材料成形設(shè)備塑料

材料成形設(shè)備塑料第1頁(yè)/共83頁(yè)擠出過(guò)程第2頁(yè)/共83頁(yè)擠出生產(chǎn)過(guò)程及設(shè)備組成設(shè)備組成：

主機(jī)，包括擠出系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、加熱冷卻系統(tǒng)

輔機(jī)，包括機(jī)頭、定型裝置、冷卻裝置、牽引裝置、切割卷取裝置等

控制系統(tǒng)，包括電器與液壓系統(tǒng)第3頁(yè)/共83頁(yè)擠出機(jī)主機(jī)第4頁(yè)/共83頁(yè)擠出機(jī)分類與型號(hào)表示分類按螺桿數(shù)：?jiǎn)温輻U與多螺桿按是否排氣：排氣式與非排氣式按有無(wú)螺桿：螺桿式與無(wú)螺桿式按螺桿位置：臥式與立式型號(hào)表示：SJ-65/20A

塑料（S）擠出機(jī)（J），螺桿直徑65mm，螺桿長(zhǎng)徑比20，第一次改進(jìn)（A）第5頁(yè)/共83頁(yè)擠出機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)螺桿直徑（mm）螺桿長(zhǎng)徑比擠出能力螺桿的轉(zhuǎn)速范圍主螺桿驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率料筒加熱功率第6頁(yè)/共83頁(yè)擠出機(jī)擠出過(guò)程第7頁(yè)/共83頁(yè)固體輸送理論（一）基本假設(shè)由Darnell和Mol建立基本假設(shè)螺槽中的物料像固體塞子一樣移動(dòng)，且密度不變?nèi)优c所有面都接觸螺槽為等深矩形，并忽略螺棱與料筒間隙料筒相對(duì)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，螺桿不動(dòng)第8頁(yè)/共83頁(yè)固體輸送理論（二）受力分析圖中：

Vb——料筒運(yùn)動(dòng)線速度，Vb=πDnVp——料塞沿螺紋方向的速度

Vbp——料塞相對(duì)料筒的速度差，Vbp=Vb-Vp可求得：第9頁(yè)/共83頁(yè)固體輸送理論（三）固體輸送率由上式可求得：可見(jiàn)：

Qs與D2成正比，與n和h1成正比

Qs與θ關(guān)系密切，θ=0，Qs=0

θ=90°，Qs=Qsmax

θ叫輸送角，0<θ<90°第10頁(yè)/共83頁(yè)固體輸送理論（四）主要結(jié)論要獲得大的輸送率需要光滑的螺桿表面和軸向摩擦力很小而且切向摩擦力很大的料筒內(nèi)表面固體輸送區(qū)的功率消耗主要消耗在料筒上，主要由物料和料筒間的打滑引起在固體輸送區(qū)及早建立壓力有利于擠出，即：早壓實(shí)、不松散，有利于物料沿螺槽運(yùn)動(dòng)物料的性質(zhì)、幾何形狀、對(duì)Qs、壓力、料溫有直接影響典型應(yīng)用：在料筒加料段內(nèi)壁開(kāi)縱向溝槽（帶錐度）、進(jìn)行強(qiáng)力冷卻第11頁(yè)/共83頁(yè)第12頁(yè)/共83頁(yè)熔融理論（一）基本狀況研究時(shí)間不長(zhǎng)，仍處于發(fā)展期目的：指導(dǎo)螺桿熔融區(qū)的設(shè)計(jì)預(yù)測(cè)擠出機(jī)的最佳工作條件理論基礎(chǔ)：由Madock和Street所作的大量試驗(yàn)后期由Tadmor和Klein建立起熔融理論第13頁(yè)/共83頁(yè)熔融理論（二）實(shí)驗(yàn)觀察實(shí)驗(yàn)原理：將著色物料與本色物料混合擠出，穩(wěn)定后快速停車并驟冷料筒和螺桿，抽出螺桿后，將不同螺距處塑料沿垂直螺棱的方向切片觀察觀察結(jié)果：到第七螺距，出現(xiàn)熔膜到第九螺距，出現(xiàn)熔池到第二十螺距，全部熔融第14頁(yè)/共83頁(yè)熔融理論（三）實(shí)驗(yàn)解釋

