《冲压与塑料成型》-项目六

任务一塑料压延机(一)任务描述压延成型是塑料成型加工的主要方法之一，它是将已经基本塑化的热塑性塑料，连续地加进辊筒的辊隙中，经过加热和滚压而加工成薄膜、片材等制品的一种成型方法。它能连续性的生产，生产效率高，并且便于实现自动化。随着压延成型范围的扩大和制品品种的多样化，压延成型设备也得到了进一步发展。图6-1所示为四辊压延机的结构原理示意图。从图中我们引出以下儿个问题：(1)压延成型的工艺过程是如何实现的?下一页返回任务一塑料压延机(2)压延成型机的结构组成有哪些，这些结构在机器当中起到什么作用?(3)在实际应用中，有哪些典型的压延成型设备?上一页下一页返回任务一塑料压延机(二)任务分析

(1)如何实现压延成型的工艺过程需要从压延成型的工作原理进行说明。压延成型的过程实现即是塑料在压延机上所完成的工序，包括物料进入辊隙的可能性、物料在辊隙中的混炼作用以及压延的均厚作用等。(2)为了满足不同制品压延成型的要求，压延成型机的结构组成通常以压延成型机为中心，配以供料系统、前联动装置、后联动装置、供电及电气控制系统和加热冷却系统等部分组成。上一页下一页返回任务一塑料压延机(3)在实际应用中，压延成型机可按辊筒的数目和辊筒的排列形式进行分类。按辊筒数目可分为二、三、四、五辊压延机，甚至多辊压延机；按辊筒排列形式可分为I、F、L、Z、S等。典型的压延机设备包括三辊和四辊压延机。上一页下一页返回任务一塑料压延机（三)知识准备1.压延成型工作原理1)压延操作的必要条件实现压延成型首先应保证物料能够进入辊隙，所谓压延操作的必要条件就是物料进入辊隙的条件。如图6-2所示，当钻流状态的熔料被加到两个具有一定温度以不同的圆周速度相对旋转的辊筒中间时，辊筒表面对熔料分别作用以径向作用力、与切向作用力(又称为辊筒圆周力、，若将它们分别沿x―y

坐标分解，则得到。上一页下一页返回任务一塑料压延机由图6-3可得，分力对熔料沿y轴方向起着压缩作用，通常称为挤压力；分力和则力图将熔料自辊隙中推出，而分力和则力图将熔料拉入辊隙。因此，为了使熔料能够进入辊隙，必须满足：（6–1）就辊筒对熔料的作用力分析，即有：（6–2）（6–3）（6–4）上一页下一页返回任务一塑料压延机式中，f——物料与辊筒表面的摩擦系数，f=tan

（

为摩擦角）

——物料与辊筒表面的接触角，即物料与辊筒的接触点M、N

和辊筒横截面圆心的连线。；O1M、O2N

与两辊中心连线O1O2的夹角。将式（6-4）代入式（6-2），再将式（6-2），（6-3）代入式（6–1）得（6–5）所以

f＞tan

或

tan

＞tan

，即

＞

。由此得出，进行压延操作的必要条件是摩擦角

必须大于接触角

。上一页下一页返回任务一塑料压延机由于压延操作时物料已达到钻流状态，物料与辊筒表面的摩擦角

较大；又因压延操作通常采用连续加料方法，辊筒进料口处存料量较少，物料的接触角。较小。因此，

远大于

，即，因此熔料很容易被卷入辊隙。通常把差值()和()称为辊筒的钳取力。2)剪切力和混炼作用物料在辊隙中除了受到挤压力和钳取力外，还受到剪切力的作用，如图6-4所示。上一页下一页返回任务一塑料压延机因为压延成型时，辊筒彼此之间的转速不同，设Ⅰ号辊筒的表面线速度为v1，Ⅱ号辊筒的表面线速度为

