1,普通高等教育“十二五”规划教材,杨永顺 主编,塑料成型工艺与模具设计,第18章 挤出成型工艺与模具设计,18.1 挤出成型工艺,2,18.2 管材挤出模具设计,18.3 棒材挤出成型机头设计,18.4 吹塑薄膜机头,18.5 板片材挤出成型机头设计,18.6 异型材挤出成型机头,18.7 电线电缆挤出成型机头,3,概念： 挤出成型是将塑料在旋转螺杆和机筒之间进行输送、压缩、熔融塑化，定量地通过挤出机头部的口模和定型装置，生产出连续型材的一种工艺方法。 用途： 在挤出机头部配以不同类型的机头及其相应的定型装置和辅机，即可生产出管材、棒材、异型截面型材、板材、片材、薄膜、单丝、电线电缆覆层及中空制品毛坯等，大部分热塑性塑料都能以挤出成型方法成型。,简介,4,18.1 挤出成型工艺,5,塑料从料斗加入挤出机机筒后，在旋转螺杆的摩擦力和推动力作用下向前运动，在此过程中，塑料受到机筒的外部加热、螺杆的剪切和压缩以及塑料之间的相互摩擦等作用，逐渐塑化（即变成粘性流体），并通过具有一定形状的挤出模具的口模及定型、冷却、牵引、切断等一系列辅助装置，从而获得截面形状一定的连续型材。,18.1.1挤出成型原理,挤出成型原理,6,原材料的准备 塑化 挤出成型 定型冷却,18.1.1挤出成型原理,挤出成型工艺过程,图18-1管材挤出成型 1切割装置 2塑料管 3牵引装置 4浮塞 5冷却装置 6定型套 7机头 8挤出机料筒,7,挤出成型工艺参数包括： 温度 压力 挤出速度 牵引速度,18.1.2挤出成型工艺参数,8,概念：挤出成型温度是指塑料熔体温度。 为了方便检测，常用机筒温度近似表示。 热源：大部分由机筒外部的加热器提供； 少部分来源于混合时产生的摩擦热。 要求：通常机头温度应控制在塑料热分解温度之下； 口模温度可以比机头温度稍低一些； 同时应保证塑料熔体具有良好的流动性。,18.1.2挤出成型工艺参数,1.温度,9,18.1.2挤出成型工艺参数,表18-1 部分热塑性塑料挤出成型时的温度参数,10,产生压力波动的原因： 螺杆转速的变化，加热、冷却系统的不稳定。 压力波动塑件质量的影响： 导致局部疏松、表面不平、弯曲等缺陷。 控制措施： 精确地控制螺杆转速； 提高加热和冷却装置的控温精度和稳定性。,18.1.2挤出成型工艺参数,2.压力,11,概念： 挤出速度是单位时间内从挤出机口模挤出的塑化好的塑料质量（单位为kg/h）或长度（m/min），是挤出机生产能力高低的标志。 影响因素： 挤出口模阻力 螺杆与机筒的结构 螺杆转速 加热系统 塑料特性,18.1.2挤出成型工艺参数,3.挤出速度,12,螺杆转速对成型工艺和产品质量的影响 增加螺杆转速，可提高产量，同时由于剪切速率增加，使熔体的粘度降低，有利于物料的均匀化，此外，由于塑化良好，使得物料分子间的作用力增大，产品的机械强度得到提高； 螺杆转速过高，会使电机负载过大，而且会使熔体压力过高，使得熔体离模膨胀加大，进而使得制件表面质量变差。,18.1.2挤出成型工艺参数,3.挤出速度,13,牵引速度的影响： 产品壁厚，尺寸公差，性能及外观，因而必须稳定，并且要与管材挤出速度相适应。 牵引比： 牵引速度与挤出速度的比值。 要求： 牵引比必须等于或大于1，即牵引速度应略大于挤出速度。,18.1.2挤出成型工艺参数,4.牵引速度,14,18.2 管材挤出模具设计,15,塑 料 管 材 挤 出 模,管材成型机头,定型模,16,直通式机头 直角式机头 旁侧式机头 微孔流道挤管机头,18.2.1管材成型机头,1.结构类型,17,（1）直通式机头,18.2.1管材成型机头,特征： 塑料熔体在机头内的流向与螺杆轴向一致。,图18-2管材挤出成型机头 1管材 2定径套 3口模 4芯模 5调节螺钉 6分流器 7分流器支架 8机头体 9过滤板 10过滤网 11、12电加热圈,18,（1）直通式机头,18.2.1管材成型机头,特点： a.