材料成形装备及自动化 第3版 课件 第五章 高分子材料成形设备及自动化

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EquipmentandAutomationofMaterialsProcess2024-2025学年第二学期EAMP

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2目录第一章

绪

论（2学时）

第二章金属液态成形装备及自动化（10学时）

第三章

金属塑性成形装备及自动化（10学时）第四章

金属连接成形装备及自动化（10学时）第五章

高分子材料成形设备及自动化（2学时）

第六章

快速成形装备及控制（6学时）第七章

其它材料成形装备（4学时）第八章热处理工业炉及其控制（2学时）第九章材料加工中的环境保护装备（2学时）5.1概论5.2塑料注射机5.3其他高分子材料成形设备第五章高分子材料成形设备及自动化EAMP

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3高分子材料（聚合物）加工是将高分子材料中加入各种添加剂、助剂或改性材料，转变成实用材料或制品的一种工程技术。高分子材料经过成形加工，可以制成具有特定形状又具有一定使用价值的制品。5.1概论EAMP

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4聚合物包括塑料、橡胶和合成纤维等。聚合物产量已超过六千万吨。应用遍及国民经济各部门，特别是军事及尖端领域有迫切需要。理论、设备及过程自动控制不断发展，产品质量和生产效率大大提高。5.1概论EAMP

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5聚合物具有一些特有的加工性质如：

(1)、可模塑性(Mouldability)(2)、可挤压性(Extrudability)(3)、可纺性(Spinnability)(4)、可延性(Stretchability)这些加工性质为聚合物加工提供了的可能性，这也是聚合物能得到广泛应用的重要原因。5.1.1高分子材料的加工性能EAMP

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6聚合物的可模塑性：材料在温度和压力作用下形变和在模具中模制成形的能力。具有可模塑性的材料可通过注射、模压和挤出成形成各种形状的模塑制品。可模塑性主要取决于材料的流变性、热性质和其它物理力学性质等，热固性聚合物还与聚合物的化学反应性有关。高温熔体的流动性大，易于成形，但会引起分解，制品收缩率大；低温熔体粘度大，流动困难，成形性差。增压能改善聚合物的流动性，但过高压力将引起溢料和增大内应力；过低压力造成缺料。EAMP

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75.1.1高分子材料的加工性能聚合物的可挤压性：通过挤压形变获得形状和保持形状的能力。固态不能挤压，只有处于粘流态时才能挤压形变。挤压中聚合物熔体主要受到剪切作用，故可挤压性主要取决于熔体的剪切粘度和拉伸粘度。大多数聚合物熔体的粘度随剪切力或剪切速率增大而降低。材料的挤压性质还与加工设备有关。挤压过程聚合物熔体的流动速率随压力增大而增加，通过流动速率的测量可以决定加工时所需的压力和设备的几何尺寸。EAMP

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85.1.1高分子材料的加工性能聚合物的可纺性：通过加工形成连续固态纤维的能力。主要取决于材料的流变性质，熔体粘度、熔体强度以及熔体的热稳定性和化学稳定性等。作为纺丝材料，首先要求熔体从喷丝板毛细孔流出后能形成稳定细流。通常与由熔体从喷丝板的流出速度v，熔体的粘度η和表面张力γ有关。EAMP

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95.1.1高分子材料的加工性能聚合物的可延性：表示无定形或半结晶固体聚合物在一个方向或二个方向上受到压延或拉伸时变形的能力。材料的这种性质为生产长径比(长度对直径，长度对厚度)大的产品提供了可能，如生产薄膜、片材和纤维。但工业生产上仍以拉伸法用得最多。EAMP

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105.1.1高分子材料的加工性能5.1.2高分子材料成形方法分类高分子材料塑料挤出成型注射成型

