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1、第3章 挤出成型工艺与模具结构,课件制作：袁正东,3.1 挤出成型原理和工艺过程,挤出成型一般用于热塑性塑料的管材、棒材、板材、薄膜、线材等连续型材的生产，所得到的塑件均具有稳定的截面形状。挤出成型在热塑性塑料成型中是一种用途广泛、所占比例很大的价格方法。,首先将粒状或粉状塑料加入料斗中，在挤出机螺杆的作用下，加热的塑料沿螺杆的螺旋槽向前方输送。塑料不断接受料筒的外加热和摩擦热，逐渐熔融呈黏流态，然后在挤压系统的作用下，塑料熔体通过具有一定形状的挤出模具，从而获得具有一定截面形状的塑料型材，如下图所示。,3.1.1 挤出成型原理和特点,1挤出成型原理,PVC挤出成型视频,2挤出成型的特点,（1
2、）连续成型，生产量大，生产率高，成本低。（2）塑件截面恒定，形状简单。（3）塑件内部组织均衡紧密，尺寸比较稳定准确。（4）适用性强，能加工多数热塑性和部分热固性塑料。,3.1.1 挤出成型原理和特点,经过干燥处理的塑料原料加入挤出机料筒后，在料筒温度和螺杆旋转、压实及混合作用下，由固态的粒状或粉状转变为具有一定流动性的均匀熔体，这一过程称为塑化。,3.1.2 挤出成型的工艺过程,1塑化阶段,塑化,成型,定型,牵引,切断,2挤出成型阶段,均匀塑化的塑料熔体随螺杆的旋转向料筒前端移动，在螺杆的旋转挤压作用下，通过一定形状的口模而获得与口模形状一致的型材。,塑化,成型,定型,牵引,切断,3.1.2
3、挤出成型的工艺过程,3定型冷却阶段,塑件离开机头口模后，通过定型装置和冷却装置，冷却变硬而定型。在大多数情况下定型和冷却是同时进行的，但在挤出各种管材和棒材时，有一个独立的定型过程。冷却一般采用空气冷却或水冷却，冷却速度对塑件性能有很大影响。,3.1.2 挤出成型的工艺过程,4塑件的牵引、切割和卷取,塑件从口模挤出后，一般会因压力的解除而发生膨胀现象，而冷却后又会产生收缩现象，使塑件的形状和尺寸发生改变。如果不加以引导，就会造成塑件停滞，使塑件不能顺利挤出。因此，在冷却的同时，要连续均匀地将塑件引出，这就是牵引。通过牵引的塑件可根据使用要求在切割装置上裁剪（如棒材、管材、板材、片材等）或在卷取
4、装置上绕制成卷（如薄膜、单丝、电线电缆等）。,塑化,成型,定型,牵引,切断,3.1.2 挤出成型的工艺过程,温度是挤出成型中的重要参数之一。严格地说，挤出成型温度应该是指料筒中的塑料熔体温度，但是该温度在很大程度上取决于料筒和螺杆的温度，所以，在实际生产中为了检测方便，经常用料筒温度近似表示成型温度。挤出挤出过程中的温差和温度波动，都会影响塑件的质量，使塑件产生残余应力，各点强度不均匀，表面灰暗无光。,3.1.3 挤出成型工艺参数,1温度,2压力,在挤出过程中，由于塑料流动的阻力、螺杆槽深度的变化、过滤板、过滤网和口模产生阻碍等原因，在塑料内部形成一定的压力，而这种压力是塑料经历物理状态变化而
5、达到均匀密实的重要条件。压力随时间的变化也会产生周期性波动，对塑件质量有不利的影响，如局部疏松、表面不平、弯曲等。为了减小压力波动，应合理控制螺杆转速，保证加热和冷却装置的温控精度。,3.1.3 挤出成型工艺参数,3挤出速度,挤出速度是指在单位时间内，从挤出机头的口模中挤出塑化好的物料量或塑件长度。它反映挤出生产能力的高低。影响挤出速度的因素有很多，如料筒的结构、螺杆转速、加热冷却系统的结构和塑料的性能等。在挤出机结构和塑料品种及塑件类型确定的情况下，挤出速度与螺杆转速有关，因此调整螺杆转速是控制挤出速度的主要措施。,3.1.3 挤出成型工艺参数,4牵引速度,从机头和口模中挤出的成型塑件，在牵
