挤出成型工艺与模具设计

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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6/30/20211§17-1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。6/30/20212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

2、广泛、适应性强的最重要成形方法之一。6/30/20213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）6/30/20214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

3、单螺杆挤出机的结构特点来讨论挤出成形的原理及工艺。6/30/20215一、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6/30/20216（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

4、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。6/30/202176/30/20218[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Ds——外径（30~200mm），最常见60~150mm，随Ds↑→生产能力↑所以，挤出机规格常以Ds表示。b．长径比（L/DS）L/DS以25居多。6/30/20219c．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。6/30/

5、2021102）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6/30/202111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）6/30/2021123）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）6/30/2021136/30/202114（四

6、）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6/30/202115（如图）挤出机机头和口模示意图。6/30/202116二、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

7、送理论6/30/202117三、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0.5%以下在烘箱或烘房内进行（表17.1）6/30/202118（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

8、定性→控制挤出物产量和质量6/30/202119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6/30/202120（表17.2）6/30/202121料筒、机头及口模中的温度和压力分布一般如图所示6/30/202122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