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1、 擠出成型是熱塑性塑料成型的重要方擠出成型是熱塑性塑料成型的重要方法之一，其生產過程連續(xù)性強，生產效率法之一，其生產過程連續(xù)性強，生產效率高，投資少，成本低，操作簡單，工藝條高，投資少，成本低，操作簡單，工藝條件容易控制，產品質量均勻。擠出成型廣件容易控制，產品質量均勻。擠出成型廣泛用于塑料管材、棒材、板材、薄膜、電泛用于塑料管材、棒材、板材、薄膜、電纜包層等。纜包層等。4.1.1 擠出成型原理擠出成型原理 4.1.2 擠出成型工藝過程擠出成型工藝過程4.1.3 擠出成型工藝參數及其選擇擠出成型工藝參數及其選擇 擠出成型是使塑料在一定溫度和壓力擠出成型是使塑料在一定溫度和壓力下熔融塑化，并連續(xù)
2、的通過成型模具，成下熔融塑化，并連續(xù)的通過成型模具，成為特定的型材的過程。擠出成型所用的設為特定的型材的過程。擠出成型所用的設備是擠出機，擠出機頭是擠出成型模具。備是擠出機，擠出機頭是擠出成型模具。圖圖4.1為管材的擠出成型原理示意圖。為管材的擠出成型原理示意圖。 圖4.1 擠出成型原理示意圖 1擠出機料筒；2機頭；3定徑裝置4冷卻裝置；5牽引裝置； 6塑件； 7切割裝置 首先將顆粒狀或粉狀的塑料加入擠出首先將顆粒狀或粉狀的塑料加入擠出機料筒內，在旋轉的擠出機螺桿的作用下，機料筒內，在旋轉的擠出機螺桿的作用下，經過加熱的塑料通過沿螺桿的螺旋槽向前經過加熱的塑料通過沿螺桿的螺旋槽向前方輸送。在此
3、過程中，塑料不斷被加熱，方輸送。在此過程中，塑料不斷被加熱，逐漸熔融呈黏流態(tài)，然后在擠出系統(tǒng)的作逐漸熔融呈黏流態(tài)，然后在擠出系統(tǒng)的作用下，塑料熔料通過擠出機頭口模以及定用下，塑料熔料通過擠出機頭口模以及定型、冷卻、牽引、切割等一系列輔助裝置，型、冷卻、牽引、切割等一系列輔助裝置，從而獲得一定的截面形狀的型材。從而獲得一定的截面形狀的型材。 擠出成型工藝過程可分為四個階段擠出成型工藝過程可分為四個階段:（1） 塑化階段塑化階段（2）擠出成型階段）擠出成型階段（3）冷卻定型階段）冷卻定型階段（4）塑件的牽引、卷取和切割）塑件的牽引、卷取和切割 擠出成型的工藝參數主要包括溫度、擠出成型的工藝參數主要
4、包括溫度、壓力、擠出速度、牽引速度等壓力、擠出速度、牽引速度等 。溫度是擠出過程得以順利進行的重要條件溫度是擠出過程得以順利進行的重要條件之一。溫度主要指塑料熔體的溫度，該溫之一。溫度主要指塑料熔體的溫度，該溫度在很大程度上取決于料筒和螺桿的溫度。度在很大程度上取決于料筒和螺桿的溫度。因為塑料熔體的熱量除一部分來源于料筒因為塑料熔體的熱量除一部分來源于料筒中混合時產生的摩擦熱外，大部分是料筒中混合時產生的摩擦熱外，大部分是料筒外部的加熱器所提供的。所以，在實際生外部的加熱器所提供的。所以，在實際生產中經常用料筒溫度近似表示成型溫度。產中經常用料筒溫度近似表示成型溫度。常用塑料擠出成型管材、片材
