塑料机械设计_机械/仪表_工程科技_专业资料。1、基本概念： 注射量、公称注射量是指在对空注射的条件下，注射螺杆或柱塞作一次最大注射行程时，注射装置所能达到的最大注 射量 注射压力 注射压力是指注射螺杆或柱塞的端部作用在物料单位面积上的压力 塑化
1、基本概念： 注射量、公称注射量是指在对空注射的条件下，注射螺杆或柱塞作一次最大注射行程时，注射装置所能达到的最大注 射量 注射压力 注射压力是指注射螺杆或柱塞的端部作用在物料单位面积上的压力 塑化能力 塑化能力是指单位时间内所能塑化的物料量 锁模力 锁模力是指注射机的合模机构对模具所能施加的最大夹紧力 空循环时间 空循环时间是在没有塑化、注射保压、冷却、取出制品等动作的情况下，完成一次动作循环所需要的时间 （秒） 。 注射时间 是指注射螺杆或柱塞往模腔内注射最大容量的物料时所需要的最短时间 最小模具厚度 模具最小厚度δ min 和模具最大厚度δ max 系指动模板闭合后，达到规定锁模力时动模板和定模板间 的最小和最大距离 注射成型：是指有一定形状的模型，通过压力将融溶状态的胶体注入模腔而成型 通过注塑机加热、塑化、加压使液体或熔体物料间歇式充模、冷却成型的方法。 2、注射机的结构及各部分的作用 注射装置、合模装置、液压传动系统和电器控制系统 ? 1）注射装置： （塑化、注射） ? 其主要作用是将塑料均匀地塑化，并以足够的压力和速度，将一定量的熔料注射到模具的型腔之中。 ? 2）合模装置： （合模、开模） ? 作用是实现模具的启闭，在注射时保证成型模具可靠地合紧以及脱出制品。 ? 3）液压系统和电气控制系统： （提供动力、实现控制） ? 其作用是保证注射机按工艺过程预定的要求（压力、速度、温度、时间）和动作程序准确有效地工作。 3、注射成型过程 ? 1、塑化（加料-输送-压缩-排气-熔融-计量-结束） ? 2、合模 3、注射 4、保压（补缩） 5、冷却定型 6、顶出制品 ? 按照习惯，我们把一个注射成型过程称之为一个工作循环，即：合模、注射、保压、螺杆预塑和制品冷却、开 模、顶出制品、合模。 4、开合模的速度 即动模板移动速度 ? 在每一个成型周期中，模板的运行速度是变化的：即在合模时从快到慢，开模时则由慢到快再慢。 5、注射机的规格表示 ? 1、注射容积表示法 X(S)Z---200 其中 X(S)---橡胶（塑料） Z---注射机 200---理论（标准）注射容积，cm3 ? 2、合模力表示法 以机器合模力（KN）表示机器规格。已很少采用。 ? 3、注射容积与合模力共同表示法 X(S)Z---200/1000 式中 1000----合模力（KN） ? 4、国际规格表示 当量注射容积与合模力或注射功与合模力表示。 6、挤出机螺杆与注射机螺杆在结构上主要由那些不同 ? a、与挤出机相同之处 ? 螺杆由料斗中攫取物料后，在螺杆的旋转下，物料沿着螺杆向前输送，在输送过程中，物料在外热和物料各层 之间剪切热的作用下，由固态转变为粘流态。 ? b、与挤出机不同之处 ? 挤出过程是相对稳定的、连续的过程。注射过程是一个非稳定熔融的间歇过程。 1 ? 注射机中物料的熔融过程是一个比挤出机更为复杂的过程。 ? c. 挤出螺杆头多为圆头或锥头，而注射螺杆头多为尖头。 7、注射机传动系统的特点 ? a、螺杆的―预塑‖是间歇式工作，因此启动频繁并带有负载； ? b、螺杆转动时为塑化供料，与制品的成型无直接联系，塑料的塑化状况可以通过背压等进行调节，因而对螺 杆转数调整的要求并不十分严格； ? c、由于传动装置放在注射架上，工作时随着注射架作往复移动，故传动装置要求简单。 8、合模装置的基本要求 ? 第一、足够的锁模力，使模具在熔料压力（即模腔压力）作用下，不致有开缝现象发生。 ? 第二、足够的模板面积、模板行程和模板间的开距，以适应不同外形尺寸制品的成型要求。 ? 第三、模板有合适的运动速度，应是闭模时先快后慢，开模时慢、快、慢，以防止模具的碰撞，实现制品的平 稳顶出并提高生产能力。 9、合模装置的分类及各自的主要特点 机械式、液压式和液压--机械组合式三大类 机械式 液压式 ? 1）优点： ? 固定模板和移动模板间的开距大，能够加工制品的高度范围较大。 ? 移动模板可以在行程范围内任意位置停留，因此，调节模板间的距离十分简便。 ? 调节油压，就能调节锁模力的大小。 ? 锁模力的大小可以直接读出，给操作带来方便。 ? 零件能自润滑，磨损小。 ? 在液压系统中增设各种调节回路，就能方便地实现注射压力、注射速度、合模速度以及锁模力等的调节，以更 好地适应加工工艺的要求。 ? 2）缺点： ? 液压系统管路甚多，保证没有任何渗漏是困难的，所以锁模力的稳定性差，从而影响制品质量。 ? 管路、阀件等的维修工作量大。 液压--机械组合式 10、注射压力选取应考虑的因素 ? a、熔料的流动性。流动性好的物料选用的注射压力低。 ? b、塑化方式。柱塞式注射机比螺杆式注射机注射压力高近 1.5 倍。 ? c、喷嘴的孔径和模腔的形状。喷嘴的孔径大，模腔的形状简单，制品壁较厚，胶料流程短，模温较高，则所 需的注射压力较低。 11、注射机按塑化方式和注射方式的分类 柱塞式注射机 螺杆式注射机 螺杆塑化柱塞注射式注射机 12、注射机螺杆头部结构形式及各自的特点 锥形螺杆头：结构简单，能消除滞料分解现象，适于高粘度、热敏性材料如硬聚氯乙烯等的加工 止回螺杆头：对于中等粘度和低粘度的塑料，可以防止注射时熔料沿螺纹槽回流，提高注射效率， 新型注射螺杆：在常规注射螺杆的计量段增设一些混炼剪切元件，可增加混炼、塑化效果 13、模板距离的调节机构主要有哪些？ 1、螺纹肘杆调距 2、移动合模油缸位置调距 3、拉杆螺母调距 4、动模板间连接大螺母调距 14、顶出装置的分类 机械顶出、液压顶出和气动顶出三种 15、液压--曲肘合模装置的特点 ? 1）增力作用 ? 2）自锁作用 ? 3）运动速度 4）模板间距、锁模力和合模速度的调节困难 2 5）曲肘机构容易磨损，加工精度要求也高 16、液压--曲肘合模装置的运动特性 肘杆机构使模板的移动速度是变化的，合模时由零到最快、后慢，到锁紧时再为零，开模时则相反。 17、注射机的安全保护 挤出机 1、基本概念： 固体流率、速度与垂直于轴线的截面积的乘积 方向角、固体塞运动的绝对速度方向与螺杆轴向垂直面的夹角。 螺纹升角、 几何压缩比、 分流型螺杆：分离型螺杆固液相尽早分离，固体尽快熔融，液相低温挤出，保证质量，提高产量 屏障型螺杆、屏障型螺杆就是在螺杆的某部位设立屏障段，使未熔的固相不能通过，并促使固相熔融的一种螺杆。 螺杆长径比、长度与直径的比值 比功率消耗 每挤出一公斤物料或制品所消耗的功率.比流率 每转的流量表示 2、由固体输送理论，分析提高生产率的途径 增大方向角，当方向角等于 90 度是，可得到最大的生产率； 增打击筒内壁的摩擦系数同时减小螺杆的表面粗糙度。 3、用熔融理论的物理模型分析熔融过程 将着色物料（或碳黑）和本色物料加入挤出机中，待挤出过程稳定后，快速停车并骤冷料筒（如果可能，也冷却螺杆） ， 抽出螺杆（或将料筒打开） ，将螺旋状的已冷却的物料（塑料）带从螺杆上剥下，这时可以发现，已熔融的和局部混合 的物料呈现流线，而未熔的物料将保持初始的固态。 随着物料向前输送，黑色熔池逐渐加宽，白色固体床相应变窄，直到最后，熔体充满整个螺槽，固体床消失 4、固相分布函数的含义及如何求熔融长度 固相的质量平衡 ，熔膜的质量平衡 ，固液相分布截面的热量平衡 —融化系数， =ω 0H0/G G—生产能力， ω 0—初始融化速率 H—熔槽深度， H0--初始槽深 Z—固相熔融长度（螺槽展开） ? 