【大學課件】擠出成型工藝與模具設計PPT(P42)

1、2021-7-201 第第17章章 擠出成型工藝與模具設計擠出成型工藝與模具設計 教學目的、要求教學目的、要求： 了解了解擠出成型原理；擠出成型原理； 掌握掌握擠出成型工藝過程及工藝參數；擠出成型工藝過程及工藝參數； 熟悉熟悉擠出模的結構設計。擠出模的結構設計。 重點重點：擠出成型工藝過程擠出成型工藝過程及及機頭的結構機頭的結構 2021-7-202 17-117-1 擠出成型原理及工藝 擠出模塑擠出模塑或或擠塑擠塑 借助螺桿或柱塞的擠壓作用借助螺桿或柱塞的擠壓作用 ，受熱熔化的，受熱熔化的 塑料，強行通過口模而成為具有恒定截面的連塑料，強行通過口模而成為具有恒定截面的連 續(xù)型材。續(xù)型材。 所

2、有所有熱塑性塑料熱塑性塑料，某些，某些熱固性塑料熱固性塑料 生產的生產的制品制品有有 管材、板材、棒材、片材、薄管材、板材、棒材、片材、薄 膜、單絲、線纜包履物、各種異型材及塑料與膜、單絲、線纜包履物、各種異型材及塑料與 其它材料的復合物。其它材料的復合物。 2021-7-203 約占熱塑性塑料制品的約占熱塑性塑料制品的505070%70%左右左右 擠出成形是擠出成形是生產效率高生產效率高、用途廣泛用途廣泛、適適 應性強應性強的最重要成形方法之一的最重要成形方法之一 。 2021-7-204 根據塑料根據塑料塑化方式塑化方式不同，擠出工藝分為不同，擠出工藝分為 ： 干法干法靠外加熱熔化，塑化與

3、擠出成形在機內靠外加熱熔化，塑化與擠出成形在機內 完成簡單的冷卻完成簡單的冷卻固化固化 濕法濕法 有機溶劑作用有機溶劑作用粘流態(tài)粘流態(tài)塑化在機外預塑化在機外預 先完成先完成定型處理靠溶劑揮發(fā)而固化定型處理靠溶劑揮發(fā)而固化 優(yōu)點：塑化均勻，可防止熱降解，考慮溶劑回優(yōu)點：塑化均勻，可防止熱降解，考慮溶劑回 收及環(huán)境污染等，生產中較少應用收及環(huán)境污染等，生產中較少應用 故多為干法故多為干法 濕法僅用于硝酸纖維素和少數醋酸纖維素塑料濕法僅用于硝酸纖維素和少數醋酸纖維素塑料 等的成形，不能加熱塑化等的成形，不能加熱塑化 2021-7-205 按按加壓方式加壓方式的不同，擠出工藝分：的不同，擠出工藝分：

4、連續(xù)式連續(xù)式螺桿式擠出機：螺桿式擠出機： 單螺桿擠出機單螺桿擠出機 多螺桿擠出機多螺桿擠出機 間歇式間歇式柱塞式擠出機柱塞式擠出機 本節(jié)主要以本節(jié)主要以單螺桿擠出機單螺桿擠出機的結構特點來討論的結構特點來討論 擠出擠出成形的原理成形的原理及工藝。及工藝。 2021-7-206 一、單螺桿擠出機的根本結構及作用一、單螺桿擠出機的根本結構及作用 由傳動系統、擠出系統、加熱和冷卻系統、控 制系統等幾局部組成。此外，還有一些輔助 設備 擠出系統是成形關鍵局部，主要包括加料裝 置、料筒、螺桿、機頭和口模等 2021-7-207 一加料裝置 二料筒 一金屬圓筒，一般用耐溫、耐壓強度較高、鞏固耐磨、耐腐的

