材料成形設(shè)備塑料ppt課件

1、Equipments of material formingPart 2塑料擠出機擠出是塑料成型生產(chǎn)的重要方法之一擠出產(chǎn)品占塑料總產(chǎn)量的50%左右擠出機產(chǎn)品占塑料機械總量的30%左右生產(chǎn)截面不變的連續(xù)產(chǎn)品，理論上可以無限長管、棒、板、薄膜、單絲、電線、異型材、中控制品等還可進行塑料的造粒、為吹塑備料等擠出過程擠出生產(chǎn)過程及設(shè)備組成設(shè)備組成： 主機，包括擠出系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、加熱冷卻系統(tǒng) 輔機，包括機頭、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)擠出機主機擠出機分類與型號表示分類 按螺桿數(shù)：單螺桿與多螺桿 按是否排氣：排氣式與非排氣式 按有無螺桿：螺桿式與無螺桿式

2、按螺桿位置：臥式與立式型號表示：SJ-65/20A 塑料S擠出機J），螺桿直徑65mm，螺桿長徑比20，第一次改進A）擠出機的主要技術(shù)參數(shù)螺桿直徑mm）螺桿長徑比擠出能力螺桿的轉(zhuǎn)速范圍主螺桿驅(qū)動電機功率料筒加熱功率擠出機擠出過程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，且密度不變 塞子與所有面都接觸 螺槽為等深矩形，并忽略螺棱與料筒間隙 料筒相對螺桿轉(zhuǎn)動，螺桿不動固體輸送理論二受力分析圖中： Vb料筒運動線速度， Vb=D n Vp料塞沿螺紋方向的速度 Vbp料塞相對料筒的速度差，Vbp=Vb-Vp可求得：tgtgtgtgVVbpl固體輸送理論

3、三固體輸送率由上式可求得：可見： Qs與D2成正比，與n和h1成正比 Qs與關(guān)系密切，= 0， Qs= 0 = 90， Qs= Qsmax 叫輸送角，090 )eWW(tgtgtgtg)hD(DnhQ112s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、不松散，有利于物料沿螺槽運動物料的性質(zhì)、幾何形狀、對Qs、壓力、料溫有直接影響典型應(yīng)用：在料筒加料段內(nèi)壁開縱向溝槽帶錐度）、進行強力冷卻熔融理論一基本狀況研究時間不長，仍處于發(fā)

4、展期目的： 指導(dǎo)螺桿熔融區(qū)的設(shè)計 預(yù)測擠出機的最佳工作條件理論基礎(chǔ)： 由Madock和Street所作的大量試驗 后期由Tadmor和Klein建立起熔融理論熔融理論二實驗觀察實驗原理： 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，全部熔融熔融理論三實驗解釋 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擴大完全熔融熔融模型從開始熔融 到固體床消 失的總長度 就是熔融區(qū)熔融理論四計算公式其中：A = (h1-h3

5、) / 2)2(1AHZTWXHGW10)(2/)(22smSjmbmbxTTCvTTkv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，同時增加背壓，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，有助于加速熔融熔體輸送理論一基本假設(shè)基本假設(shè)： 進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)流動方式： 正流 逆流 橫流 漏流熔體輸送理論二計算公式均化段的生產(chǎn)率即擠出機的生產(chǎn)率為： Q = Qz Qp Q

6、l由流體力學(xué)可以導(dǎo)出：cossin21322nhDQz)(12sin1231233ppLDhQp)(10123322022ppLetgDQl熔體輸送理論三主要結(jié)論提高D、n、L3、e3，減小，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，因為逆流較大，降低h3有利于提高生產(chǎn)率 出口壓力低時，逆流影響較小，提高h3有利于提高生產(chǎn)率生產(chǎn)應(yīng)用：品質(zhì)要求高時，一般p2大，最好用淺螺槽螺桿；一般品質(zhì)時，可減小多孔板和過濾網(wǎng)的阻力，以提高生產(chǎn)率擠出機綜合工作點一螺桿特性線公式Q = Qz Qp Ql可改寫為：對給定螺桿，、為常數(shù)擠出穩(wěn)定后，溫度、n、均