机头结构简单，容易制造； b.熔体经过分流器支架时形成的分流痕迹不易消除； c.机头长度较大、整体结构笨重。 用途： 适用于聚氯乙烯、尼龙、聚碳酸酯等塑料管材的挤出成型。,19,特征： 塑料熔体在机头内的流向与螺杆轴向成直角。,18.2.1管材成型机头,（2）直角式机头,图18-3 直角式挤管机头 1机头体 2芯模 3调节螺钉 4口模 5连接管,20,特点： a.塑料熔体包围着芯模流动，成型时只会产生一条分流痕迹。 b.熔体的流动阻力小、料流稳定、生产效率高，成型质量较好。,18.2.1管材成型机头,（2）直角式机头,21,特征： 挤出机的出管方向与供料方向平行。,18.2.1管材成型机头,（3）旁侧式机头,图18-4 旁侧式挤管机头 1、12温度计插孔 2口模 3芯模 4、7电加热圈 5调节螺钉 6机头体 8、10熔料测温孔 9连接体 11芯模加热器,22,特点： 1）旁侧式机头与直角式机头结构相似但更复杂; 2）没有分流器支架，芯模容易加热，定型长度不长。 3）大小管材均适用。,18.2.1管材成型机头,（3）旁侧式机头,23,特征： 出管方向与螺杆轴向一致; 机头内没有分流器及分流支架; 熔体通过芯模的微孔进入口模成型。,18.2.1管材成型机头,（4）微孔流道机头,图18-5微孔流道挤管机头 1芯模2口模,24,特点： 1）挤出的管材没有分流痕迹，管材强度高； 2）机头重量轻、体积小、结构紧凑； 3）料流稳定且流速可以控制； 4）由于管材直径大，容易因自重引起壁厚 不均。 用途： 适用于生产口径较大（外径可达600mm以上）的聚烯烃类塑料管材。,18.2.1管材成型机头,（4）微孔流道机头,25,（1）口模 口模是成型管材外表面轮廓的机头零件，结构如件3所示，主要尺寸为口模内径和定型段长度。,18.2.1管材成型机头,2.结构设计,图18-2管材挤出成型机头 1管材 2定径套 3口模 4芯模 5调节螺钉 6分流器 7分流器支架 8机头体 9过滤板 10过滤网 11、12电加热圈,26,（1）口模 1）口模内径D D=kds (18-1) 式中：D口模内径（mm）； ds塑料管材的外径（mm）； k 补偿系数， 内径定径时取1.101.30； 外径定径时取0.951.05。,18.2.1管材成型机头,2.结构设计,27,（1）口模 2）定型段长度L1 L1=（0.53）ds (18-2) 当管材直径较大时定径段长度取小值，反之取大值。 或者按照管材厚度计算 L1=（815）t (18-3) 式中：t管材厚度(mm)。,18.2.1管材成型机头,2.结构设计,28,芯模是成型管材内表面轮廓的机头零件，结构如图18-2的件4所示。,18.2.1管材成型机头,（2）芯模,2.结构设计,29,1）芯模外径d 指定型段的直径，它决定管材的内径。 d=D-2 (18-4) 式中： d芯模外径； D口模内径； 口模与芯模的单边间隙， 通常取0.830.94倍的管材壁厚。,18.2.1管材成型机头,（2）芯模,2.结构设计,30,芯模的长度由定型段和压缩段两部分构成，定型段与口模的相应段构成管材的成型区。 压缩段与口模相应的锥面部分构成塑料熔体的压缩区，主要作用是使进入定型区之前的塑料熔体的分流痕迹熔合消除。 L2=(1.52.5)D0 （18-5） 式中，L2芯模的压缩长度； D0塑料熔体在多孔板出口的流道直径。,18.2.1管材成型机头,2）芯模长度L2,（2）芯模,2.结构设计,31,压缩区的锥角称为压缩角。 对于低粘度塑料取4560， 高粘度塑料取3050,18.2.1管材成型机头,3）压缩角,（2）芯模,2.