1、第17章 擠出成型工藝與模具設(shè)計(jì) 教學(xué)目的、要求： 了解擠出成型原理； 掌握擠出成型工藝過程及工藝參數(shù)； 熟悉擠出模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 重點(diǎn)：擠出成型工藝過程及機(jī)頭的結(jié)構(gòu)7/12/2022117-1 擠出成型原理及工藝 擠出模塑或擠塑 借助螺桿或柱塞的擠壓作用 ，受熱熔化的塑料，強(qiáng)行通過口模而成為具有恒定截面的連續(xù)型材。 所有熱塑性塑料，某些熱固性塑料 生產(chǎn)的制品有 管材、板材、棒材、片材、薄膜、單絲、線纜包履物、各種異型材及塑料與其它材料的復(fù)合物。 7/12/20222 約占熱塑性塑料制品的5070%左右 擠出成形是生產(chǎn)效率高、用途廣泛、適應(yīng)性強(qiáng)的最重要成形方法之一 。7/12/20223根據(jù)塑料

2、塑化方式不同，擠出工藝分為 ：干法靠外加熱熔化，塑化與擠出成形在機(jī)內(nèi) 完成（簡單的冷卻固化） 濕法 有機(jī)溶劑作用粘流態(tài)塑化在機(jī)外預(yù) 先完成定型處理靠溶劑揮發(fā)而固化） 優(yōu)點(diǎn)：塑化均勻，可避免熱降解，考慮溶劑回 收及環(huán)境污染等，生產(chǎn)中較少應(yīng)用故多為干法 （濕法僅用于硝酸纖維素和少數(shù)醋酸纖維素塑料等的成形，不能加熱塑化）7/12/20224按加壓方式的不同，擠出工藝分： 連續(xù)式螺桿式擠出機(jī)： 單螺桿擠出機(jī) 多螺桿擠出機(jī) 間歇式柱塞式擠出機(jī) 本節(jié)主要以單螺桿擠出機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來討論擠出成形的原理及工藝。7/12/20225一、單螺桿擠出機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及作用 由傳動(dòng)系統(tǒng)、擠出系統(tǒng)、加熱和冷卻系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等

3、幾部分組成。（此外，還有一些輔助設(shè)備）擠出系統(tǒng)是成形關(guān)鍵部分，主要包括加料裝置、料筒、螺桿、機(jī)頭和口模等 7/12/20226 （一）加料裝置 （二）料筒 一金屬圓筒，一般用耐溫、耐壓強(qiáng)度較高、堅(jiān)固耐磨、耐腐的合金鋼或內(nèi)襯合金鋼的復(fù)合鋼管制成。外面設(shè)有分段加熱和冷卻的裝置 常用電阻或電感應(yīng)加熱，也有采用遠(yuǎn)紅外線加熱。冷卻一般用風(fēng)冷或水冷。 目的：防止塑料過熱或停車時(shí)須對(duì)塑料快速冷卻 （以免降解）（三）螺桿是擠出機(jī)最主要部件，直接關(guān)系到擠出機(jī)的應(yīng)用范圍和生產(chǎn)率。 7/12/202277/12/20228注： 1）螺桿的幾何結(jié)構(gòu)參數(shù) 直徑、長徑比、壓縮比、螺槽深度、螺旋角、間隙等a螺桿直徑Ds外徑

4、（30200mm），最常見60150mm，隨Ds生產(chǎn)能力所以，擠出機(jī)規(guī)格常以Ds表示。b長徑比（L/DS） L/DS以25居多。 7/12/20229c壓縮比A加料段第一個(gè)螺槽的容積與均化段最后一個(gè)螺槽的容積之比，表示塑料通過螺桿的全過程被壓縮的程度。7/12/2022102）螺桿的作用三大作用輸送物料向機(jī)頭方向流動(dòng)傳熱塑化物料軟化物料粘流態(tài)混合均化物料與料筒和機(jī)頭相配合強(qiáng)大剪切作用，使物料均勻混合定量定壓由機(jī)頭擠出。三段加料段、壓縮段、均化段7/12/202211漸變螺桿全長均起壓縮作用。突變螺桿壓縮段很短，甚至一個(gè)螺距。 （結(jié)晶型塑料，熔融溫度范圍窄，如尼龍等）7/12/2022123）螺

5、桿的形式普通螺桿（應(yīng)用最廣） 高效螺桿（末端設(shè)置一些剪切混合元件，以促進(jìn)混合、熔化和提高產(chǎn)量） 7/12/2022137/12/202214（四）機(jī)頭和口模機(jī)頭是口模與料筒的過渡連接部分，口模是制品的成形部件，機(jī)頭和口模通常為一體，習(xí)慣上統(tǒng)稱機(jī)頭。作用 ：1）使粘流態(tài)物料從螺旋運(yùn)動(dòng)變?yōu)槠叫兄本€運(yùn)動(dòng)導(dǎo)入口模成型2）產(chǎn)生回壓，進(jìn)一步均化，提高制品質(zhì)量。3）產(chǎn)生必要成型壓力結(jié)構(gòu)緊密，形狀準(zhǔn)確制品7/12/202215（如圖）擠出機(jī)機(jī)頭和口模示意圖。7/12/202216二、擠出成形原理 固體進(jìn)料的擠出過程，塑料要經(jīng)歷固體彈性體粘性液體的變化，變動(dòng)的溫度、壓力，狀態(tài)變化和流動(dòng)行為十分復(fù)雜，擠出理論應(yīng)用

