第八章其他成型設備

第八章其他成型設備

8.1塑料壓延機

8.2壓鑄機8.1塑料壓延機8.1.1概述1.壓延成型的特點和應用定義：壓延成型是將基本塑化的熱塑性塑料，用壓延機輥筒連續(xù)滾壓和加熱，制成薄膜、片材等制品的成型方法。應用：主要用于PVC樹脂的加工，也可用于ABS、聚乙烯醇、烯烴類樹脂和特殊粘著性樹脂的加工。制品有軟質、半硬質、硬質PVC薄膜、片材、板類和人造革、各種橡膠制品、復合材、貼合制品、合成紙、無紡布、電氣和工業(yè)零件片材等。2.壓延成型工藝流程設備配置：通常以壓延機為中心，配以供料系統(tǒng)、前聯(lián)動裝置、后聯(lián)動裝置、供電及電器控制系統(tǒng)和加熱冷卻系統(tǒng)等部分。圖8-1所示為塑料薄膜壓延成型工藝流程3.壓延機的分類分類：按輥筒的數(shù)目和輥筒的排列形式分，圖8-2

按輥筒數(shù)目可分為二、三、四、五輥和多輥及異徑輥壓延機等，其中以三、四、五輥壓延機應用較廣。按輥筒排列形式可分為“I”、“F”、“L”、“Z”、“S”、“T”、“A”型等，其中以“S”和“Z”型的壓延機應用較廣。4.壓延機的結構組成結構組成：輥筒、輥筒調整裝置、傳動系統(tǒng)、輥筒軸承及潤滑裝置、輥筒加熱冷卻裝置、安全裝置、擋料裝置和機架，此外四輥壓延機還設有撓度補償裝置。8.1.2壓延成型原理壓延成型原理主要體現(xiàn)在成型時物料進入輥隙的可能性、物料的混煉作用以及壓延的均厚作用等方面。1.物料進入輥筒間隙的條件