5、和薄膜時的常用塑料擠出成型管材、片材和薄膜時的溫度參數見表溫度參數見表4.1。 塑料塑料名稱名稱 擠擠 出出 溫溫 度度 原料中原料中水份控水份控制制 /% 加料段加料段 壓縮段壓縮段 均化段均化段 機頭及口模段機頭及口模段 丙烯酸類丙烯酸類聚合物聚合物 室溫室溫 100170 200 175210 0.025 醋酸醋酸纖維素纖維素 室溫室溫 110130 150 175190 0.5 聚酰胺聚酰胺 室溫室溫 90140180 270 180270 0.3 聚乙烯聚乙烯 室溫室溫 90140 180 160200 0.3 硬聚氯乙硬聚氯乙烯烯 室溫室溫60120170 180 170190 0
6、.2 在擠出過程中，由于料流的阻力，螺在擠出過程中，由于料流的阻力，螺桿槽深度的改變，以及過濾網、過濾板和桿槽深度的改變，以及過濾網、過濾板和口模等產生阻礙，沿料筒軸線方向，在塑口模等產生阻礙，沿料筒軸線方向，在塑料內部產生一定的壓力。這種壓力是塑料料內部產生一定的壓力。這種壓力是塑料得以成型為塑件的重要條件之一。得以成型為塑件的重要條件之一。 增加機頭壓力可以提高擠出熔體的混增加機頭壓力可以提高擠出熔體的混合均勻性和穩(wěn)定性，提高產品致密度。但合均勻性和穩(wěn)定性，提高產品致密度。但如果機頭壓力過大將影響產量。如果機頭壓力過大將影響產量。 擠出速度是單位時間內擠出的塑料質擠出速度是單位時間內擠出的
7、塑料質量（單位為量（單位為kg/h）或塑件長度（單位為）或塑件長度（單位為m/min）。擠出速度的大小表征著生產能）。擠出速度的大小表征著生產能力的高低。力的高低。 影響擠出速度的因素很多，如機頭、影響擠出速度的因素很多，如機頭、螺桿和料筒的結構、螺桿的轉速、加熱冷螺桿和料筒的結構、螺桿的轉速、加熱冷卻系統(tǒng)結構和塑料的特性等。在擠出機的卻系統(tǒng)結構和塑料的特性等。在擠出機的結構和塑料品種以及塑件類型已確定的情結構和塑料品種以及塑件類型已確定的情況下，擠出速度僅與螺桿轉速有關。因此，況下，擠出速度僅與螺桿轉速有關。因此，調整螺桿轉速是控制擠出速度的主要措施。調整螺桿轉速是控制擠出速度的主要措施。
8、擠出成型生產的是連續(xù)的塑件，因此擠出成型生產的是連續(xù)的塑件，因此必須設置牽引裝置。不同的塑件，牽引速必須設置牽引裝置。不同的塑件，牽引速度不同。通常薄膜和單絲的牽引速度可以度不同。通常薄膜和單絲的牽引速度可以快一些，其原因是牽引速度大，塑件的厚快一些，其原因是牽引速度大，塑件的厚度和直徑減小，縱向抗斷裂強度增高。對度和直徑減小，縱向抗斷裂強度增高。對于擠出硬質塑件，牽引速度則不能大。通于擠出硬質塑件，牽引速度則不能大。通常是牽引速度與擠出速度相當或牽引速度常是牽引速度與擠出速度相當或牽引速度略大于擠出速度。牽引速度與擠出速度的略大于擠出速度。牽引速度與擠出速度的比值稱為牽引比，其值必須等于或大
9、于比值稱為牽引比，其值必須等于或大于1。 擠出模具的組成包括兩部分：機頭和擠出模具的組成包括兩部分：機頭和定型模。機頭是使熔體塑料成型的工作部定型模。機頭是使熔體塑料成型的工作部分，擠出工藝不同，塑件斷面形狀不同，分，擠出工藝不同，塑件斷面形狀不同，機頭的結構也不同。機頭的結構也不同。 機頭是擠出成型的關鍵部件，它有如機頭是擠出成型的關鍵部件，它有如下四種作用。下四種作用。 （3）使塑料得到進一步塑化）使塑料得到進一步塑化（4）使塑料熔體獲得需要的斷面形狀、尺）使塑料熔體獲得需要的斷面形狀、尺寸，并均勻被擠出寸，并均勻被擠出 定型模的作用是使用定徑裝置將從機定型模的作用是使用定徑裝置將從機頭擠