6、引力作用下将会发生拉伸取向，拉伸取向程度越高，塑件沿取向方位上的拉伸强度也越大，但冷却后长度收缩也大。通常，牵引速度可与挤出速度相当，两者的比值称为牵引比，一般应略大于1。,3.1.3 挤出成型工艺参数,3.2 挤出成型模具概述,挤出成型塑件的截面形状均取决于挤出模具，所以，挤出模具设计的合理性，是保证良好的挤出成型工艺和挤出成型质量的决定因素。挤出成型模具主要由两部分组成：机头 定径装置（定径套）,机头是挤出塑料制件成型的主要部件，它的作用是将来自挤出机的熔融塑料由螺旋运动转变为直线运动，并进一步塑化，产生必要的成型压力，保证塑件密实，从而获得截面与口模形状相似的型材。下面以典型的管材挤出成
7、型机头为例，介绍机头的结构组成，如右图所示。,3.2.1 挤出成型模具的结构组成,1机头,（1）口模和芯棒 口模的作用是成型塑件的外表面，芯棒的作用是成型塑件的内表面，口模和芯棒的定型部分决定了塑件的截面形状。（2）过滤板和过滤网 过滤板又称为多孔板，和过滤网共同将塑料熔体由螺旋运动转变为直线运动，并能过滤杂质。过滤板同时还起到支承过滤网的作用，并且增加了塑料流动阻力，使塑件更加密实。,3.2.1 挤出成型模具的结构组成,1机头,（3）分流器和分流器支架 分流器又称为鱼雷头，塑料熔体通过分流器能够分流变成薄环状而平稳进入成型区，便于进一步加热和塑化。分流器支架主要用来支承分流器和芯棒，同时也能
8、对分流后的塑料熔体起加强剪切混合作用。（4）机头体 机头体相当于模架，与挤出机料筒连接，用来组装并支承机头的各零部件。,3.2.1 挤出成型模具的结构组成,1机头,（5）温度调节系统 为了保证塑料熔体在机头中正常流动及挤出成型质量，机头上一般设有可以加热的温度调节系统，如右图中的10、11电加热圈。（6）调节螺钉 调节螺钉是用来调节控制成型区内口模与芯棒间的环隙及同轴度，以保证挤出塑件壁厚均匀。,3.2.1 挤出成型模具的结构组成,1机头,2定径装置（定径套）,离开成型区后的塑料熔体虽然已经具有给定的截面形状，但是因为制件温度较高不能抵抗自重而变形，因此需要使用定径套对制件进行冷却定型，使其获
9、得良好的表面质量、准确的尺寸和几何形状。,3.2.1 挤出成型模具的结构组成,1、按塑料制件的形状分类 挤出成型的塑件主要有管材、棒材、板材、片材、网材、单丝、粒料、各种异型材、吹塑薄膜、带有塑料包覆层的电线电缆等，所用的机头相应称为管机头、棒机头等。2、按塑料制件的出口方向分类：分为直通机头和角式机头。3、按塑料熔体所受的压力分类：低压机头（压力小于4MPa）和高压机头（压力大于10MPa）。,3.2.2 挤出成型模具分类,3.2.3 挤出成型设备,挤出机组,控制系统,挤出系统、传动系统、加热冷却系统、机身,机头、定型装置、冷却装置、牵引装置、切割装置、卷取装置,辅机：,挤出机：,挤出机主要
10、由主机和辅机两大部分组成。（1）主机 主机包括挤压系统、传动系统、加热系统。（2）辅机 辅机包括机头、定径装置、冷却装置、牵引装置、切割装置和卷取装置。,1挤出机的组成,3.2.3 挤出成型设备,2挤出机的种类,挤出机的类型很多，有不同的分类方法。（1）按照螺杆的数目进行分类：可以分为单螺杆挤出机和多螺杆挤出机。（2）按照挤出机可否排气进行分类：可以分为排气式挤出机和非排气式挤出机。（3）按照螺杆在空间的位置进行分类：可以分卧式挤出机和立式挤出机。最常用的挤出机是卧式单螺杆非排气式挤出机。,3.2.3 挤出成型设备,3机头与挤出机的连接,常用国产挤出机与机头的连接形式如图33，机头以螺纹联接在
