挤出成型工艺与模具设计【通过答辩毕业论文+CAD图纸】

2017/2/11 1 第 17章 挤出成型工艺与模具设计 教学目的、要求 ： 了解 挤出成型原理； 掌握 挤出成型工艺过程及工艺参数； 熟悉 挤出模的结构设计。 重点 ： 挤出成型工艺过程 及 机头的结构 2017/2/11 2 17挤出成型原理及工艺 挤出模塑 或 挤塑 借助螺杆或柱塞的挤压作用 ，受热熔化的塑料，强行通过口模而成为具有恒定截面的连续型材。 所有 热塑性塑料 ，某些 热固性塑料 生产的 制品 有 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其它材料的复合物。 2017/2/11 3 约占热塑性塑料制品的 50 70%左右 挤出成形是 生产效率高 、 用途广泛 、 适应性强 的最重要成形方法之一 。 2017/2/11 4 根据塑料 塑化方式 不同，挤出工艺分为 ： 干 法 靠 外加热 熔化，塑化与挤出成形在 机内 完成 （简单的冷却 固化） 湿法 有机溶剂 作用 粘流态 塑化在机外预 先完成 定型处理靠 溶剂挥发而固化 ） 优点 ：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 故多为 干法 （ 湿法 仅用于 硝酸纤维素 和 少数醋酸纤维素塑料 等的成形，不能加热塑化） 2017/2/11 5 按 加压方式 的不同，挤出工艺分： 连续式 螺杆式挤出机： 单螺杆挤出机 多螺杆挤出机 间歇式 柱塞式挤出机 本节主要以 单螺杆挤出机 的结构特点来讨论挤出 成形的原理 及工艺 。 2017/2/11 6 一、单螺杆挤出机的基本结构及作用 由 传动系统 、 挤出系统 、 加热和冷却系统 、 控制系统 等几部分组成。（此外，还有一些辅助设备） 挤出系统 是成形 关键部分 ，主要包括 加料装置、料筒、螺杆、机头和口模等 2017/2/11 7 （一）加料装置 （二）料筒 一金属圆筒，一般用 耐温、耐压强度较高 、坚固耐磨、耐腐的 合金钢 或内衬合金钢的 复合钢管 制成。 外面设有 分段加热 和 冷却 的装置 常用 电阻或电感应 加热 ， 也有采用 远红外线 加热 。 冷却一般用 风冷或水冷 。 目的 ：防止塑料过热或停车时须对塑料快速冷却 （ 以免降解 ） （三）螺杆 是挤出机 最主要 部件，直接关系到挤出机的 应用范围和 生产率 。 2017/2/11 8 2017/2/11 9 注 ： 1）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 a 螺杆直径 外径 （ 30200， 最常见60150随 生产能力 所以 ， 挤出机规格常以 b 长径比 （ L/ L/5居多 。 2017/2/11 10 c压缩比 A 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 被压缩的程度 。 2017/2/11 11 2）螺杆的作用 三大作用 输送物料 向机头方向流动 传热塑化物料 软化物料 粘流态 混合均化物料 与料筒和机头相配合 强大剪切作用 ， 使物料均匀混合 定量定压由机头挤出 。 三段 加 料 段 、 压 缩 段 、 均 化 段 2017/2/11 12 渐变螺杆 全长均起压缩作用。 突变螺杆 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） 2017/2/11 13 3）螺杆的形式 普通螺杆 （应用最广） 高效螺杆 （末端设置一些剪切混合元件，以促进混合、熔化和提高产量） 2017/2/11 14 2017/2/11 15 （四）机头和口模 机头 是口模与料筒的 过渡连接 部分 ， 口模 是制品的 成形部件 ， 机头和口模通常为一体 ， 习惯上统称 机头 。 作用 ： 1） 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 2） 产生回压 ， 进一步均化 ， 提高制品质量 。 3） 产生必要成型压力 结构紧密 ， 形状准确制品 2017/2/11 16 （如图） 挤出机机头和口模示意图。 2017/2/11 17 二、挤出成形原理 固体进料的挤出过程 ， 塑料要经历固体 弹性体 粘性液体的变化 ， 变动的温度 、 压力 ， 状态变化和流动行为 十分复杂 ， 挤出理论应用最广 的是 固体输送理论 、 熔融理论 和熔体输送理论 2017/2/11 18 三、挤出成形工艺与过程 程序为 物料的 干燥 、 成形 、制品的 定型与冷却 、制品的 牵引与卷取 （或切割），有时还包括制品的后处理 等 。 （ 一 ） 原料干燥 控制水分含量在 下 在烘箱或烘房内进行 （ 表 2017/2/11 19 （二）挤出成形 加热到预定温度，开动螺杆，加料。 根据挤出 工艺性能 、 机头口模 结构特点 等调整料筒 各加热段 和 机头口模 的 温度 及 螺杆的转速 等工艺参数 ， 以 控制 料筒内物料的 温度和压力 分布 。 根据制品的 形状和尺寸 要求 ， 调整 口模尺寸 和 同心度 及 牵引 等设备装置 ， 以控制挤出物离膜膨胀和 形状的稳定性 控制挤出物 产量 和 质量 2017/2/11 20 不同的 塑料品种 要求 螺杆特性 和 工艺条件 不同。 （ 下表 ） 主要 热塑性塑料 挤出成形时螺杆特征和工艺条件 2017/2/11 21 （表 2017/2/11 22 料筒 、 机头及口模 中的 温度和压力 分布一般如图所示 2017/2/11 23 影响 塑化 效果的主要因素是 温度 和 剪切作用 1） 温度升高 物料粘度 ，有利于塑化，同时熔体压力 ，出料快。 2） 温度降低 粘度 机头口模压力 制品密度大，形状稳定性好。 3） 口模 和 型芯 温度应该 一致 ，若相差太大 制品出现向内或向外翻，甚至扭歪。 4） 增大螺杆转速 强化对塑料的剪切作用 有利于塑料的 混合 和 塑化 2017/2/11 24 降低熔体的粘度（ 见左图 ）和提高料筒中物料的压力（ 见右图 ） 2017/2/11 25 （三）定型与冷却 若不及时，制品在 自重 作用下发生 形变 。 大多数 同时进行。 （下图） 两种挤出圆管的定径套 冷却一般采用 空冷 或 水冷 。 冷却速度 对 制品的性能 有一定影响。 2017/2/11 26 2017/2/11 27 （四）制品的牵引和卷取 （切割） 从口模挤出后 ， 一般要产生 离模膨胀 现象 ， 使挤出物 尺寸 、 形状 发生 改变 ；同时制品从口模挤出后 ， 愈来愈重 ， 若不引出 堵塞 停滞生产 ， 破坏挤出的 连续性 ， 并使后面挤出物发生形变 管材的 牵引设备 滚轮式 、 履带式 牵引速度 稍 挤出速度 2017/2/11 28 定型冷却 后的制品进行 卷绕 或 切割 。 软质型材 在卷绕到 给定长度 或 质量 后切断； 硬质型材 从牵引装置送出达到 一定长度 后切断 。 2017/2/11 29 （五）后处理 提高制品性能（有些需要） 后处理 热处理 和 调湿处理 如：由 狭缝扁平 口模直接挤出 片材 经拉伸而得的 薄膜 ， 应在材料 f(或 热处理 （ 热定型 ） ， 提高薄膜尺寸稳定性 ， 减少使用过程 热收缩率 。 2017/2/11 30 四、典型挤出制品成形工艺 包括管材 、 棒材 、 板材 、 吹塑薄膜 、 塑料电线电缆等 ， 以 塑料管材 挤出为例 。 有 硬管 、 软管 ， 主要 挤管塑料 有 聚氯乙烯 、 聚乙烯 、 聚丙烯 、 聚苯乙烯 、 尼龙 、 目前国内以 聚氯乙烯为主 。 介绍 硬聚氯乙烯 管材的成形工艺及设备 2017/2/11 31 2 设备 挤出机 、 机头口模 、 定型装置 、 冷却水槽 、 牵引及切割装置等 ， 机头口模 、 定型装置 是管材挤出的 关键部件 。 2017/2/11 32 （ 1）机头和口模 机头是管材的 成形部件 ， 分 直通式 用得最多 （ 上图 ） 直角式 （ 图 旁侧式 （ 图 机头包括 分流器 、 分流器支架 、 管芯 、 口模和调节螺钉等 分流器 又称 鱼雷头 2017/2/11 33 2017/2/11 34 扩张角 （ 30 90 ） 一般取 60 ； 分流锥长度 分流器支架 支撑分流器及管芯； 管芯 成形管材内表面 ， 收缩角 ；粘度大 、 粘度小 机头压缩比 A=310 2017/2/11 35 口模结构 见下图 2017/2/11 36 （ 2）管材的定径和冷却 硬聚氯乙烯 管的定径 定径套 ： 定外径 外径尺寸要求高； 定内径 内径尺寸要求高 。 我国硬聚氯乙烯管的标准 外径带公差 主要采用外径定型法 ， 外径定型法 ： 内压法 （ 下图 ） 直径较大管材 抽真空法 （ 下图 ） 小直径管材 内径定型装置 （ 下图 ） 用于直角式 、 旁侧式 2017/2/11 37 2017/2/11 38 2017/2/11 39 （ 3）管材牵引和切割 牵引速度 比 挤管速度 大 1%10%， 且 无级调速 ，要求 均匀平稳 、 无跳动 。 牵引夹持装置 ： 滑轮 、 履带 ， 夹持器可调节 适应各种 不打滑 切割装置 电动机带动的 圆锯片 。 注 ： 棒材 和各种 中空异型材 的挤出成形工艺与 管材 无本质差别 ， 只是 机头口模截面 形状 有所不同 。 2017/2/11 40 注 棒材、薄膜吹塑、板材和片材、 异形材、线缆包覆挤出成型 机头设计 此外 ， 双螺杆挤出 热固性塑料的挤出 往复式液压机