7、不變闡明：擠出量Q與機頭壓力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，會使Q下降加快，即曲線變陡pnppnQ)(2121擠出機綜合工作點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，粘度會下降，導(dǎo)致曲線變陡pkQ擠出機綜合工作點三綜合工作點螺桿特性線與口模特性線的交點闡明： 給定螺桿和口模、轉(zhuǎn)速一定時擠出機頭的壓力和流率生產(chǎn)率） 改變工作條件時擠出機可產(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 長徑比 螺桿的分段 頭部結(jié)構(gòu)材料與制造工

8、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)合金堆焊螺棱新型螺桿常規(guī)螺桿優(yōu)點如下：結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、適用范圍寬，應(yīng)用廣泛缺陷：非針對某塑料設(shè)計，熔融、塑化難以最佳常見結(jié)構(gòu)有： 分離型 屏障型 分流型料筒的結(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)壁澆鑄幾點注意： 加料段的開槽與錐度 加料段的冷卻 加料口的形狀 與機頭連接形式分流板與過濾網(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

9、熔粒子進入口模 將料流由螺旋運動變?yōu)橹本€運動 使料流速度分布均勻結(jié)構(gòu)如圖：加料裝置料斗為中介。一般裝料為11.5小時產(chǎn)量必要時可強制加料。目的：可防止“架橋”、提高送料量上料方式： 彈簧上料 鼓風(fēng)上料加熱冷卻系統(tǒng)目的：使料筒和螺桿具有適當?shù)臏囟确植?，保持在工藝要求的范圍之?nèi)熱量來源：料筒外部加熱、螺桿轉(zhuǎn)動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、分段控制加熱裝置電加熱）帶狀加熱器電熱套） 結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、價格低

10、，但單位面積許用功率有限35W/cm2）鑄鋁加熱器 強度好、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 水冷裝置簡單、冷卻強度大、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，保護推力軸承 一般為水冷螺桿的冷卻目的： 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)量構(gòu)造：水內(nèi)冷擠出機輔機作用與主機配合，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)品種類不同輔機組成也有不同，一般按照產(chǎn)品進行分類性能和

11、參數(shù)對產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量有很大影響以擠管輔機為例介紹，重點在于理解主、輔機之間的關(guān)系管材擠出過程擠管輔機定型裝置 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、卷取裝置其他擠出機一排氣式擠出機強化排氣效果，特別適宜于含有高沸點溶劑或揮發(fā)分的物料其他擠出機二雙螺桿擠出機物料輸送效率高，塑化效果好，自潔功能強，比能耗低其他擠出機三兩級式擠出機螺桿長徑比小，無嚙合要求，制造容易，可分別控制兩個螺桿轉(zhuǎn)速，工藝易于控制其他擠出機四行星式擠出機塑化效果好，自潔功能好，物料主要靠剪切生熱塑化，不易產(chǎn)生降解塑料注射成型機塑料生產(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以上注射機產(chǎn)量占

12、全世界塑料機械產(chǎn)量的1/3以上注射機的結(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)注射生產(chǎn)過程注射機的分類與型號表示按結(jié)構(gòu)分為 立式、臥式和角式型號表示方法1. 注射量表示法 標準螺桿注射的80%注射量g），如XS-ZY-1252. 合模力表示法 注射機的最大合模力（10kN），如LY1803. 注射量-合模力表示法cm3， 10kN ） 國際通用的方法，如SZ-63 / 50注射裝置作用：在規(guī)定的時間內(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，并進行保壓補縮主要結(jié)構(gòu)形式： 柱塞式 螺桿預(yù)塑式 往復(fù)螺桿式柱塞式注射裝置組成： 定量加料裝置、塑化部件、注射液壓

13、缸、注射座移動缸工作過程特點： 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)簡單，制造容易運用：多用于小型注塑機柱塞式注射裝置主要零部件料筒：類似于擠出機料筒 分為加料和塑化兩個區(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 增加傳熱螺桿預(yù)塑-柱塞注射式相當于將螺桿擠出機與柱塞式注射機串聯(lián)特點： 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 用于大型注射機往復(fù)螺桿式注射裝置特點： 塑化質(zhì)量好，塑化能力強 注射壓力損失小 結(jié)構(gòu)緊湊，料筒清理方便螺桿與料筒 料筒基本與擠出機相同 螺桿一般也為三段式 分為： 漸變式、突變式、通用式注射機螺桿與擠出機螺

