挤出成型工艺与模具设计精.ppt

挤出成型工艺与模具设计1第1页，本讲稿共42页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。第2页，本讲稿共42页 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、适应适应性强性强的最重要成形方法之一的最重要成形方法之一 。第3页，本讲稿共42页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素塑料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）第4页，本讲稿共42页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：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 本本节节主主要要以以单单螺螺杆杆挤挤出出机机的的结结构构特特点点来来讨讨论论挤出挤出成形的原理成形的原理及工艺。及工艺。第5页，本讲稿共42页一、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、控制系统控制系统等等几部分组成。（此外，还有一些辅助设备）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、料筒、加料装置、料筒、螺杆、机头和口模等螺杆、机头和口模等 第6页，本讲稿共42页 （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、耐、坚固耐磨、耐腐的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）（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生产率率。第7页，本讲稿共42页第8页，本讲稿共42页 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、间隙等直径、长径比、压缩比、螺槽深度、螺旋角、间隙等a螺螺杆杆直直径径Ds外外径径（30200mm），最最常常见见60150mm，随随Ds生生产产能能力力所所以以，挤挤出出机机规规格格常常以以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。第9页，本讲稿共42页c压缩比压缩比A加料段第一个螺槽的容积与均化段最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全过程后一个螺槽的容积之比，表示塑料通过螺杆的全过程被压缩的程度被压缩的程度。第10页，本讲稿共42页2）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混合合均均化化物物料料与与料料筒筒和和机机头头相相配配合合强强大大剪剪切切作作用用，使使物物料料均均匀匀混混合合定定量量定定压压由由机机头头挤挤出。出。三三 段段 加加 料料 段段、压压 缩缩 段段、均均 化化 段段第11页，本讲稿共42页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）第12页，本讲稿共42页3）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）第13页，本讲稿共42页第14页，本讲稿共42页（四）机头和口模（四）机头和口模机机头头是是口口模模与与料料筒筒的的过过渡渡连连接接部部分分，口口模模是是制制品品的的成成形形部部件件，机机头头和和口口模模通通常常为为一一体体，习习惯惯上上统称统称机头机头。作用作用：1）使使粘粘流流态态物物料料从从螺螺旋旋运运动动变变为为平平行行直直线线运运动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，形状准确制品第15页，本讲稿共42页（如图）挤出机机头和口模示意图。第16页，本讲稿共42页二、挤出成形原理二、挤出成形原理 固固体体进进料料的的挤挤出出过过程程，塑塑料料要要经经历历固固体体弹弹性性体体粘粘性性液液体体的的变变化化，变变动动的的温温度度、压压力力，状状态态变变化化和和流流动动行行为为十十分分复复杂杂，挤挤出出理理论论应应用用最最广广的的是是固固体体输输送送理理论论、熔熔融融理理论论和和熔体输送理论熔体输送理论 第17页，本讲稿共42页三、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%以下以下 在烘箱或烘房内进行在烘箱或烘房内进行（表表17.1）第18页，本讲稿共42页（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。根根据据挤挤出出工工艺艺性性能能、机机头头口口模模结结构构特特点点等等调调整整料料筒筒各各加加热热段段和和机机头头口口模模的的温温度度及及螺螺杆杆的的转转速速等等工工艺艺参参数数，以以控控制制料料筒筒内内物物料料的的温温度度和和压压力力分分布。布。根根据据制制品品的的形形状状和和尺尺寸寸要要求求，调调整整口口模模尺尺寸寸和和同同心心度度及及牵牵引引等等设设备备装装置置，以以控控制制挤挤出出物物离离膜膜膨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 第19页，本讲稿共42页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。