8.1.2壓延成型原理為使物料能夠進入輥隙，必須滿足且

推導得壓延的必要條件是：摩擦角ρ必須大于接觸角α。通常把差值（FT1x-FQ1x）和（FT2x-FT2x）稱為輥筒的鉗取力。8.1.2壓延成型原理2.剪切力與混煉作用物料在輥隙中除了受到擠壓力和鉗取力外，還受到剪切力的作用，如圖8-7所示。壓延成型時，因輥筒彼此之間的轉速不同，使物料的運動速度沿y軸方向形成速度梯度，導致物料層間產(chǎn)生相對運動，物料在輥隙中受到剪切作用，同擠壓力綜合作用造成物料更強烈的摩擦作用，達到進一步塑化。3.均厚作用均厚作用：指物料經(jīng)壓延機壓延成型后，實現(xiàn)壓延制品厚度均勻化的作用。沿制品寬度方向的均厚：由壓延機輥筒及其調節(jié)機構來實現(xiàn)，物料數(shù)次經(jīng)過等距輥隙，形成寬度方向厚度的均勻化。沿制品輸送方向的均厚：物料在通過連續(xù)轉動的輥筒輥隙過程中，依靠輥筒的擠壓作用使制品長度方向厚度的均勻化。8.1.3壓延機的主要技術參數(shù)技術參數(shù)：輥筒直徑、輥筒長度和長徑比、輥筒線速度、輥筒的調速范圍、輥筒速比、生產(chǎn)能力、壓延制品的最小厚度和厚度公差、輥筒驅動功率等。1.輥筒直徑和輥筒長度：輥筒直徑D與輥筒長度L是表征壓延機規(guī)格的基本參數(shù)。直徑越大，物料被壓延區(qū)域增大，物料壓延充分。輥筒長度越大，允許加工制品的寬度越寬。為保證輥筒剛度，壓延機輥筒的長徑比應有一定的比值。加工軟質塑料：L/D取2.5~2.7，最大3；加工硬質塑料：L/D取2~2.2。2、輥筒線速度和調速范圍輥筒線速度：指輥筒工作表面上任一點的線速度。調速范圍：指輥筒的無級變速范圍，習慣上用輥筒線速度范圍表示。輥筒線速度是表征壓延機生產(chǎn)能力的重要參數(shù)，壓延機生產(chǎn)能力可由下式求得：式中，Q——壓延機的生產(chǎn)能力（m/h）；υ——輥筒線速度（m/min）；ρ——超前系數(shù)，通常取1.1；α——壓延機利用系數(shù)，加工同一塑料時取值為0.92，經(jīng)常換料者取值為0.7~0.8。2.輥筒線速度和調速范圍超前現(xiàn)象超前系數(shù)：物料速度與輥筒速度之比稱之。2.輥筒線速度和調速范圍調速目的：滿足壓延機低速起動與較高生產(chǎn)速度之間調節(jié)轉換的要求，同時適應加工不同種類物料及不同厚度制品的需要。3.輥筒速比定義：它指兩輥筒線速度的比值，輥筒速比設置主要是為實現(xiàn)對物料的進一步剪切混煉作用。輥筒速比選擇：實際中壓延輥筒速比在1：1.5范圍內無級變化。輥筒低速壓延時（20~30m/min），加工較厚制品速比可取較大值（1.2以上）；輥筒高速工作時（60~80m/min以上），加工薄膜速比應選小值(1.1以下)。速比過大——物料粘附在高速輥表面出現(xiàn)“包輥”現(xiàn)象，甚至引起物料過剪切而變質；速比過小——物料粘輥能力差，容易夾入空氣，形成氣泡，影響制品質量。4.驅動功率：表征壓延機經(jīng)濟技術水平的重要參數(shù)8.1.4輥筒1.對輥筒的要求應具有足夠的剛性，以確保在重載作用下，彎曲變形不超過許用值；輥筒表面具有較好的耐磨性和耐腐蝕性，高的尺寸精度和粗糙度要求（Ra≤0.2μm），并且形位公差要求嚴格；材料應具有良好的導熱性和高的傳熱效率；結構合理，便于加工等。8.1.4輥筒2.輥筒的結構輥筒的結構與其加熱冷卻方法有密切關系，主要有空腔式和多孔式兩種形式。2.輥筒的結構多孔式輥筒的中心孔與表層通孔的連接方式有三種常用形式，即放射式、三孔一組式和五孔一組式。2.輥筒的結構三孔和五孔一組式流通截面積小，介質流速快，傳熱效率高。但流動阻力大，動力消耗大，介質入口與出口溫差較大，易對制品的質量造成不良影響。3.輥筒的受力與變形壓延時輥筒受到物料的反作用力作用，使輥筒有分離趨勢，這種力稱為分離力，對一只輥筒而言稱為橫壓力。3.輥筒的受力與變形橫壓力在橫截面上為不均勻的分布載荷，隨輥距的減小而增大，在最小間隙前方（約3°~5°左右）達到最大值，在最小間隙處，由于物料變形接近結束而變小，通過最小間隙后，急劇下降，并趨于零；橫壓力在縱截面上可近似看成均布載荷。3.