14、桿的不同點： 長徑比L/D小，壓縮比小 加料段L1長，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)式關(guān)于噴嘴作用： 預(yù)塑時建立背壓 注射時形成高速料流 保壓時的壓力通道 開模時斷料構(gòu)造： 直通式、自鎖式主要結(jié)構(gòu)參數(shù) 噴口直徑 球頭半徑合模裝置作用： 為模具的啟閉提供動作和行程 提供模具安裝空間和鎖模力 開模時，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?shù)倪\動規(guī)律 足夠的安裝尺寸和運動行程 可靠的安全措施結(jié)構(gòu)形式：液壓式與液壓曲肘式液壓式合模裝置主要結(jié)構(gòu)形式： 單缸直壓式 充液式 增壓式 充液增壓式 穩(wěn)壓式主要特點： 能夠獲得大的鎖模力

15、和模具安裝空間 運動規(guī)律仍嫌不夠合理和理想液壓曲肘式合模裝置實質(zhì)上可看作曲柄連桿機構(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： 具有增力作用 可自鎖，使用安全可靠 運動規(guī)律合理 運動及力參數(shù)調(diào)節(jié)困難 加工精度要求高多用于大中型單曲肘式合模裝置雙曲肘式合模裝置雙肘撐板式合模裝置調(diào)模裝置相當于曲柄壓力機中的裝模高度調(diào)節(jié)裝置結(jié)構(gòu)形式： 螺紋肘桿式 調(diào)整動模板厚度 調(diào)整合模液壓缸位置 用拉桿螺母調(diào)距調(diào)整合模液壓缸位置用拉桿螺母調(diào)距頂出裝置作用：開模時頂出模腔中的制件結(jié)構(gòu)形式： 機械頂出，中小型注塑機多采用該結(jié)構(gòu) 液壓頂出，大中型注塑機采用 氣動頂出，用于頂出薄壁、面積大的制件公稱注射量定義

16、： 對空注射條件下，注射螺桿或柱塞做一次最大行程所能達到的注射量理論注射量反映了注射機的加工能力主參數(shù)實際注射量約為理論注射量的70%90%一般用體積表示cm3） 有時用重量表示g，聚苯乙烯）注射壓力MPa）注射時，注射螺桿或柱塞對熔料施加的壓力作用：克服熔料流動路徑上的阻力與多種因素相關(guān)： 流動阻力、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 過低：充型困難 過高：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注射速率、注射時間、注射速度三個參數(shù)彼此關(guān)聯(lián)注射速率：將公稱注射量的塑料在注射時間注射出去，單位時間達到的體積流率cm3/s ） q注= Q注 / t注注

17、射時間：完成一次注射所用時間sec）注射速度：注射時，注射螺桿或柱塞的移動速度 v注= s / t注近年來有提高的趨勢生產(chǎn)中多采用多級注射實現(xiàn)變速先快后慢）塑化能力單位時間內(nèi)所能塑化的物料量cm3/s）應(yīng)與設(shè)備的整個成形周期相協(xié)調(diào) 過?。菏钩尚沃芷诩娱L，影響生產(chǎn)率 過大：能量浪費，設(shè)備能力不能充分發(fā)揮目前有加大的趨勢選用時，應(yīng)留出25%左右的裕量鎖模力kN）應(yīng)注意區(qū)分： 鎖模力：合模后，合模裝置對模具施加的最大夾緊力 合模力：合模時，推動模具前行的力反映了注射機能生產(chǎn)制件尺寸的大小，主參數(shù)之一F k p A 設(shè)備設(shè)計時，一般按p=25MPa設(shè)計 直接決定了設(shè)備的尺寸和重量合模裝置基本尺寸模板尺寸(mmmm)： 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距L(mm)： 動、定模板間能達到的最大距離 一般是成形制件最大高度的34倍動模板行程S(mm)： 動模板可移動的最大距離 一般S 2h，且L (1.52)S最大/最小模板厚度Hmax/Hmin 二者之差即為最大可調(diào)行程開合模速度mm/sec）一般不是恒速，慢快慢近年來明顯有提高的趨勢合模到最后，應(yīng)有低壓護模的動作新型專用注塑機一多模注塑機多個合模裝置配合一套注射裝置工作適合于冷卻時間長或輔助工序多的制件合模系統(tǒng)龐大，但每個合模力有限新型專用注塑機二多色注塑機“清色注射實質(zhì)是多工位注射，各色間清晰分界“混色注射多