塑料模具设计挤出成型原理及工艺特性
| 塑料模具设计挤出成型原理及工艺特性
挤出成型是目前比较普遍的塑料成型方法之一，适用于所有的热塑性塑料及部分热固性塑料，可以成型各种塑料管材，棒材，板材、电线电缆及异形截面型材等，还可以用于塑料的着色、造料和共混等。挤出型材的质量取决于挤出模具，挤出模具主要是由机头和定型装置两部分组成，其结构设计的合理性是保证塑件成型质量的决定性因素。
一 挤出成型原理及特点
1. 挤出成型原理
挤出成型主要用于成型热量性塑料，其成型原理如图2-4所示（以管材的挤出为例）。首先将粒状或粉状塑料加入料斗中，在挤出机旋转螺杆的作用下，加热的塑料沿螺杆的螺旋槽向前方输送。在此过程中，塑料不断地接受外加热和螺杆与物料之间、物料与物料之间及物料与料筒之间的剪切磨擦热，逐渐熔融呈粘流态，然后在挤压系统的作用下，塑料熔体通过具有一定形状的挤出模具（机头）口模以及一系列辅助装置（定型、冷却、牵引、切割等装置），从而获得截面形状一定的塑料型材。
挤出成型原理
1－挤出机料筒；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
2. 挤出成型特点
挤出成型所用的设备为挤出机，结构比较简单，操作方便，应用非常广泛，所成型的塑件均为具有恒定截面形状的连续型材。挤出成型的特点如下：
1）生产过程连续，可以挤出任意长度的塑件，生产效率高。
2）模具结构也较简单，制造维修方便，投资少、收效快。
3）塑件内部组织均衡紧密，尺寸比较稳定准确。
4）适应性强，除氟塑料外，所有的热塑性塑料都可采用挤出成型，部分热固性塑料也可采用挤出成型。变更机头口模，产品的截面形状和尺寸可相应改变，这样就能生产出各种不同规格的塑件。
二 挤出成型工艺
热塑性塑料的挤出成型工艺过程可分为三个阶段。
第一阶段是塑料原料的塑化
塑料原料在挤出机的机筒温度和螺杆的旋转压实及混合作用下，由粉准或粒状变成粘流态物质。
第二阶段是成型
粘流态塑料熔体在挤出机螺杆螺旋力的推动作用下，通过具有一定形状的机头口模，得到截面与口模形状一致的连续型材。
第三阶段是定型
通过适当的处理方法，如定径处理、冷却处理等，使已挤出的塑料连续型材固化为塑件。
1. 原料的准备
挤出成型用的大部分塑料是粒状塑料，粉状塑料用得较少。因为粉状塑料含有较多的水分，会影响挤出成型的顺利进行，同时影响塑件的质量，例如塑件出现气泡、表面灰暗无光、皱纹、流浪等，其物理性能和力学性能也随之下降，而且粉状物料的压缩比大，不利于输送。当然，不论是粉状物料还是粒状物料，都会吸收一定的水分，所以在成型之前应进行干燥处理，将原料的水分控制在0.5%以下。原料的干燥一般是在烘箱或烘房中进行，此外，在准备阶段还要尽可能除去塑料中存在的杂质。
2. 挤出成型
将挤出机预热到规定温度后，启动电机带动螺杆旋转输送物料，同时向料筒中加入塑料。料筒中的塑料在外加热和剪切磨擦热作用下熔融塑化。由于螺杆旋转时对塑料不断推挤，迫使塑料经过滤板上的过滤网，再通过机头成型为一定口模形状的连续型材。初期的挤出塑件质量较差，外观也欠佳，要调整工艺条件及设备装置直到正常状态后才能投入正式生产。在挤出成型过程中，要特别注意温度和剪切磨擦热两个因素对塑件质量的影响。
3. 塑件的定型与冷却
热塑件塑件在离开机头口模以后，应该立即进行定型和冷却，否则，塑件在自重力作用下就会变形，出现凹陷或扭曲现象。在大多数情况下，定型和冷却是同时进行的，只有在挤出各种棒料和管材时，才有一个独立的定径过程，而挤出薄模、单丝等则无需定型，仅通过冷却即可。挤出板材与片材，有时还需要通过一对压辊压平，也有定型与冷却作用。管材的定型方法可用定径套，也有采用能通水冷却的特殊口模来定径的，但不管那种方法，都是使管坯内外形成压力差，使其紧贴在定径套上而冷却定型。
冷却一般采用空气冷却或水冷却，冷却速度对塑件性能有很大影响。硬质塑件（如聚苯乙烯、低密度聚乙烯和硬聚氯乙烯等）不能冷却得过快，否则容易造成残余内应力，影响塑件的外观质量；软质或结晶型塑件则要求及时冷却，以免塑件变形。
4. 塑件的牵引、卷取和切割
塑件自口模挤出后，会由于压力突然解除而发生离模膨胀现象，而冷却后又会发生收缩现象，从而使塑件的尺寸和形状发生改变。此外，由于塑件被连续不断地挤出，自重越来越大，如果不加以引导，会造成塑件停滞，使塑件不能顺利挤出。因此，在冷却的同时，要连续均匀地牵引塑件。
牵引过程由挤出机辅机之一的牵引装置来完成。牵引速度要与挤出速度相适应，一般是牵引速度大于挤出速度，以消除塑件尺寸的变化，同时对塑件进行适当的拉伸以提高质量。不同塑件的牵引速度不同。通常单丝的牵引速度可以快些，其原因是牵引速度大，塑件的厚度和直径减小，纵向抗断裂强度增高，扯断伸长率降低。挤出硬质塑件的牵引速度则不能大，通常需将牵引速度规定在一定范围内，并且要十分均匀，不然就会影响其尺寸均匀性和力学性能。
通过牵引的塑件根据使用要求在切割装置上裁剪（如棒、管、板、片等），或在卷取装置上绕制成卷（如单丝、电线电缆等）。此外，有些塑件有时还需进行后处理，以提高其尺寸稳定性。 |