注塑工艺,挤出工艺设计

1、O湖Q科版专业方向课程设计题 目：注塑工艺，挤出工艺设计学院：化学化工学院专业:高分子材料与工程班级:1002学号：9学生姓名：肖文建导师姓名：黄先威 刘拥君 刘艳丽完成日期:2013年5月18日课程设计任务书学院：化学化工学院专业：高分子材料与工程班级：1002： 肖文建 同组人员姓名：一.课程设计题目:注塑工艺设计，挤出工艺设计二.课程设计内容及设计要求：1 .查阅文献资料，了解注塑机、挤出机的结构及操作规程，了解注塑、挤出工艺 的原理及参数，设计实验方案；2,采用聚乙烯、聚丙烯等主要原料，采用注塑机注塑成型制备测试样品，改变注 塑的参数优化注塑工艺条件，作好实验的详细真实记录并及时小结分

2、析；3,采用聚乙烯、聚丙烯等主要原料，采用挤出机挤出线（棒）材样品，合作完成 线（棒）材的挤出、成线（棒卜牵引、切粒等操作，改变参数优化挤出工艺条件， 作好实验的详细真实记录并及时小结分析；4.归纳、分析总结实验研究数据，撰写课程设计报告。三.课程设计时间安排：5月13日至5月17日第1天查阅文献，设计工艺参数;第2天注塑工艺；第34天挤出工艺；第5天撰写设计报告。四.主要参考资料:指导教师：黄先威刘黄君刘艳丽教研室主任：黄先威教学副院长：陈建芳2013年5月10日目录第 一 部 分前 言11,1前言1第 二 部 分成 型 工 艺内容22.1 注射机22.1.1 注射机的类型22.1.2 注射

3、机的结构和功能52.1.3 注射机工作原理及操作过程72.1.4 挤出机822.1挤出机的结构与功能82.2.2注射机操作过程10第三部分 工艺过程与结果分析113.1 PP注射成型工艺113.1.1 PP注射成型参数设定113.1.2 结果分析113.2 PP管材挤出成型工艺173.2.1 挤出成型参数173.2.4 结果分析18第 四 部 分总 结 与 讨 论18第 五 部 分参 考 文 献19第一部分前言1.1前言加工工艺设计实践性教学对我们工科学生来说是一堂非常有意义的课，通过实践来 促进我们理论知识的掌握，同时学生自己去操作机器还加强了我们的动手能力，观察力, 提高同学们的共同解决问

4、题的思维能力，在学校的实验我们可以初步了解加工成型的工 艺方法，对工艺参数的调整有了更为实际的了解。为我们走出社会积累经验。实验的成 功还增加了同学们的兴趣以及学生在操作中的求知欲望，利于同学们对自己专业有更深 的了解。本次的实验操作是利用注塑机对聚丙烯和挤出成型机对聚乙烯进行机加工成型并 改变参数来获得更为理想的成品，过程包括用挤出机生产聚乙烯细条然后再回收切粒； 用注射成型机对聚丙烯进行注塑生产测试样品。学会在操作中怎样优化挤出工艺条件， 并在设计过程中掌握设备问题的解决能力，选定最理想的方案和合理的设计工艺条件是 我们的主要内容。塑料的注射成型乂称注射模塑，是高分子材料成型加工中一种重要

5、的方法。它的特 点是成型周期短，生产效率高，能一次成型外形复杂、尺寸精良的制品，成型适应性强, 制品种类繁多，而且容易实现生产自动化，因此应用十分广泛。随着石油工业的发展， 塑料的成型技术有了很大的发展，尤其的在塑料作为工程材料的出现注塑制品的用途一 扩大到国民经济的各个领域目前注塑制品约占塑料制品的30%,而工程塑料制品已经有 80%采用注射成型。挤出成型适用于所用的热塑性高分子材料，也可用于部分热固性材 料。塑塑料挤出制品中包括：棺管材、板材、棒材、片材、薄膜、单丝、线缆包覆层等。 目前约50%的热塑性塑料制品是挤出成型的。虽然挤出成型新的加工方法和理论快速发 展的时期己经过去，现在处于一

6、个较过去水平高得多而在发展上趋于平缓的时期，但在 对这些技术的运用中仍可以不断创新，开发新产品，制造新材料，形成新技术。目前， 注塑成型和挤出成型仍有较大的发展前景。I第二部分成型工艺内容2.1 注射机注射机（乂名注塑机）是将热塑性塑料或热固性料利用塑料成型模具制成各种 形状的塑料制品的主要成型设备。注射成型是通过注塑机和模具来实现的。2.1.1 注射机的类型注塑机的类型有:立式、卧式、角式等，但是无论那种注塑机，其基本功能有两个:（1）加热塑料，使其达到熔化状态；（2）对熔融塑料施加高压，使其射出而充满模具型腔。将核杆米刑训公有件赛式注明.棚轩状壮的初知桃行忧注射和笙.6789 IO II