v2，当v1＞

v2时，两辊筒表面的相对速度使物料的运动速度沿y轴方向形成速度梯度。由于速度梯度的存在，料层间产生相对运动，相对运动速度即剪切速度，料层间的相互作用力即剪切力。因而物料在辊隙中受到剪切作用，这种剪切作用在挤压力的作用下，使物料受到更强烈的摩擦作用，达到进一步的塑化。物料在辊隙中，由于辊筒转速不同和挤压力的作用，出现料层之间的错位流动，滞后流动，甚至回流现象，使物料形成不同组分的混合作用。混合与塑化同时作用，称为混炼。上一页下一页返回任务一塑料压延机3)均厚作用均厚作用是指物料压延机压延成型后，实现压延制品厚度均匀化的作用。压延机的均厚作用从两个方向上保证：一个是沿制品的宽度方向，或称沿辊筒的轴线方向；另一个是沿制品的输送方向，或称沿辊筒辊隙处的切线方向。沿制品宽度方向的厚度均匀性是由压延机辊筒及其调节机构的等隙距实现的。料片数次通过等距的辊隙，形成制品在宽度方向厚度的均匀化。沿制品的输送方向，由于辊筒连续转动，料片在不断通过辊隙的过程中，同时实现制品长度方向厚度的均匀化。上一页下一页返回任务一塑料压延机2.压延成型工艺流程根据用途不同，塑料压延成型工艺流程常见的有塑料薄膜压延成型工艺流程、人造革压延成型工艺流程和硬聚氯乙烯板材压延成型工艺流程等。图6-5所示为塑料薄膜压延成型工艺流程示意图。1)供料系统在供料系统中，计量装置2将各种添加剂和树脂进行称量和配给，高速捏合机3把配好的物料进行充分地搅拌，使物料各组分均匀组合，密炼机5将处理均匀后的物料进行进一步混合、炼塑，初步塑化物料，塑化机4完成对塑料的进一步塑化，以及过滤物料中的杂质。上一页下一页返回任务一塑料压延机供料带一般是摆动式的结构，并常设有金属检测器，它能向压延机辊隙均匀地供料，并对供料带上的物料进行检测，以便及时剔除物料中混入的金属异物，防止压延机辊筒的工作表面被刮损。2)后联动装置引离装置是采用引离辊把制品从压延机辊筒上剥离下来，一般引离辊的线速度比压延机最后一个辊筒的线速度快：30%～40%，压花装置是对需要压花的薄膜制品进行滚压冷却定型花纹图案，缓冷装置使经过剥离后的薄膜，在空气中降温冷却，防止薄膜突然冷却而影响质量。上一页下一页返回任务一塑料压延机冷却定型装置9是用一组辊筒对薄膜的两表面进行充分冷却，避免冷却不足造成薄膜发钻发皱。自动测厚装置用来测量制品的厚度，薄膜制品可利用放射性穿透强度的变化，进行制品测厚。运输带l0是让冷却后的薄膜在其上面呈平坦松弛状态，以消除或减少制品的内应力。张力调节装置11用于采用中心卷取时，调节卷取速度和力矩，以保证卷取速度与压延薄膜生产的速度相吻合。切割装置用来切断已卷取好的薄膜，为另一工位的卷取提供方便。卷取装置12完成薄膜的卷取工作，当一卷薄膜卷取结束时，配合切割动作，继续另一工位的卷取工作，实现自动工位转换的连续卷取。上一页下一页返回任务一塑料压延机3)压延机分类压延机按辊筒数目可分为二、三、四、五辊压延机，甚至多于五辊及多辊数异径压延机。辊筒数目增多，压延制品的质量相应提高，压延产量也可相应增大，但结构复杂、庞大，造价也会大幅度增加。目前，我国塑料加工行业中，以三辊和四辊压延机的应用最为普遍。压延机按排列形式可分为I、F、L、Z、S等形式，其中以S和Z型的压延机应用最为广泛，二者的共同特点为辊筒的排列有利于提高制品精度，便于加料，辊筒结构安排紧凑，机器高度较低等。上一页下一页返回任务一塑料压延机(四)任务实施目前，我国塑料加工行业中，以三辊和四辊压延机的应用最为普遍。图6-1和图6-6所示分别为四辊压延机和三辊压延机结构示意图。三辊和四辊压延机的结构组成中均有辊筒、辊筒调整装置、传动系统、辊筒轴承及润滑装置、辊筒加热冷却装置、安全装置、挡料装置和机架，此外四辊压延机还设有挠度补偿装置。(1)辊筒。辊筒2是压延机直接对物料进行施压作用的零件。辊筒与辊筒之间调节一定的辊隙，加在辊隙中的物料在辊筒滚压下，经数个辊隙压延成型。上一页下一页返回任务一塑料压延机(2)辊距调整装置。辊距调整装置8是用以调节辊隙的大小，以满足加工不同厚度制品的要求。(3)传动系统。传动系统3主要为压延机辊筒提供所需的扭矩和转速。辊筒轴承7用来将做旋转运动的辊筒与机架6连接起来。润滑装置4起润滑和冷却辊筒轴承的作用。(4)辊筒加热冷却装置。辊筒加热冷却装置9是通过对辊筒内部进行加热或冷却，使辊筒的温度适合于被加工物料工艺温度的要求。(5)安全装置。安全装置5是为压延机在生产过程中出现意外情况时能自动停车，或需要紧急停车的情况下人工急刹车而设置的。上一页下一页返回任务一塑料压延机(6)挡料装置。挡料装置1有两方面作用：一是调节压延制品的宽度；一是防止物料从辊筒端部挤出。(7)机架。机架6与横梁组成框架机构安装在地基上，用来支撑压延成型时的载荷以及机器自身的重量。四辊压延机还设有挠度补偿装置，其作用是用以减少辊筒整体变形对制品厚度和精度的影响。上一页下一页返回任务一塑料压延机(五)归纳总结为了满足不同制品压延成型的要求，压延成型机的结构组成通常以压延成型机为中心，配以供料系统、前联动装置、后联动装置、供电及电气控制系统和加热冷却系统等部分组成，其相互关系如图6-7所示。上一页下一页返回任务一塑料压延机供料系统的作用是完成物料各组分的自动计量、配料和混合塑炼，为压延机供给基本塑化均匀的物料；加热冷却系统主要对压延机的辊筒进行加热和冷却，使辊筒在满足工艺温度的条件下工作；前联动装置主要用于对加工有衬基的制品的衬基进行压延成型前的干燥和扩幅等处理；后联动装置的主要作用是对压延成型的制品进行引离、压花、冷却定型和切割收集等工作；供电及电气控制系统的作用是为整个压延成型系统提供电能和进行控制。上一页下一页返回任务一塑料压延机(六)拓展提高

