模结构见下图2022-3-9整理课件36（2）管材的定径和冷却）管材的定径和冷却硬聚氯乙烯硬聚氯乙

19、烯管的定径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，外径定型法外径定型法：内压法内压法（下图）（下图）直径较大管材直径较大管材 抽真空法抽真空法（下图）（下图）小直径管材小直径管材内径定型装置内径定型装置（下图）（下图）用于直角式、旁侧式用于直角式、旁侧式2022-3-9整理课件372022-3-9整理课件382022-3-9整理课件39（3）管材牵引和切割）管材牵引和切割 牵引速度牵引速度比比挤管速度挤管速度大大1%10%，且，且无级调速无级调速，要求要求均匀平稳均匀平稳、无跳动无跳动。牵引夹持装置牵引夹持装置：滑轮、履带滑轮、履带，夹持器可调节，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