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1、Equipments of material formingPart 2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，主机，包括挤出系统、传动系统、加热冷却系统 辅机，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，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：排气式与非排气式 按有无螺杆
2、：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 Vbp料塞相对料筒的速度差，Vbp=Vb-Vp可求得：固体
3、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
4、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 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
5、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（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
6、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
7、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、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
8、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
9、：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
10、，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
11、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-1252.合模力表示法 注射机的最大合模
12、力（10kN），如LY1803.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
13、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：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
14、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 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
15、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、
16、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、脱模困难、有内应力等调整方法：调整注射缸的液体压力注射速率、注射时间、注射速度三个参数彼此关联注射速率：将公称注射量的塑料在注射时间注射出去，单位时间达到的体积流率（cm3/s）q注=Q注/t注注射时间：完成一次注射所用时间（sec）注射速度：注射时，注射螺杆或柱塞的移动速度 v注=s/t注近年来有提高的趋势生产中多采用多级注射实现变速（先快后慢）塑化能力单位时间内所能塑化的物料量（cm3/s）应与设备的整个成形周期相协调 过小：使成形周期加长，影响生产率 过大：能量浪费，设备能力不能充分发挥目前有加大的趋势选用时，应留出
17、25%左右的裕量锁模力（kN）应注意区分：锁模力：合模后，合模装置对模具施加的最大夹紧力 合模力：合模时，推动模具前行的力反映了注射机能生产制件尺寸的大小，主参数之一F k p A 设备设计时，一般按p=25MPa设计 直接决定了设备的尺寸和重量合模装置基本尺寸模板尺寸(mmmm)：注意有拉杆中心距和拉杆间距两种表示方法模板间最大开距L(mm)：动、定模板间能达到的最大距离 一般是成形制件最大高度的34倍动模板行程S(mm)：动模板可移动的最大距离 一般S 2h，且L(1.52)S最大/最小模板厚度Hmax/Hmin 二者之差即为最大可调行程开合模速度（mm/sec）一般不是恒速，慢快慢近年来
18、明显有提高的趋势合模到最后，应有低压护模的动作新型专用注塑机（一）多模注塑机多个合模装置配合一套注射装置工作适合于冷却时间长或辅助工序多的制件合模系统庞大，但每个合模力有限新型专用注塑机（二）多色注塑机“清色”注射实质是多工位注射，各色间清晰分界“混色”注射多个料筒、公用喷嘴，各色间自然过渡新型专用注塑机（三）热固性注塑机热固性塑料特点：高温下产生交联反应，生成长分子链，最终固化设备需要重点考虑：温度准确控制 防止塑料受热过多固化新型专用注塑机（三）热固性注塑机新型专用注塑机（四）排气式注塑机类同排气式挤出机的排气方法新型专用注塑机（五）发泡注塑机低压发泡：注射时不充满模腔，特点：合模力小，模具强度要求低 注射量要求准确 冷却时间长，一般采用多工位合模装置高压发泡：注射时充满模腔，一定时间后动模后移留出发泡空间，特点：对注射量要求降低，但动模后退位置要准 有二次锁模保压功能新型专用注塑机（五）发泡注塑机新型专用注塑机（五）发泡注塑机