压制成型

其它成型方法铸塑成型模压烧结成型传递模塑泡沫塑料的成型橡胶压延成型

压出成型

挤出成型

纤维熔法纺丝

干法纺丝

湿法纺丝

复合材料手糊成型

层压成型

模压成型

卷绕及缠绕成型

注射成型

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11最基本：进行形状转变，例如将粒状或粉状聚合物制成各种型材、各种形式的制品等。大多数情况下，聚合物加工通常包括两个过程：1、首先使原材料产生变形或流动，并取得所需要的形状；2、然后设法保持取得的形状(即固化)。5.1.3高分子材料加工成形特点EAMP

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12聚合物加工与成形通常有以下形式：1、聚合物熔体的加工：如以挤出、注射、压延或模压等方法制取热塑性塑料型材和制品；热固性塑料采用模压、注射或传递模塑，橡胶加工属于这一类；挤出法还可用于纤维纺丝。2、类橡胶状聚合物的加工：采用真空成形、压力成形或其它热成形等制造各种容器、大型制件和某些特殊制品。薄膜或纤维拉伸也属于这一技术范畴。EAMP

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135.1.3高分子材料加工成形特点3、聚合物溶液的加工：如以流涎方法制取薄膜。油漆、涂料和粘合剂等也往往采用溶液方式制造。与挤出技术结合，聚合物溶液还用于湿法或干法纺丝。4、低分子聚合物或预聚物的加工：如丙烯酸酯类、环氧树脂、不饱和聚酯树脂以及浇铸聚酰胺等都可用这种技术制造。EAMP

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145.1.3高分子材料加工成形特点5、聚合物悬浮体的加工：如以橡胶胶乳、聚乙酸乙烯酯胶乳或其它胶乳以及聚氯乙烯糊等生产多种胶乳制品、涂料、粘合剂、搪塑塑料制品等。6、聚合物的机械加工：采用机械切屑加工(车、铣、刨等)方法来制取某些产品。主要用于数量不多或尺寸过大的产品，通常是选择适当的“毛坯”来进行的。EAMP

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155.1.3高分子材料加工成形特点根据聚合物在加工过程是否物理或化学变化主要分为：（1）热塑性聚合物的加工：加工过程主要发生物理变化。例如注射成型、挤出成型(包括吹塑成型、纤维纺丝)、压延成型、热成型、搪塑成型和流涎薄膜等。EAMP

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165.1.3高分子材料加工成形特点（2）热固性聚合物的加工：加工过程中兼有物理和化学变化。加热—流动和交联—固化作用，热固性塑料的模压成型、注射成型和传递模塑成型以及橡胶的成型等属于这一类。EAMP

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175.1.3高分子材料加工成形特点

注射机又称为注射成型机或注塑机，利用塑料成型模具将热塑性塑料或热固性塑料制成各种形状的塑料制品的成型设备。

5.2塑料注射机EAMP

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181872年发明（美国）按塑料在料筒中的塑化方式分类柱塞式注射机螺杆式注射机按外型特征分类立式注射机卧式注射机直角式注射机EAMP

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195.2塑料注射机柱塞式注射机柱塞在料筒内仅作往复运动。注射量不宜过大，一般为30~60g。分流梭的作用：使塑料分流，以加快热传递；熔体分流后流速增加，剪切速率加大，剪切发热使塑料温度升高、粘度下降，塑料得到进一步混合和塑化。1-注射模2-喷嘴3-料筒4-分流梭5-料斗6-注射柱塞EAMP

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20螺杆式注射机螺杆既可旋转又可前后移动。作用是送料、压实、塑化与传压。塑料塑化、混合效果比柱塞式好。1-喷嘴2-料筒3-螺杆4-料斗EAMP

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21立式注射机注射装置和定模板设置在设备的上部，而锁模装置、动模板、推出机构均设置在设备的下部。优点是设备占地面积小，模具装拆方便；安装嵌件和活动型芯简便可靠。缺点是不易自动操作，只适用于小注射量的场合，一般注射量为10～60g。EAMP

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22直角式注射机注射装置为直立布置，锁模、顶出机构以及动、定模板按卧式排列，两者互成直角。适用于中心部分不允许留有浇口痕迹的塑料制品。缺点是加料比较困难，嵌件或活动型芯安放不便，只适用于小注射量的场合，注射量一般为20～45g。EAMP

