《高分子材料成型機械》課程學習輔導資料

第1章緒論1.塑料成型機械的定義、工作原理和技術(shù)功能定義：在塑料成型生產(chǎn)系統(tǒng)中，能夠按照產(chǎn)品制造信息對生產(chǎn)中所需要的能量、動力和機械運動進行轉(zhuǎn)換、輸送、調(diào)節(jié)和控制，并能實現(xiàn)塑料成型工藝條件的各種機械設備統(tǒng)稱為塑料成型機械。(接受能量，轉(zhuǎn)換能量，控制調(diào)節(jié)能量)原理：塑料成型機械對成型物料傳遞熱能的目的(作用)是為了使它們發(fā)生物理聚集態(tài)變化，對成型物料傳遞機械壓力(液壓力)的目的(作用)是為了使它們發(fā)生體積致密、粘性變形流動（附化工機械對物料傳遞動力和熱量的作用：輸送體積質(zhì)量，引發(fā)化學反應）功能：塑料成型機械可以通過成型物料的粘性變形和流動把它們轉(zhuǎn)變成為具有一定的幾何形態(tài)、一定的尺寸大小、一定的精度等級、一定的表面品質(zhì)、一定的使用功能和使用性能的塑料制品。2.本課程的科學基礎(chǔ)與技術(shù)內(nèi)容顧名思義，“成型機械”自然屬于機械工程學科，但前方冠以“高分子”，則意味著這些機械為高分子材料成型加工服務。由此推論就物質(zhì)基礎(chǔ)來講，高分子成型加工意味著高分子材料必須從外部接受能量；就生產(chǎn)過程而言，必須要求高分子材料發(fā)生變形流動或流動變形；從技術(shù)目標來看，需要把粉粒狀無定形的高分子原材料轉(zhuǎn)變成為具有一定形狀結(jié)構(gòu)和一定使用功能的生活和生產(chǎn)用品，同時還希望這些用品的形狀結(jié)構(gòu)具有一定的精度，使用功能具有一定的穩(wěn)定性。將三方面技術(shù)內(nèi)容綜合，本課程的科學基礎(chǔ)是材料物理和機械力學的結(jié)合，本課程的主要技術(shù)內(nèi)容是如何設計和使用機械動力裝置使高分子材料獲取幾何形態(tài)及其精度，同時還要盡量通過能量驅(qū)動材料變形流動或流動變形之同時，盡力改善材料的物理性質(zhì)和物理結(jié)構(gòu)(如結(jié)晶、取向、密度等)。因此學習本課程需要綜合多學科理論和技術(shù)知識，學習過程中要求建立“綜合就是創(chuàng)新”、“綜合就是創(chuàng)造”的工程思想和工程思維。故本課程的知識結(jié)構(gòu)以及與相關(guān)課程的相互銜接關(guān)系如下圖示。附科學方法與目標：探索發(fā)現(xiàn)自然現(xiàn)象和規(guī)律。工程技術(shù)方法與目標：綜合+設計(創(chuàng)造)，把科學原理和自然資源轉(zhuǎn)化為人工產(chǎn)品，即創(chuàng)造物質(zhì)。科學技術(shù)方法與目標：探索發(fā)現(xiàn)自然規(guī)律并綜合多學科理論技術(shù)知識進行應用和社會生產(chǎn)。思考：理科-工科的差異與協(xié)調(diào)；材料科學-材料(加工)工程的差異與協(xié)調(diào)；材料工程-材料加工工程的差異與協(xié)調(diào)；以及化學-機械-化學工程、材料-機械-材料(加工)工程、材料化學-材料物理-材料工程-材料加工工程、科學家-工程師、考研-就業(yè)，等問題的特點、關(guān)系和選擇。教師責任專業(yè)化教育時代：大生產(chǎn)分工—專業(yè)的優(yōu)勢—引導學生敬業(yè)和勤業(yè)通識化教育時代：科學技術(shù)素質(zhì)培養(yǎng)——學科技術(shù)間的優(yōu)劣勢對比——尊重學生志趣啟發(fā)學生選擇練習題一、思考題1．簡述塑料原材料生產(chǎn)與塑料成型生產(chǎn)的基本方法及學科基礎(chǔ)差異。高聚物合成化工：“三傳一反”：傳質(zhì)(體積質(zhì)量輸送），傳熱(誘發(fā)化學反應)，能量傳輸(低壓靜力傳輸)，反應釜(積聚化學反應)。塑料制品成型“三傳一?！保簜髻|(zhì)(塑化，即體積致密流變）傳熱(改變物理凝聚態(tài)),能量傳輸(高壓動力傳輸)模具(成型塑料制品)。塑料原材料制備：化學單體聚合反應+多組分物理混合。塑料成型：宏觀幾何變形流動（機械成型加工）+微觀材料物理結(jié)構(gòu)變化。2．簡述塑料成型機械的基本概念及其在塑料成型技術(shù)中的應用。3．什么是CAD、CAM?4．簡述塑料成型機械的發(fā)展歷史及其現(xiàn)狀和趨勢。二、概念題1．什么是塑料制品生產(chǎn)？2．什么是塑料成型？技術(shù)原理：在外部能量作用下，利用塑料材料的三態(tài)物理變化以及塑料材料的可加工性(可擠壓性、可模塑形、可延展性、可紡性),按照制品的制造信息，通過塑料材料的粘性流動、塑性變形和燒結(jié)擴散等物理力學作用，把塑料原材料轉(zhuǎn)變成為具有一定的幾何形態(tài)、一定的尺寸大小、一定的精度等級、一定的表面品質(zhì)、一定的使用功能和使用性能的塑料制品。3．什么是塑料成型機械？在塑料成型生產(chǎn)系統(tǒng)中，能夠按照產(chǎn)品制造信息對生產(chǎn)中所需要的能量、動力和機械運動進行轉(zhuǎn)換、輸送、調(diào)節(jié)和控制，并能實現(xiàn)塑料成型工藝條件的各種機械設備統(tǒng)稱為塑料成型機械。從更廣泛的意義上講，所有為塑料成型生產(chǎn)服務的塑料成型物料制備機械和塑料成型生產(chǎn)過程中的輔助機械和裝置等，也都屬于塑料成型機械范疇，或者嚴格地把它們統(tǒng)稱為塑料加工機械。三、填空1．塑料成型生產(chǎn)需要塑料成型機械對成型能量進行轉(zhuǎn)換、輸送、調(diào)節(jié)、控制。2．塑料成型生產(chǎn)需要利用塑料材料的玻璃態(tài)、高彈態(tài)和粘流態(tài)三種物理狀態(tài)之間的變化才能得以實現(xiàn)。3．在塑料成型生產(chǎn)中，原材料的4種可加工性為可擠壓性、可模塑性、可延展性、可紡性。4．在塑料成型生產(chǎn)中，塑料成型機械需要把外部電能轉(zhuǎn)換成熱能和機械能后，經(jīng)調(diào)節(jié)和控制后傳遞給塑料原材料。5．在人的參與下，由計算機自動處理各種數(shù)據(jù)和圖形信息，并自動完成工程設計任務的現(xiàn)代生產(chǎn)工程技術(shù)稱為CAD；在人的參與下由計算機自動處理各種數(shù)據(jù)和圖形信息，并自動控制NC機床加工制造過程的現(xiàn)代生產(chǎn)工程技術(shù)稱為CAM；在人的參與下，由計算機自動處理各種數(shù)據(jù)和圖形信息，并自動完成各種工程分析和工程計算任務的過程稱為CAE。四、用框圖簡略構(gòu)畫出塑料制品生產(chǎn)工程的示意圖。