10、出的具備了既定形狀的制品進行冷卻頭擠出的具備了既定形狀的制品進行冷卻和定型，從而獲得能滿足使用要求的正確和定型，從而獲得能滿足使用要求的正確尺寸、幾何形狀及表面質量。通常采用冷尺寸、幾何形狀及表面質量。通常采用冷卻、加壓或抽真空的方法，將從口模中擠卻、加壓或抽真空的方法，將從口模中擠出的塑料的既定形狀穩(wěn)定下來，并對其進出的塑料的既定形狀穩(wěn)定下來，并對其進行精整，從而獲得截面尺寸更為精確、表行精整，從而獲得截面尺寸更為精確、表面更為光亮的塑料制件。面更為光亮的塑料制件。 機頭按擠出的塑件形狀大致可分為：擠機頭按擠出的塑件形狀大致可分為：擠管機頭、擠板機頭、吹塑機頭三大類。按塑管機頭、擠板機頭、吹
11、塑機頭三大類。按塑件出口方向可分為：直向機頭和橫向機頭。件出口方向可分為：直向機頭和橫向機頭。前者機頭內料流方向與擠出機螺桿軸向一致；前者機頭內料流方向與擠出機螺桿軸向一致；后者機頭內料流方向與擠出機螺桿軸向成某后者機頭內料流方向與擠出機螺桿軸向成某一角度。按機頭內壓力的大小可分為：低壓一角度。按機頭內壓力的大小可分為：低壓機頭（料流壓力小于機頭（料流壓力小于4MPa）、中壓機頭）、中壓機頭（料流壓力為（料流壓力為4 MPa10MPa）、高壓機頭）、高壓機頭（料流壓力大于（料流壓力大于10MPa）。）。 圖圖4.2為管材的擠出模結構示意圖。由為管材的擠出模結構示意圖。由圖中可以看出，擠出成型模
12、具由以下圖中可以看出，擠出成型模具由以下7部分部分組成。組成。 圖4.2 擠出模結構 1 管材； 2定型模；3口模； 4芯棒; 5調節(jié)螺釘； 6分流器；7分流器支架；8機頭體；9多孔板；10加熱器 口?？谀?用來成型塑料制件的外表面，用來成型塑料制件的外表面，芯棒芯棒4用來成型塑件的內表面。所以口模用來成型塑件的內表面。所以口模和芯棒的成型部分決定了塑料制件的橫和芯棒的成型部分決定了塑料制件的橫截面形狀。截面形狀。 多孔板多孔板9位于擠出機與機頭之間，其作位于擠出機與機頭之間，其作用是將塑料熔體由螺旋運動變?yōu)橹本€運動，用是將塑料熔體由螺旋運動變?yōu)橹本€運動，并起到過濾雜質的作用。為了進一步加強并
13、起到過濾雜質的作用。為了進一步加強過濾作用，可在多孔板上設置孔眼更加細過濾作用，可在多孔板上設置孔眼更加細蜜的過濾網，增加擠出壓力，使塑件更加蜜的過濾網，增加擠出壓力，使塑件更加密實。密實。 分流器分流器6又稱魚雷頭，塑料熔體通過又稱魚雷頭，塑料熔體通過分流器被分為薄環(huán)狀以平穩(wěn)地進入成型分流器被分為薄環(huán)狀以平穩(wěn)地進入成型區(qū)，以便進一步加熱和塑化。分流器支區(qū)，以便進一步加熱和塑化。分流器支架架7主要用來支承分流器和芯棒，同時也主要用來支承分流器和芯棒，同時也能對分流后的塑料熔體加強攪拌。能對分流后的塑料熔體加強攪拌。 機頭體機頭體8相當于模架，作用是用來組裝相當于模架，作用是用來組裝機頭各零件并
