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1、2019/5/25,第9章 其他塑料成型工艺与模具,9.1 挤出成型工艺与挤出模具,挤出成型原理与工艺特性 塑料挤出机 挤出成型模具 挤出机头的典型结构,9.1.1挤出成型原理与工艺特性,挤出成型是热塑性塑料重要的生产方法之一，主要用于生产管材、板材、棒材、片材、线材和薄膜等连续型材的生产。挤出成型模具 1.挤出成型原理 2.挤出成型工艺过程 3.挤出成型工艺条件 4挤出成型的特点,1挤出成型原理,1挤出成型原理,挤出成型是将固态塑料（粒状或粉状）加入挤出机的料斗2，利用挤出机的螺杆5旋转（或柱塞）加压与外加热器4使其熔融、塑化，通过特定形状的机头口模8成为截面与机头口模形状相仿的连续塑料，然
2、后经定径冷却装置10、牵引装置11、卷料装置12而成为塑料型材,2挤出成型工艺过程,热塑性塑料的挤出成型工艺过程为：原料的准备、挤出、定型与冷却、牵引、卷取和切割，挤出工艺过程如图9.1所示。 （1）原料的准备 在成型之前应对塑料原料进行干燥处理，控制原料的水分在0.5以下，原料的干燥一般是在烘箱或烘房中进行的。此外，还应尽可能除去塑料中存在的杂质。,2挤出成型工艺过程,（2）挤出成型 在挤出机预热到规定温度后，启动电机带动螺杆旋转输送塑料，料筒中的塑料在外加热作用和剪切摩擦热作用下熔融塑化，由于螺杆旋转时对塑料不断推挤，迫使塑料经过滤板上的过滤网，由机头成型为一定形状的连续型材。,2挤出成型
3、工艺过程,（3）塑件的定型与冷却 塑件在离开机头口模后，应该立即进行定型和冷却，否则，塑件在自重作用下会发生变形，出现凹陷或扭曲现象。大多数情况下，定型和冷却是同时进行的，只有在挤出各种棒材和管材时，才有一个独立的定径过程，而挤出薄膜、单丝等无需定型，仅通过冷却便可以了。,2挤出成型工艺过程,（4）塑件的牵引、卷取和切割 塑件自口模挤出后，一般都会因压力突然解除而发生离模膨胀现象，而冷却后又会发生收缩现象，从而使塑件的尺寸和形状发生改变。此外，由于塑件被连续不断地挤出，自重也越来越大，如果不加以引导，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。,
4、3挤出成型工艺条件,挤出成型工艺条件包括： 温度 压力 挤出速度、牵引速度等。,3挤出成型工艺条件,（1）温度 温度是挤出过程得以顺利进行的重要条件之一。塑料在挤出过程中的热量来源有两个方面：一是塑料与塑料之间、塑料与螺杆之间以及塑料与料筒之间剪切摩擦所产生的热量，另一个是料筒外部加热器提供的热量。,3挤出成型工艺条件,（2）压力 在挤出过程中，由于料流的阻力，螺杆槽深度的变化，且过滤板、过滤网和口模等产生阻碍，因而沿料筒轴线方向，塑料内部建立了一定的压力。这种压力的建立是得到均匀密实塑件的重要条件之一。,3挤出成型工艺条件,（3）挤出速度 挤出速度是指单位时间内由挤出机头口模中挤出的塑化好的
5、塑料量或塑件长度。影响挤出速度的因素很多，如机头、杆和料筒的结构、螺杆转速、加热冷却系统结构和塑料的性能等。,3挤出成型工艺条件,（4）牵引速度 挤出成型主要是生产长度连续的塑件，因此必须设置牵引装置。通常牵引速度可与挤出速度相当，牵引速度与挤出速度的比值称牵引比，其值必须等于或大于1。,表9.1是几种塑料管材的挤出成型工艺参数。,4挤出成型的特点,（1）连续成型产量大，生产率高，成本低，经济效益显著。 （2）塑件的几何形状简单，横截面形状不变，所以模具结构也较简单，制造维修方便。 （3）塑件内部组织均衡紧密，尺寸比较稳定准确。 （4）适应性强，除氟塑料外，所有的热塑性塑料都可采用挤出成型，部