第2章液壓傳動基礎(chǔ)——教學內(nèi)容及目標——知識結(jié)構(gòu)：液壓傳動物理基礎(chǔ)、液壓傳動基本理論、液壓傳動的主要技術(shù)參數(shù)、液壓元件的類別、功能及結(jié)構(gòu)、液壓元件的應用、符號及液壓回路能力要求：熟悉了解液壓傳動的物理基礎(chǔ)和基本理論，并能求解液壓傳動基本問題；熟悉了解各類液壓元件的功能、結(jié)構(gòu)、職能符號；具有選用液壓元件和讀識液壓回路的基本能力。——教學重點——帕斯卡定律、液壓傳動基本方程、泵閥的功能、結(jié)構(gòu)、職能符號、液壓回路的讀識與分析。1.基本理論1.1液壓傳動的物理基礎(chǔ)：帕斯卡定律力能放大：在密閉的連通容器內(nèi)施加于靜止液體任一點的壓力等值傳遞到液體中各點。p1=p2=F1/A1=F2/A2F2=F1×(A2/A1)液壓系統(tǒng)的工作壓力取決于負載大?。喝鬉2/A1確定，則p2=F2×(A2/A1)1.2靜壓力的概念與壓力計算液壓傳動屬于力學范圍的靜壓傳動，靜壓力是描述液壓傳動過程力能變化的基本參數(shù)?！办o壓力”在物理上稱為“壓強”，工程上簡稱“壓力”，法定計量單位記作Pa或MPa，工程單位記作at或bar，具體指密閉容器中靜止液體單位表面積上作用的法向外力和重力，通常在工程上忽略重力部分。絕對壓力:以沒有氣體的理想絕對真空為零基準測量的壓力。相對壓力:以大氣壓力為零基準測量的壓力(以一個工程大氣壓為零基準計算的壓力)，也叫計算壓力或表壓力(正表壓)。真空度:低于大氣壓力的相對壓力，亦稱為負表壓。絕對壓力=大氣壓力+表壓力表壓力＝絕對壓力－大氣壓力真空度＝大氣壓力－絕對壓力1.3穩(wěn)流液體的連續(xù)性方程——穩(wěn)態(tài)液流質(zhì)量守恒定律假設液流具有理想液體和穩(wěn)流性質(zhì)，則液流在單位時間內(nèi)經(jīng)過管路任意過流截面的質(zhì)量相等，即有穩(wěn)流液體的連續(xù)性方程。v1A1=v2A2=Q=常數(shù)工程應用：液流通過密閉管路中任意過流截面的速度與截面積呈正比，即過流面積大流速快，過流面積小流速慢。反推：欲要保證液流連續(xù)，即不因液流間斷而發(fā)生液壓沖擊以及由于液壓沖擊引發(fā)的系統(tǒng)振動和噪聲，液壓系統(tǒng)設計和安裝必須保證液體穩(wěn)定流動。1.4伯努利方程——液流能量守恒定律對理想穩(wěn)態(tài)液流微分運動方程(歐拉運動方程)積分可得理想伯努利方程教材，式1-22歐拉運動方程的微分模型歐拉運動方程的微分模型實際伯努利方程——伯努利方程的物理意義————理想液體穩(wěn)流的總能量由動能、壓力能和重力位(勢)能等三種形式共同構(gòu)成，且它們的總和在液內(nèi)各點相同?！m然液內(nèi)各質(zhì)點(或過流截面)總能量相同，但各質(zhì)點(或每個過流截面)的動能、壓力能和位能的構(gòu)成比例不等，隨液內(nèi)質(zhì)點(或過流截面)位置轉(zhuǎn)移，三者可以相互轉(zhuǎn)變。說明1：因位能、壓力能和動能的量綱中均含長度單位，故在工程中習慣把它們稱為位置(水)頭、壓力(水)頭和速度(水)頭，液流中任意位置的總水頭相等。說明2:液壓工程通常忽略位能和動能，只考慮壓力能?！獙嶋H伯努利方程較理想伯努利方程增加了液流摩擦損失的能量水頭，其數(shù)值相當于克服摩擦損失的壓力差可使單位重力的液體質(zhì)點從其基準面上升的高度，通常稱為“比能耗”，可以記作hw，即1.5穩(wěn)態(tài)液流的動量方程(教材無，見講稿，略)1.6基本理論應用——帕斯卡定律應用舉例—圖示兩個連通液壓缸水平放置，其中F為油缸Ⅰ有桿活塞腔壓力確定的驅(qū)動力，F(xiàn)w為負載阻力，油缸Ⅰ內(nèi)徑(活塞1直徑)Ф20mm，油缸Ⅱ內(nèi)徑(活塞2直徑)Ф50mm。已知Fw=1962.5N，試按下述三種情況計算液體壓力并分析兩個活塞的運動情況。(1)F=314N；(2)F=157N；(3)F>314N解:(1)已知F=314N，因兩缸連通，由帕斯卡定律可知兩缸連通腔內(nèi)的液體壓力相等并有再由帕斯卡定律FⅠ/AⅠ=FⅡ/A2；FⅡ=FⅠ(A2/AⅠ)可知根據(jù)題意和上述計算：FⅡ=-Fw,故活塞1、2均作等速運動。

(2)已知F=157N，因兩缸連通，由帕斯卡定律可知兩缸連通腔內(nèi)的液體壓力相等并有再由帕斯卡定律FⅠ/AⅠ=FⅡ/A2；FⅡ=FⅠ(A2/AⅠ)可知根據(jù)題意和上述計算：FⅡ＜∣-Fww∣，故活塞1、2靜止。(3)根據(jù)解(1)可知，若F>314N，將有FⅡ＞∣-Fww∣，故活塞1、2加速運動?！匠虘门e例——1.圖示油泵出油驅(qū)動油缸活塞克服負載Fw運動，設油缸中軸距油泵出油口的高度為h，試計算油泵出油口壓力。說明：p1、p2分別代表吸油口壓力和油缸壓力，p2由設計規(guī)定。解：根據(jù)圖示建立Ⅰ-Ⅰ和Ⅱ-Ⅱ分別代表油泵出油口截面和油缸截面，則由實際伯努利方程：由坐標系和Ⅰ-Ⅰ和Ⅱ-Ⅱ截面可以推出邊界條件代入實際伯努利方程整理得式中Δp為液流從油泵出油口到油缸進油口損失的壓力。2.圖示油泵吸油口比油缸液面高h，試求油泵工作時其內(nèi)部吸油腔的真空度。說明：p1=pa(大氣壓力)；p2代表吸油腔壓力；Ⅰ-Ⅰ和Ⅱ-Ⅱ分別代表油箱液面和油泵吸油口截面。解：由實際伯努利方程和圖示得式中Δp為液流從油箱到油泵進油口損失的壓力。因油箱截面A1遠遠大于油泵吸油口截面A2，由連續(xù)性方程v1A1=v2A2推論v1＜＜v2，故可忽略不計。于是，實際伯努利方程為故吸油腔真空度=大氣壓力-絕對壓力=pa-p2=ρgh+ρv22/2+Δp——穩(wěn)態(tài)液流質(zhì)量守恒定律應用舉例——圖示為液壓千斤頂?shù)墓ぷ髟?，其中D=50×10-3m，d=10×10-3m，h1=400×10-3m，h2=100×10-3m，若舉升負載為6.25×104N(含活塞1自重)，活塞2的速度ν2=50×10-3m/s，不計摩擦阻力和活塞泄漏，試確定手搖作用力F和活塞1的速度ν1。解(1)根據(jù)杠桿原理，負載和作用力對固定鉸鏈力矩相等，得(2)由系統(tǒng)體積守恒（質(zhì)量守恒）可知速度取決于流量，于是油缸1中大活塞1的運動速度v1和流量Q為——穩(wěn)態(tài)液流質(zhì)量守恒定律應用舉例——4.圖示為液壓千斤頂?shù)墓ぷ髟恚渲蠨=50×10-3m，d=10×10-3m，h1=400×10-3m，h2=100×10-3m，若舉升負載為6.25×104N(含活塞1自重)，活塞2的速度ν2=50×10-3m/s，不計摩擦阻力和活塞泄漏，試確定手搖作用力F和活塞1的速度ν1。解(1)根據(jù)杠桿原理，負載和作用力對固定鉸鏈力矩相等，得(2)由系統(tǒng)體積守恒（質(zhì)量守恒）可知速度取決于流量，于是油缸1中大活塞1的運動速度v1和流量Q為——穩(wěn)態(tài)液流動量方程應用舉例——1．圖示液流以速度1．圖示液流以速度v1從環(huán)隙流入滑閥，以速度v2從環(huán)隙流出滑閥，流量為Q，試求滑閥在液流作用下所受的軸向力及方向。解：(1)根據(jù)圖a)求解滑閥右移時的情況。