塑料挤出成型工艺及模具设计课件

,2019/1/18,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第六级,第七级,第八级,2024/11/19,1,7.1 挤出成型工艺,7.2 挤出成型模具设计要点,第7章 塑料挤出成型工艺及模具设计,2023/9/2417.1 挤出成型工艺第7章 塑料挤出成,2024/11/19,2,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型材。,还可用于塑料的着色造粒、共混、中空塑件型坯的生产。,除热塑性塑料外，部分热固性塑料也可用于挤出成型。,7.1 挤出成型工艺,2023/9/242 挤出成型,2024/11/19,3,塑料水管,电线被覆,配线导管,塑料膜,百叶窗扇叶,塑料板,7.1 挤出成型工艺,2023/9/243 塑料水管电线被覆,2024/11/19,4,7.1.1 挤出成型原理及特点,挤出成型又称挤出模塑。,图6-15 挤出成型原理图,1挤出料筒 2机头 3定径装置 4冷却装置 5牵引装置 6塑料管 7切割装置,7.1 挤出成型工艺,2023/9/244 7.1.1 挤出,2024/11/19,5,7.1.2 挤出成型工艺过程,热塑性塑料的挤出成型工艺过程可分为三个阶段：即塑化、成型与定径阶段。,（1）塑化阶段：经过干法塑化或湿法塑化的熔体加入到挤出机料筒中。,（2）成型阶段：塑料熔体在挤出机螺杆推动下，通过具有一定形状的口模而得到断面与口模形状一致的连续型材。,（3）定径阶段：指通过如定径、冷却处理等方法，使已挤出的塑料连续型材固化成为塑料制品（如管材等）。,7.1 挤出成型工艺,2023/9/245 7.1.2 挤出,2024/11/19,6,7.1.3 挤出成型工艺参数,挤出成型工艺条件即选择挤出过程的合适参数，如温度、压力和流率（或挤出速率、产量）等。,（1）温度：温度是挤出成型过程得以顺利进行的重要条件之一。摩擦生热；加热圈供热，整个过程的温度调节是靠挤出机的加热、冷却系统和温度控制系统来实现的。,（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、过滤网和机头口模等处的阻碍，因而沿料筒轴线方向，对塑料内部建立起一定的压力。，尽可能减小压力的波动。,7.1 挤出成型工艺,2023/9/246 7.1.3 挤出,2024/11/19,7,（3）挤出速率：挤出速率是单位时间内由挤出机口模挤出的塑料重量，也称流率（单位为kg/h或m/min）。,影响因素：机头阻力、螺杆、料筒的设计，螺杆转速，加热冷却系统结构和塑料的性能等。,（4）牵引速度：从机头和口模中挤出的塑料，在牵引力作用下将会发生拉伸取向。牵引速度与挤出速率应相当。,牵引比：牵引速度与挤出速率的比值，其值必须等于或大于1。,7.1 挤出成型工艺,2023/9/247（3）挤出速率：挤出速率是单位时间内由挤,2024/11/19,8,用于挤出成型的模具称为挤出成型机头，通常简称为机头。,7.2.1 挤出机头的作用及分类,7.2.1.1 机头的作用,（1）使来自挤出机的熔融塑料由螺旋运动变为直线运动；,（2）产生必要的成型压力，以保证塑料制品外形完整，内部密实；,（3）使塑料通过机头时进一步塑化；,（4）通过机头口模以获得断面形状相同的连续的塑料制品。,7.2 挤出成型模具设计要点,2023/9/248 用于挤出成型的模具称为挤出成型机,2024/11/19,9,7.2.1.2 机头的分类,1按机头的几何形状分类,（1）圆环机头：这种机头的机头体的几何形状呈圆环形状。如管膜机头、管材机头、棒材机头、单丝及造粒机头、挤网机头，以及吹塑管坯机头等。,（2）平板状机头：这种机头的形状呈平板状。如平膜机头、板材机头、异型材机头、组合式多坯挤出机头等。