物料壓成固體床——與料筒接觸處升溫——形成熔膜——到一定厚度被螺棱刮下——形成熔池——與熔池接觸的粒子熔融——熔池?cái)U(kuò)大——完全熔融熔融模型從開(kāi)始熔融到固體床消失的總長(zhǎng)度就是熔融區(qū)第15頁(yè)/共83頁(yè)熔融理論（四）計(jì)算公式其中：A=(h1-h3)/2第16頁(yè)/共83頁(yè)熔融理論（五）主要結(jié)論物料性能、工藝條件、螺桿幾何參數(shù)都有影響。具體表現(xiàn)在：比熱容小、導(dǎo)熱系數(shù)大、密度高、熔融潛熱和熔融溫度低的塑料熔融較快擠出量的增加使熔融變慢，產(chǎn)品品質(zhì)變差。故生產(chǎn)中：n增加時(shí)，同時(shí)增加背壓，控制G的增加提高Tb和Ts有利于加速熔融增大漸變度、減小間隙，有助于加速熔融第17頁(yè)/共83頁(yè)熔體輸送理論（一）基本假設(shè)基本假設(shè)：進(jìn)入均化段的物料已全部熔融螺槽為矩形等深螺槽，且螺距不變螺桿不轉(zhuǎn)，料筒反轉(zhuǎn)流動(dòng)方式：正流逆流橫流漏流第18頁(yè)/共83頁(yè)熔體輸送理論（二）計(jì)算公式均化段的生產(chǎn)率（即擠出機(jī)的生產(chǎn)率）為：

Q=Qz–Qp–Ql由流體力學(xué)可以導(dǎo)出：第19頁(yè)/共83頁(yè)熔體輸送理論（三）主要結(jié)論提高D、n、L3、e3，減小δ，可提高生產(chǎn)率出口壓力高、熔體粘度小、逆流和漏流增大均化段螺槽深度的影響，分兩種情況：

出口壓力高時(shí)，因?yàn)槟媪鬏^大，降低h3有利于提高生產(chǎn)率

出口壓力低時(shí)，逆流影響較小，提高h(yuǎn)3有利于提高生產(chǎn)率生產(chǎn)應(yīng)用：品質(zhì)要求高時(shí)，一般p2大，最好用淺螺槽螺桿；一般品質(zhì)時(shí)，可減小多孔板和過(guò)濾網(wǎng)的阻力，以提高生產(chǎn)率第20頁(yè)/共83頁(yè)擠出機(jī)綜合工作點(diǎn)（一）螺桿特性線公式Q=Qz–Qp–Ql可改寫(xiě)為：對(duì)給定螺桿，α、β、γ為常數(shù)擠出穩(wěn)定后，溫度、n、μ均不變說(shuō)明：擠出量Q與機(jī)頭壓力p為直線關(guān)系轉(zhuǎn)速n增加，曲線平行向上平移均化段螺槽深度和螺紋升角增大，會(huì)使

Q下降加快，即曲線變陡第21頁(yè)/共83頁(yè)擠出機(jī)綜合工作點(diǎn)（二）口模特性線由流體力學(xué)，可知：一般給定口模，k即為常數(shù)隨著溫度提高，粘度μ會(huì)下降，導(dǎo)致曲線變陡第22頁(yè)/共83頁(yè)擠出機(jī)綜合工作點(diǎn)（三）綜合工作點(diǎn)螺桿特性線與口模特性線的交點(diǎn)表明：給定螺桿和口模、轉(zhuǎn)速一定時(shí)擠出機(jī)頭的壓力和流率（生產(chǎn)率）改變工作條件時(shí)擠出機(jī)可產(chǎn)生的變化意義：生產(chǎn)前由該圖確定工作區(qū)域、選定最佳操作條件，在保證質(zhì)量前提下獲得較高的產(chǎn)量第23頁(yè)/共83頁(yè)螺桿的結(jié)構(gòu)與參數(shù)等深式與等距式漸變式與突變式主要參數(shù)：螺桿直徑長(zhǎng)徑比螺桿的分段頭部結(jié)構(gòu)第24頁(yè)/共83頁(yè)材料與制造工作條件：高溫、高壓、磨損、腐蝕、大扭矩加工要求：高精度、低粗糙度、高表面硬度和心部韌性適宜材料：