由動量方程：作用在控制體積之液體上的外力總和等于單位時間內(nèi)液體的輸出和輸入動量之差，可得滑閥對液流的反作用力F′=ρQ(v2cosθ2-v1cosθ1)=-ρQv1cosθ1（負號表示與作用動量相反）式中θ1—輸入閥口處液流與滑閥軸向的夾角，若滑閥與環(huán)隙配合間隙無泄露，其值約為69°(1.204弧度)。又因為液流動力F與F′反向，所以滑閥受軸向液壓力為F=-F′=ρQv1cosθ1。注意：若進油口泄露，則F＞F′，液流作用力具有使進油環(huán)隙關(guān)閉的趨勢。(2)根據(jù)圖b)求解滑閥右移時的情況。因為圖a)和圖b)方向相反，故由動量方程可得滑閥受軸向液壓力為F=ρQ(v2cosθ2-v1cosθ1)=ρQv2cosθ2式中θ2—輸出閥口處液流與滑閥軸向的夾角，若滑閥與環(huán)隙配合間隙無泄露，其值約為69°(1.204弧度)。又因為液流動力F與滑閥所受液壓力F′反向，所以F′=-F=-ρQv2cosθ2（負號表示與作用動量相反。2.已知噴嘴入口直徑d1=50mm，出口直徑d2=25mm，噴嘴前壓力為196.2kPa，流量為(5×10-3)m3/s，試求(1)噴嘴接頭處所受壓力；(2)若射流作用在垂直平面上分兩支流動，求平面所受沖擊力(不計壓力損失)。(1)根據(jù)作用力與反作用力原理，噴嘴接頭處所受壓力與受控體積的動力(噴嘴內(nèi)液體體積具有的動能)等值反向，且由受力圖可知，動力F1=pπd12/4，由動量方程可得F1–F′=ρQ(v2-v1)其中F1=pπd12/4=（196.2×103)×π/4×(50×10-3)2=385Nv1=Q/(πd12/4)=2.55m/sv2=Q/(πd22/4)=10.2m/s于是F′=F1-ρQ(v2-v1)=385-5×10-3×(10.2-2.55)=346.8N(2)由于射流在大氣中運動，故各截面壓力為零，所以在平板處，只有平面對油(水)的作用力Fs,因此由動量方程得∑F=-Fs=ρQ(0-v2)=-51N即Fs=51N(關(guān)于射流對固體平面的作用解題還可參見解題示例5）2.液壓泵與液壓馬達2.1液壓(容積)泵的吸排油原理液壓泵向其工作腔吸液和從工作腔的排液過程，是液壓泵改變自身工作腔容積的幾何動因帶來的液體運動的力學響應，故液壓泵屬于容積泵技術(shù)性質(zhì)。容積增大吸油：偏心輪0-180°旋轉(zhuǎn)，密封油腔容積增大，油箱大氣壓力高于油腔壓力(真空)單向閥6開通吸油。容積減小排油：偏心輪180-360°旋轉(zhuǎn)，密封油腔容積減小，單向閥5開通排油容積泵工作原理:機械動力改變密閉泵腔容積變化實現(xiàn)油泵的輸入和輸出(吸油和排油容積泵工作必要條件：必須具備密封工作容積，密封容積應能周期重復變化(由小變大→由大變小→由小變大→由大變小，……)；必須具有配油裝置，吸油過程中保持油箱與大氣相通，容積減小時向系統(tǒng)排油。2.2齒輪泵、葉片泵和柱塞泵的技術(shù)特點齒輪泵：利用齒輪周期性嚙合運動改變密閉工作腔容積實現(xiàn)吸液(油)和排液(油)的液壓泵。葉片泵：利用葉片周期性偏心旋轉(zhuǎn)改變密閉工作腔容積實現(xiàn)吸液(油)和排液(油)的液壓泵。柱塞泵：利用偏心旋轉(zhuǎn)柱塞往復運動改變密閉工作腔容積實現(xiàn)吸液(油)和排液(油)的液壓泵。齒輪泵主要用于低壓系統(tǒng)，柱塞泵和葉片泵可分別用于高壓系統(tǒng)和中高壓系統(tǒng)。2.3液壓馬達液壓馬達的功用：液壓馬達是液壓系統(tǒng)中的執(zhí)行元件(液壓泵是動力元件)，負責將液壓泵輸出的平動液體的壓力能轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)形式的機械能以拖動工作機械作功(液壓泵負責把電動機輸出的旋轉(zhuǎn)機械能轉(zhuǎn)換為平動的液體壓力能)液壓馬達與液壓泵的技術(shù)關(guān)系：功用—相反結(jié)構(gòu)—相似原理—互逆3.液壓缸液壓缸通常負責將平動液壓油攜帶的壓力能轉(zhuǎn)化為有限長度的往復直線運動，但也有一些特殊的液壓缸可以輸出往復擺動旋轉(zhuǎn)等特殊運動形式。4．液壓閥4.1液壓控制閥分類按壓力等級：低壓閥、中壓閥、中高壓閥、高壓閥。按聯(lián)接方式：管式(螺紋)聯(lián)接(L)、板式聯(lián)接(B)、法蘭聯(lián)接(F)、集成連接、疊加聯(lián)接、插裝聯(lián)接，等。按閥芯結(jié)構(gòu)：滑閥、錐閥、球閥、轉(zhuǎn)閥、噴嘴擋板閥、射流管閥。按控制方式：比例閥、伺服閥、數(shù)字閥、智能閥。按功能作用：壓力控制閥—控制和調(diào)節(jié)液流壓力，滿足執(zhí)行元件對力或力矩、或其他有關(guān)壓力的要求；方向控制閥—控制液流流動方向，改變進入執(zhí)行元件的液流方向，滿足工作機械運動或鎖緊要求；流量控制閥—控制液流量，以控制執(zhí)行元件運動速度。4.2常用壓力閥(1)溢流閥主要功能：保持系統(tǒng)壓力恒定(溢流定壓),防止系統(tǒng)過載(安全保護)的液壓閥。變異功能：安全卸荷、遠程調(diào)壓、背壓設置。（背壓力：液壓傳動中與流動液流方向相反的作用力。）主要類別：直動式、先導式(2)減壓閥主要功能：在多油路(多執(zhí)行元件)液壓系統(tǒng)中，以泄油方式降低高壓油路壓力導通低壓油路的液壓閥。變異功能：消除輸入輸出壓差，穩(wěn)定系統(tǒng)壓力(穩(wěn)壓閥)。主要類別：直動式、先導式。(3)順序閥主要功能：在多油路(多執(zhí)行元件)液壓系統(tǒng)中，以壓力高低作為順序控制信號導通或截止某一油路(停止某一執(zhí)行元件)順序工作的液壓閥。變異功能：穩(wěn)定系統(tǒng)壓力、卸荷、壓力(油)開關(guān)、遠程調(diào)壓。主要類別：直動式、先導式。4.3流量閥節(jié)流閥、調(diào)速閥、溢流節(jié)流閥、分流閥、分流集流閥4.4方向閥4.4.1類別單向閥、電磁閥、液控閥、電液動閥（小流量先導電磁換向閥和大流量液動換向主閥），等等4.4.2換向滑閥(1)命名操控型式+“位-通”數(shù)量(2)常態(tài)(3)機能5.液壓職能符號與液壓回路泵與馬達壓力閥流量閥方向閥液壓回路分析液壓回路：由多種液壓元件、液壓管道和一些必要的輔助裝置組成的液壓傳動閉合管路，不同卸荷回路技術(shù)特點對比卸荷特點：油液壓力大于溢流閥工作壓力，油泵空載帶壓卸荷，容易發(fā)熱。卸荷特點：油液壓力大于溢流閥工作壓力，油泵空載帶壓卸荷，容易發(fā)熱。卸荷特點：油液經(jīng)H型換向閥回油箱，空載低壓卸載，不容易發(fā)熱。卸荷特點：油液經(jīng)H型換向閥回油箱，空載低壓卸載，不容易發(fā)熱。卸荷特點：油液經(jīng)溢流閥遙控口通過電磁換向閥卸荷，卸荷不負載，不容易發(fā)熱。卸荷特點：油液經(jīng)溢流閥遙控口通過電磁換向閥卸荷，卸荷不負載，不容易發(fā)熱。