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1、第第7章章 塑料挤出成型工塑料挤出成型工艺及模具设计艺及模具设计 一、挤出成型工艺一、挤出成型工艺 挤出成型是热塑性塑料重要的加工方法之一，主要用挤出成型是热塑性塑料重要的加工方法之一，主要用于生产管材、棒材、板材、片材、线材和薄膜等连续塑料于生产管材、棒材、板材、片材、线材和薄膜等连续塑料型材。型材。1、挤出成型原理、挤出成型原理 将颗粒状或粉状塑料加入挤出机料筒内，在旋转的挤出将颗粒状或粉状塑料加入挤出机料筒内，在旋转的挤出机螺杆的作用下，塑料沿螺杆的螺槽向前方输送。在此过程机螺杆的作用下，塑料沿螺杆的螺槽向前方输送。在此过程中，不断地接受外加热和摩擦热，逐渐熔融成粘流态，然后中，不断地接
2、受外加热和摩擦热，逐渐熔融成粘流态，然后在挤压系统的作用下，塑料熔体经过滤板后通过具有一定形在挤压系统的作用下，塑料熔体经过滤板后通过具有一定形状的挤出模具（机头）口模以及一系列的辅助装置，从而获状的挤出模具（机头）口模以及一系列的辅助装置，从而获得等横截面的各种型材。得等横截面的各种型材。控制系统控制系统 挤出系统、传动系统、加热冷却系统、机身挤出系统、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、切割机头、定型装置、冷却装置、牵引装置、切割装置、卷取装置装置、卷取装置辅机辅机：挤出机挤出机：2. 挤出成型工艺过程挤出成型工艺过程挤出成型挤出成型冷却定型冷却定型 塑化塑化塑
3、件的牵引、塑件的牵引、卷曲、切割卷曲、切割原材料准备原材料准备挤塑生产线挤塑生产线温度温度v 口模的温度比机头温度可稍低一些，但要保证塑料有良口模的温度比机头温度可稍低一些，但要保证塑料有良 好的流动性。好的流动性。 机头的温度控制在塑料热分解温度以下机头的温度控制在塑料热分解温度以下 加料段的温度不宜过高，压缩段和均化段的温度可高一些加料段的温度不宜过高，压缩段和均化段的温度可高一些3. 挤出成型工艺参数挤出成型工艺参数压力压力 合理控制螺杆转速，保证温控系统的精度，以减小压力合理控制螺杆转速，保证温控系统的精度，以减小压力波动波动。 挤出速度挤出速度 单位时间内由挤出机口模中挤出的塑化好的
4、物料单位时间内由挤出机口模中挤出的塑化好的物料量量(kg/h)或塑件长度或塑件长度(m/min)。它表示挤出能力的高低。它表示挤出能力的高低。牵引速度牵引速度牵引速度与挤出速度相当，可略大于挤出速度。牵引速度与挤出速度相当，可略大于挤出速度。 即即牵引比牵引比(牵引速度与挤出速度的比值牵引速度与挤出速度的比值)等于或大于等于或大于1。二、二、挤出成型机头概述挤出成型机头概述1. 挤出机头的作用挤出机头的作用l 使熔融塑料由螺旋运动变为直线运动；使熔融塑料由螺旋运动变为直线运动；l 产生必要的成型压力，保证制品密实；产生必要的成型压力，保证制品密实；l 使塑料通过机头得到进一步塑化；使塑料通过机
5、头得到进一步塑化；l 通过机头口模以获得截面形状相同、连续的塑料制品。通过机头口模以获得截面形状相同、连续的塑料制品。l按机头的几何形状分类按机头的几何形状分类 圆环机头：圆环机头：管材机头、棒材机头、造粒机头等管材机头、棒材机头、造粒机头等 平板状机头：平板状机头：平模机头、板材机头、异型材机头等平模机头、板材机头、异型材机头等l按机头进出料方向分类按机头进出料方向分类 水平直通式机头水平直通式机头 直角式机头直角式机头l按机头的用途分类按机头的用途分类 吹膜机头、管材机头、板材机头、棒材机头、异型材吹膜机头、管材机头、板材机头、棒材机头、异型材 机头等。机头等。2. 机头的分类机头的分类l
6、口模口模l芯棒芯棒l分流器和分流器支架分流器和分流器支架l机头体机头体l过滤网和过滤板过滤网和过滤板l连接部分连接部分l定径套定径套3.3.挤出机头的组成挤出机头的组成（以直通式管材机头为例）（以直通式管材机头为例）口模口模和和芯棒芯棒 挤出模的主要成型零件，口模用来成型塑件的外表面，挤出模的主要成型零件，口模用来成型塑件的外表面，芯棒用来成型塑件的内表面。通过调节螺钉芯棒用来成型塑件的内表面。通过调节螺钉5 5，可调节，可调节口模和芯棒之间的间隙，从而控制塑件的壁厚。口模和芯棒之间的间隙，从而控制塑件的壁厚。口模实物图片口模实物图片返回返回芯芯棒棒实实物物图图片片返回过滤网和过滤板过滤网和过
