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1、Equipments of material forming Part 2,材料成形设备（二）,塑料挤出机,挤出是塑料成型生产的重要方法之一 挤出产品占塑料总产量的50%左右 挤出机产品占塑料机械总量的30%左右 生产截面不变的连续产品，理论上可以无限长 管、棒、板、薄膜、单丝、电线、异型材、中控制品等 还可进行塑料的造粒、为吹塑备料等,挤出过程,挤出生产过程及设备组成,设备组成： 主机，包括挤出系统、传动系统、加热冷却系统 辅机，包括机头、定型装置、冷却装置、牵引装置、切割卷取装置等 控制系统，包括电器与液压系统,挤出机主机,挤出机分类与型号表示,分类 按螺杆数：单螺杆与多螺杆 按是否排气：
2、排气式与非排气式 按有无螺杆：螺杆式与无螺杆式 按螺杆位置：卧式与立式 型号表示：SJ-65/20A 塑料（S）挤出机（J），螺杆直径65mm，螺杆长径比20，第一次改进（A）,挤出机的主要技术参数,螺杆直径（mm） 螺杆长径比 挤出能力 螺杆的转速范围 主螺杆驱动电机功率 料筒加热功率,挤出机挤出过程,固体输送理论（一）基本假设,由Darnell和Mol建立 基本假设 螺槽中的物料像固体塞子一样移动，且密度不变 塞子与所有面都接触 螺槽为等深矩形，并忽略螺棱与料筒间隙 料筒相对螺杆转动，螺杆不动,固体输送理论（二）受力分析,图中： Vb料筒运动线速度， Vb=D n Vp料塞沿螺纹方向的速度
3、 Vbp料塞相对料筒的速度差，Vbp=Vb-Vp 可求得：,固体输送理论（三）固体输送率,由上式可求得： 可见： Qs与D2成正比，与n和h1成正比 Qs与关系密切，= 0， Qs= 0 = 90， Qs= Qsmax 叫输送角，090 ,固体输送理论（四）主要结论,要获得大的输送率需要光滑的螺杆表面和轴向摩擦力很小而且切向摩擦力很大的料筒内表面 固体输送区的功率消耗主要消耗在料筒上，主要由物料和料筒间的打滑引起 在固体输送区及早建立压力有利于挤出，即：早压实、不松散，有利于物料沿螺槽运动 物料的性质、几何形状、对Qs、压力、料温有直接影响 典型应用：在料筒加料段内壁开纵向沟槽（带锥度）、进行
4、强力冷却,熔融理论（一）基本状况,研究时间不长，仍处于发展期 目的： 指导螺杆熔融区的设计 预测挤出机的最佳工作条件 理论基础： 由Madock和Street所作的大量试验 后期由Tadmor和Klein建立起熔融理论,熔融理论（二）实验观察,实验原理： 将着色物料与本色物料混合挤出，稳定后快速停车并骤冷料筒和螺杆，抽出螺杆后，将不同螺距处塑料沿垂直螺棱的方向切片观察 观察结果： 到第七螺距，出现熔膜 到第九螺距，出现熔池 到第二十螺距，全部熔融,熔融理论（三）实验解释,物料压成固体床与料筒接触处升温形成熔膜到一定厚度被螺棱刮下形成熔池与熔池接触的粒子熔融熔池扩大完全熔融 熔融模型 从开始熔融
5、 到固体床消 失的总长度 就是熔融区,熔融理论（四）计算公式,其中：A = (h1-h3) / 2,熔融理论（五）主要结论,物料性能、工艺条件、螺杆几何参数都有影响。具体表现在： 比热容小、导热系数大、密度高、熔融潜热和熔融温度低的塑料熔融较快 挤出量的增加使熔融变慢，产品品质变差。故生产中：n增加时，同时增加背压，控制G的增加 提高Tb和Ts有利于加速熔融 增大渐变度、减小间隙，有助于加速熔融,熔体输送理论（一）基本假设,基本假设： 进入均化段的物料已全部熔融 螺槽为矩形等深螺槽，且螺距不变 螺杆不转，料筒反转 流动方式： 正流 逆流 横流 漏流,熔体输送理论（二）计算公式,均化段的生产率（