上式中当 X=0（即固相熔融结束）时，即可得到熔融总长度： Z X ? ? ? ? ?1 ? Z? W ? 2H ? 2 T ? 2H ? 5、熔体在螺槽中的运动分析 正流，倒流，环流，逆流（图） a、正流： 是由物料受机筒的摩擦拖曳引起的，最大处速度为 Vbz， 起到挤出物料的作用，流量用 Qd 表示。 b、倒流： 由机头、口型等阻力 元件产生的压力引起 的回流。方向与正流 方向相反，流量为 QP Vb Vb 机 表 筒 面 y 正 流 x z 螺 表 杆 面 3 倒 流 c.横流（环流） ： 由垂直于螺棱方向的分速度 Vbx 引起（如图)， 使物料在螺槽内产生翻转运动。方向与 Vbx 方向相同，对生产能力 没有影响，但能促进物料的混合、搅拌和热交换，流量 Qc=0 c d d. 漏流： 由机筒与螺棱间隙δ 处形成的倒流。方向沿螺杆轴线方向，并由机头向后。流量用 QL 表示。对提高挤出机流量起 反作用。 实际上螺槽中熔体 的总的流动是这几 种流动的总和。 挤出机的生产能力 即： Q=Qd-Qp-QL 6、求挤出机最高危险压力 ?Pmax ? P ? P2 ? 6? Dn? 1 cos? ? L3 H 2 sin ? 7、截流比 a 及挤出机的工作状态 ? a=Qp/Qd 称为截流比，它反映了挤出机的实际工作状态。 ? 因 Q= Qd-Qp，所以有： Q/ Qd= (Qd –Qp) )/ Qd =1- Qp/ Qd=1-a ? 当 a=1 时， Q=0，Qd=Qp 代表机头完全关闭，完全截流状态。 ? 当 0a1 时 Q=Qd-Qp 代表挤出机正常工作状态。 ? 当 a=0 时， Q=Qd 代表机头完全打开的状态。 8、螺杆特性线、机头特性线、综合工作点 螺杆特性线---挤出机产量与挤出压力的关系； 口模特性线---机头产量与机头压力的关系； 挤出机的综合工作点---螺杆特性线与口模特性线的交点 两组直线相交的点即为挤出机的综合工作点 9、螺杆材料及热处理 a）45 号钢便宜，加工性能好，但耐磨耐腐蚀性能差。 热处理：调质 HB220—270，镀硬铬 HRC＞55 b）40Cr 的性能优于 45 号钢，但往往要镀上一层铬，以提高其耐腐蚀耐磨损的能力。但对镀铬层要求较高，镀层 太薄易于磨损，太厚则易剥落，剥落后反而加速腐蚀，目前已较少应用。 C）氮化钢、38CrMoAl 综合性能比较优异，应用比较广泛。一般氮化层达 0.4—0.6 毫米。但这种材料抵抗氯化氢 腐蚀的能力低，且价格较高。 热处理：调质 HB220—270，渗氮 HRC＞65 10、螺杆强度校核及危险断面 第三强度理论 ? z ? ? 2 ? 4? 2 ? ?? ? 4 其中 11、 ? ? ? ? w ? ? y ?? ? ? n n=3 T 挤出机传动系统设计的基本问题及其工作特性 选择传动特性---使传动系统的工作特性满足挤出机的工作特性 确定功率大小 、确定转速范围、选择调速机构、选择减速机构、布置止推轴承、考虑传动系统的安全保护 所谓挤出机的工作特性，是指螺杆的转速和驱动功率与扭矩之间的关系 挤出机的工作特性是恒扭矩特性 12、挤出机设计时安全系数的选择 螺杆和机筒的安全系数选的最大，其次的顺序是机筒与减速箱的联结螺栓，机头与机筒的联结螺栓，而安全销或安 全键的安全系数则为最小。 13、挤出机的组成及各部分的作用 由主机、辅机、控制系统组成。 1）主机：挤压系统、传动系统、加热冷却系统组成，其功用是将物料熔融到符合工艺要求。 2）辅机：机头：熔融塑料通过它获得一定的几何截面和尺寸。 ? 定型装置：它的作用是将从机头中挤出的塑料的既定形状稳定下来．并对其进行精整，从而得到更为精 确的截面形状、尺寸和光亮的表面。通常采用冷却和加压的方法达到这一目的。 ? 冷却装置：由定型装置出来的塑料在此得到充分的冷却，获得最终的形状和尺寸。 ? 牵引装置：其作用为均匀地牵引制品。