7、12131415 16卧式螺杆式注射机结构示意图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、料筒10、喷嘴11、定模固定板12、模具13、拉杆14、动模固定板15、合模机构16、合模液压缸17、螺杆传动齿轮18、螺杆花键19、油箱卧式注射机夕卜观图EE I - W 卧式注对机立体外理图一原料型化注射部分工一合模,制品现切加分?一池压传动工作鄂分4-电加热控制部分5T*作梓制木9alibaba.c2.1.2 注射机的结构和功能注塑机通常由注射系统、合模系统、液压传达动系统、电气控制系统、润滑系统、 加热及冷却系统、安全监测系统等组成。其结构如

8、下图所示（1）注塑系统注射系统的作用：注射系统是注塑机最主要的组成部分之一，一般有柱塞式、螺杆 式、螺杆预塑柱塞注射式3种主要形式。目前应用最广泛的是螺杆式。其作用是，在注 塑料机的一个循环中，能在规定的时间内将一定数量的塑料加热塑化后，在一定的压力 和速度下，通过螺杆将熔融塑料注入模具型腔中。注射结束后，对注射到模腔中的熔料 保持定型。注射系统的组成：注射系统由塑化装置和动力传递装置组成。螺杆式注塑机塑化装置主要由加料装置、料筒、螺杆、射咀部分组成。动力传递装 置包括注射油缸、注射座移动油缸以及螺杆驱动装置（熔胶马达）。JI止反流阀（2）合模系统合模系统的作用：合模系统的作用是保证模具闭合、

9、开启及顶出制品。同时，在模 具闭合后，供给予模具足够的锁模力，以抵抗熔融塑料进入模腔产生的模腔压力，防止 模具开缝，造成制品的不良现状。合模系统的组成：合模系统主要由合模装置、调模机构、顶出机构、前后固定模板、 移动模板、合模油缸和安全保护机构组成。合模装置(时节方式)模具直角接套脱模机构拉杆(3)液压系统液压传动系统的作用是实现注塑机按工艺过程所要求的各种动作提供动力，并满足 注塑机各部分所需压力、速度、温度等的要求。它主要由各自种液压元件和液压辅助元 件所组成，其中油泵和电机是注塑机的动力来源。各种阀控制油液压力和流量，从而满 足注射成型工艺各项要求。(4)电气控制系统电气控制系统与液压系

10、统合理配合，可实现注射机的工艺过程要求(压力、温度、 速度、时间)和各种程序动作。主要由电器、电子元件、仪表、加热器、传感器等组成。 一般有四种控制方式，手动、半自动、全自动、调整。(5)加热/冷却系统加热系统是用来加热料筒及注射喷嘴的，注塑机料筒一般采用电热圈作为加热装 置，安装在料筒的外部，并用热电偶分段检测。热量通过筒壁导热为物料塑化提供热源; 冷却系统主要是用来冷却油温，油温过高会引起多种故障出现所以油温必须加以控制。 另一处需要冷却的位置在料管下料口附近，防止原料在下料口熔化，导致原料不能正常 下料。(6)润滑系统润滑系统是注塑机的动模板、调模装置、连杆机钱等处有相对运动的部位提供润

11、滑 条件的回路，以便减少能耗和提高零件寿命，润滑可以是定期的手动润滑，也可以是自 动电动润滑；（7）安全保护与监测系统注塑机的安全装置主要是用来保护人、机安全的装置。主要由安全门、液压阀、限 位开关、光电检测元件等组成，实现电气-机械-液压的联锁保护。监测系统主要对注塑机的油温、料温、系统超载，以及工艺和设备故障进行监测， 发现异常情况进行指示或报警。2.1.3 注射机工作原理及操作过程注塑机的工作原理：与打针用的注射器相似，它是借助螺杆（或柱塞）的推力，将 已塑化好的熔融状态（即粘流态）的塑料注射入闭合好的模腔内，经固化定型后取得制 品的工艺过程。注塑成型是一个循环的过程，每一周期主要包括：

12、定量加料一熔融塑化一施压注射一 充模冷却一启模取件。取出塑件后乂再闭模，进行下一个循环。注射模具安装在注射机 的动模板和定模板上，由锁模装置合模并锁紧，塑料在料筒内加热呈熔融状态，山注射 装置将塑料熔体注入型腔内，塑料制品固化冷却后山锁模装置开模，并由推出装置将制 品推出。注塑机操作项目包括控制键盘操作、电器控制系统操作和液压系统操作三个方 面。分别进行注射过程动作、加料动作、注射压力、注射速度、顶出型式的选择，料筒 各段温度的监控，注射压力和背压压力的调节等。止反流阀一般螺杆式注塑机的成型工艺过程是：首先将粒状或粉状塑料加入机筒内，并通过 螺杆的旋转和机筒外壁加热使塑料成为熔融状态，然后机器