45、40Cr、38CrMoAl，表面滲氮新方法：硬質(zhì)合金堆焊螺棱第25頁(yè)/共83頁(yè)新型螺桿常規(guī)螺桿優(yōu)點(diǎn)如下：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、適用范圍寬，應(yīng)用廣泛缺點(diǎn)：非針對(duì)某塑料設(shè)計(jì)，熔融、塑化難以最佳常見(jiàn)結(jié)構(gòu)有：分離型屏障型分流型第26頁(yè)/共83頁(yè)料筒的結(jié)構(gòu)與螺桿共同組成塑化系統(tǒng)，重要零件工作條件類同螺桿，多用38CrMoAl，但內(nèi)壁耐磨要求很高。方法：內(nèi)壁襯套/內(nèi)壁澆鑄幾點(diǎn)注意：加料段的開(kāi)槽與錐度加料段的冷卻加料口的形狀與機(jī)頭連接形式第27頁(yè)/共83頁(yè)分流板與過(guò)濾網(wǎng)位于螺桿頭部與口模之間。作用有：提高熔體壓力，保證塑化質(zhì)量防止未熔粒子進(jìn)入口模將料流由螺旋運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)使料流速度分布均勻結(jié)構(gòu)如圖：第28頁(yè)/共83頁(yè)加料裝置料斗為中介。一般裝料為1~1.5小時(shí)產(chǎn)量必要時(shí)可強(qiáng)制加料。目的：可防止“架橋”、提高送料量上料方式：彈簧上料鼓風(fēng)上料第29頁(yè)/共83頁(yè)加熱冷卻系統(tǒng)目的：使料筒和螺桿具有適當(dāng)?shù)臏囟确植?，保持在工藝要求的范圍之?nèi)熱量來(lái)源：料筒外部加熱、螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)剪切不同位置要求熱量不同：加料段：螺槽深、物料散、摩擦少，靠外熱升溫均化段：螺槽淺、料溫高、摩擦熱多，有時(shí)還需降溫壓縮段：介于二者之間加料口：為使此處料流順利，常采取冷卻不同階段要求熱量不同結(jié)論：加熱冷卻應(yīng)分段設(shè)置、分段控制第30頁(yè)/共83頁(yè)加熱裝置（電加熱）帶狀加熱器（電熱套）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、價(jià)格低，但單位面積許用功率有限（3~5W/cm2）鑄鋁加熱器強(qiáng)度好、功率增大、制造容易、應(yīng)用較多但電阻加熱存在熱慣性和局部過(guò)熱感應(yīng)加熱加熱效率高且均勻、節(jié)電，但成本高、裝拆不便第31頁(yè)/共83頁(yè)第32頁(yè)/共83頁(yè)料筒的冷卻冷卻方式：風(fēng)冷——柔和、速度慢、成本高、易受環(huán)境影響，多用于小型水冷——裝置簡(jiǎn)單、冷卻強(qiáng)度大、易造成急冷，多用于大中型料斗座的冷卻：防止料斗中物料結(jié)塊、架橋，保護(hù)推力軸承一般為水冷第33頁(yè)/共83頁(yè)螺桿的冷卻目的：降低物料與螺桿間的摩擦，提高固體輸送率提高均化段物料粘度，提高塑化質(zhì)量結(jié)構(gòu)：水內(nèi)冷第34頁(yè)/共83頁(yè)擠出機(jī)輔機(jī)作用——與主機(jī)配合，使擠出的塑料冷卻定型獲得所需的形狀、尺寸、表面質(zhì)量視產(chǎn)品種類不同輔機(jī)組成也有不同，一般按照產(chǎn)品進(jìn)行分類性能和參數(shù)對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量有很大影響以擠管輔機(jī)為例介紹，重點(diǎn)在于理解主、輔機(jī)之間的關(guān)系第35頁(yè)/共83頁(yè)第36頁(yè)/共83頁(yè)管材擠出過(guò)程第37頁(yè)/共83頁(yè)擠管輔機(jī)定型裝置外徑定徑法內(nèi)徑定徑法冷卻裝置牽引裝置其他：切割裝置、卷取裝置第38頁(yè)/共83頁(yè)其他擠出機(jī)（一）排氣式擠出機(jī)強(qiáng)化排氣效果，特別適宜于含有高沸點(diǎn)溶劑或揮發(fā)分的物料第39頁(yè)/共83頁(yè)其他擠出機(jī)（二）雙螺桿擠出機(jī)物料輸送效率高，塑化效果好，自潔功能強(qiáng)，比能耗低第40頁(yè)/共83頁(yè)其他擠出機(jī)（三）兩級(jí)式擠出機(jī)螺桿長(zhǎng)徑比小，無(wú)嚙合要求，制造容易，可分別控制兩個(gè)螺桿轉(zhuǎn)速，工藝易于控制第41頁(yè)/共83頁(yè)其他擠出機(jī)（四）行星式擠出機(jī)塑化效果好，自潔功能好，物料主要靠剪切生熱塑化，不易產(chǎn)生降解第42頁(yè)/共83頁(yè)塑料注射成型機(jī)塑料生產(chǎn)的主要成型方法之一注射成型的塑料占全世界塑料制品產(chǎn)量的1/2以上注射機(jī)產(chǎn)量占全世界塑料機(jī)械產(chǎn)量的1/3以上第43頁(yè)/共83頁(yè)注射機(jī)的結(jié)構(gòu)組成一般包括：注射裝置、合模裝置、液壓與電控系統(tǒng)第44頁(yè)/共83頁(yè)注射生產(chǎn)過(guò)程第45頁(yè)/共83頁(yè)注射機(jī)的分類與型號(hào)表示按結(jié)構(gòu)分為立式、臥式和角式型號(hào)表示方法1.注射量表示法標(biāo)準(zhǔn)螺桿注射的80%注射量（g），如XS-ZY-1252.合模力表示法注射機(jī)的最大合模力（×10kN），如LY1803.注射量-合模力表示法（cm3，×10kN）國(guó)際通用的方法，如SZ-63/50第46頁(yè)/共83頁(yè)注射裝置作用：在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)將規(guī)定數(shù)量的塑料均勻熔融塑化，以一定的壓力和速度將其注射到模具型腔中，并進(jìn)行保壓補(bǔ)縮主要結(jié)構(gòu)形式：柱塞式螺桿預(yù)塑式往復(fù)螺桿式第47頁(yè)/共83頁(yè)柱塞式注射裝置組成：定量加料裝置、塑化部件、注射液壓缸、注射座移動(dòng)缸工作過(guò)程特點(diǎn)：塑化能力提高困難壓力損失較大注射速度不合理結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易應(yīng)用：多用于小型注塑機(jī)第48頁(yè)/共83頁(yè)第49頁(yè)/共83頁(yè)柱塞式注射裝置主要零部件料筒：類似于擠出機(jī)料筒分為加料和塑化兩個(gè)區(qū)域柱塞：結(jié)構(gòu)同液壓缸柱塞，但頭部做成內(nèi)凹分流梭：作用：分割料流增加傳熱第50頁(yè)/共83頁(yè)螺桿預(yù)塑-柱塞注射式相當(dāng)于將螺桿擠出機(jī)與柱塞式注射機(jī)串聯(lián)特點(diǎn)：塑化由螺桿完成，質(zhì)量穩(wěn)定注射由柱塞完成，壓力損失小結(jié)構(gòu)復(fù)雜用于大型注射機(jī)第51頁(yè)/共83頁(yè)往復(fù)螺桿式注射裝置特點(diǎn)：塑化質(zhì)量好，塑化能力強(qiáng)注射壓力損失小結(jié)構(gòu)緊湊，料筒清理方便螺桿與料筒料筒基本與擠出機(jī)相同螺桿一般也為三段式分為：漸變式、突變式、通用式第52頁(yè)/共83頁(yè)注射機(jī)螺桿與擠出機(jī)螺桿的不同點(diǎn)：長(zhǎng)徑比L/D小，壓縮比ε小