5、合金鋼或內襯合金鋼的復合鋼管制成。 外面設有分段加熱和冷卻的裝置外面設有分段加熱和冷卻的裝置 常用電阻或電感應加熱，也有采用遠紅外線加熱。常用電阻或電感應加熱，也有采用遠紅外線加熱。 冷卻一般用風冷或水冷。冷卻一般用風冷或水冷。 目的：防止塑料過熱或停車時須對塑料快速冷卻目的：防止塑料過熱或停車時須對塑料快速冷卻 以免降解以免降解 三螺桿三螺桿 是擠出機最主要部件，直接關系到擠出機的應用范圍是擠出機最主要部件，直接關系到擠出機的應用范圍 和生產率。和生產率。 2021-7-208 2021-7-209 注注 ： 1 1螺桿的幾何結構參數螺桿的幾何結構參數 直徑、長徑比、壓縮比、螺槽深度、螺旋角

6、、直徑、長徑比、壓縮比、螺槽深度、螺旋角、 間隙等間隙等 a a螺桿直徑螺桿直徑DsDs外徑外徑30200mm30200mm，最常見，最常見 60150mm60150mm，隨，隨DsDs生產能力生產能力所以，擠出機所以，擠出機 規(guī)格常以規(guī)格常以DsDs表示。表示。 b b長徑比長徑比L/DSL/DS L/DS L/DS以以2525居多。居多。 2021-7-2010 c壓縮比壓縮比A加料段第一個螺槽的容積與均化加料段第一個螺槽的容積與均化 段最后一個螺槽的容積之比，表示塑料通過螺桿的段最后一個螺槽的容積之比，表示塑料通過螺桿的 全過程全過程被壓縮的程度被壓縮的程度。 2021-7-2011 2

7、螺桿的作用螺桿的作用 三大作用三大作用 輸送物料輸送物料向機頭方向流動向機頭方向流動 傳熱塑化物料傳熱塑化物料軟化物料軟化物料粘流態(tài)粘流態(tài) 混合均化物料混合均化物料與料筒和機頭相配合與料筒和機頭相配合強大剪強大剪 切作用，使物料均勻混合切作用，使物料均勻混合定量定壓由機頭擠定量定壓由機頭擠 出。出。 三 段三 段 加 料 段 、 壓 縮 段 、 均 化 段加 料 段 、 壓 縮 段 、 均 化 段 2021-7-2012 漸變螺桿漸變螺桿全長均起壓縮作用。全長均起壓縮作用。 突變螺桿突變螺桿壓縮段很短，甚至一個螺距。壓縮段很短，甚至一個螺距。 結晶型塑料，熔融溫度范圍窄，如尼龍等結晶型塑料，熔

8、融溫度范圍窄，如尼龍等 2021-7-2013 3螺桿的形式螺桿的形式普通螺桿應用最廣普通螺桿應用最廣 高效螺桿末端設置一些剪切混高效螺桿末端設置一些剪切混 合元件，以促進混合、熔化和提高產量合元件，以促進混合、熔化和提高產量 2021-7-2014 2021-7-2015 四機頭和口模四機頭和口模 機頭是口模與料筒的過渡連接局部，口模是制品機頭是口模與料筒的過渡連接局部，口模是制品 的成形部件，機頭和口模通常為一體，習慣上的成形部件，機頭和口模通常為一體，習慣上 統稱統稱機頭。機頭。 作用作用 ： 1使粘流態(tài)物料從螺旋運動變?yōu)槠叫兄本€運動使粘流態(tài)物料從螺旋運動變?yōu)槠叫兄本€運動 導入口模成型導

9、入口模成型 2產生回壓，進一步均化，提高制品質量。產生回壓，進一步均化，提高制品質量。 3產生必要成型壓力產生必要成型壓力結構緊密，形狀準確制品結構緊密，形狀準確制品 2021-7-2016 如圖擠出機機頭和口模示意圖。 2021-7-2017 二、擠出成形原理二、擠出成形原理 固體進料的擠出過程，塑料要經歷固體固體進料的擠出過程，塑料要經歷固體 彈性體彈性體粘性液體的變化，變動的溫度、壓粘性液體的變化，變動的溫度、壓 力，狀態(tài)變化和流動行為力，狀態(tài)變化和流動行為十分復雜十分復雜，擠出理論，擠出理論 應用最廣應用最廣的是的是固體輸送理論固體輸送理論、熔融理論熔融理論和和 熔體輸送理論熔體輸送理