注射機液壓系統(tǒng)“鎖模缸-注射缸二級調(diào)壓回路”參閱教材圖1-71(分析見講稿)參閱教材圖1-71(分析見講稿)注射機液壓工作回路教材圖7-54(分析見講稿)教材圖7-54(分析見講稿)練習題(見已發(fā)液壓傳動學習輔導)第3章預處理裝置與混煉設備——教學內(nèi)容及目標——知識結(jié)構(gòu)：高分子成型物料的預處理方法；高分子成型物料的混合概念；混合的技術(shù)物理意義；混煉的技術(shù)物理意義；常用混煉機械的、工作原理、技術(shù)特性和應用特點能力要求：熟悉了解液壓傳動的物理基礎(chǔ)和基本理論，并能求解液壓傳動基本問題；熟悉了解各類液壓元件的功能、結(jié)構(gòu)、職能符號；具有選用液壓元件和讀識液壓回路的基本能力。——教學重點——混合的概念、分類、技術(shù)條件和技術(shù)效果；混煉設備技術(shù)分類、技術(shù)特征及其工作原理1.預處理為了保證成型物料制備以及成型生產(chǎn)中對物料的技術(shù)要求，制備成型物料之前，使用一定的機械、物理裝置或機械設備，對成型物料或其組分預先進行的研磨、篩析、干燥和預熱等準備工作稱為預處理。經(jīng)過預處理的成型物料，需要從幾何形態(tài)、物理性能和溫度條件等三個方面滿足成型物料的配制要求。練習題一、思考題1．為什么要對塑料原材料進行預處理？為了使原材料組分或成型物料的物理性質(zhì)、幾何形態(tài)、溫度條件符合塑料制備或塑料成型生產(chǎn)技術(shù)要求。2．生產(chǎn)中常用哪些預處理方法？3．為什么要對塑料原料（成型材料）進行預熱？4．預熱和干燥有什么區(qū)別?5．粘濕性塑料和吸濕性塑料的干燥方法是否完全相同？二、判斷題1．對物料預熱的同時必然會使物料干燥。×2．只有利用加熱方法才能去除物料表面粘附的水分。×3．加熱干燥吸濕性塑料時還必須控制空氣露點。4．真空干燥只能用于吸濕性塑料?！寥?、獨立思考并參閱有關(guān)文獻，總結(jié)成型加工前對物料預熱的優(yōu)缺點。2.混煉設備2.1混合的概念、分類、技術(shù)條件和技術(shù)效果高分子材料的混合：以聚合物為基體、添加多種填料和助劑的塑料(高分子材料)成型物料是一種多組分工業(yè)原材料，為了使各種組分材料在整個成型物料體系中均勻分布并具有密度和性能均勻的物理特性，對成型物料所進行的各種機械和物理均化處理過程統(tǒng)稱為“混合”。混合的類別：分布混合—分散混合；初混合—塑煉物理分類分布混合：將兩種或兩種以上的組分原料，無規(guī)無序地均勻分布到一定空間的混合方法，即多組分物料在分布過程中，其各組分原料的微?；蚣毩Ｔ谖锪象w系內(nèi)隨機地進行無規(guī)無序的遷移運動。分散混合：把兩種或兩種以上的組分原料相互滲透，促使各組分原料相互結(jié)合、性能均一的混合方法。技術(shù)分類初混合：以各組分之間的分布混合為主，不改變物理聚集狀態(tài)，在不太大得剪切應力及其切變速率作用，對成型物料的各種固相組分進行混合與分散，或是對固、液兩相不同組分進行的混合與浸漬。塑煉：以各組分之間的分散混合為主，通過改變物理聚集狀態(tài)(即在粘流態(tài)下)，使用較大的剪切應力和切變速率，對成型物料各組分進行的混合與分散，經(jīng)過塑煉后的成型物料一般應能達到成型工藝所要求的“組分均勻、密度均勻、溫度均勻、粘度均勻”之物理性質(zhì)。技術(shù)條件：對成型物料進行混合時，物理上需要對物料提供熱量，力學上需要賦予物料對流的動力，化學上需要避免物料發(fā)生化學反應。技術(shù)效果：初混合—固態(tài)下不改變物料幾何形態(tài)的混合均化塑煉—粘流態(tài)下改變物料幾何形態(tài)的混合均化小結(jié)2.2常用混煉設備的應用特點高速混合機高速旋轉(zhuǎn)、分布混合，熱歷程短，特別適用于熱敏性塑料。。捏合機兩轉(zhuǎn)子異向差速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生分散剪切(滲透)混合，轉(zhuǎn)子曲面軸向分力驅(qū)動物料對流分布混合。開煉機輥隙是開煉混合工作空間，物料經(jīng)開煉機輥隙時，在高溫作用下受兩個輥筒徑向擠壓和差速剪切作用，主要發(fā)生分散混合，組分材料之間相互滲透。2.3混煉設備技術(shù)分類、技術(shù)特征及其工作原理練習題一、思考題1．為什么要對塑料原材料進行混合?2．簡述混合所需要的力學，物理和化學條件。3．簡述簡單混合（分布混合）與分散混合的基本概念并概括兩者的差異。4．簡述初混與塑煉的基本概念并概括兩者的差異。5．初混設備為什么屬于低能耗設備。6．為什么反向雙螺帶混合機可以增強軸向混合作用？7．總結(jié)概括捏合機工作原理，并解釋為什么性能良好的捏合機可以用于塑煉？8．為什么高速混合機特別適用于熱敏性材料？9．簡述物料在開煉機雙輥之間的剪切混合原理并用速度場進行描述。10．為什么捏合機，開煉機，密煉機的轉(zhuǎn)子或滾筒均為差速運動？二、概念題1．什么是簡單混合（分布混合），什么是分散混合？2．列表說明出初混合與塑煉在物理，力學條件和幾何形態(tài)上的差異。三、填空題1．實現(xiàn)分布混合需要塑料物料各組分之間發(fā)生濃度擴散和對流運動。2．實現(xiàn)分散混合需要物料各組分的微粒之間發(fā)生剪切變形和相互滲透。3．對成型物料進行混合時，物理上需要對物料提供熱量，力學上需要賦予物料對流的動力，化學上需要避免物料發(fā)生化學反應。4．初混合是在聚合物固態(tài)下的混合，塑煉是在聚合物粘流態(tài)下的混合。5．固、液兩態(tài)原料之間的混合與浸漬稱為捏合。6．捏合機工作時，兩轉(zhuǎn)子反向差速旋轉(zhuǎn)，從運動形式上對物料產(chǎn)生撕捏作用，從力學上使物料發(fā)生剪切變形，從原料粉粒界面處彼此發(fā)生相互滲透，從工藝上可以實現(xiàn)分散混合。7．高速混合時，塑料接受的熱歷程比較短，這種混合特別適用于熱敏性塑料。8．開煉機對塑料成型物料的剪切塑煉功能源于高溫作用下兩個輥筒在輥隙處對物料產(chǎn)生的擠壓力，以及兩個輥筒的差速旋轉(zhuǎn)。9．密煉機兩轉(zhuǎn)子的差速異向旋轉(zhuǎn)，以及上、下頂栓的阻滯作用，可使物料在密煉機兩轉(zhuǎn)子之間接受剪切，擠捏，撕拉，分流和換位等不同作用。四、判斷題1．初混合后物料的幾何形態(tài)不發(fā)生變化，塑煉后塑料的幾何形態(tài)發(fā)生變化。2．塑煉后各組分之間的剪切變形不會誘使它們相互滲透，因此無法促使材料性能均勻變化。3．捏合機對物料的分散作用比螺帶機好。4．高速混合機不適用于混合熱敏性塑料。5．一般情況下，塑煉設備不使用未經(jīng)初混合的原材料。6．開煉機以徑向分散混合為主。7．物料經(jīng)開煉機輥隙時，只發(fā)生對流和分布混合。8．對捏合機的兩個轉(zhuǎn)子設定速比（或轉(zhuǎn)差），是為了使物料在混合室的不同部位具有速度差，從而使物料之間發(fā)生剪切作用。