6、分热固性塑料也可采用挤出成型。变更机头口模，可生产出不同规格的各种塑件，样就能生产出不同规格的各种塑料制件。挤出工艺所用设备结构简单，操作方便，应用广泛。,912 塑料挤出机,1挤出机的工作原理及组成 如图9.2所示为卧式单螺杆挤出机结构图。它的工作过程如下：塑料从料斗5进入挤出机，在螺杆1的转动作用下将其向前输送，塑料在向前移动的过程中，受到料筒2的加热、螺杆的剪切和压缩作用使塑料熔融，并实现由玻璃态、高弹态及粘流态的三态变化。在加压的情况下，使处于粘流态的塑料通过具有一定的形状的口模而成为截面与口模形状相仿的连续体。然后冷却定型为玻璃态，得到所需的制件。,卧式单螺杆挤出机结构图,一台完好的
7、挤出机组由下列各部分组成，即主机（图9.2），辅机及控制系统三大部分。 1）主机 一台挤出机（主机）由下列三个部分组成 挤出系统：主要由螺杆和料筒组成。是挤出机的关键部分。塑料通过挤出系统而塑化成均匀的熔体，并在这一过程中在所建立的压力下，被螺杆连续地定量定压定温地挤出机头。 传动系统：其作用是驱动螺杆，保证螺杆在工作过程中所需要的扭矩和转速。它由各种大小齿轮、传动轴、轴承及电动机组成。 加热冷却系统：其作用是对料筒（或螺杆）进行加热和冷却，以保证成型过程在工艺要求的温度范围内完成。,2）辅机 挤出机辅机的组成是根据制件的种类而定的。一般由以下几个部分组成。 机头（口模）：它是制件成型的主要部
8、件，熔融塑料通过它获得一定的几何截面和尺寸定型装置：它的作用是将从机头中挤出的塑料的既定形状稳定下来，对其进行精整，从而得到更为精确的截面形状、尺寸和光亮的表面。,2）辅机 冷却装置：由定型装置出来的塑料在此得到充分的冷却，获得最终的形状和尺寸 牵引装置：其作用为均匀地牵引制件，并对制件的截面尺寸进行控制，使挤出过程稳定地进行。 切割装置：其作用是将连续挤出的制作切成一定的长度或宽度。 卷取装置：其作用是将软制件（薄膜、软管、单丝）卷绕成卷。,3）控制系统,挤出机组的控制系统是由各种电器、仪表和执行机构组成。其作用是：根据自动化水平的高低，控制挤出机组的电机、辅机的拖功电动机，驱动液压泵、液压
9、缸（或汽缸）和其它各种执行机构，使其满足工艺所要求的转速和功率，并保证主辅机能协调的运行；检测、控制主辅机的温度、压力、流量和制件的质量，实现整个挤出机组的自动控制。,根据螺杆数目的多少，分为单螺杆挤出机、双螺杆挤出机及多螺杆挤出机。 根据挤出机中是否有螺杆存在，分为螺杆式挤出机和柱塞式挤出机。 根据螺杆的运转速度来分，有普通型挤出机，转速在100 rmin以下；高速挤出机，转速为100 300 rmin；超高速挤出机，转速为300 1500 rmin。,2塑料挤出机的分类,根据挤出机的装配结构分类，有整体式挤出机和分开式挤出机。整体式挤出机的特点是：结构紧凑，需机械加工的零件数目少，占地面积
10、小，是普遍通用的结构类型。 根据挤出机中螺杆所处的空间位置，可分为卧式挤出机和立式挤出机。 根据挤出机在加工过程中是否排气，又可分为排气式挤出机和非排气式挤出机。排气式挤出机可排出物料中的水分、溶剂、不凝气体等。目前，最常用的是卧式单螺杆非排气式挤出机。,2019/5/25,2塑料挤出机的分类,913 挤出成型模具（机头）,挤出成型方法几乎适用于所有的热塑性塑料及部分热固性塑料，但应注意的是，无论其用来成型何种塑料，挤出型材的截面形状都将取决于挤出模具（机头），模具（机头）设计合理与否，不仅影响产品的经济性，而且在技术上也是保证良好的成型工艺条件和稳定的成型质量的决定性因素,1挤出成型模具的作
11、用,一般塑料型材挤出成型模具应包括两部分：机头（口模）和定型模（套）。 （1）机头的作用 机头是挤出塑料制件成型的主要部件，它使来自挤出机的熔融塑料由螺旋运动变为直线运动，并进一步塑化，产生必要的成型压力，保证塑件密实，从而获得截面形状相似的连续型材。 （2）定型模的作用 通常采用冷却、加压或抽真空的方法，将从口模中挤出的塑料的既定形状稳定下来，对其进行精整，从而得到截面尺寸更为精确、表面更为光亮的塑料制件。,2挤出成型模具的结构组成,以典型的管材挤出成型机头为例，如图9.3所示,挤出成型模具的结构可分为以下几个主要部分： （1）口模和芯棒 口模用来成型塑件的外表面，芯棒用来成型塑件的内表面，