并对制品的截面尺寸进行控制，使挤出过程稳定地进行。 ? 切割装置：将连续挤出的制品切成一定的长度或宽度。 ? 卷取装置：将软制品（薄膜、软管、单丝等）卷绕成卷。 3）控制系统（检测和控制） 14、表示挤出机性能特征的主要参数 单螺杆挤出机的性能特征通常用以下几个主要技术参数表示： ? 螺杆直径：指螺杆外径，用 D 表示，单位毫米。美国 max750mm) ? 螺杆长径比：用 L／D 表示。其中 L 为螺杆有效长度，即螺纹部分的长度（工艺上将 L 定义为由加料口 中心线到螺纹末端的长度） 为螺杆直径， ，D ? 螺杆的转数范围：用 n/min 表示。 ? 驱动电机功率：用 N 表示，单位千瓦。德国φ 5000kw φ 600-5000kw ? 料筒加热段数：用 B 表示。 ? 料筒加热功率：用 E 表示，单位千瓦。 ? 挤出机生产率：用 Q 表示，单位公斤／小时。 ? 机器的中心高：用 H 表示，指螺杆中心线到地面的高度。单位毫米。 ? 机器的外形尺寸: 长、宽、高。单位毫米。 15、简述挤出机的挤出过程 1）加料段---输送并开始压实物料 2）压缩段---压实并熔融物料 3)均化段---均化、挤出 4)机头---成型、定型 喂料---输送---压实---熔融---均化---挤出成型 16、描述挤出过程的主要参变量有哪些？ 温度、压力、流率 17、挤出机螺杆头部主要的结构形式 钝的螺杆头、带有较长锥面的螺杆头、斜切截锥体的螺杆头、锥部带螺纹的螺杆头 18、物料自料斗加入到由机头挤出，要通过哪几个职能区？ ? 固体输送区、熔融区和熔体输送区。 19、评价螺杆的标准主要有哪几方面？ ? 塑化质量（具有合乎要求的各种性能、具有合乎要求的表观质量、具有合乎要求的螺杆的塑化质量） 产量 适应性 单耗 制造的难易 5 20、获得压缩比的方法有哪几种？ 可采用等距变深螺槽、等深不等距螺槽、不等深不等距螺槽、锥形螺杆等方法 热喂料螺杆 1.3—1.5 、冷喂料螺杆 1.7—2.1 塑料螺杆一般根据塑料种类不同取 2--5 21、新型螺杆的主要形式？ ? 分离型螺杆 分流型螺杆 屏障型螺杆 组合型螺杆 22、IKV 料筒的形式及特点 a、CNC焊接机架 五金铁架设备 数控龙门加工中心 电脑锣对外加料筒加料段内壁开设纵向沟槽 、 b、强制冷却加料段料筒缺点： 缺点：强力冷却会造成显著的能量损失； 由于在料筒加料段末处可能产生极高的压力（有的高达 80—150MPa） ，有损坏带有沟槽的薄壁料筒的危险； ? 螺杆磨损较大； 挤出性能对原料的依赖性较大。 此外，在小型挤出机上采用此结构受到限制。 23、螺纹断面形状及特点 矩形、锯齿形、双楔形 24、由熔体输送理论分析提高挤出机生产能力的途径。 提高转速，增大螺杆直径、减小螺槽的深度、增大均化段的长度，减小机筒与螺纹顶部之间的间隙，取合理的压力差。 25、设计螺杆考虑的因素 1)物料的特性及其加入时的几何形状、尺寸和温度状况、2 口模的几何形状和机头阻力特性。 3)料筒的结构形式和加热冷却情况。 4)螺杆转数。 5)挤出机的用途。 26、常规全螺纹三段螺杆存在的问题及目前常用的解决办法 1、熔融效率低、塑化混炼不均匀 2、 固体床变窄，传热面积减少，熔融效率低，挤出量不高 3、 固体床易破碎，固体碎片传热慢，剪切力小，不易熔融 4、部分物料得不到彻底熔融，另一部分物料则过热，导致温度、塑化极不均匀。 27、设计新型螺杆应注意的问题 1、首先必须确切地弄清各种新型螺杆的工作原理，以及其适用的场合。 2、选择理想的混炼元件和剪切元件的位置 、3、螺杆熔融能力必须和均化、输送能力相匹配。 28、挤出机的安全保护及安全系数的选择 螺杆和机筒的安全系数选的最大，其次的顺序是机筒与减速箱的联结螺栓，机头与机筒的联结螺栓，而安全销或安全 键的安全系数则为最小 6