11、机头法兰上，机头法兰以46个铰链螺钉与机筒法兰连接固定。,3.2.3 挤出成型设备,3机头与挤出机的连接,常用国产挤出机与机头的连接形式如图34所示,为挤出机与机头的又一种连接形式。机头以8个内六角螺钉与机头法兰连接固定，机头法兰与机筒法兰由定位销定位，机头外圆与机头法兰内孔配合，保证机头与挤出机的同心度。,3.2.3 挤出成型设备,3.3 管材挤出成型模具,管材挤出成型机头是挤出机头的主要类型之一，应用范围较广，主要用于成型聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸脂、尼龙、软、硬聚氯乙烯等塑料的圆形管件。管材机头适用的挤出螺杆长径比（螺杆长度与直径之比）为1525，螺杆转速为1035r/min。,PVC管材挤
12、出成型视频,直通式挤管机头如图所示。直通式挤管机头结构比较简单，容易制造，但塑料熔体经过分流器和分流器支架时形成的熔接痕不容易消除。另外机头的长度较大，整体笨重。直通式挤管机头主要用于挤出成型聚乙烯、聚碳酸脂、尼龙、软、硬聚氯乙烯等塑料管材。,3.3.1 管材挤出机头的结构类型,1直通式挤管机头,2直角式挤管机头,直角式挤管机头如图36所示。塑料熔体包围芯棒，流动成型时只会产生一条分流痕迹，熔体流动阻力小，料流稳定均匀，生产率高，成型质量好。但机头结构复杂，制造困难。直角式挤管机头主要用于挤出成型聚乙烯、聚丙烯等塑料管材。,3.3.1 管材挤出机头的结构类型,3旁侧式挤管机头,旁侧式挤管机头如
13、图所示，与直角式挤管机头相似，其机头结构更复杂，制造更困难，熔体流动阻力较大，但机头的体积较小。,3.3.1 管材挤出机头的结构类型,4微孔流道挤管机头,微孔流道挤管机头如图38所示。机头内无芯棒，塑料熔体的流动方向与挤出机螺杆的轴线方向一致，塑料熔体通过微孔管上的微孔进入口模而成型。挤出成型的管材没有分流痕迹，强度较高，特别适合于成型直径大、流动性差的聚烯烃类塑料管材。,3.3.1 管材挤出机头的结构类型,（1）口模的内径：Dkds（ds为管材外径)（2）定型段长度：1）依据管材外径计算：L1（0.53）ds 2）依据管材壁厚计算：L1nt,3.3.2管材挤出机头结构尺寸和工艺参数,1口模,
14、2芯棒,（1）芯棒的外径：dD 2（2）压缩段长度：L2（1.52.5）Do（）压缩角 压缩区的锥角称为压缩角，一般在3060的范围内选取。,3.3.2管材挤出机头结构尺寸和工艺参数,3分流器与分流器支架,分流器作用是使熔体料层变薄，便于均匀加热塑,分流器长度：L3=(1-1.5）D0 D0为栅板出口处直径,分流器头部圆角r一般取0.5-2mm,3.3.2管材挤出机头结构尺寸和工艺参数,3分流器与分流器支架,分流器支架与分流器可以制成整体式（如右图），用于中小型机头；也可制成组合式，用于大型机头,分流器支架上分流筋数目在满足强度下，尽量少一般为3-8根，并制成流线型,3.3.2管材挤出机头结构
15、尺寸和工艺参数,管材的定径方法：1、外径定型法：（1）内压法（2）真空吸附法。,3.3.3 管材定径套的结构类型及尺寸,管材的定径方法：2、内径定型法,3.3.3 管材定径套的结构类型及尺寸,3.4 棒材挤出成型模具,棒材是指截面为圆形的实心塑料型材，塑料棒材的原材料一般是工程塑料，如尼龙、聚甲醛、聚碳酸脂、ABS、聚砜、玻璃纤维增强塑料等。棒材机头的螺杆长径比为2，除了生产玻璃纤维增强塑料外，可以设置5080目的过滤网。,棒材挤出成型机头的典型结构如下图所示。棒材挤出成型机头的结构较简单，与管材挤出机头基本相似，区别是棒材挤出成型机头中没有芯棒，只有分流器。使用分流器可以减少模腔内部的容积及