结构设计,32,分流器作用：迫使流过的熔融料分散成薄层而加强传热效果，借以提高塑化能力。 分流器支架作用：支撑分流器及芯模，另外还起着搅拌物料的作用。,18.2.1管材成型机头,（3）分流器和分流器支架,2.结构设计,图18-6 分流器和分流器支架的结构,33,扩张角： 低粘度不易分解塑料通常取45 80； 高粘度易分解塑料取30 60。 有效长度L3： L3=（0.61.5）D0 （18-6） 式中：D0机头与过滤板相连处的流道直径。 圆角R：一般取0.52mm。 表面粗糙度Ra：应小于0.40.2m。,18.2.1管材成型机头,（3）分流器和分流器支架,2.结构设计,34,为了及时消除塑料通过分流器后形成的结合线，分流器支架上的分流筋应做成流线型； 在机械强度许可的前提下，其宽度和长度应尽量小些，分流筋的数量也尽可能少。一般小型的用3根，中型的用4根，大型的用68根。 分流器支架上设有进气孔，用以通入压缩空气使管坯定径。,18.2.1管材成型机头,3.设计要点,35,（1）外径定径 1）压缩空气外径定径 原理： 在高温塑料管坯内通入压缩空气，使其紧贴定径套内壁而定型，为保持管内压力，可通过系于芯模上的浮塞封堵。 用途： 该法仅适用于管径大于350mm的聚氯乙烯管及管径大于90mm的聚烯烃管材。,18.2.2管材定径模,1.定径方法,图18-7 压缩空气外定径原理 1管材2定径套3口模,36,（1）外径定径 2）真空外定径定径 原理：借助真空吸附力将管坯外壁紧贴于具有冷却装置的定径套内壁定型，从而获得一定尺寸和形状的管材。 特点：管材外观质量好、尺寸精度高、壁厚均匀性好、产品内应力小。是管材生产的重要定径方法。,18.2.2管材定径模,1.定径方法,图18-8 真空外定径原理 1管材2定径套3口模,37,（2）内定径 原理：利用冷却收缩使高温管坯紧贴内定径芯模外表面而定型。,18.2.2管材定径模,图18-9 内定径原理 1管材2定径芯模3机头4芯模,1.定径方法,优点：能保证管材内孔的圆度且操作方便。 用途： 只适用于结构复杂的直角式机头。 只是用于内径公差要求严格的压力输送管道。,38,（1）定径套长度 要求：应能使管坯表面形成足够的硬化层，以达到定型的目的。 影响定径套长度的因素：管材尺寸、塑料性能、管坯温度、挤出速度、冷却效率及热传导性能。 尺寸：对于RPVC管材，当直径小于300mm时，定径套长度为管径的36倍，倍数随管径减小而增加，直径小于35mm时，可达10倍； 对于聚烯烃管材，定径套长度为管径的25倍，管径小时取大值。,18.2.2管材定径模,2.定径套尺寸,39,（2）定径套直径 外定径套的内径可比口模内径大0.8%1.2%。 （3）定径套锥度 定径套的出口直径应略小于进口直径，以满足管坯冷却收缩的需要。其锥度随冷却水温度、管坯材料不同而异。 内定径时： 芯模长度一般取80300mm。 芯模的外径比管材内径大2%4%。,18.2.2管材定径模,2.定径套尺寸,40,18.3 棒材挤出成型机头设计,41,棒材机头流道不需要分流，只要做成无滞料区的光滑过渡即可满足流动要求。,18.3.1 棒材机头,图18-10圆形棒料挤出机头典型结构 1接套2口模3加热圈4机头体 5栅板6、7法兰盘8螺杆9机筒,42,18.3.1 棒材机头,要求： 1）由于棒材横截面积大，故流道的阻力小，要想使实心型材密实，应当从结构上保证机头有足够的压力。 如图所示，在圆形口模中，虽然熔体流速沿半径方向有很大变化，但沿圆周方向是一致的，即流动速度仅在一个方向变动。,43,2）在给定流量和直径条件下，管道越短，应力建立的时间也越短，熔体离开口模时的膨胀就越大。一般塑料棒材的膨胀程度可以超过38120 为此，在设计口模时常采用以下两种方式，一是减少模孔直径，二是使棒材制品的牵引速度等于口模