輥筒的受力與變形輥筒受橫壓力等的綜合作用，會發(fā)生彎曲變形，中部變形最大，造成壓延出的制品呈中間厚兩端薄的截面形狀，影響制品厚度的精度。4.輥筒撓度及撓度的補償輥筒撓度變形量一般小于0.5mm，但該值遠大于制品的公差要求（±0.01~0.02mm），必須消除變形量滿足制品精度的要求。消除輥筒變形方法：采用輥筒撓度補償措施，有中高法、軸交叉法和反彎曲法，其中前兩種方法應用較多，且往往是二者結合起來使用。中高度補償法：為消除制品中間厚兩端薄的情況，把輥筒加工成中部直徑大，兩端直徑小的鼓形。4.輥筒撓度及撓度的補償軸交叉補償法：它將兩個相互平行的輥筒中的一個，繞其軸線中點的連線旋轉一個微小角度（旋轉角<2°），使輥隙形成雙曲線，以達到補償輥筒撓度的目的。4.輥筒撓度及撓度的補償軸交叉補償法廣泛應用在四輥壓延機上，軸交叉裝置必須設在輥筒兩端配對使用。四輥壓延機通常是對1、4輥設軸交叉裝置，使其分別對2、3輥產(chǎn)生交叉，交叉方向如圖8-19中箭頭所示。4.輥筒撓度及撓度的補償軸交叉裝置有很多形式，圖8-20所示為球形偏心輪式的軸交叉裝置。4.輥筒撓度及撓度的補償反彎曲補償法：它通過專門機構使輥筒產(chǎn)生一定的反向彈性變形，從而達到輥筒撓度補償?shù)哪康摹?.輥距調節(jié)裝置為適應不同厚度制品的加工，壓延機輥筒的輥隙必須是可調節(jié)的，每道輥隙必須有一對輥距調節(jié)裝置，它通常設于輥筒兩端的軸承座上。輥距調整裝置基本要求：結構簡單、體積小，調節(jié)方便、準確度高，具有快慢兩級調距速度，能實現(xiàn)粗調和微調等。輥距調整裝置結構形式：螺旋機械調距和液壓調距兩類，但機械調距應用較廣。8.2壓鑄機8.2.1壓力鑄造的特點及壓鑄件生產(chǎn)工藝過程定義：壓鑄是將熔融合金在高壓、高速條件下充型并在高壓下冷卻凝固的一種精密鑄造方法。高壓和高速是壓鑄區(qū)別于其他鑄造方法的重要特征。特點：尺寸精度和表面質量高。尺寸精度一般可達IT11~IT13，最高可達IT9；表面粗糙度可達Ra3.2~Ra0.4μm。組織致密、硬度和強度較高?？刹捎描傝T法簡化裝配和制造工藝。生產(chǎn)率高，易實現(xiàn)機械化和自動化。易出現(xiàn)氣孔和縮松，不宜進行熱處理。適于大批量生產(chǎn)的制品。8.2.1壓力鑄造的特點及壓鑄件生產(chǎn)工藝過程8.2.2壓鑄機的分類、型號、技術參數(shù)與選用1.壓鑄機的分類分類：主要按熔煉爐的設置、壓射裝置和鎖模裝置的布局等情況進行分類。熱壓室壓鑄機：熔煉、保溫爐與壓射裝置連為一體；臥式冷壓室壓鑄機：熔煉爐與壓射裝置分開單獨設置，壓射和鎖模裝置呈水平分布；立式冷壓室壓鑄機：熔煉爐與壓射裝置分開單獨設置，壓射沖頭垂直方向運動，鎖模裝置呈水平分布；全立式壓鑄機：熔煉爐與壓射裝置分開單獨設置，壓射和鎖模裝置均垂直分布；按沖頭上、下運動方向不同，又可分為上壓式和下壓式。鎂合金壓鑄機：專用于鎂合金壓鑄件生產(chǎn)的壓鑄機。2.壓鑄機型號表示型號：用“J×××”表示。J——“金屬型鑄造設備”；第一位阿拉伯數(shù)字——所屬“列”，“1”表示“冷壓室”，“2”表示“熱壓室”；第二位阿拉伯數(shù)字——所屬“組”，共分九組，“1”表示“臥式”，“5”表示“立式”；第二位以后的數(shù)字——鎖模力的1/100kN；型號后英文字母（A、B、C、D……）——第幾次改型設計。2.壓鑄機型號表示3.技術參數(shù)技術參數(shù)：合模力、壓射力、壓射比壓、壓室容量、工作循環(huán)次數(shù)、合模部分基本尺寸等。表8-3列出我國部分壓鑄機的型號與技術參數(shù)。4.壓鑄機的選用類型選擇：通常按壓鑄成型合金種類確定壓鑄機的類型。鎂、鋅合金及其他低熔點合金——選用熱壓室壓鑄機鋁、銅合金及黑色金屬壓鑄——選用冷壓室壓鑄機。冷壓室壓鑄機又可根據(jù)壓鑄件的不同結構加以選擇，如用中心澆口制品——適合于立式冷壓室壓鑄機成型，側澆口制品——適合于臥式冷壓室壓鑄機成型，帶嵌件（如電機轉子）壓鑄件——適合于全立式壓鑄機壓鑄成型。4.壓鑄機的選用規(guī)格選擇：需要對相關參數(shù)加以校核才能最終選定。（1）鎖模力校核式中F鎖——鎖模力（kN）；