加料段L1長(zhǎng)，而均化段L3短

均化段螺槽深度h3較深

一般為尖錐型螺桿頭常用螺桿頭結(jié)構(gòu)：

尖錐式

止回環(huán)式第53頁(yè)/共83頁(yè)關(guān)于噴嘴作用：預(yù)塑時(shí)建立背壓注射時(shí)形成高速料流保壓時(shí)的壓力通道開(kāi)模時(shí)斷料結(jié)構(gòu)：直通式、自鎖式主要結(jié)構(gòu)參數(shù)噴口直徑球頭半徑第54頁(yè)/共83頁(yè)合模裝置作用：為模具的啟閉提供動(dòng)作和行程提供模具安裝空間和鎖模力開(kāi)模時(shí)，提供頂出力與頂出行程要求：足夠的鎖模力和設(shè)備剛度適當(dāng)?shù)倪\(yùn)動(dòng)規(guī)律足夠的安裝尺寸和運(yùn)動(dòng)行程可靠的安全措施結(jié)構(gòu)形式：液壓式與液壓—曲肘式第55頁(yè)/共83頁(yè)液壓式合模裝置主要結(jié)構(gòu)形式：?jiǎn)胃字眽菏匠湟菏皆鰤菏匠湟涸鰤菏椒€(wěn)壓式主要特點(diǎn)：能夠獲得大的鎖模力和模具安裝空間運(yùn)動(dòng)規(guī)律仍嫌不夠合理和理想第56頁(yè)/共83頁(yè)第57頁(yè)/共83頁(yè)第58頁(yè)/共83頁(yè)第59頁(yè)/共83頁(yè)液壓—曲肘式合模裝置實(shí)質(zhì)上可看作曲柄連桿機(jī)構(gòu)的變形結(jié)構(gòu)形式：