五、從物理和力學意義出發(fā)，歸納總結(jié)分布混合和分散混合性質(zhì)及其技術(shù)應用特點。六、從技術(shù)物理意義出發(fā)，歸納總結(jié)塑料成型物料的混合與混煉的物理概念與技術(shù)特點。七、對開煉機工作原理進行理論建模和分析。第4章擠出機——教學內(nèi)容及目標——知識結(jié)構(gòu)：擠出成型工藝流程；擠出工藝過程描述；溫度輪廓曲線與機筒分段加熱；壓力輪廓曲線與機筒設計創(chuàng)新；螺桿的區(qū)段功能及劃分；擠出螺桿的結(jié)構(gòu)形式與應用特點；螺桿的軟硬特性；口模的高低壓特性；螺桿與口模的選用與匹配；擠出熔體流動的模型；擠出機的工作點、工作圖以及有效工作區(qū)間能力要求：熟悉了解擠出機的工藝流程，掌握擠出機分段加熱的技術(shù)原理，深刻理解擠出螺桿的區(qū)段功能，從螺桿混料工藝原理和螺桿加工制造兩個方面協(xié)調(diào)設計、加工和應用之間的關(guān)系，具有選擇匹配螺桿口模的能力，以擠出機的工作點、工作圖、有效工作區(qū)間的理論推導為基礎(chǔ)，建立擠出機調(diào)試概念，結(jié)合擠出理論，培養(yǎng)理論聯(lián)系實際的創(chuàng)新思維方法——教學重點——1.擠出機基本概念1.1擠出成型工藝流程(工步順序，工藝環(huán)節(jié)的順序)與擠塑機和成型模具工作部位的關(guān)系（擠出成型工藝流程的各個工藝環(huán)節(jié)所處的設備模具部位）1.2擠出機的傳動鏈1.3多孔板——擠出機與機頭的連接零件擠塑機在機筒和機頭之間需要安裝多孔板，這種機械零件可以把塑料熔體的螺旋狀流態(tài)轉(zhuǎn)變成直線平動狀流態(tài)，以便把塑料熔體以穩(wěn)定的層流模式輸入機頭。2.擠出工藝過程描述2.1溫度輪廓曲線與螺桿溫度控制溫度輪廓曲線描述物料在機筒和螺桿區(qū)內(nèi)各點穩(wěn)態(tài)溫度變化規(guī)律的曲線。加料段機筒溫度輪廓曲線斜率大，物理上對熱量需求大，技術(shù)上要求加熱速度快；壓縮段溫度輪廓曲線趨于平穩(wěn)，物理上既要求具有穩(wěn)定的熱量保證物料熔融，技術(shù)上要求外熱供給必須與內(nèi)熱平衡，以避免物料發(fā)生過熱或分解、降解；計量段溫度輪廓曲線幾何趨勢與壓縮段相似，技術(shù)物理方面的熱量需求與控制也相似，但還要求能夠?qū)ξ锪蠈崿F(xiàn)恒溫或近似恒溫輸出。由于溫度輪廓曲線特性各段幾何特性不同，故機筒需要分段加熱、分段控溫。2.2壓力輪廓曲線及其改進壓力輪廓曲線描述物料在機筒和螺桿區(qū)內(nèi)各點穩(wěn)態(tài)壓力變化規(guī)律的曲線。（1）壓力輪廓曲線的特征相似性物料與機筒螺桿結(jié)構(gòu)確定時，壓力輪廓曲線的坐標位置取決于機頭壓力，不同的機頭壓力可以產(chǎn)生幾何形態(tài)相似、坐標位置不同的壓力輪廓曲線?？勺冃愿淖兾锪稀C筒和螺桿結(jié)構(gòu)之一，均會導致壓力輪廓曲線的幾何形態(tài)發(fā)生改變。階段性壓力輪廓曲線的幾何形態(tài)與機筒和螺桿的工作位置相關(guān),即壓力輪廓曲線在螺桿的加料段、壓縮段和計量段等不同部位，其幾何形態(tài)不同（沿螺桿全長，其壓力輪廓曲線具有階段性，各段壓力輪廓曲線具有不同的變化規(guī)律）。（2）普通螺桿的技術(shù)物理缺陷加料段壓力輪廓曲線梯度比較平緩，不能對固態(tài)粉體物料進行有效地壓實致密，從生產(chǎn)效率上不利于固態(tài)物料輸送，從傳熱原理上不利于即將發(fā)生的物料熔融；壓縮段壓力輪廓曲線仍具一定斜度，意味著物料熔融前期未獲得足夠、有效的壓力能量來保證物料從非致密固態(tài)轉(zhuǎn)變成致密粘流態(tài)，同時也不能發(fā)揮壓力等效溫度的內(nèi)熱效應；擠出壓力的峰值發(fā)生在計量段始端或壓縮段與計量段交界處，因壓力峰值距離壓力輸出點較近，容易引起輸出壓力波動和流量不穩(wěn)定。（3）BASF機筒的壓力輪廓曲線的特征加料段曲線斜度急劇增大,且壓力峰值亦出現(xiàn)在加料段。壓縮段壓力稍許向下傾斜,但基本上能維持在峰值附近。計量段壓力較壓縮段下降幅度大，壓縮段高壓對輸出流量波動影響相對減小。3.擠出機的關(guān)鍵零件—螺桿與機筒3.1螺桿的區(qū)段功能及劃分擠出螺桿的三個物理職能區(qū)長度連續(xù)，但三個幾何加工段之間具有明確的幾何界分，因此兩者之間沒有對應相等長度，但這種現(xiàn)象并不影響擠出螺桿物理職能區(qū)的長度連續(xù)性。普通三段式螺桿物理幾何區(qū)段劃分與幾何結(jié)構(gòu)特征幾何分段物理分區(qū)幾何結(jié)構(gòu)特征加料段固體輸送區(qū)加料區(qū)=1\*GB3①螺槽根徑、外徑及其深度不變=2\*GB3②全螺桿上此段此區(qū)螺槽最深、容積最大輸送區(qū)遲滯區(qū)壓縮段熔融區(qū)螺桿外徑不變，根徑逐漸增大，即螺槽深度逐漸減小容積不斷縮減計量段（均化段）熔體輸送區(qū)=1\*GB3①螺槽根徑、外徑及其深度不變=2\*GB3②全螺桿上此段此區(qū)螺槽最淺、容積最小3.2擠出螺桿結(jié)構(gòu)分類等距變深等深變距變深變距3.3等距變深螺桿的3種常規(guī)形式a)b)c)a)全長漸變型(常規(guī)的變異形式)螺槽深度及其容積沿螺桿全長平緩漸變；幾何壓縮比小，螺桿對物料的剪切力小，但剪切混合作用均勻；對非結(jié)晶型與結(jié)晶型塑料均能適用，特別適于熱敏性塑料。b)熔融段漸變型壓縮段長度較長，物料可以在較長的幾何壓縮過程中完成熔融相變過程，適用于熔融溫度較寬的各種非結(jié)晶型塑料，但實踐證明，對于有些結(jié)晶型塑料也同樣適用c)等距突變型螺桿壓縮段長度很短，物料只能在很短的幾何壓縮過程中完成熔融相變過程，理論上適用于熔融溫度范圍很窄的結(jié)晶型塑料。注意理論與實際的差異：對于結(jié)晶型塑料，因其固液相態(tài)轉(zhuǎn)變過程中具有溫度范圍很窄的熔點，理論上需要使用熔融段螺槽深度突變型螺桿；對于非結(jié)晶型塑料，因其固液相態(tài)轉(zhuǎn)變過程中具有溫度范圍較寬的熔限，理論上需要使用熔融段螺槽深度漸變型螺桿。但實際上熔融段螺槽深度漸變型螺桿對結(jié)晶和非結(jié)晶塑料都適用。3.4機筒普通機筒：整體式，分段式和組合式BASF機筒的創(chuàng)新思想：固體輸送理論中的摩擦影響。練習題一、思考題1．對比說明整體式，分段式和組合式三種機筒的優(yōu)缺點。2．為什么高粘度塑料熔體需要采用錐角小于300而且長度比較大的機筒與機頭過渡區(qū)，而對于低粘度的塑料熔體則可以采用錐角大與450且長度比較短的機筒與機頭過渡區(qū)。二、填空1．普通機筒分為整體式、分段式、組合式三大類型。2．襯套式機筒之本體與襯套之間的組合性質(zhì)屬于機械聯(lián)接，澆鑄式機筒之本體與內(nèi)壁之間的組合性質(zhì)屬于物理結(jié)合。