10、論 2021-7-2018 三、擠出成形工藝與過程三、擠出成形工藝與過程 程序為程序為物料的枯燥、成形、制品的定型與冷卻、物料的枯燥、成形、制品的定型與冷卻、 制品的牽引與卷取或切割，有時還包括制品的制品的牽引與卷取或切割，有時還包括制品的 后處理等。后處理等。 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 在烘箱或烘房內進行表在烘箱或烘房內進行表 2021-7-2019 二擠出成形二擠出成形 加熱到預定溫度，開動螺桿，加料。加熱到預定溫度，開動螺桿，加料。 根據擠出根據擠出工藝性能工藝性能、機頭口模、機頭口模結構特點結構特點等調整料等調整料 筒筒各加熱段各加熱段

11、和和機頭口模機頭口模的的溫度溫度及及螺桿的轉速螺桿的轉速等等 工藝參數，以工藝參數，以控制控制料筒內物料的料筒內物料的溫度和壓力溫度和壓力分分 布。布。 根據制品的根據制品的形狀和尺寸形狀和尺寸要求，調整要求，調整口模尺寸口模尺寸和和同同 心度心度及及牽引牽引等設備裝置，以控制擠出物離膜膨等設備裝置，以控制擠出物離膜膨 脹和脹和形狀的穩(wěn)定性形狀的穩(wěn)定性控制擠出物控制擠出物產量產量和和質量質量 2021-7-2020 不同的不同的塑料品種塑料品種要求要求螺桿特性螺桿特性和和工藝條件工藝條件不同。不同。 下表下表 主要熱塑性塑料擠出成形時螺桿特征主要熱塑性塑料擠出成形時螺桿特征 和工藝條件和工藝條

12、件 2021-7-2021 表 2021-7-2022 料筒、機頭及口模中的溫度和壓力分布一般如下料筒、機頭及口模中的溫度和壓力分布一般如下 圖圖 2021-7-2023 影響影響塑化塑化效果的主要因素是效果的主要因素是 溫度溫度和和剪切作用剪切作用 1溫度升高溫度升高物料粘度物料粘度，有利于塑化，同時，有利于塑化，同時 熔體壓力熔體壓力，出料快。，出料快。 2溫度降低溫度降低粘度粘度機頭口模壓力機頭口模壓力制品制品 密度大，形狀穩(wěn)定性好。密度大，形狀穩(wěn)定性好。 3口模和型芯溫度應該一致，假設相差太大口模和型芯溫度應該一致，假設相差太大 制品出現向內或向外翻，甚至扭歪。制品出現向內或向外翻，甚

13、至扭歪。 4增大螺桿轉速增大螺桿轉速強化對塑料的剪切作用強化對塑料的剪切作用 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 降低熔體的粘度見左圖和提高料筒降低熔體的粘度見左圖和提高料筒 中物料的壓力見右圖中物料的壓力見右圖 2021-7-2025 三定型與冷卻三定型與冷卻 假設不及時，制品在自重作用下發(fā)生形變。假設不及時，制品在自重作用下發(fā)生形變。 大多數同時進行。大多數同時進行。 以下圖兩種擠出圓管的定徑套以下圖兩種擠出圓管的定徑套 冷卻一般采用空冷或水冷。冷卻一般采用空冷或水冷。 冷卻速度對制品的性能有一定影響。冷卻速度對制品的性能有一定影響。 2021-7-202

14、6 2021-7-2027 四制品的牽引和卷取切割四制品的牽引和卷取切割 從口模擠出后，一般要產生離模膨脹現象，使從口模擠出后，一般要產生離模膨脹現象，使 擠出物尺寸、形狀發(fā)生改變；同時制品從口擠出物尺寸、形狀發(fā)生改變；同時制品從口 模擠出后，愈來愈重，假設不引出模擠出后，愈來愈重，假設不引出堵塞堵塞 停滯生產，破壞擠出的連續(xù)性，并使后面擠停滯生產，破壞擠出的連續(xù)性，并使后面擠 出物發(fā)生形變出物發(fā)生形變 管材的牽引設備管材的牽引設備滾輪式、履帶式滾輪式、履帶式 牽引速度稍牽引速度稍擠出速度擠出速度 2021-7-2028 定型冷卻后的制品進行卷繞或切割。定型冷卻后的制品進行卷繞或切割。 軟質型