14、與擠出機連接。機頭各零件并與擠出機連接。 為了保證塑料熔體在機頭中正常流動為了保證塑料熔體在機頭中正常流動及擠出成型質量，機頭上設置有可以加熱及擠出成型質量，機頭上設置有可以加熱的溫度調節(jié)系統(tǒng)，如圖的溫度調節(jié)系統(tǒng)，如圖4.2中所示的加熱器中所示的加熱器10。 調節(jié)螺釘調節(jié)螺釘5用來調節(jié)口模與芯棒之間的用來調節(jié)口模與芯棒之間的間隙，保證制品的壁厚均勻。間隙，保證制品的壁厚均勻。 定型模定型模2可以對塑料制品進行冷卻和定可以對塑料制品進行冷卻和定型，以使塑件獲得良好的表面質量、準確型，以使塑件獲得良好的表面質量、準確的尺寸和幾何形狀。的尺寸和幾何形狀。 管材擠出機頭主要用來成型連續(xù)的管管材擠出機頭
15、主要用來成型連續(xù)的管狀塑件。管材機頭適用的擠出機螺桿長徑狀塑件。管材機頭適用的擠出機螺桿長徑比（即螺桿長度與其直徑之比）比（即螺桿長度與其直徑之比）i=1525，螺桿轉速螺桿轉速n=1035r/min。常用的管材擠出。常用的管材擠出機頭結構有直通式、直角式和旁側式三種機頭結構有直通式、直角式和旁側式三種形式形式 。 直通式擠管機頭如圖直通式擠管機頭如圖4.2所示，其結構所示，其結構簡單，容易制造，是最常用的機頭。分流簡單，容易制造，是最常用的機頭。分流器和分流器支架設計成一體，裝卸方便。器和分流器支架設計成一體，裝卸方便。但塑料熔體經過分流器支架時，產生幾條但塑料熔體經過分流器支架時，產生幾條
16、分流痕，難以消除。分流痕，難以消除。 直通式擠管機頭，主要用來擠出薄壁直通式擠管機頭，主要用來擠出薄壁管材，適用于軟硬聚氯乙烯、聚乙烯、尼管材，適用于軟硬聚氯乙烯、聚乙烯、尼龍、聚碳酸酯等塑料管材的成型。龍、聚碳酸酯等塑料管材的成型。 直角式擠管機頭如圖直角式擠管機頭如圖4.3所示，機頭內所示，機頭內的熔料擠出方向與擠出機螺桿軸線方向成的熔料擠出方向與擠出機螺桿軸線方向成90o角。用于內徑定徑的場合，冷卻水從芯角。用于內徑定徑的場合，冷卻水從芯棒棒3中通過。成型時塑料熔體包圍芯棒并產中通過。成型時塑料熔體包圍芯棒并產生一條熔接痕。熔體的流動阻力小，成型生一條熔接痕。熔體的流動阻力小，成型質量高
17、。但機頭結構復雜，制造困難。質量高。但機頭結構復雜，制造困難。4.3 直角式擠管機頭1口模； 2調節(jié)螺釘； 3芯棒； 4機頭體； 5連接管 旁側式擠管機頭如圖旁側式擠管機頭如圖4.4所示，與直角所示，與直角式擠管機頭相似。優(yōu)點是加強了熔料塑化，式擠管機頭相似。優(yōu)點是加強了熔料塑化，提高了產品質量，適用于生產大口徑管材。提高了產品質量，適用于生產大口徑管材。缺點是結構復雜，制造困難，模具成本高。缺點是結構復雜，制造困難，模具成本高。圖4.4 旁側式擠管機頭1、12溫度計插孔； 2口模； 3芯棒； 4、7電熱器； 5調節(jié)螺釘；6機頭體； 8、10熔料測溫孔； 9機頭體； 11芯棒加熱器 棒材主要指