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23卧式注射机注射装置和定模板在设备的一侧，而锁模装置、动模板和推出机构在另一侧。优点是机体较矮、易操作。制品推出后能自动落下，便于实现自动化操作。缺点是设备占地面积大，模具安装比较麻烦。EAMP

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24JU60000二板式海天牌注塑机海天公司生产的目前世界上最大型二板式直压注塑机，特别适合生产深腔大型塑料制品。理论注射容量110,000（cm3）射胶量100,000（g）主电动机功率440（kW）开模行程2660（mm）射胶压力150（MPa）合模力60,000（kN）螺杆转速30（rpm）螺杆直径300（mm）重量500,000（kg）外形尺寸25*5.5*5.5（m）EAMP

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25微注塑注塑量小于1克。应用于航空航天、精密仪器、生物与基因工程、医药工程、信息通讯、环境工程和军事等领域。例如可以植入身体的塑胶医疗零件、手机的镜头、手表的齿轮等。微型模具微型注射机精确控制微加工新材料新工艺精EAMP

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26光盘注塑机超精密注塑机控制精度在0.015mm以内制品尺寸精度在厚度方向控制在0.002mm以内注射重量重复精度控制在0.3%以内国产光盘注塑机：200万元/台日本光盘注塑机：1000万元/台EAMP

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27卧式往复式螺杆式注射机1-机身2-电动机及液压泵3-注射液压缸4-齿轮箱

5-齿轮传动电动机6-料斗7-螺杆

8-加热器9-机筒10-喷嘴11-定模安装板12-注射模13-拉杆14-动模安装板15-合模机构16-合模油缸17-螺杆传动齿轮18-螺杆花链19-油箱5.2.1塑料注射机基本构成EAMP

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28注射装置塑料塑化、注射包括料斗、料筒、加热器、计量装置、螺杆及其驱动装置、喷嘴等部件合模装置实现模具的开闭动作成形时提供足够的夹紧力使模具锁紧开模时推出模内制品驱动装置液压传动系统是注射机的动力系统电气控制部分各个动力液压缸完成开启、闭合和注射、推出等动作的控制系统EAMP

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295.2.1塑料注射机基本构成注射系统：使物料塑化和熔融，并在高压和高速下将熔体注入模腔。注射系统主要由塑化装置、螺杆驱动装置、计量装置、注射动作装置、注射座以及整体移动装置、行程限位装置以及加料斗装置等组成。5.2.2塑料注射机注射装置EAMP

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30塑化装置：由螺杆和加热料筒组成。螺杆驱动装置：主要由减速装置、轴承支架、主轴套和螺杆驱动电机或液压马达组成。预塑化时，动力通过主轴套和轴承支架上的减速装置带动螺杆旋转。注射装置：主要由注射油缸和活塞及喷嘴组成。在注射时，油缸产生注射推力，通过主轴推动螺杆向头部熔体施高压，使熔体通过喷嘴充入模腔。注射座：是一个可以在机身上移动的基座，塑化装置、注射装置以及计量装置和料斗都固定在注射座上。注射座在油缸作用下，可以做整体前进或后退，使喷嘴与模具接触或离开。EAMP

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315.2.2塑料注射机注射装置注射过程示意图EAMP

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32课间休息十分钟！EAMP

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33注射合模工艺图5.2.3塑料注射机合模系统关安全门、锁模、注射、保压、熔胶、冷却、抽胶、开模、制品顶出锁紧模具—防止模具注入高压熔体时模具的型腔张开。EAMP

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34塑料注射模具结构EAMP

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355.2.3塑料注射机合模系统在动模板或定模板上还装有调模机构，以便在一定的范围内调节模具厚度。