F脹——為脹模力（kN）；

K——安全系數(shù)，一般為1~1.3，小型薄壁鑄件取小值，大型鑄件取大值。式中p——壓射比壓（MPa）；

A——壓鑄件及澆注系統(tǒng)、排溢系統(tǒng)在分型面上的投影面積（m2）。4.壓鑄機的選用當模具帶有側抽芯機構時，脹模力還必須加上楔緊塊的法向分力。4.壓鑄機的選用（2）壓室容量的校核選定壓鑄機規(guī)格后，壓射比壓、壓室直徑以及壓室額定容量均可確定。式中G0——壓鑄機壓室額定容量（kg）；

G——每次壓鑄所需的金屬液總量（kg）；

V1——壓鑄件的體積（cm3）；

V2——壓鑄件澆注系統(tǒng)的總體積（cm3）；

V3——壓鑄件排溢系統(tǒng)的總體積（cm3）；

ρ——合金密度（g/cm3）。4.壓鑄機的選用（3）開模行程校核：模具厚度對設備開模行程的影響在不同合模機構的壓鑄機中有所不同。（4）模具安裝尺寸的校核澆口套與壓室（冷壓室壓鑄機）、澆口套與噴嘴（熱壓室壓鑄機）連接處配合要正確。模具外形尺寸應小于壓鑄機模板尺寸，且通常長（或寬）方向應小于壓鑄機拉桿有效間距，以便于模具的安裝。用螺栓直接固定模具時，模具座板上孔位應與壓鑄機模板上的安裝螺孔對應。模具頂出機構與壓鑄機頂出桿的連接結構應適應。8.2.3幾種類型壓鑄機的成型原理、優(yōu)缺點與應用1.熱壓室壓鑄機1.熱壓室壓鑄機特點：容易實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化，且生產(chǎn)率高，金屬消耗量少。壓室長時間浸沒在高溫的金屬液中易被侵蝕，影響壓射構件使用壽命，且會增加合金中的雜質成分。壓射比壓較小。應用：多用于鉛、錫、鋅等低熔點合金件生產(chǎn)。2.立式冷壓室壓鑄機2.立式冷壓室壓鑄機特點：占地面積較臥式壓鑄機小；金屬液雜質上浮、不易進入模腔，有利于提高鑄件質量；模具型腔可沿中心對稱布置，便于壓鑄中心澆口的鑄件；增加了一組余料切除裝置，使機器復雜化；生產(chǎn)率較熱壓室和臥式冷壓室壓鑄機低；金屬液從壓室進入模腔須經(jīng)90°轉折，壓力損失大，故要較大的壓射力。應用：可用于鋅、鋁、鎂和銅合金壓鑄件的生產(chǎn)。3.臥式冷壓室壓鑄機3.臥式冷壓室壓鑄機特點：與立式壓鑄機相比，其壓室結構較簡單，故障少，維修方便，易于實現(xiàn)自動化。金屬液流程短，壓力和熱量損失少，鑄件致密性好。壓室內的金屬液與空氣接觸，產(chǎn)生氧化表面較大，而且氧化渣等雜質會進入模腔，影響壓鑄件質量。不便于壓鑄帶有嵌件的鑄件，生產(chǎn)中心澆口壓鑄件的壓鑄模結構復雜。要求澆注系統(tǒng)的主澆道位置向下偏置，以防壓射沖頭加壓前金屬液自行流入模腔。應用：可壓鑄的合金種類較多，適應性較強，特別是壓鑄鋁合金方面應用廣泛。4.全立式冷壓室壓鑄機（1）壓射沖頭上壓式壓鑄機4.全立式冷壓室壓鑄機（2）壓射沖頭下壓式壓鑄機4.全立式冷壓室壓鑄機特點：模具水平放置，穩(wěn)固可靠，安放嵌件方便，廣泛用于壓鑄電機轉子類零零件；金屬液進入型腔轉折少，流程短，減少了壓力和熱量的損失；設備占地面積小，但設備高度大，不夠穩(wěn)定；鑄件頂出后常需人工取出，不易實現(xiàn)自動化生產(chǎn)。