18、實心的具有一定規(guī)則形狀棒材主要指實心的具有一定規(guī)則形狀的型材，如圓形、方形、三角形、菱形和的型材，如圓形、方形、三角形、菱形和多邊形等。棒材擠出機頭結構比較簡單，多邊形等。棒材擠出機頭結構比較簡單，機頭流道光滑呈流線型，一般流道中不必機頭流道光滑呈流線型，一般流道中不必有分流措施。棒材擠出機頭的典型結構如有分流措施。棒材擠出機頭的典型結構如圖圖4.5所示。所示。 圖4.5 棒材擠出機頭的典型結構1口模； 2連接套； 3加熱圈； 4機頭體； 5多孔板； 6、7法蘭盤； 8螺桿； 9料筒 凡是成型段橫截面具有平行縫隙特征凡是成型段橫截面具有平行縫隙特征的機頭，為板材與片材擠出機頭。主要用的機頭，為
19、板材與片材擠出機頭。主要用于板材、片材和薄膜的成型。常見的板材于板材、片材和薄膜的成型。常見的板材與片材擠出機頭有魚尾式機頭、支管式機與片材擠出機頭有魚尾式機頭、支管式機頭和螺桿式機頭等。頭和螺桿式機頭等。 魚尾式機頭其模腔似魚尾狀。塑料熔魚尾式機頭其模腔似魚尾狀。塑料熔體從機頭中部進入模腔，向兩側分流。體從機頭中部進入模腔，向兩側分流。 魚尾式機頭結構簡單，制造容易，適魚尾式機頭結構簡單，制造容易，適合于多種塑料的擠出成型。所生產的板材合于多種塑料的擠出成型。所生產的板材寬度小于寬度小于500mm，厚度為，厚度為13mm。 這種機頭的型腔呈管狀，從擠出機擠這種機頭的型腔呈管狀，從擠出機擠出的
20、熔體先進入歧管中，然后通過歧管經出的熔體先進入歧管中，然后通過歧管經模唇間的縫隙流出成型板材。模唇間的縫隙流出成型板材。 螺桿式機頭實際上是支管機頭的一種，螺桿式機頭實際上是支管機頭的一種，只是在歧管內裝有分配螺桿。通過分配螺只是在歧管內裝有分配螺桿。通過分配螺桿的轉動，迫使塑料熔體沿機頭幅寬均勻桿的轉動，迫使塑料熔體沿機頭幅寬均勻擠出，獲得厚度均勻的板材。機頭溫度容擠出，獲得厚度均勻的板材。機頭溫度容易控制，適用于加工熱穩(wěn)定性差的塑料，易控制，適用于加工熱穩(wěn)定性差的塑料，可生產寬幅制品，最寬可達可生產寬幅制品，最寬可達4000mm。其。其缺點是由于分配螺桿的轉動，擠出制品易缺點是由于分配螺桿
21、的轉動，擠出制品易出現波浪形流痕。機頭結構復雜，成本較出現波浪形流痕。機頭結構復雜，成本較高。高。 4.4.1 機頭的設計原則機頭的設計原則 （1）內腔呈流線型）內腔呈流線型 （2）成型部分要有足夠的長度）成型部分要有足夠的長度 （3）選材合理）選材合理（4）形成一定的壓縮比）形成一定的壓縮比 （5）結構緊湊，裝拆方便）結構緊湊，裝拆方便 管材擠出機頭的設計，主要確定機頭管材擠出機頭的設計，主要確定機頭內口模、芯棒、分流器和分流器支架的形內口模、芯棒、分流器和分流器支架的形狀和尺寸。在設計管材擠出機頭時，須有狀和尺寸。在設計管材擠出機頭時，須有已知的數據，包括：擠出機的出口直徑，已知的數據，包
22、括：擠出機的出口直徑，塑料制品的內徑、外徑，制品所用的材料塑料制品的內徑、外徑，制品所用的材料等。等。（1）口模內徑）口模內徑dKDd 式中 d口模內徑（mm）； D管材外徑（mm）；K補償系數 （2）口模定型段長度）口模定型段長度L1 口模和芯棒的平直部分的長度稱為定口模和芯棒的平直部分的長度稱為定型段長度。型段長度。 按管材外徑計算：按管材外徑計算：L1=（0.53）D 按管材壁厚計算：按管材壁厚計算：L1=nt （1）芯棒的外徑：）芯棒的外徑：D=d-2 （2）定型段長度：等于或略大于口模的定）定型段長度：等于或略大于口模的定型段長度型段長度L1 （3）壓縮段長度）壓縮段長度L2：L2=