6、最廣的是固體輸送理論、熔融理論和熔體輸送理論 7/12/202217三、擠出成形工藝與過程 程序?yàn)槲锪系母稍铩⒊尚巍⒅破返亩ㄐ团c冷卻、制品的牽引與卷取（或切割），有時(shí)還包括制品的后處理等。（一）原料干燥控制水分含量在0.5%以下 在烘箱或烘房內(nèi)進(jìn)行（表17.1）7/12/202218（二）擠出成形 加熱到預(yù)定溫度，開動(dòng)螺桿，加料。 根據(jù)擠出工藝性能、機(jī)頭口模結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等調(diào)整料筒各加熱段和機(jī)頭口模的溫度及螺桿的轉(zhuǎn)速等工藝參數(shù)，以控制料筒內(nèi)物料的溫度和壓力分布。根據(jù)制品的形狀和尺寸要求，調(diào)整口模尺寸和同心度及牽引等設(shè)備裝置，以控制擠出物離膜膨脹和形狀的穩(wěn)定性控制擠出物產(chǎn)量和質(zhì)量 7/12/20221

7、9不同的塑料品種要求螺桿特性和工藝條件不同。 （下表） 主要熱塑性塑料擠出成形時(shí)螺桿特征和工藝條件7/12/202220（表17.2）7/12/202221料筒、機(jī)頭及口模中的溫度和壓力分布一般如圖所示 7/12/202222影響塑化效果的主要因素是溫度和剪切作用1）溫度升高物料粘度，有利于塑化，同時(shí)熔體壓力，出料快。2）溫度降低粘度機(jī)頭口模壓力制品密度大，形狀穩(wěn)定性好。 3）口模和型芯溫度應(yīng)該一致，若相差太大制品出現(xiàn)向內(nèi)或向外翻，甚至扭歪。 4）增大螺桿轉(zhuǎn)速強(qiáng)化對(duì)塑料的剪切作用有利于塑料的混合和塑化 7/12/202223降低熔體的粘度（見左圖）和提高料筒中物料的壓力（見右圖）7/12/20

8、2224（三）定型與冷卻若不及時(shí)，制品在自重作用下發(fā)生形變。大多數(shù)同時(shí)進(jìn)行。（下圖）兩種擠出圓管的定徑套 冷卻一般采用空冷或水冷。冷卻速度對(duì)制品的性能有一定影響。 7/12/2022257/12/202226（四）制品的牽引和卷取（切割） 從口模擠出后，一般要產(chǎn)生離模膨脹現(xiàn)象，使擠出物尺寸、形狀發(fā)生改變；同時(shí)制品從口模擠出后，愈來愈重，若不引出堵塞停滯生產(chǎn)，破壞擠出的連續(xù)性，并使后面擠出物發(fā)生形變管材的牽引設(shè)備滾輪式、履帶式牽引速度稍擠出速度 7/12/202227 定型冷卻后的制品進(jìn)行卷繞或切割。 軟質(zhì)型材在卷繞到給定長度或質(zhì)量后切斷； 硬質(zhì)型材從牽引裝置送出達(dá)到一定長度后切斷。7/12/2

9、02228（五）后處理提高制品性能（有些需要）后處理熱處理和調(diào)濕處理 如：由狹縫扁平口模直接擠出片材經(jīng)拉伸而得的薄膜，應(yīng)在材料TgTf(或Tm)間熱處理（熱定型），提高薄膜尺寸穩(wěn)定性，減少使用過程熱收縮率。7/12/202229四、典型擠出制品成形工藝 包括管材、棒材、板材、吹塑薄膜、塑料電線電纜等，以塑料管材擠出為例。有硬管、軟管，主要擠管塑料有聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、尼龍、ABS和聚碳酸酯等，目前國內(nèi)以聚氯乙烯為主。介紹硬聚氯乙烯管材的成形工藝及設(shè)備 7/12/2022301.基本工藝 2設(shè)備 擠出機(jī)、機(jī)頭口模、定型裝置、冷卻水槽、牽引及切割裝置等，機(jī)頭口模、定型裝置是管材擠出

10、的關(guān)鍵部件。 7/12/202231（1）機(jī)頭和口模機(jī)頭是管材的成形部件，分直通式用得最多（上圖） 直角式（圖17.4） 旁側(cè)式（圖17.5）機(jī)頭包括分流器、分流器支架、管芯、 口模和調(diào)節(jié)螺釘?shù)确至髌饔址Q魚雷頭7/12/2022327/12/202233擴(kuò)張角（30 90）一般取60；分流錐長度L3=11.5D（D見上圖）分流器支架支撐分流器及管芯；管芯成形管材內(nèi)表面，收縮角；粘度大、粘度小機(jī)頭壓縮比A=3107/12/202234口模結(jié)構(gòu)見下圖7/12/202235（2）管材的定徑和冷卻硬聚氯乙烯管的定徑定徑套： 定外徑外徑尺寸要求高； 定內(nèi)徑內(nèi)徑尺寸要求高。我國硬聚氯乙烯管的標(biāo)準(zhǔn)外徑帶公差主要采用外徑定型法，外徑定型法：內(nèi)壓法（下圖）直徑較大管材 抽真空法（下圖）小直徑管材內(nèi)徑定型裝置（下圖）用于直角式、旁側(cè)式7/12/2022367/12/202