5.鎂合金壓鑄機類型：常見的有熱壓室和臥式冷壓室兩大類。圖8-31為熱壓室鎂合金壓鑄機，全密封的熔爐與壓射裝置構成一個密閉的空間，熔爐內充滿保護性氣體；鎖模機構也充滿保護性氣體。5.鎂合金壓鑄機圖8-32為臥式冷壓室鎂合金壓鑄機5.鎂合金壓鑄機圖8-33為歐洲生產(chǎn)的全封閉式定量注料熔爐及液壓升降臺的結構簡圖8.2.4壓鑄機的基本結構組成組成：合模機構、壓射機構、機座、動力部分、液壓與電氣控制系統(tǒng)及其他輔助裝置。此外，還需配備合金熔爐和保溫爐。8.2.5壓鑄機的主要機構示例1.合模機構8.2.5壓鑄機的主要機構示例8.2.5壓鑄機的主要機構示例2.壓射機構（1）增壓缸有背壓壓射裝置圖8-38為J1113A型壓鑄機采用的三級壓射機構。一級壓射：緩慢封閉壓室注液口二級壓射：快速壓射充模三級壓射：壓射增壓2.壓射機構壓射力調節(jié)：當壓射活塞面積一定時，壓射力取決于增壓壓力，而增壓壓力又取定于背壓腔壓力的大小，背壓力越大增壓力越小，反之亦然。背壓力可通過接通背壓腔油路上的單向順序閥與單向節(jié)流閥配合調整。J1113A型壓鑄機的壓射增壓壓力最高可達20MPa，相應的最大壓射力達140kN（無級調節(jié)范圍是70~140kN）。壓射速度調節(jié)：第一級低速壓射速度，可通過節(jié)流閥的調節(jié)螺桿9調節(jié)；第二級高速壓射速度，由油口14的調節(jié)螺桿調整。2.壓射機構（2）增壓缸無背壓壓射裝置分罐式壓射增壓結構：分別用兩個蓄能器對壓射缸和增壓缸進行快速增壓，取消了增壓活塞的背壓，壓射速度、壓射力和壓力建立時間都能分別單獨調節(jié)，互不影響。3.機座機座用于安裝壓鑄機的合模機構、壓射機構、液壓和電氣系統(tǒng)等，要求應具有足夠大的剛性和強度。4.動力部分動力部分主要有液壓泵和蓄能器。液壓泵是液壓傳動系統(tǒng)的動力源，它向液壓系統(tǒng)提供一定壓力和流量的壓力油。常用的液壓泵有柱塞泵和葉片泵等。葉片泵應用最為普遍，輸出壓力為（60~200）×105Pa。蓄能器能把液壓能儲存起來，并在需要時重新釋放出來；在壓鑄機液壓系統(tǒng)中，根據(jù)需要設置1~2個蓄能器。5.壓鑄機的液壓系統(tǒng)（1）J1113A型壓鑄機的液壓系統(tǒng)合模與插芯鎖模與壓射開模與抽芯壓射沖頭回程機器中停（2）J1116型PC控制壓鑄機液壓系統(tǒng)6.電器控制系統(tǒng)圖8-42：采用松下FP1系列PC機進行主機的可編程控制，具有較好的可靠性和靈活性。6.電器控制系統(tǒng)液壓系統(tǒng)工作壓力調整模具閉合高度調整工作方式選擇與控制手動操作合?！_模—插芯與抽芯—頂出與退回—壓射與快速壓射—壓射回退復位操作自動操作7.輔助裝置輔助裝置：根據(jù)需要在壓鑄機上增設的某些專門機構金屬液保溫爐自動舀料機構為便于模具側向抽芯而增設液壓抽芯裝置為方便裝模而設的合模部分拉桿與定模板自動分離操縱機構等。7.輔助裝置（1）氣壓注料裝置：分真空型和低壓型兩種。7.輔助裝置（2）取料機械手7.輔助裝置（2）取料機械手7.輔助裝置（2）取料機械手8.2.6新型壓鑄工藝裝備簡介1.半