16、增加塑料的受热面积。如果模腔内为无滞料区的流线型，也可以不设分流器装置。,3.4.1 棒材挤出成型机头的典型结构,如右图所示。机头内的流道有阻流阀的作用，以增加机头内的压力，流道不得有停滞区。棒材定型区的长度为棒材直径的415倍，比管材定型区长一些。机头进口处的扩张角为3060，收缩部分的长度为50100mm。机头出口处要制作成喇叭形，便于棒材中心熔融区快速补料，喇叭口的扩张角小于45，否则会产生死角。,3.4.2 棒材挤出机头的结构类型,1有分流锥的棒材模,2无分流锥的棒材模,如下图所示。强劲冷却的定径套以法兰与挤出模相连接，口模与定型模之间设有绝热垫。该模的特点是成型与定型成为一体，口模1
17、已成为直径为810mm的供冷却定型和补入塑料流体的流道。熔体与定型段的冷壁相接触形成固态表层8。由于冷却收缩，在棒材中某些部位有形成空洞的可能，因此要求挤出机必须有足够的压力。,3.4.2 棒材挤出机头的结构类型,棒材的定径装置结构比较简单，与管材的定径装置相似，如图314所示。定径套的作用是使塑件不会因为自重而产生变形，保证一定的表面质量。为了减少棒材通过定径套时的流动阻力，定径套内孔应具有一定的锥度，锥度为1：35。定径套的材料一般使用青铜制造，传热效果好。定径套的内径要略大于棒材直径。,3.4.3 棒材定径套的结构,3.5 板材、片材挤出成型机头,板材和片材的挤出成型机头的进料口为圆形，
18、内部逐渐过渡为狭缝形，最后形成宽而薄的出料口。熔体在挤出成型过程中，随着流道的变化，沿宽度方向均匀分布，而且要求流速相等，这样才能挤出厚度均匀、表面平整的板材和片材。,1、鱼尾式机头,3.5 板材、片材挤出成型机头,鱼尾式机头的模腔与鱼尾形状相似，为了达到均匀送料的目的，常在模腔内设置阻流器或阻流棒以调整料流阻力，使整个出料满足生产要求。,2、支管式机头（1）一端供料的直支管机头,3.5 板材、片材挤出成型机头,2、支管式机头（2）中间供料的直支管机头,3.5 板材、片材挤出成型机头,2、支管式机头（3）中间供料的弯支管机头,3.5 板材、片材挤出成型机头,2、支管式机头（4）带有阻流棒的双支
19、管机头,3.5 板材、片材挤出成型机头,3、螺杆式机头,3.5 板材、片材挤出成型机头,3.6 吹塑薄膜挤出成型机头,薄膜是目前广泛使用的塑料挤出产品，薄膜的厚度一般为0.010.25mm。薄膜的常用生产方法是吹塑成型，由挤出机机头挤出塑料管坯，同时从机头中心通入压缩空气，将管坯吹成所需直径的薄膜。吹塑法可以加工软、硬聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚酰胺等塑料薄膜。,3.6 吹塑薄膜挤出成型机头,挤出方法分类 平挤上吹、平挤下吹和平挤平吹法。,如右图所示常用的平挤上吹法生产薄膜时从侧面进料的芯棒式机头。芯棒式机头结构简单，机头内部通道空隙小，存料少，熔体不易过热，仅有一条薄膜熔合线，适用于加工聚氯乙烯等热稳定性差的塑料。但芯棒轴受侧向压力，容易造成口模间隙偏移，出料不均，薄膜厚度不易控制均匀。,3.6.1 芯棒式机头的结构,1、口模与芯棒的单边间隙0.41.2mm或者（1830）t（t为薄膜厚度）。2、口模定型长度L1值一般凭经验参考表37选取。3、缓冲槽深度h（3.58），宽度b（1530）。4、芯棒扩张角常取8090，必要时可取100120。5、吹胀比一般取1.54，工程上常用23。牵引比一般取46。压缩比一般应大于或等于2。,3.6.2 芯棒式机头零件的工艺参数,主要工艺参数：,课程结束!谢谢观看,