23、（1.52.5）d （4）芯棒收縮角）芯棒收縮角： 低黏度塑料：低黏度塑料： =4560； 高黏度塑料：高黏度塑料： =3050；（1）分流器的擴張角）分流器的擴張角： 對于低黏度塑料：對于低黏度塑料： =4580； 對于高黏度塑料：對于高黏度塑料： =3060；（2）分流器長度）分流器長度L3：L3=（11.5）D （3）分流器尖角處圓弧半徑）分流器尖角處圓弧半徑R： R=0.52 mm（4）分流器表面粗糙度：）分流器表面粗糙度：Ra0.40.2 （1）拉伸比：）拉伸比：（2）壓縮比）壓縮比 對于低黏度塑料：對于低黏度塑料： =410； 對于高黏度塑料：對于高黏度塑料： =2.56.0 22
24、212221ddDDI 管材被擠出口模時，還具有相當高的管材被擠出口模時，還具有相當高的溫度，沒有足夠的強度和剛度來承受自重溫度，沒有足夠的強度和剛度來承受自重和變形。為了使管材獲得良好的表面粗糙和變形。為了使管材獲得良好的表面粗糙度、準確的尺寸和幾何形狀，管材離開口度、準確的尺寸和幾何形狀，管材離開口模時，必須立即進行定徑和冷卻。模時，必須立即進行定徑和冷卻。 管材的定徑和冷卻由定型模來完成。管材的定徑和冷卻由定型模來完成。 （1）內壓法外定徑）內壓法外定徑（2）真空法外定徑）真空法外定徑 內徑定徑的定型模沿其長度方向應帶內徑定徑的定型模沿其長度方向應帶有一定的錐度，一般在有一定的錐度，一般
25、在0.6 1001.0 100之間選取。定型模的長度根據管材壁厚和之間選取。定型模的長度根據管材壁厚和牽引速度而定，一般取牽引速度而定，一般取80300mm。 塑料擠出成型所用的設備為擠出機。塑料擠出成型所用的設備為擠出機。一般分為單螺桿擠出機和雙螺桿擠出機兩一般分為單螺桿擠出機和雙螺桿擠出機兩種種 。 擠出機的工作原理是：螺桿在料筒內擠出機的工作原理是：螺桿在料筒內轉動，料被不斷的推動壓實，料在強力剪轉動，料被不斷的推動壓實，料在強力剪切、摩擦以及外加熱器的作用下，逐漸熔切、摩擦以及外加熱器的作用下，逐漸熔化并均勻后，以一定的壓力和流量從機頭化并均勻后，以一定的壓力和流量從機頭中擠出。中擠出
26、。 料筒和螺桿承擔著塑料的塑化和加壓料筒和螺桿承擔著塑料的塑化和加壓的任務。擠出時料筒內的壓力可達的任務。擠出時料筒內的壓力可達55MPa，工作溫度一般為工作溫度一般為180250oC。料筒外部設。料筒外部設有分區(qū)加熱和冷卻裝置，料筒與機頭之間有分區(qū)加熱和冷卻裝置，料筒與機頭之間設有多孔板。設有多孔板。 螺桿是擠出機的關鍵部件。擠出機的螺桿是擠出機的關鍵部件。擠出機的擠出產量、熔體溫度、熔體均勻性和功率擠出產量、熔體溫度、熔體均勻性和功率消耗等主要取決于螺桿結構。消耗等主要取決于螺桿結構。 螺桿工作部分可分為加料段、壓縮段螺桿工作部分可分為加料段、壓縮段和均化段。和均化段。 擠出機的參數主要有螺桿直徑、螺桿擠出機的參數主要有螺桿直徑、螺桿轉數、螺桿的長徑比、電動機功率等。轉數、螺桿的長徑比、電動機功率等。 (1) 螺紋式連接螺紋式連接(2) 螺釘式連接螺釘式連接(3) 卡箍式連接卡箍式連接
擠出成型模具設計4