1)表征压延机的主要技术参数有辊筒直径、辊筒长度和长径比、辊筒线速度、辊筒调速范围、辊筒速比、生产能力、压延制品的最小厚度和厚度公差及辊筒马伙动功率等。(1)辊筒直径：辊筒与物料接触的工作外圆表面的直径，用D表示。(2)辊筒长度：辊筒压延物料时延辊筒轴线方向允许的长度，也称为辊筒的有效长度，用五表示。(3)辊筒线速度：辊筒工作表面上任一点的线速度，用V表示。上一页下一页返回任务一塑料压延机(4)调速范围：辊筒的无级变速范围，一般用辊筒线速度范围表示。(5)辊筒速比：两辊筒线速度的比值。(6)动功率：表征压延机经济技术水平的重要参数，一般采用实测和类比的方法确定。辊筒直径D和辊筒长度L是表征压延机规格的重要参数，辊筒线速度是表征压延机生产能力的重要参数，调速范围主要是为满足压延机低速启动与较高生产速度之间调节转换的要求，同时为适应加工不同种类物料及不同厚度制品的需要，辊筒速比主要为实现对物料的进一步剪切混炼作用。上一页下一页返回任务一塑料压延机2)国产压延机辊筒线速度及调速范围如表6-1所示。3)部分国产塑料四辊压延机基本参数如表6-2所示。上一页返回任务二压铸机(一)任务描述压力铸造简称压铸，是采用压铸机使液态或半液态合金在高压和高速下充填铸型型腔(铸型又称压型，压铸模即模具)，并在高压下成型和结晶的一种铸造方法。高压和高速是压铸与其他铸造方法不同的重要特点。随着压铸生产的不断发展，压铸机的类型也越来越多，图6-8所示为J1113A型压铸机结构示意图。从图中我们引出以下两个问题：(1)压铸机的成型原理是什么?(2)在实际应用中，有哪些典型的压铸机?下一页返回任务二压铸机(二)任务分析(1)压铸机的成型原理与自身的结构类型有关，包括热室压铸机、立式冷室压铸机、卧式冷室压铸机等。(2)在实际应用中，典型的压铸机有卧式冷室压铸机，其机型包括J113，J116，J1113A等；立式冷室压铸机，其机型包括J1512，J1513；热室压铸机，其机型为.J2213A。上一页下一页返回任务二压铸机(三)知识准备压铸机的成型原理与自身的结构类型有关，包括热室压铸机、立式冷室压铸机、卧式冷室压铸机等。1)热室压铸机这种压铸机压射部分同金属液的熔化(或保温)部分连在一起，并浸在金属液中。如图6-9所示，装有金属液的坩埚5内放置一个形似浇壶的压室4，金属液从压室壁的通道a进入压室内腔和鹅颈嘴b与压型浇口相通，鹅颈嘴b的高度应比坩埚5内金属液最高液面略高，使金属液不致自行流入型腔。压射头3与压室4相配合，可上下运动。压射前，压射头处在通道