,7.2 挤出成型模具设计要点,2023/9/249 7.2.1.2,2024/11/19,10,2按机头进料与出料的方向分类,（1）水平直通式机头：,7-2 直通式管材挤出机头,7.2 挤出成型模具设计要点,2023/9/2410 2按机头进料,2024/11/19,11,（2）直角式机头：这种机头的进料方向与出料方向垂直相交，有的机头口模出料口垂直朝上，如图7-3的吹膜机头；也有朝下的，如图7-4所示的吹塑空心坯料机头。,图7-3 吹膜直角式机头图,7-4吹塑型坯机头,7.2 挤出成型模具设计要点,2023/9/2411 （2）直角式机,2024/11/19,12,7.2.2 挤出机头的结构组成,7.2 挤出成型模具设计要点,连接部分,过滤部分,机头体,口模和芯棒：,机头体,定径套,分流器,分流器支架,2023/9/2412 7.2.2 挤,2024/11/19,13,7.2.3 挤出机头的设计原则,（1）内腔呈流线型：内腔表面粗糙度Ra1.63.2m。,（2）足够的压缩比：分流器支架出口处流道的截面积/机头口模和芯棒之间形成的环隙面积之比。,（3）正确的截面形状及尺寸。,（4）结构紧凑、对称。,（5）选材合理：主要成型零件硬度不得低于HRC4,0。,7.2 挤出成型模具设计要点,2023/9/2413 7.2.3 挤,2024/11/19,14,7.2.4 机头与挤出机的关系,（1）机头与挤出机的连接方式一：,以螺纹连接在机头的法兰上，而机头法兰是以铰链螺栓与挤出机筒法兰连接固定的。,7.2 挤出成型模具设计要点,图7-6 机头连接形式之一,1挤出机法兰,2机头法兰,3栅板,4机筒,5螺杆,2023/9/2414 7.2.4 机,2024/11/19,15,机头与挤出机的连接方式二：,机头以12个内六角螺钉与机头法兰连接固定，然后机头法兰又与挤出机法兰以铰链螺栓连接，而且在两者间有定位销1定位，保证同心度,图7-7 机头连接形式之二,1定位销,2机筒,3螺杆,4栅板,5挤出机法兰,6铰链,7机头法兰,8螺钉,7.2 挤出成型模具设计要点,2023/9/2415 机头与挤出机的,2024/11/19,16,7.2.5 挤管机头设计要点,7.2.5.1 典型结构,常用的挤管机头有直通式、直角式与旁侧式三种。,7.2.5.2 直通式挤管机头工艺参数的确定,工艺参数主要包括口模、芯棒、分流器及分流器支架的形状和尺寸。在设计时首先需有已知的数据，包括挤出机型号、制品的内径、外径及制品所用的材料,。,7.2 挤出成型模具设计要点,2023/9/2416 7.2.5 挤,2024/11/19,17,1口模,（1）口模的内径D：口模内径尺寸不等于管件外径尺寸，因为挤出的管件在脱离口模后，由于压力突然释放，体积膨胀会使管径增大，此种现象称为巴鲁斯效应。也可能由于牵引和冷却收缩而使管径变小。,经验公式：,D,=,d/K,（7-1）,D,口模的内径（mm）；,d,管件的外径（mm）；,K,补偿系数，见表7-5。,7.2 挤出成型模具设计要点,2023/9/2417 1口模7.,2024/11/19,18,（2）定型段长度L,1,：口模和芯棒的平直部分的长度称为定型段塑料通过定型段，随着料流阻力增加使制品致密,定型段的长度过长：时会使料流阻力增加很大；,定型段的长度过短：起不到定型作用。,按管材外径计算：,按管材壁厚计算：,L,1,=（0.5,3）,D,（7-2）,L,1,=,nt,（7-3）,D,管材外径的公称尺寸（mm）。,t,管材壁厚（mm）；,n,系数，见表7-6。,通常情况下，当管材直径较大时，长度应取小值，因这时管材的被定型面积较大，阻力较大，反之就取大值。挤软管时取大值，挤硬管时取小值。,7.2 挤出成型模具设计要点,2023/9/2418 （2）定型段长,2024/11/19,19,2芯棒（芯模）,芯棒是用于成型管材内表面的零件。一般芯棒与分流器之间用螺纹连接，芯棒的结构应利于塑料的流动，利于消除接合线，容易制造。其主要尺寸为芯棒外径、压缩段长度及压缩角。