7、滤板 使从挤出机出来的塑料熔体由旋转流动变为平直流动，使从挤出机出来的塑料熔体由旋转流动变为平直流动，且沿螺杆方向形成挤出压力，增加塑料的塑化均匀度。且沿螺杆方向形成挤出压力，增加塑料的塑化均匀度。机头体机头体 机头的主体，相当于模架，用来组装并支撑机头的各机头的主体，相当于模架，用来组装并支撑机头的各零件。零件。连接部分：连接部分： 机头与挤出机用螺钉及法兰连接机头与挤出机用螺钉及法兰连接分流器和分流器支架分流器和分流器支架 熔料通过分流器分流形成管状制品的胚形，并进一步加熔料通过分流器分流形成管状制品的胚形，并进一步加热塑化。分流器支架用于支撑分流器和芯棒，同时对分热塑化。分流器支架用于支
8、撑分流器和芯棒，同时对分流后的塑料熔体加强剪切混合作用。流后的塑料熔体加强剪切混合作用。定径套定径套 通过冷却定型，使从机头口模挤出的高温塑件已形通过冷却定型，使从机头口模挤出的高温塑件已形成的横截面形状稳定下来，并进行修正。成的横截面形状稳定下来，并进行修正。定定径径套套实实物物图图片片返回正正在在挤挤出出塑塑料料管管材材塑塑料料管管坯坯进进入入定定径径装装置置拆拆出出的的口口模模状状况况拆拆开开口口模模后后露露出出芯芯棒棒的的状状况况图图8.1 8.1 挤出机头结构挤出机头结构1-1-管材管材 2-2-定型模定型模 3-3-口模口模 4-4-芯棒芯棒 5-5-调节螺钉调节螺钉 6-6-分分
9、流器流器 7-7-分流器支架分流器支架 8-8-机头体机头体 9-9-过滤网过滤网 10-10-电加热圈电加热圈 内腔呈流线型内腔呈流线型 各连接处不应该有使熔料滞留的死角，避免熔料过热而分各连接处不应该有使熔料滞留的死角，避免熔料过热而分解。解。 足够的压缩比足够的压缩比 为了使塑件结构密实和消除分流器支架造成的熔料接合缝，为了使塑件结构密实和消除分流器支架造成的熔料接合缝，机头应该有一定的压缩比的压缩区域。低粘度塑料压缩比取机头应该有一定的压缩比的压缩区域。低粘度塑料压缩比取410，高粘度塑料在，高粘度塑料在2.56为宜。为宜。 正确的成型区截面形状及尺寸正确的成型区截面形状及尺寸 口模的
10、形状及尺寸和塑件的形状及尺寸并不是一致的。熔口模的形状及尺寸和塑件的形状及尺寸并不是一致的。熔体膨胀和牵引力引起的收缩变形，会使塑件的尺寸与口模尺寸体膨胀和牵引力引起的收缩变形，会使塑件的尺寸与口模尺寸产生一定的偏差。所以在设计时要考虑这一因素。产生一定的偏差。所以在设计时要考虑这一因素。3. 挤出机头的设计原则挤出机头的设计原则机头内设有调节装置机头内设有调节装置 调节熔体流量、口模和芯棒侧隙、挤出压力、成型温度、调节熔体流量、口模和芯棒侧隙、挤出压力、成型温度、挤出速度等。挤出速度等。合理选择材料合理选择材料 机头的零件要承受熔体的压力作用，所以要有足够的强机头的零件要承受熔体的压力作用，
11、所以要有足够的强度。必要时对连接零件进行强度校核。度。必要时对连接零件进行强度校核。 与熔体接触的零件要有足够的耐磨性和耐腐蚀性，必要与熔体接触的零件要有足够的耐磨性和耐腐蚀性，必要时表面要镀铬处理。主要零件进行调质处理，硬度时表面要镀铬处理。主要零件进行调质处理，硬度454550HRC50HRC。挤出成型设备挤出成型设备挤出机挤出机4. 机头与挤出机的关系机头与挤出机的关系机头安装在挤出机的头部机头安装在挤出机的头部直通式挤管机头直通式挤管机头1-1-芯棒芯棒 2-2-口模口模 3-3-调节螺钉调节螺钉 4-4-分流器支架分流器支架 5-5-分流器分流器 6-6-加热器加热器 7-7-机头体
12、机头体三、管材挤出机机头的设计三、管材挤出机机头的设计 常用的挤管机头有：直通式、直角式和常用的挤管机头有：直通式、直角式和旁侧式旁侧式挤出机头结构挤出机头结构1-1-管材管材 2-2-定型模定型模 3-3-口口模模 4-4-芯棒芯棒 5-5-调节螺钉调节螺钉 6-6-分流器分流器 7-7-分流器支架分流器支架 8-8-机头体机头体 9-9-过滤网过滤网 10-10-电加热圈电加热圈 口模内径口模内径D 经验公式经验公式： D = d /K d管材外径管材外径 K补偿系数补偿系数 按拉伸比确定按拉伸比确定 定型段长度定型段长度 按管材外径：按管材外径：L=（0.53)d 按管材壁厚：按管材壁厚