12、由此可见，口模和芯棒决定了塑件的截面形状。 （2）过滤网和过滤板 过滤网的作用是将塑料熔体由螺旋运动转变为直线运动，过滤杂质，并形成一定的压力；过滤板又称多孔板，同时还起支承过滤网的作用。,（3）分流器和分流器支架 分流器（俗称鱼雷头）使通过它的塑料熔体分流变成薄环状以平稳地进入成型区，同时进一步加热和塑化；分流器支架主要用来支承分流器及芯棒，同时也能对分流后的塑料熔体加强剪切混合作用（有时会产生熔接痕而影响塑件强度）。 （4）机头体 机头体相当于模架，用来组装并支承机头的各零部件。机头体需与挤出机筒联接，联接处应密封以防塑料熔体泄漏。,（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
13、出成型质量，机头上一般设有可以加热的温度调节系统，如图9.3所示的电加热圈10。 （6）调节螺钉 图9.3所示调节螺钉5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。通常调节螺钉的数量为4 8个。 （7）定径套 离开成型区后的塑料熔体虽已具有给定的截面形状，但因其温度仍较高不能抵抗自重变型，为此需要用定径套对其进行冷却定型，以使塑件获得良好的表面质量、准确的尺寸和几何形状。,3挤出成型模具（机头）的分类,1）按挤出成型的塑料制件分类 这是最常见的分类方法。通常的挤出成型塑件有管材、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，它
14、们所用的机头分别称为管机头、棒机头等。,3挤出成型模具（机头）的分类,2）按挤出塑件的出口方向分类 按照塑件从机头中的挤出方向不同，可分为直通机头（或称直向机头）和角式机头（或称横向机头）。 直通机头的特点是：熔体在机头内的挤出流向与挤出机螺杆的轴线平行； 角式机头的特点是：熔体在机头内的挤出流向与挤出机螺杆的轴线呈一定角度。当熔体挤出流向与螺杆轴线垂直时，又可称为直角机头。,3挤出成型模具（机头）的分类,3）按塑料熔体在机头内所受压力分类 挤出成型不同品种的塑料或不同的塑料制件时，熔体在机头内所受压力的大小不同，对于塑料熔体受压小于4MPa的机头，称为低压机头；而当熔体受压大于10MPa时，
15、称为高压机头。,914 挤出机头的典型结构,1管材挤出成型机头 管材是挤出成型生产的主要产品之一。管材挤出成型机头主要用来成型软质和硬质圆形塑料管状塑件。管机头适用的挤出机螺杆长径比（螺杆长度与其直径之比）i =15 25，螺杆转速 n = 10 35 r / min；通常要求在挤出机和机头之间安装过滤网，对于聚乙烯管材，用480目过滤网，对于软质塑料管可取40目左右的过滤网。,常用的机头结构有挤出薄壁管材的直通式、直角式和旁侧式，除此以外，还有种微孔流道管机头。 直通式挤管机头如图9.3所示，其结构简单，容易制造，但熔体经过分流器及分流器支架时形成的分流痕迹（熔接痕）不易消除，另外还有长度较
16、大、整体结构笨重的特点。,直角式挤管机头如图9.4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，适用于挤出成型聚乙烯、聚丙烯等塑料管材，以及对管材尺寸要求较高的场合。,旁侧式挤管机头与直角式相似，如图9.5所示，其结构更为复杂，熔体的流动阻力也较大，占地相对较少。,微孔流道挤管机头如图9.6所示，其出管方向与螺杆轴线一致，但它既不用分流器支架，也不用芯棒，塑料熔体通过微孔管上的众多微孔口进入口模的定型段，因此挤出的管材没有分流痕迹，强度较高，尤其适用于生产口径较大的聚烯烃类塑料管材（如聚乙烯、聚丙烯等）。机头体积小、结构紧凑、料流稳定且流速可控制。,2棒材挤出成型机头,塑料棒材为实心的圆形。相适应的挤出机的规格，主要依据其棒材外径大小，从成型工艺控制角度出发，挤出机螺杆直径应小于棒材外径；依据塑料特性，对于ABS、聚碳酸酯、聚砜、聚苯醚等适用渐变螺杆，聚甲醛、聚三氟氯乙烯等适用突变螺杆；通常螺杆长径比i的值取20 25，压缩比的值取2