3．多孔板（分流板）安裝在機筒和機頭之間。三、對比教材中的普通機筒與BASF機筒壓力輪廓線，根據(jù)普通機筒壓力輪廓曲線的幾何特征，簡述其技術(shù)物理缺陷，以及設計BASF機筒的創(chuàng)新思路和設計效果。3.5螺桿與機筒材料(略)練習題一、思考題1．簡述擠出成型的基本概念。2．塑化和塑煉的概念有何差異？3．什么是溫度輪廓曲線？它可以從哪個角度描述或表征擠出過程？4．什么是壓力輪廓曲線？它可以從哪個角度描述或表征擠出過程？5．簡述三類五種普通螺桿的名稱、幾何特征及應用特點。6．按教材所示螺桿頭結(jié)構(gòu)，分別說明它們的名稱與應用特點。7．加工普通螺桿時通?？刹捎媚膬煞N方法改變螺槽容積？8．歸納總結(jié)組合式螺桿的基本概念及其優(yōu)缺點。二、填空1．在擠出機和注射機等成型設備中，通過熱能和機械能的作用，對松散的固態(tài)成型物料進行擠壓、和熔融的均勻混合工藝稱為塑化。2．物料經(jīng)過塑化，不僅要求其從固態(tài)轉(zhuǎn)變成為粘流態(tài)，而且還要求實現(xiàn)組分均勻、密度均勻、溫度均勻、粘度均勻，同時在模內(nèi)具有流動性和可模塑性。3．擠出流量波動的源發(fā)于螺桿壓力波動、物料溫度波動和螺桿轉(zhuǎn)速波動。4．普通擠出螺桿的物理職能區(qū)分為固體輸送區(qū)、熔融區(qū)、熔體輸送區(qū)；幾何加工段分為加料段、壓縮段、計量段。5．物料與機筒螺桿結(jié)構(gòu)確定時，擠出過程壓力輪廓曲線的坐標位置取決于機頭壓力。6．在普通三段式漸變型螺桿的熔融區(qū)段或壓縮段，螺槽容積由大變小，目的為了壓實致密成型物料。7．普通螺桿分為等距變深、等深變距、變距變深等三大類型，以及全長漸變型、熔融段漸變型、熔融段突變型、等深變距型、變深變距型等五種形式。8．螺桿長徑比反映擠出機的塑化能力和塑化效果。9．一根螺桿上的最大螺槽容積與最小螺槽容積的比值稱為幾何壓縮比，制品密度與塑化前物料密度的比值稱為物理壓縮比。11．對于結(jié)晶型塑料，因其固液相態(tài)轉(zhuǎn)變過程中具有溫度范圍很窄的熔點，理論上需要使用熔融段螺槽深度突變型螺桿；對于非結(jié)晶型塑料，因其固液相態(tài)轉(zhuǎn)變過程中具有溫度范圍較寬的熔限，理論上需要使用熔融段螺槽深度漸變型螺桿。三、判斷題1．由物料，螺桿和機筒三者的溫度分別構(gòu)成的溫度輪廓曲線幾何形狀相同?！?．在機筒螺桿的同一軸向截面上，物料各溫度相同×。3．擠出螺桿的三個物理職能區(qū)長度與三個幾何加工段的長度對應相等。×4．物料和機筒螺桿結(jié)構(gòu)確定時，壓力輪廓曲線的幾何形狀可以彼此相似。5．改變機筒螺桿結(jié)構(gòu)，可以改變壓力輪廓曲線的幾何形狀以及擠出機塑化特性。6．在普通三段式擠出螺桿的熔體輸送區(qū)或計量段，螺槽容積不變。7．等距變深螺桿比等深變距螺桿容易加工。8．等距全長漸變型螺桿不適于熱敏性材料。×9．等距突變性螺桿理論上適用于低粘度結(jié)晶性塑料。10．螺桿頭的選用與塑料品種和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)無關(guān)?！?1．等距變深螺桿比等深變距螺桿容易加工。12．等距全長漸變型螺桿不適于熱敏性材料。×13．等距突變性螺桿理論上適用于低粘度結(jié)晶性塑料。14．螺桿頭的選用與塑料品種和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)無關(guān)?！了?、選擇題（待補）1．擠出螺桿各段之間明確的幾何界分點，（影響不影響）其物理職能區(qū)之間的連續(xù)性。。2．常規(guī)三段式全螺紋螺桿的螺槽深度(不變化連續(xù)變化分段不等分段不等+其中一段連續(xù)變化)。3．在常規(guī)三段式全螺紋螺桿中，螺槽容積（最大最?。┑膸缀味问牵ㄓ嬃慷渭恿隙危?．螺桿的長徑比越大，對物料的塑化效果越（顯著差），加工起來難度越（高低）。五、簡述機筒分段加熱，分段控溫的原因。六、簡述螺桿物理職能區(qū)與機和加工段的對應關(guān)系。七、用草圖勾畫出等距全長漸變型、等距熔融段漸變型和等距突變型三種螺桿的示意結(jié)構(gòu)圖并簡述它們的幾何特征和技術(shù)應用特點。1．全長漸變型幾何特征螺桿全長無三段幾何界分；從加料段始端到計量段末段落劇始終不變，但螺槽深度由大逐漸變??；幾何壓縮比等于加料段始端螺槽容積除以計量段末端螺槽容積。技術(shù)應用特點螺槽深度及其容積沿螺桿全長平緩漸變；幾何壓縮比小，螺桿對物料的剪切力小，但剪切混合作用均勻；對非結(jié)晶型與結(jié)晶型塑料均能適用，特別適于熱敏性塑料。2．熔融段漸變型幾何特征從加料段始端到計量段末段螺距始終不變；加料段螺槽深度與計量段螺槽深度不變，它們分別發(fā)揮固體輸送和熔體輸送功能；采用較長的壓縮段尺寸，在壓縮段尺寸范圍內(nèi)，螺槽深度由深漸淺，螺槽容積由大漸??；幾何壓縮比等于壓縮段始、末端螺槽容積的比值。技術(shù)應用特點壓縮段長度較長，物料可以在較長的幾何壓縮過程中完成熔融相變過程，適用于熔融溫度較寬的各種非結(jié)晶型塑料，但實踐證明，對于有些結(jié)晶型塑料也同樣適用。3．等距突變型螺桿幾何特征從加料段始端到計量段末段螺距始終不變；加料段螺槽深度與計量段螺槽深度不變，它們分別發(fā)揮固體輸送和熔體輸送功能；采用很短的壓縮段尺寸，在壓縮段尺寸范圍內(nèi)，螺槽深度由深變淺，螺槽容積由大變?。粠缀螇嚎s比等于壓縮段始、末端螺槽容積的比值。技術(shù)應用特點壓縮段長度很短，物料只能在很短的幾何壓縮過程中完成熔融相變過程，理論上適用于熔融溫度范圍很窄的結(jié)晶型塑料。4.擠出理論與創(chuàng)新運用4.1固體輸送理論與BASF機筒4.1.1基本假設(略)4.1.2數(shù)學力學模型坐標系固體物料輸送的速度矢量模型K-M曲線重要結(jié)論：提高物料與機筒之間的摩擦可以降低M；所故增大機筒摩擦系數(shù)fb，M減小，θ增大擠出流量增大。4.1.3固體輸送理論應用—BASF機筒的創(chuàng)新設計(1)普通機筒螺桿壓力輪廓曲線的技術(shù)物理缺陷加料段壓力變化梯度平緩；壓縮段壓力未呈現(xiàn)最大值；壓力峰值發(fā)生在計量段始端或壓縮段與計量段交界處。(2)BASF機筒創(chuàng)新設計思路及其措施①創(chuàng)新思路（改變機筒結(jié)構(gòu)優(yōu)化壓力輪廓曲線）：——提高加料段對固態(tài)物料施加的壓力以及加料段壓力變化的梯度；——把壓力峰值轉(zhuǎn)移到最需要壓力作用的壓縮段或壓縮段與加料短的交界處。