（下下表表）主主要要热热塑塑性性塑塑料料挤挤出出成成形形时时螺螺杆杆特特征征和工艺条件和工艺条件第20页，本讲稿共42页（表（表17.2）第21页，本讲稿共42页料筒料筒、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所示分布一般如图所示 第22页，本讲稿共42页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 第23页，本讲稿共42页降低熔体的粘度（降低熔体的粘度（见左图见左图）和提高料筒中）和提高料筒中物料的压力（物料的压力（见右图见右图）第24页，本讲稿共42页（三）定型与冷却（三）定型与冷却若不及时，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。第25页，本讲稿共42页第26页，本讲稿共42页（四）制品的牵引和卷取（四）制品的牵引和卷取（切割）（切割）从从口口模模挤挤出出后后，一一般般要要产产生生离离模模膨膨胀胀现现象象，使使挤挤出出物物尺尺寸寸、形形状状发发生生改改变变；同同时时制制品品从从口口模模挤挤出出后后，愈愈来来愈愈重重，若若不不引引出出堵堵塞塞停停滞滞生生产产，破破坏坏挤挤出出的的连连续续性性，并并使使后后面面挤挤出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 第27页，本讲稿共42页 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；硬硬质质型型材材从从牵牵引引装装置置送送出出达达到到一一定定长长度度后后切切断。断。第28页，本讲稿共42页（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湿处理 如如：由由狭狭缝缝扁扁平平口口模模直直接接挤挤出出片片材材经经拉拉伸伸而而得得的的薄薄膜膜，应应在在材材料料TgTf(或或Tm)间间热热处处理理（热热定定型型），提提高高薄薄膜膜尺尺寸寸稳稳定定性性，减减少少使用过程使用过程热收缩率热收缩率。第29页，本讲稿共42页四、典型挤出制品成形工艺四、典型挤出制品成形工艺 包包括括管管材材、棒棒材材、板板材材、吹吹塑塑薄薄膜膜、塑塑料料电电线电缆等，以线电缆等，以塑料管材塑料管材挤出为例。挤出为例。有有硬硬管管、软软管管，主主要要挤挤管管塑塑料料有有聚聚氯氯乙乙烯烯、聚聚乙乙烯烯、聚聚丙丙烯烯、聚聚苯苯乙乙烯烯、尼尼龙龙、ABS和和聚聚碳碳酸酸酯酯等等，目目前前国国内内以以聚聚氯氯乙乙烯烯为主。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 第30页，本讲稿共42页1.1.基本工艺基本工艺 2设备设备 挤挤出出机机、机机头头口口模模、定定型型装装置置、冷冷却却水水槽槽、牵牵引及切割装置等，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。第31页，本讲稿共42页（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17.4）旁侧式（旁侧式（图图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第32页，本讲稿共42页第33页，本讲稿共42页扩张角扩张角（3030 9090）一般取一般取60；分流锥长度分流锥长度L3=11.5D（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；管管芯芯成成形形管管材材内内表表面面，收收缩缩角角；粘粘度度大大、粘度小、粘度小机头压缩比机头压缩比A=310第34页，本讲稿共42页口模结构见下图第35页，本讲稿共42页（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。我我国国硬硬聚聚氯氯乙乙烯烯管管的的标标准准外外径径带带公公差差主主要要采采用用外外径径定定型法型法，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、旁侧式第36页，本讲稿共42页第37页，本讲稿共42页第38页，本讲稿共42页（3）管材牵引和切割）管材牵引和切割 牵牵引引速速度度比比挤挤管管速速度度大大1%10%，且且无无级级调调速速，要求要求均匀平稳均匀平稳、无跳动无跳动。牵牵引引夹夹持持装装置置：滑滑轮轮、履履带带，夹夹持持器器可可调调节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电动机带动的圆锯片圆锯片。注注：棒材棒材和各种和各种中空异型材中空异型材的挤出成形工艺与的挤出成形工艺与 管材管材无本质差别，只是无本质差别，只是机头口模截面机头口模截面形状形状 有所不同。有所不同。第39页，本讲稿共42页注注棒材、薄膜吹塑、板材和片材、棒材、薄膜吹塑、板材和片材、异形材、线缆包覆挤出成型异形材、线缆包覆挤出成型机头设计机头设计此外，此外，双螺杆挤出双螺杆挤出 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（主要成形酚醛塑料酚醛塑料等）等）反反应应式式挤挤出出机机内内发发生生物物理理变变化化的的同同时时发发生生化化学学反反应应，挤挤出出高高聚聚物物或或制制品品（简简称称REX）第40页，本讲稿共42页17-2 17-2 挤出模设计基础挤出模设计基础一、挤出成型机头的结构一、挤出成型机头的结构二、挤出成型机头的分类二、挤出成型机头的分类三、挤出成型机头的设计原则三、挤出成型机头的设计原则第41页，本讲稿共42页17-3 17-3 管材挤出成型机头设计管材挤出成型机头设计17-4 17-4 棒材挤出成型机头设计棒材挤出成型机头设计17-5 17-5 薄膜吹塑机头设计薄膜吹塑机头设计17-6 17-6 板材和片材挤出成型机头设计板材和片材挤出成型机头设计17-7 17-7 异形材挤出成型机头设计异形材挤出成型机头设计17-8 17-8 线缆包覆挤出成型机头设计线缆包覆挤出成型机头设计第42页，本讲稿共42页