15、材在卷繞到給定長度或質量后切斷；軟質型材在卷繞到給定長度或質量后切斷； 硬質型材從牽引裝置送出到達一定長度后硬質型材從牽引裝置送出到達一定長度后 切斷。切斷。 2021-7-2029 五后處理五后處理 提高制品性能有些需要提高制品性能有些需要 后處理后處理熱處理和調濕處理熱處理和調濕處理 如：由狹縫扁平口模直接擠出片材經拉如：由狹縫扁平口模直接擠出片材經拉 伸而得的薄膜，應在材料伸而得的薄膜，應在材料TgTf(TgTf(或或Tm)Tm) 間熱處理熱定型，提高薄膜尺寸穩(wěn)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。定性，減少使用過程熱收縮率。 2021-7-2030 四、典型擠出制

16、品成形工藝四、典型擠出制品成形工藝 包括管材、棒材、板材、吹塑薄膜、塑料電包括管材、棒材、板材、吹塑薄膜、塑料電 線電纜等，以線電纜等，以塑料管材塑料管材擠出為例。擠出為例。 有有硬管硬管、軟管軟管，主要，主要擠管塑料擠管塑料有有聚氯乙聚氯乙 烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、尼龍、烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、尼龍、 ABS和聚碳酸酯等，目前國內以和聚碳酸酯等，目前國內以聚氯乙烯聚氯乙烯 為主。為主。 介紹介紹硬聚氯乙烯硬聚氯乙烯管材的成形工藝及設備管材的成形工藝及設備 2021-7-2031 1.1.根本工藝根本工藝 2設備設備 擠出機、機頭口模、定型裝置、冷卻水槽、牽擠出機、機頭口模、定型裝

17、置、冷卻水槽、牽 引及切割裝置等，引及切割裝置等， 機頭口模機頭口模、定型裝置定型裝置是管材擠出的是管材擠出的關鍵部件關鍵部件。 2021-7-2032 1機頭和口模機頭和口模 機頭是管材的成形部件，機頭是管材的成形部件， 分直通式分直通式用得最多上圖用得最多上圖 直角式圖直角式圖 旁側式圖旁側式圖 機頭包括機頭包括分流器、分流器支架、管芯、分流器、分流器支架、管芯、 口模和調節(jié)螺釘等口模和調節(jié)螺釘等 分流器分流器又稱魚雷頭又稱魚雷頭 2021-7-2033 2021-7-2034 擴張角擴張角30 90一般取一般取60； 分流錐長度分流錐長度L3D見上圖見上圖 分流器支架分流器支架支撐分流器

18、及管芯；支撐分流器及管芯； 管芯管芯成形管材內外表，收縮角成形管材內外表，收縮角；粘度；粘度 大大、粘度小、粘度小 機頭壓縮比機頭壓縮比A=310 2021-7-2035 口模結構見以下圖 2021-7-2036 2管材的定徑和冷卻管材的定徑和冷卻 硬聚氯乙烯管的定徑硬聚氯乙烯管的定徑定徑套：定徑套： 定外徑定外徑外徑尺寸要求高；外徑尺寸要求高； 定內徑定內徑內徑尺寸要求高。內徑尺寸要求高。 我國硬聚氯乙烯管的標準我國硬聚氯乙烯管的標準外徑帶公差外徑帶公差主要采用主要采用 外徑定型法，外徑定型法， 外徑定型法：內壓法以下圖外徑定型法：內壓法以下圖直徑較大管材直徑較大管材 抽真空法以下圖抽真空法以下圖小直徑管材小直徑管材 內徑定型裝置以下圖內徑定型裝置以下圖用于直角式、旁側式用于直角式、旁側式 2021-7-2037 2021-7-2038 2021-7-2039 3 3管材牽引和切割管材牽引和切割 牽引速度比擠管速度大牽引速度比擠管速度大1%10%，且無級調速，且無級調速， 要求均勻平穩(wěn)、無跳動。要求均勻平穩(wěn)、無跳動。 牽引夾持裝置：滑輪、履帶，夾持器可調節(jié)牽引夾持裝置：滑輪、履帶，夾持器可調節(jié) 適應各種適應各種D和牽引力要求，不打滑和牽引力要求，不打滑 切割裝置切割裝置電動機帶動的圓鋸片。電動機