②革新措施：——對壓縮段開設縱向溝槽增大機筒對物料的摩擦阻力；——對加料段施加冷卻措施避免物料軟化減弱摩擦阻力；——利用錐管平衡傳質(zhì)原理強化加料段對固態(tài)物料的壓實致密效果平衡傳質(zhì)原理：單位時間通過導管任意截面的流體質(zhì)量相等，即A1υρ1=A2υρ2對于圓管∵A1=A2∴ρ1=ρ2等密度流動對于錐管∵A1>A2∴ρ2>ρ1變密度流動4.2熔融理論與分離型螺桿4.2.1基本假設(略)4.2.2熔融理論物理模型熔融物理模型普通螺桿問題—X固相分布函數(shù)分離形螺桿4.2.3熔融理論數(shù)學模型(略)4.2.4熔融理論應用—分離型螺桿(1)普通螺桿的熔融問題(略)(2)分離性螺桿的基本原理及類別常規(guī)螺桿加料段→壓縮段→計量段：單頭螺紋結(jié)構(gòu)BM螺桿加料段、計量段：單頭螺紋結(jié)構(gòu)。壓縮段：雙頭螺棱結(jié)構(gòu)、螺槽等深；主、副螺棱不同螺距，不同螺旋角構(gòu)成固、液兩相螺槽；液相螺槽漸寬增容，固相螺槽漸窄減容。Barr螺桿加料段、計量段：單頭螺紋結(jié)構(gòu)。：壓縮段雙頭螺棱結(jié)構(gòu)，等螺距、等螺旋角；主、副螺棱構(gòu)成固、液兩相螺槽；液相螺槽漸深增容，固相螺槽漸淺減容。熔體槽螺桿加料段、計量段：單頭螺紋結(jié)構(gòu)。壓縮段：雙頭螺槽結(jié)構(gòu)，等螺距、等螺旋角；主、副螺槽構(gòu)成固、液兩相螺槽；液相螺槽漸深增容，固相螺槽漸淺減容(3)分離性螺桿的幾何物理特征與加工技術(shù)特點4.3熔體輸送理論與擠出機的工作點和工作圖4.3.1正流、逆流、凈流、漏流、回流（環(huán)流）的概念、力學動因及其并繪制速度矢量分布正流塑料熔體在螺旋曲面作用下，沿斜向螺槽方向(z)的位移運動，逆流因機筒螺桿、過濾網(wǎng)、多孔板時的摩擦阻力以及物料流向機頭時的充模阻力，導致物料產(chǎn)生的與正流方向相反的位移運動。漏流與逆流原因相同，但發(fā)生在在機筒螺桿間隙中反向正流的位移運動。適量的漏流在損失擠出流量的同時，卻能在一定程度上改善塑化效果。環(huán)流塑料熔體在螺旋曲面作用下，沿螺槽橫向(法向槽寬x)的回轉(zhuǎn)性位移運動，僅影響塑化效果，不影響擠出流量。4.3.2深槽螺桿與淺槽螺桿的塑化特性計量段深槽螺桿剪切內(nèi)熱小，塑化能力弱；計量段淺槽螺桿剪切內(nèi)熱大，塑化能力強。4.3.3螺桿特性曲線及其應用螺桿特性曲線螺桿軟特性：計量段螺槽深度h3大，螺桿的壓力-流量特性曲線曲線斜度大，擠出流量對壓力變化敏感，即螺桿擠出流量容易隨壓力變化而改變，亦即螺桿流量輸出對壓力作用呈軟特性(軟特性螺桿)。螺桿硬特性：計量段螺槽深度h3大時h3小時，螺桿的壓力-流量特性曲線斜度小,流量對壓力變化不敏感，即硬特性螺桿擠出流量不容易隨壓力變化而改變，亦即螺桿輸出流量對壓力作用呈硬特性(硬特性螺桿)，軟、硬特性螺桿的應用技術(shù)特點：深槽軟特性螺桿的輸出流量對其壓力變化敏感，調(diào)整螺桿壓力流量變化大，不容易穩(wěn)定和控制擠出工藝過程，比較適于混煉造粒；反之，淺槽硬特性螺桿的輸出流量對其壓力變化不敏感，調(diào)整螺桿壓力流量變化小，容易穩(wěn)定和控制擠出工藝過程，比較適于擠出成型。4.3.4口模特性曲線及其高低壓性質(zhì)口模特性曲線式中k—口模常數(shù)，與口模截面的幾何形態(tài)有關(guān)；μ—牛頓流動粘度；pj—熔體進入機頭口模時的流動阻力，亦即機頭口模對熔體產(chǎn)生的充模壓力?？谀５牡蛪禾匦?軟特性):口模常數(shù)k值大的口模開度大或口模幾何形態(tài)簡單，對物料的充模流動阻力小(低壓機頭)，口模特性曲線斜率大,流量對壓力變化敏感，擠出機流量輸出對機頭口模壓力作用呈軟特性,即低壓機頭的充模流量容易隨壓力變化而改變?？谀５母邏禾匦?硬特性):口模常數(shù)k值小的口模開度小或口模幾何形態(tài)形狀復雜，對物料的充模流動阻力大(高壓機頭)，曲線斜率小,流量對壓力變化不敏感，擠塑機流量輸出對機頭口模壓力作用呈硬特性，即高壓機頭的充模流量不容易隨壓力變化而改變4.3.5機頭口模的與螺桿配用關(guān)系高壓機頭對熔體充模產(chǎn)生的流動阻力大，但擠塑機流量對機頭壓力變化不敏感，調(diào)整機頭壓力流量變化小，容易穩(wěn)定和控制擠出工藝過程，故配用淺槽硬特性螺桿比較適于擠出成型；反之，低壓機頭對熔體充模產(chǎn)生的流動阻力小，但擠塑機對機頭壓力變化敏感，調(diào)整機頭壓力流量變化大，不容易穩(wěn)定和控制擠出工藝過程，故配用深槽硬特性螺桿比較適于混煉造粒。4.3.6擠出機的工作點與工作圖擠出機的工作點：螺桿與口模特性曲線在機筒機頭連接處的每一個交點均稱為擠塑機的工作點，即欲要保證擠塑機處于正常的擠出成型工作狀態(tài)，必須保證：①螺桿擠出機筒和熔體流入機頭的流量相等；②螺桿對熔體的壓力和機頭對熔體充摸的流動阻力相等。擠出機工作圖：在擠出螺桿參數(shù)以及成型物料確定的情況下，通過在最大取值與最小取值范圍內(nèi)調(diào)整螺桿轉(zhuǎn)速和口模常數(shù)所獲得到的全部螺桿特性曲線、口模特性曲線并連同它們所在的壓力流量坐標系合稱為擠塑機的工作圖。擠出機的有效工作區(qū)間：由擠塑機最大轉(zhuǎn)速和最小轉(zhuǎn)速以及由最大和最小口模常數(shù)、等4個參數(shù)確定的兩條螺桿特性曲線和兩條口模特性曲線共同包絡的封閉面積連同它們所在的壓力流量坐標系合稱為擠塑機的有效工作區(qū)間。很明顯，該區(qū)間內(nèi)包含擠塑機所有可能的工作點以及可能使用的螺桿與口模特性曲線。練習題一、判斷題1．固體輸送量與螺桿轉(zhuǎn)速n之間的正比關(guān)系，不受其他因素影響。2．漏流和逆流的力學動因不同?！?．深槽軟特性螺桿配用低壓（低阻力）特性機頭是為了抑制或降低逆流量。4．淺槽硬特性螺桿可以配用高壓（高阻力）特性機頭。5．淺槽硬特性螺桿配用高壓機頭適于混煉造粒?！?．深槽軟特性螺桿配用低壓機頭不適于擠出成型。7．淺槽硬性螺桿對物料產(chǎn)生的剪切內(nèi)熱小，塑化能力強?！炼⑦x擇題1．成型物料在固體輸送區(qū)，其（相對運動速度、絕對運動速度）與機筒切向即假設的機筒運動方向之間的夾角稱為物料的輸送角。2．（增大減?。┠Σ帘萬s/fb，可以（增大減?。㎝值，從而（提高降低）固體輸送量。3．固態(tài)物料在（機筒與螺桿間隙螺槽）中最先開始熔融。4．螺桿特性曲線斜度（大小）時，擠出流量對螺桿壓力變化（敏感不敏感），螺桿呈（軟硬）特性。5．口模常數(shù)k（大小）時，熔體進入機頭的流動阻力（大?。?，機頭呈（高壓低壓）特性。三、簡述正流、逆流、凈流、漏流、回流（環(huán)流）的概念，并繪制它們的速度矢量分布5.雙螺桿擠出機(略)6.擠出機的其他工作裝置與控制(略)上料和加料機構(gòu)（略）加熱與冷卻裝置（略）傳動系統(tǒng)（簡介）機械動力機構(gòu)與電機的類型減速器類型、電機類型、主機與電機的安裝三向整流子電機滑差電機直流電機直流電機調(diào)速特性：低速(<1500r/min)時調(diào)整電樞電壓恒扭矩調(diào)速適應于高粘度塑料擠出；高速(>1500r/min)時調(diào)整激磁電壓恒扭矩調(diào)速適應于普通粘度和低粘度塑料擠出；控制系統(tǒng)（略）第5章注射機—教學內(nèi)容及目標——知識結(jié)構(gòu)：注射成型原理，注射螺桿的技術(shù)特點，注射成型工藝過程循環(huán)，注射機機械動作循環(huán)，注射機的工作時序，注射機的工作模式，注射機的力能規(guī)格，注射機的動力裝置，注射機的液壓傳動。