a的上方。上一页下一页返回任务二压铸机压射时，压射头向下运动，运行至封住通道

a时，压射室、鹅颈通道直至型腔构成封闭的系统。压射头3与压室4相配合，可上下运动。压射前，压射头处在通道

a的上方。压射时，压射头向下运动，运行至封住通道a时，压射室、鹅颈通道直至型腔构成封闭的系统。压射头以一定的推力与速度将金属液压入型腔，充填成型。充填完毕，保压适当时间后压射头提升复位。鹅颈通道内未经凝固的金属液流回压室，坩埚里的金属液又向压室补充，直至鹅颈通道内的金属液面又恢复到和坩埚内液面呈水平，待下一循环再行压射。上一页下一页返回任务二压铸机每压射完成，待铸件凝固后，动模1移开(定模2不动)称为开模，并取出铸件，而后动模1移动与定模闭合，称为合模，合模后才能压射。这些动作均由专门机构按工艺程序互相配合进行。2)立式冷室压铸机图6-10所示为立式冷室压铸机的工作原理图。水平安置左右相对运动的动模1与定模2，周期性地完成合模和开模动作。压射头3与压室4上下相对运动，呈直立布置。压室与金属熔炼炉(或保温炉)不是连接成整体，而是分开单独设置。上一页下一页返回任务二压铸机压铸时，在合模工序完成后，从熔炼炉或金属液保温炉中，提取金属液倒入压室内，为保证压室中的金属液当压射头未下降进行压射之前不会自动流入模腔，必须使反料活塞冲头5处在堵住浇口通道b的位置上。为此，可采用弹簧或分配阀控制反料活塞的高度(图6-10(a)所示位置)。当压射头下降接触金属液时，反料活塞冲头随压射冲头往下移动，让出浇口通道后，受到限位不再下降。金属液在继续往下移动的压射冲头推压下，被压入模腔成型(图6-10(b)所示位置)。待铸件凝固后，压射头上升复位，反料活塞冲头在专门机构的推动下往上移动，并在反料活塞冲头上升过程中，先将余料。从直浇道入口处切断，继之将其顶出压室，在切断余料后，即可进行开模与取件(图6-10(c)所示位置)。上一页下一页返回任务二压铸机3)卧式冷室压铸机卧式冷室压铸机的基本结构与成型过程如图6-11所示。这种压铸机的压室3与合金熔炼炉或金属液保温炉分开设置，压室的中心线垂直于压铸模的分模面，相对运动的压射冲头4与压室3呈水平布置。工作时，将金属液、注入压室中(见图6-11(a))；而后压射冲头向前推进，将金属液经压铸模的内浇口

a压入已合模的模腔

b中，施压成型(见图6-11(b))待铸件凝固后，打开动模1，此时带着余料。的铸件d被继续推动着的压射冲头从定模2中推出(见图6-11(c))，继而取件，至此完成一个操作循环。上一页下一页返回任务二压铸机(四)任务实施