6、即挤出机的生产率）为： Q = Qz Qp Ql 由流体力学可以导出：,熔体输送理论（三）主要结论,提高D、n、L3、e3，减小，可提高生产率 出口压力高、熔体粘度小、逆流和漏流增大 均化段螺槽深度的影响，分两种情况： 出口压力高时，因为逆流较大，降低h3有利于提高生产率 出口压力低时，逆流影响较小，提高h3有利于提高生产率 生产应用：品质要求高时，一般p2大，最好用浅螺槽螺杆；一般品质时，可减小多孔板和过滤网的阻力，以提高生产率,挤出机综合工作点（一）螺杆特性线,公式Q = Qz Qp Ql可改写为： 对给定螺杆，、为常数 挤出稳定后，温度、n、均不变 说明：挤出量Q与机头压力p为直线关系
7、转速n增加，曲线平行向上平移 均化段螺槽深度和螺纹升角增大，会使 Q下降加快，即曲线变陡,挤出机综合工作点（二）口模特性线,由流体力学，可知： 一般给定口模，k即为常数 随着温度提高，粘度会下降，导致曲线变陡,挤出机综合工作点（三）综合工作点,螺杆特性线与口模特性线的交点 表明： 给定螺杆和口模、转速一定时挤出机头的压力和流率（生产率） 改变工作条件时挤出机可产生的变化 意义：生产前由该图确定工作区域、选定最佳操作条件，在保证质量前提下获得较高的产量,螺杆的结构与参数,等深式与等距式 渐变式与突变式 主要参数： 螺杆直径 长径比 螺杆的分段 头部结构,材料与制造,工作条件： 高温、高压、磨损、
8、腐蚀、大扭矩 加工要求： 高精度、低粗糙度、高表面硬度和心部韧性 适宜材料： 45、40Cr、38CrMoAl，表面渗氮 新方法： 硬质合金堆焊螺棱,新型螺杆,常规螺杆优点如下：结构简单、制造容易、适用范围宽，应用广泛 缺点：非针对某塑料设计，熔融、塑化难以最佳 常见结构有： 分离型 屏障型 分流型,料筒的结构,与螺杆共同组成塑化系统，重要零件 工作条件类同螺杆，多用38CrMoAl，但内壁耐磨要求很高。 方法：内壁衬套 / 内壁浇铸 几点注意： 加料段的开槽与锥度 加料段的冷却 加料口的形状 与机头连接形式,分流板与过滤网,位于螺杆头部与口模之间。作用有： 提高熔体压力，保证塑化质量 防止未
9、熔粒子进入口模 将料流由螺旋运动变为直线运动 使料流速度分布均匀 结构如图：,加料装置,料斗为中介。一般装料为11.5小时产量 必要时可强制加料。 目的：可防止“架桥”、提高送料量 上料方式： 弹簧上料 鼓风上料,加热冷却系统,目的：使料筒和螺杆具有适当的温度分布，保持在工艺要求的范围之内 热量来源：料筒外部加热、螺杆转动剪切 不同位置要求热量不同： 加料段：螺槽深、物料散、摩擦少，靠外热升温 均化段：螺槽浅、料温高、摩擦热多，有时还需降温 压缩段：介于二者之间 加料口：为使此处料流顺利，常采取冷却 不同阶段要求热量不同 结论：加热冷却应分段设置、分段控制,加热装置（电加热）,带状加热器（电热
10、套） 结构简单、制造容易、价格低，但单位面积许用功率有限（35W/cm2） 铸铝加热器 强度好、功率增大、制造容易、应用较多 但电阻加热存在热惯性和局部过热 感应加热 加热效率高且均匀、节电，但成本高、装拆不便,料筒的冷却,冷却方式： 风冷柔和、速度慢、成本高、易受环境影响，多用于小型 水冷装置简单、冷却强度大、易造成急冷，多用于大中型 料斗座的冷却： 防止料斗中物料结块、架 桥，保护推力轴承 一般为水冷,螺杆的冷却,目的： 降低物料与螺杆间的摩擦，提高固体输送率 提高均化段物料粘度，提高塑化质量 结构：水内冷,挤出机辅机,作用与主机配合，使挤出的塑料冷却定型获得所需的形状、尺寸、表面质量 视
11、产品种类不同辅机组成也有不同，一般按照产品进行分类 性能和参数对产品的质量和产量有很大影响 以挤管辅机为例介绍，重点在于理解主、辅机之间的关系,管材挤出过程,挤管辅机,定型装置 外径定径法 内径定径法 冷却装置 牵引装置 其他：切割装置、卷取装置,其他挤出机（一）排气式挤出机,强化排气效果，特别适宜于含有高沸点溶剂或挥发分的物料,其他挤出机（二）双螺杆挤出机,物料输送效率高，塑化效果好，自洁功能强，比能耗低,其他挤出机（三）两级式挤出机,螺杆长径比小，无啮合要求，制造容易，可分别控制两个螺杆转速，工艺易于控制,其他挤出机（四）行星式挤出机,塑化效果好，自洁功能好，物料主要靠剪切生热塑化，不易产