在动模板的后侧装有液压及机械顶出装置。动模板在开启模具时，可通过模具中的顶出机构，从模腔中顶出制品。EAMP

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365.2.3塑料注射机合模系统大型模具锁摸EAMP

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375.2.4塑料注射机液压系统液压系统由液压泵、液压泵电动机、过滤器、油箱、油管、油温冷却器、比例压力阀、比例流量阀、开关阀、液压马达等各种液压元件组成，还包括一些辅助元件和密封件。采用了比例压力阀和比例流量阀,可实现压力和流量的多级控制，具有油路简单、效率高、系统稳定性良好、冲击少和噪声小等优点。液压系统是为注射机的各种执行机构(工作液压缸)提供压力和速度控制的装置。液压油路一般由控制系统压力与流量的主回路和去各执行机构的分回路组成。EAMP

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38注射工艺控制流程EAMP

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395.2.4塑料注射机液压系统5.2.5塑料注射机电气控制系统电控系统是注射机的“中枢神经”,它控制着注射机的各种程序及其动作；对时间、位置、压力、速度和转速等进行控制。主要由计算机及接口电路、各种检测元件及液压驱动放大电路组成闭环调节系统。包括32个输入点和28个开关量输出点。EAMP

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40EAMP

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415.2.5塑料注射机电气控制系统注射量：注塑机在注射螺杆（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出量。注射压力：为克服熔料流经喷嘴、浇道和模腔等处的流动阻力，螺杆（或柱塞）对塑料施加的压力。注射速率：表示单位时间内从喷嘴射出的熔料量。合模力：在注射时，要使模具不被模腔压力所形成的胀模力顶开，就必须对模具施以足够的夹紧力。5.2.6塑料注射机-主要性能参数EAMP

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42工艺参数要求：1.最大注塑量常为制品重量的2.5倍。2.机械开模间距大，锁模力应大于单位面积注塑力的总和。3.注塑机应具有加热，冷却、液压等接头，并方便于模具连接。

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435.2.6塑料注射机-主要性能参数注射机的校核最大注射量的校核不应超过注射机额定最大注射量的80%，不小于注射机额定最大注射量的20%注射压力的校核成形时所需的注射压力可用注射模流动模拟计算机软件（如美国的Moldflow、华中科技大学的华塑HsCAE）来确定锁模力的校核EAMP

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445.2.6塑料注射机-主要性能参数模具组装汽车保险杠5.2.7塑料注射机实例EAMP

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45汽车保险杠模具安装照片EAMP

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465.2.7塑料注射机实例1.模具外形尺寸大（2400*1600*1200mm）、体积重(25-40T)、结构复杂，类似为一个中等程度的工作母机；2.模具浇注系统为热流道，需要电加热；3.型腔、型芯冷却系统复杂，型腔与浇注系统的热流道相互矛盾；4.制品顶出系统复杂，常用液压、机械联合顶出，并采用机械手自动取出制品；5.制品尺寸大、浇注系统常为冷、热流道相结合；6.构成塑料模具零件多达100件以上，桑塔纳轿车模具零件共108件。EAMP

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475.2.7塑料注射机实例汽车保险杠三维模型注塑合模途中EAMP

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485.2.7塑料注射机实例保险杠注塑成型EAMP

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495.2.7塑料注射机实例5.2.8塑料注射机-实况EAMP

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50EAMP

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515.2.8塑料注射机-实况EAMP

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525.2.8塑料注射机-实况（1）橡胶成型设备橡胶挤出机的基本结构5.3其他高分子材料成型设备图一、单螺杆挤出机的挤出拉伸制丝过程1、螺杆挤出机2、模头3、冷却水槽4、卷丝辅机胶粒在旋转螺杆推动下前移，从模头中以一定形状挤出。EAMP

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53（1）橡胶成型设备橡胶挤出机的基本技术参数螺杆直径和长径比：挤出机一般以螺杆直径为规格，45-300mm；长径比越大，利于胶粒混合、塑化以及挤出稳定性，但过大能耗大、温度高。螺杆转速：影响生产能力、功耗、温度、挤出压力及轴向力以及制品质量。挤出压力：压力大致密度高，但会使温度过高。挤出温度：胶粒在挤压中温度逐渐升高，机头时最高，称为挤出温度。尽量在低温下提高转速提高生产能力。EAMP

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