能力要求：對比靜態(tài)擠出過程，熟悉和理解動態(tài)注射成型原理、注射螺桿技術(shù)特點、注射機的兩大動力裝置，以及注射機液壓傳動?！虒W重點——1.注射成型原理——以擠出成型及其螺桿為參照對比說明(1)螺桿對物料的旋轉(zhuǎn)塑化與軸向注射位移間歇進行(2)物料在機筒螺桿塑化區(qū)內(nèi)非穩(wěn)態(tài)熔融塑化①螺桿間歇旋轉(zhuǎn)與軸向平動位移導致熔融塑化過程不能連續(xù)穩(wěn)定進行，即塑化不注射，注射不塑化。②注射螺桿長度比擠出螺桿短，不需要滿足擠出過程穩(wěn)態(tài)熔融塑化過程的要求(注射塑化不完全依靠螺桿旋轉(zhuǎn)，所以不需要較大的螺桿長度)。③螺桿幾何工作段長度動態(tài)變化塑化過程中物理職能區(qū)與螺桿幾何工作段長度不能穩(wěn)定匹配④軸向高壓注射運動導致熔融塑化過程無法形成穩(wěn)定的熔膜、熔池和固體床高速高壓的軸向注射動作會在加料區(qū)螺槽中形成強烈的固相環(huán)流和逆流，從而破壞擠出塑化過程中的固、液兩相穩(wěn)定轉(zhuǎn)變的物理環(huán)境，并導致螺槽中固液兩相摻混，不存在穩(wěn)定的固、液兩相轉(zhuǎn)變規(guī)律。(3)塑化效果取決于螺桿背壓擠出塑化效果取決于流動阻力2.注射螺桿的技術(shù)特點——以擠出螺桿為參照對比說明(1)注射螺桿加料段比擠出螺桿長，其長度可達螺桿總長60%。(2)注射螺桿長徑比和壓縮比較之擠出螺桿小。(3)注射螺桿計量段螺槽深度比擠出螺桿深(4)注射螺桿計量段長度比擠出螺桿短。3.注射成型工藝過程循環(huán)工藝過程循環(huán)圖的作用：描述工步之間的相互關(guān)系，為理解和設計加工機械的工作原理建立基礎(chǔ)。4.注射機工作模式塑化退回—前加料制品在模內(nèi)冷卻時，注射座停留在注射位置對成型物料進行“加料—塑化”工藝處理，當塑化完成后退卻到初始位置準備下一個注射工藝循環(huán)過程；這種工作模式適應于注射機采用直通式噴嘴、大背壓塑化、低粘度塑料成型等工作條件，主要用來防止塑化過程中粘流態(tài)的塑料熔體發(fā)生“流涎”現(xiàn)象。退回塑化—后加料制品在模內(nèi)冷卻時，注射座退回到初始位置對成型物料進行“加料—塑化”工藝處理；這種工作模式可以避免低溫模具和高溫噴嘴之間發(fā)生熱交換而影響塑化質(zhì)量或制品在模內(nèi)的冷卻速度和冷卻溫度場，主要適應于成型溫度范圍很窄的塑料或結(jié)晶型塑料等，如HPVC。固定塑化—固定加料在注射機的每一個注射循環(huán)周期以及各周期之間的空循環(huán)時間內(nèi)，注射座始終保持在注射位置對成型物料進行“加料—塑化”工藝處理；這種工作模式可以縮短注射成型周期，提高注射成型生產(chǎn)率，可適用于各種成型溫度較寬的一般性塑料，如PE、PS、SPVC、ABS等5.注射機機械動作循環(huán)工作循環(huán)圖的作用：為理解和設計機械產(chǎn)品的機械循環(huán)動作建立基礎(chǔ)。6.注射機的工作時序工作時序圖的作用：為設計和理解機械產(chǎn)品的機電控制原理建立基礎(chǔ)。7.注射機的力能規(guī)格7.1注射量、標稱注射量、實際注射量、最大注射量、理論最大注射量、實際最大注射量)7.2鎖模力8.注射機的動力裝置8.1注射系統(tǒng)8.1.1螺桿預塑式注射系統(tǒng)8.1.2柱塞式注射系統(tǒng)8.2合模系統(tǒng)(略)8.3注射機的動力布置(略)9.注射機的液壓傳動9.1注射壓力調(diào)壓參閱教材圖1-719.2注射機液壓傳動原理慢速開?？焖倩爻搪購臀?0.注射機控制系統(tǒng)(略)練習題一、思考題1．注射成型與擠出成型的原理有何不同？(1)螺桿對物料的旋轉(zhuǎn)塑化與軸向平動的注射位移間歇進行(擠出螺桿連續(xù)旋轉(zhuǎn)，不發(fā)生軸向位移)(2)物料在機筒螺桿塑化區(qū)內(nèi)非穩(wěn)態(tài)熔融塑化(即固、液兩相轉(zhuǎn)變不存在擠出過程中穩(wěn)定的變化規(guī)律)(3)塑化效果取決于螺桿背壓(擠出塑化效果取決于流動阻力)(4)注射模腔封閉，成型壓力大(擠出模腔開通，成型壓力小)，2．柱塞式注塑機與螺桿式注塑機的塑化工作原理有何不同？3．簡述螺桿注塑機產(chǎn)生非穩(wěn)定態(tài)熔融塑化的原因。(1)螺桿間歇旋轉(zhuǎn)與軸向平動位移導致熔融塑化過程不能連續(xù)穩(wěn)定進行，即塑化不注射，注射不塑化。(2)注射螺桿長度比擠出螺桿短，不能滿足擠出過程穩(wěn)態(tài)熔融塑化過程的要求(注射塑化不完全依靠螺桿旋轉(zhuǎn)，所以不需要較大的螺桿長度)。(3)螺桿幾何工作段長度動態(tài)變化塑化過程中物理職能區(qū)與螺桿幾何工作段長度不能穩(wěn)定匹配，注射螺桿一邊旋轉(zhuǎn)塑化，一邊軸向后退位移。(4)軸向高壓注射運動導致熔融塑化過程無法形成穩(wěn)定的熔膜、熔池和固體床高速高壓的軸向注射動作會在加料區(qū)螺槽中形成強烈的固相環(huán)流和逆流，從而破壞擠出塑化過程中的固、液兩相穩(wěn)定轉(zhuǎn)變的物理環(huán)境，并導致螺槽中固液兩相摻混，不存在穩(wěn)定的固、液兩相轉(zhuǎn)變規(guī)律。二、概念題1．簡述注塑機的標稱注射量、最大注射量、理論最大注射量和實際最大注射量的概念。(1)標稱注射量定壓（100Mpa）注射條件下，采用一次最大注射行程獲得的常溫聚苯乙烯體積。(2)標稱注射量許用最大注射量的關(guān)系為了準確計量稱料，目前生產(chǎn)中仍然經(jīng)常采用質(zhì)量單位（g）稱呼實際注射量，因此實際生產(chǎn)中對某種塑料許用的最大注射量，與該塑料和Ps之間的密度比值有關(guān)。即 實際許用最大注射量≈標稱注射量()≈標稱注射量()(g)式中－實際所用塑料的密度；－聚苯乙烯塑料的密度(3)理論最大注射量注射機產(chǎn)品目錄和樣本中，還經(jīng)常使用理論最大注射量的概念。理論最大注射量=最大注射容積=()式中D－機筒（螺桿）直徑； －注射機的最大注射行程；(3)實際注射量實際注射量注射機針對某種具體塑料制品所采用的的注射量稱為實際注射量。實際注射量=()或?qū)嶋H注射量=(g)式中－實際注射行程，Si≤Simax(cm)；－常溫下的塑料密度(g/)；C－考慮機筒內(nèi)塑料體積膨脹對于常溫密度或固態(tài)體積之影響所采用的修正常數(shù)，結(jié)晶塑料C≈0.85、非結(jié)晶塑料C≈0.932．簡述