13、：L=nt1.1.直通式挤管机头工艺参数的确定直通式挤管机头工艺参数的确定2. (1) 口模口模 芯棒与分流器之间通过螺纹连接，其中心孔用来通入压芯棒与分流器之间通过螺纹连接，其中心孔用来通入压缩空气，以便对管材产生内压，实现外径定径。缩空气，以便对管材产生内压，实现外径定径。(2) 芯捧（芯模）芯捧（芯模）芯棒外径芯棒外径d d=D-2 口模与芯棒的单边间隙，口模与芯棒的单边间隙， =（0.830.94）t 。 定型长度段定型长度段L1 与口模定型长度与口模定型长度 L 相当或稍长。相当或稍长。压缩段长度压缩段长度L2 压缩段压缩段 (也称锥面段也称锥面段) 主要作用是使进入定型区之前主要作
14、用是使进入定型区之前的塑料熔体的分流痕迹被熔合消除。的塑料熔体的分流痕迹被熔合消除。 L2=(1.52.5) D0 D0塑料熔体在过滤板出口处的流道直径塑料熔体在过滤板出口处的流道直径压缩角压缩角 低粘度塑料低粘度塑料45 60 ，高粘度塑料，高粘度塑料30 50 。分流器的角度分流器的角度 低粘度塑料低粘度塑料30308080， 高粘度塑料取高粘度塑料取30306060。(3) 分流器和分流器支架分流器和分流器支架分流锥长度分流锥长度L3 L3 =(11.5) D0分流器头部圆角半径分流器头部圆角半径r 取取0.52mm分流器设计需确定的尺寸分流器设计需确定的尺寸支承分流器及芯棒，另外起搅拌
15、物料的作用。支承分流器及芯棒，另外起搅拌物料的作用。小型机头，分流器和分流器支架可以做成一个整体。小型机头，分流器和分流器支架可以做成一个整体。为了消除塑料通过分流器后形成的接合线，分流器支架为了消除塑料通过分流器后形成的接合线，分流器支架上的分流肋应做成流线型，一般上的分流肋应做成流线型，一般38根。根。分流器支架设有进气孔和导线孔，用以通入压缩空气和分流器支架设有进气孔和导线孔，用以通入压缩空气和内装置电热器时导入导线。内装置电热器时导入导线。 分流器支架分流器支架 有两种方法：有两种方法：l 外径定型外径定型l 内径定型内径定型 我国塑料管材标我国塑料管材标准大多规定外径为基准大多规定外
16、径为基本尺寸，故国内较常本尺寸，故国内较常用外径定型法。用外径定型法。2. 管材的定径和冷却管材的定径和冷却 为了使管材获得较低的表面粗糙值、准确的尺寸和几为了使管材获得较低的表面粗糙值、准确的尺寸和几何形状，管材离开口模时，必须立即进行定径和冷却，由何形状，管材离开口模时，必须立即进行定径和冷却，由定径套来完成。定径套来完成。 适用于管材外径尺寸精度要求高、外表面粗糙度要求低的适用于管材外径尺寸精度要求高、外表面粗糙度要求低的情况。按压力生产方式不同有内压法定径和真空法定径。情况。按压力生产方式不同有内压法定径和真空法定径。（1）外径定型）外径定型1芯棒，芯棒， 2口模，口模， 3定径套定径
17、套内压法定径内压法定径 在管材内部通入压缩空气在管材内部通入压缩空气真空法真空法定径定径 在在定径套内壁加工很多小孔，抽真空定径套内壁加工很多小孔，抽真空定径套定径套直径：直径：比机头出口直径大比机头出口直径大2%4%，出口直径比进，出口直径比进口直径略小。口直径略小。定径套长度定径套长度：一般比其他类型定径套大。：一般比其他类型定径套大。定径套与口模不能联接在一起，应有定径套与口模不能联接在一起，应有20 100mm的距离。的距离。（2）内径定型）内径定型通过定径套内的循环水冷却定型通过定径套内的循环水冷却定型特点：特点：保证管材内孔圆度，操作方便；宜用于保证管材内孔圆度，操作方便；宜用于直
18、角式挤管机头直角式挤管机头 和和旁侧式挤管机头旁侧式挤管机头。适用：适用：内径尺寸要求准确、圆度要求高的情况。内径尺寸要求准确、圆度要求高的情况。1-管材管材 2-定径芯模定径芯模 3-芯棒芯棒 4-回水流道回水流道 5-进水管进水管 6-排水管排水管 7-进水嘴进水嘴定径芯长度定径芯长度：与管材壁厚及牵引速度有关，一般取：与管材壁厚及牵引速度有关，一般取80300mm，牵引速度和壁厚大时，取大值。反之，取小值。，牵引速度和壁厚大时，取大值。反之，取小值。定径芯直径：定径芯直径：一般比管材内径直径大一般比管材内径直径大2%4%，始端比终端，始端比终端直径大，锥度为直径大，锥度为0.6:1001.0:100。