1)合模机构图6-12为J1113A型压铸机采用的全液压合模机构，整个机构由合模缸组、活塞组、动模板5、充液箱2，填充阀3和增压器7等组成。V3为开模腔，V3为内合模腔，V2为外合模腔，活塞组中的差动活塞1和外活塞及动模板相连接。全液压合模机构以液压为工作介质，且应用组合缸结构，所以工作平稳、推力大、效率高，可以获得比动力源大好儿倍的输出力。上一页下一页返回任务二压铸机对于不同厚度的压铸模，安装时不须调整合模缸座的位置便可使用，省去了合模缸座位置调节机构，生产中压铸模的受热膨胀也能自动补偿而不影响合模力的大小。2)压射机构J1113A型压铸机的压射机构采用的是三级压射机构，如图6-13所示。它由带缓冲器的普通液压缸和增压器组成，联合实现分级压射，具有两种速度和一次增压压射的机构。压室1和压射缸固定在压射支架16上，支架底部装有升降器17，以便调节压射机构位置，使之与模具浇口套对准。压射结束后，只要压射缸前腔进入压力油，同时增压器的油孔14回油即实现压射冲头回程。上一页下一页返回任务二压铸机回程后期由于缓冲杆重新插入分油器中，回程速度降低起到缓冲作用。这种压射机构其压射速度和压射力均可按工艺要求进行调节。3)机座压铸机的合模机构、压射机构、液压和电气系统等，一般均安装在机座上，合模及压射力均很大，要求机座均具有足够大的刚性和强度，它影响到设备工作的可靠性与使用寿命，也关系到压铸机的质量。机座一般采用焊接的箱体结构。为便于用户安装和保证压射机构的同心度，卧式压铸机多采用合模机构和压射机构共用的机座。

上一页下一页返回任务二压铸机4)动力部分与辅助装置压铸机的动力部分主要有液压泵和蓄能器。液压泵是液压传动系统的动力源，它向压铸机液压系统提供一定压力和流量的压力油，压铸机采用的液压泵有柱塞泵和叶片泵等。叶片泵应用最为普遍。蓄能器是一种液压能的储存装置，压铸机液压系统中，根据需要设置1~2个蓄能器。压铸机的辅助装置是根据需要在压铸机上增设的某些专门机构，如部分卧式冷压室压铸机的金属液保温炉及自动舀料机构，以提高自动化程度；还要便于模具倒向抽芯而增设液压抽芯装置，为方便装模而设置合模部分拉杆与定模板自动分离操纵机构等。上一页下一页返回任务二压铸机5)液压系统压铸机为完成压铸工艺过程，通常采用电气操纵液压驭动形式。它是电气元件和液压元件联合在压铸机上的具体应用。上一页下一页返回任务二压铸机(五)归纳总结

(1)综上所述，压铸机在结构组成与结构形式上大同小异，一般包括合模机构、压射机构、机座、动力部分、辅助装置、液压与电气控制系统，此外，必须配备有与压铸机连成整体的或单独设置的金属熔炼炉或金属液保温炉。(2)压铸机在压铸过程中的优缺点主要体现在以下儿点：①热室压铸机。热室压铸机容易实现生产过程自动化，且生产效率高，金属消耗量小。但压室长时间浸在高温的金属液中易被侵蚀，既影响压射构件的使用寿命，又易增加合金中的杂质成分，导致压铸合金成分不纯。上一页下一页返回任务二压铸机此外，该机型的压射比压也较小，多用于铅、锡、锌等低熔点合金铸件的生产，很少用于生产熔点比锌合金高的如铝、镁等合金铸件。压铸高熔点合金的主要困难在于压射机构元件材料的选择与制造，要求这些元件应具有足够的高温强度、尺寸稳定性及抗金属液腐蚀的性能。②立式冷室压铸机。与热室压铸机相比，立式冷室压铸机占地面积较小。金属液渣在直立的压室中