12、生降解,塑料注射成型机,塑料生产的主要成型方法之一 注射成型的塑料占全世界塑料制品产量的1/2以上 注射机产量占全世界塑料机械产量的1/3以上,注射机的结构组成,一般包括：注射装置、合模装置、液压与电控系统,注射生产过程,注射机的分类与型号表示,按结构分为 立式、卧式和角式 型号表示方法 1. 注射量表示法 标准螺杆注射的80%注射量（g），如XS-ZY-125 2. 合模力表示法 注射机的最大合模力（10kN），如LY180 3. 注射量-合模力表示法（cm3， 10kN ） 国际通用的方法，如SZ-63 / 50,注射装置,作用：在规定的时间内将规定数量的塑料均匀熔融塑化，以一定的压力和速
13、度将其注射到模具型腔中，并进行保压补缩 主要结构形式： 柱塞式 螺杆预塑式 往复螺杆式,柱塞式注射装置,组成： 定量加料装置、塑化部件、注射液压缸、注射座移动缸 工作过程 特点： 塑化能力提高困难 压力损失较大 注射速度不合理 结构简单，制造容易 应用：多用于小型注塑机,柱塞式注射装置主要零部件,料筒：类似于挤出机料筒 分为加料和塑化两个区域 柱塞：结构同液压缸柱塞，但头部做成内凹 分流梭： 作用：分割料流 增加传热,螺杆预塑-柱塞注射式,相当于将螺杆挤出机与柱塞式注射机串联 特点： 塑化由螺杆完成， 质量稳定 注射由柱塞完成， 压力损失小 结构复杂 用于大型注射机,往复螺杆式注射装置,特点：
14、 塑化质量好，塑化能力强 注射压力损失小 结构紧凑，料筒清理方便 螺杆与料筒 料筒基本与挤出机相同 螺杆一般也为三段式 分为： 渐变式、突变式、通用式,注射机螺杆,与挤出机螺杆的不同点： 长径比L/D小，压缩比小 加料段L1长，而均化段L3短 均化段螺槽深度h3较深 一般为尖锥型螺杆头 常用螺杆头结构： 尖锥式 止回环式,关于喷嘴,作用： 预塑时建立背压 注射时形成高速料流 保压时的压力通道 开模时断料 结构： 直通式、自锁式 主要结构参数 喷口直径 球头半径,合模装置,作用： 为模具的启闭提供动作和行程 提供模具安装空间和锁模力 开模时，提供顶出力与顶出行程 要求： 足够的锁模力和设备刚度
15、适当的运动规律 足够的安装尺寸和运动行程 可靠的安全措施 结构形式：液压式与液压曲肘式,液压式合模装置,主要结构形式： 单缸直压式 充液式 增压式 充液增压式 稳压式 主要特点： 能够获得大的锁模力和模具安装空间 运动规律仍嫌不够合理和理想,液压曲肘式合模装置,实质上可看作曲柄连杆机构的变形 结构形式： 单曲肘式、双曲肘式、双肘撑板式 特点： 具有增力作用 可自锁，使用安全可靠 运动规律合理 运动及力参数调节困难 加工精度要求高 多用于大中型,单曲肘式合模装置,双曲肘式合模装置,双肘撑板式合模装置,调模装置,相当于曲柄压力机中的装模高度调节装置 结构形式： 螺纹肘杆式 调整动模板厚度 调整合模
16、液压缸位置 用拉杆螺母调距,调整合模液压缸位置,用拉杆螺母调距,顶出装置,作用：开模时顶出模腔中的制件 结构形式： 机械顶出，中小型注塑机多采用该结构 液压顶出，大中型注塑机采用 气动顶出，用于顶出薄壁、面积大的制件,公称注射量,定义： 对空注射条件下，注射螺杆或柱塞做一次最大行程所能达到的注射量理论注射量 反映了注射机的加工能力主参数 实际注射量约为理论注射量的70%90% 一般用体积表示（cm3） 有时用重量表示（g，聚苯乙烯）,注射压力（MPa）,注射时，注射螺杆或柱塞对熔料施加的压力 作用：克服熔料流动路径上的阻力 与多种因素相关： 流动阻力、制品形状、塑料性能、模具温度、制件精度等 应选用合理的使用值 过低：充型困难 过高：产生毛边、脱