,（1）芯棒的外径：芯棒外径尺寸并非等于管材的内径尺寸。,经验公式：,d=D-2,（7-4）,d,芯棒的外径（mm）；,D,口模的内径（mm）；,口模与芯棒的单边间隙=（0.830.94）,t,；,t,管件壁厚（mm）。,7.2 挤出成型模具设计要点,2023/9/2419 2芯棒（芯模,2024/11/19,20,（2）定型段、压缩段和收缩角：,压缩区，使进入定型区之前的塑料熔体的分流痕迹被熔合消除。,芯棒定型段的长度,L,1,用经验公式计算,L,2,：,L,2,=（1.5,2.5）,D,0,（7-5）,L,2,芯棒压缩段长度（mm）；,D,0,塑料熔体在过滤板出口处的流道直径（mm），见图7-9所示。,芯模收缩角,：对低黏度塑料，,=45,60，对高黏度塑料，,=30,50。,7.2 挤出成型模具设计要点,2023/9/2420 （2）定型段、,2024/11/19,21,3分流器和分流器支架,塑料通过分流器使料层变薄，便于被均匀加热，以利于塑料进一步塑化。,分流肋应尽可能少些，小型机头3根，中型机头4根，大型机头68根。,图7-8 分流器和分流器支架的结构图,7.2 挤出成型模具设计要点,2023/9/24213分流器和分流器支架 图7,2024/11/19,22,（1）分流器的角度,：低黏度塑料,=30,80，高黏度塑料,=30,60。,过大：料流的流动阻力大，熔体易过热分解；,过小：不利于机头对其内的塑料熔体均匀加热，机头体积也会增大。,（2）分流器长度L,3,由经验确定：,L,3,=（1,1.5）,D,0,（mm,）（7-6）,（3）分流器尖角处圆弧半径R=（0.5,2mm，R不宜过大，否则熔体容易在此处发生滞留。,（4）分流器表面粗糙度,R,a,0.4,0.2m。,7.2 挤出成型模具设计要点,2023/9/2422 （1）分流器的,2024/11/19,23,（5）过滤板与分流器顶间隔L,5,L,5,=10,20mm或,L,5,0.1,D,1,D,1,螺杆2的直径（mm）；,L,5,过小料流不均，过大则停料时间长。,图7-9 分流器与过滤板的相对位置,7.2 挤出成型模具设计要点,2023/9/2423（5）过滤板与分流器顶间隔L5,2024/11/19,24,4拉伸比与压缩比,（1）拉伸比I：口模和芯棒的环隙截面积与管材成型后的截面积之比，其计算公式如下：,I,=（,D,2,-,d,2,)/(,D,s,2,-,d,s,2,),（7-7）,I,拉伸比，常用塑料的挤管拉伸比见表7-1；,D,s,、,d,s,塑料管材外、内径（mm）；,D、d,分别为口模内径、芯棒外径（mm）。,（2）压缩比：机头和多孔板相接处最大进料截面积与口模和芯棒的环隙截面积之比。,低粘度塑料=4,10，高黏度塑料=2.5,6.0。,7.2 挤出成型模具设计要点,2023/9/2424 4拉伸比与压,2024/11/19,25,7.2.5.3 管材的定径和冷却,1外径定径,（分为内压法和真空法）,7.2 挤出成型模具设计要点,（1）内压法外定径：在管材内部通入压缩空气（预热，压力约0.02,0.10MPa），为保持压力。,图7-10 内压法外定径,2023/9/2425 7.2.5.3,2024/11/19,26,（2）真空法外定径：在定径套内壁2上打很多小孔，做抽真空用，借助真空吸附力将管材外型紧贴于定径套内壁2上，与此同时，在定径套外壁1、内壁2夹层内通入冷却水，管坯伴随真空吸附过程的进行而被冷却硬化。,图7-11 真空法外定径,7.2 挤出成型模具设计要点,装置比较简单，管口不必堵塞，常用生产小型管材,2023/9/2426 （2）真空法外,2024/11/19,27,2内径定径,适用于侧向供料或直角挤管机头：,图7-11 内径定径法,1管材,2定径芯模,3芯棒,4回水流道 5进水管,6排水嘴,7进水嘴,7.2 挤出成型模具设计要点,2023/9/2427 2内径定径,