單曲肘式、雙曲肘式、雙肘撐板式特點(diǎn)：具有增力作用可自鎖，使用安全可靠運(yùn)動(dòng)規(guī)律合理運(yùn)動(dòng)及力參數(shù)調(diào)節(jié)困難加工精度要求高多用于大中型第60頁(yè)/共83頁(yè)單曲肘式合模裝置第61頁(yè)/共83頁(yè)雙曲肘式合模裝置第62頁(yè)/共83頁(yè)雙肘撐板式合模裝置第63頁(yè)/共83頁(yè)調(diào)模裝置相當(dāng)于曲柄壓力機(jī)中的裝模高度調(diào)節(jié)裝置結(jié)構(gòu)形式：螺紋肘桿式調(diào)整動(dòng)模板厚度調(diào)整合模液壓缸位置用拉桿螺母調(diào)距第64頁(yè)/共83頁(yè)調(diào)整合模液壓缸位置第65頁(yè)/共83頁(yè)用拉桿螺母調(diào)距第66頁(yè)/共83頁(yè)頂出裝置作用：開(kāi)模時(shí)頂出模腔中的制件結(jié)構(gòu)形式：機(jī)械頂出，中小型注塑機(jī)多采用該結(jié)構(gòu)液壓頂出，大中型注塑機(jī)采用氣動(dòng)頂出，用于頂出薄壁、面積大的制件第67頁(yè)/共83頁(yè)公稱注射量定義：對(duì)空注射條件下，注射螺桿或柱塞做一次最大行程所能達(dá)到的注射量——理論注射量反映了注射機(jī)的加工能力——主參數(shù)實(shí)際注射量約為理論注射量的70%~90%一般用體積表示（cm3）有時(shí)用重量表示（g，聚苯乙烯）第68頁(yè)/共83頁(yè)注射壓力（MPa）注射時(shí)，注射螺桿或柱塞對(duì)熔料施加的壓力作用：克服熔料流動(dòng)路徑上的阻力與多種因素相關(guān)：

流動(dòng)阻力、制品形狀、塑料性能、模具溫度、制件精度等應(yīng)選用合理的使用值過(guò)低：充型困難過(guò)高：產(chǎn)生毛邊、脫模困難、有內(nèi)應(yīng)力等調(diào)整方法：調(diào)整注射缸的液體壓力第69頁(yè)/共83頁(yè)注射速率、注射時(shí)間、注射速度三個(gè)參數(shù)彼此關(guān)聯(lián)注射速率：將公稱注射量的塑料在注射時(shí)間注射出去，單位時(shí)間達(dá)到的體積流率（cm3/s）

q注=Q注/t注注射時(shí)間：完成一次注射所用時(shí)間（sec）注射速度：注射時(shí)，注射螺桿或柱塞的移動(dòng)速度

v注=s/t注近年來(lái)有提高的趨勢(shì)生產(chǎn)中多采用多級(jí)注射實(shí)現(xiàn)變速（先快后慢）第70頁(yè)/共83頁(yè)塑化能力單位時(shí)間內(nèi)所能塑化的物料量（cm3/s）應(yīng)與設(shè)備的整個(gè)成形周期相協(xié)調(diào)過(guò)?。菏钩尚沃芷诩娱L(zhǎng)，影響生產(chǎn)率過(guò)大：能量浪費(fèi)，設(shè)備能力不能充分發(fā)揮目前有加大的趨勢(shì)選用時(shí)，應(yīng)留出25%左右的裕量第71頁(yè)/共83頁(yè)鎖模力（kN）應(yīng)注意區(qū)分：鎖模力：合模后，合模裝置對(duì)模具施加的最大夾緊力合模力：合模時(shí)，推動(dòng)模具前行的力反映了注射機(jī)能生產(chǎn)制件尺寸的大小，主參數(shù)之一F≥kpA

設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)，一般按p=25MPa設(shè)計(jì)直接決定了設(shè)備的尺寸和重量第72頁(yè)/共83頁(yè)合模裝置基本尺寸模板尺寸(mm×mm)：注意有拉桿中心距和拉桿間距兩種表示方法模板間最大開(kāi)距L(mm)：動(dòng)、定模板間能達(dá)到的最大距離一般是成形制件最大高度的3~4