13、进行合模和注射座前移，接 着向注射缸通人压力油，使螺杆向前推进，从而以很高的压力和较快的速度将熔料注入 温度较低的闭合模具内，经过一定时间和压力保持（乂称保压）、冷却，使其固化成型, 便可开模取出制品。注塑成型的基本要求是塑化、注射和成型。塑化是实现和保证成型制品质量的前提, 而为满足成型的要求，注射必须保证有足够的压力和速度。同时.，由于注射压力很高， 相应地在模腔中产生很高的压力，因此必须有足够大的合模力。由此可见，注射装置和 合模装置是注塑机的关键部件。2.2 挤出机2.2.1 挤出机的结构与功能塑料挤出机的主机是挤塑机，它由挤压系统、传动系统和加热冷却系统组成。1 ,挤压系统 挤压系统

14、包括螺杆、机筒、料斗、机头、和模具，塑料通过挤压系统而塑 化成均匀的熔体，并在这一过程中所建立压力下，被螺杆连续的挤出机头。(1)螺杆：是挤塑机的最主要部件，它直接关系到挤塑机的应用范围和生产率，由 高强度耐腐蚀的合金钢制成。(2)机筒：是一金属圆筒，一般用耐热、耐压强度较高、坚固耐磨、耐腐蚀的合金 钢或内衬合金钢的复合钢管制成。机筒与螺杆配合，实现对塑料的粉碎、软化、熔融、 塑化、排气和压实，并向成型系统连续均匀输送胶料。一般机筒的长度为其直径的15 30倍，以使塑料得到充分加热和充分塑化为原则。(3)料斗：料斗底部装有截断装置，以便调整和切断料流，料斗的侧面装有视孔和 标定计量装置。(4)

15、机头和模具：机头由合金钢内套和碳素钢外套构成，机头内装有成型模具。机 头的作用是将旋转运动的塑料熔体转变为平行直线运动，均匀平稳的导入模套中，并赋 予塑料以必要的成型压力。塑料在机筒内塑化压实，经多孔滤板沿一定的流道通过机头 脖颈流入机头成型模具，模芯模套适当配合，形成截面不断减小的环形空隙，使塑料熔 体在芯线的周围形成连续密实的管状包覆层。为保证机头内塑料流道合理，消除积存塑 料的死角，往往安置有分流套筒，为消除塑料挤出时压力波动，也有设置均压环的。机 头上还装有模具校正和调整的装置，便于调整和校正模芯和模套的同心度。挤塑机按照机头料流方向和螺杆中心线的夹角，将机头分成斜角机头(夹角120。

16、) 和直角机头。机头的外壳是用螺栓固定在机身上，机头内的模具有模芯坐，并用螺帽固 定在机头进线端口，模芯座的前面装有模芯，模芯及模芯座的中心有孔，用于通过芯线; 在机头前部装有均压环，用于均衡压力;挤包成型部分由模套座和模套组成，模套的位 置可111螺栓通过支撑来调节，以调整模套对模芯的相对位置，便于调节挤包层厚度的均 匀性。机头外部装有加热装置和测温装置。2 .传动系统传动系统的作用是驱动螺杆，供给螺杆在挤出过程中所需要的力矩和转速, 通常由电动机、减速器和轴承等组成。3 .加热冷却装置 加热与冷却是塑料挤出过程能够进行的必要条件。(1)现在挤塑机通常用的是电加热，分为电阻加热和感应加热，加

17、热片装于机身、 机脖、机头各部分。加热装置由外部加热筒内的塑料，使之升温，以达到工艺操作所需 要的温度。(2)冷却装置是为了保证塑料处于工艺要求的温度范围而设置的。具体说是为了排 除螺杆旋转的剪切摩擦产生的多余热量，以避免温度过高使塑料分解、焦烧或定型困难。 机筒冷却分为水冷与风冷两种，一般中小型挤塑机采用 风冷比较合适，大型则多采用 水冷或两种形式结合冷却;螺杆冷却主要采用中心水冷，目的是增加物料固体输送率， 稳定出胶量，同时提高产品质量;但在料斗处的冷却，一是为了加强对固体物料的输送 作用，防止因升温使塑料粒发粘堵塞料口，二是保证传动部分正常工作。2.2.2注射机操作过程（一）开机前准备：

18、1 .装好模具，发热板。2 .原料分离器上分离筒要清理干净。3 .齿轮箱，加料口分别通入冷却水，并检查管路是否畅通有无泄露。（二）开机步骤：1 ,接通发热板开关。2 .设定各段温度，当各加热区温度达到所需数值时，保温30分钟。3 .把料斗推进下料口处加料，然后启动主电机，使双螺杆在低速位置旋转。4 .当模口出料后，启动真空泵进行排气。5 .根据挤出产品的情况，适当调整、转速及各段的加热温度，直到获得最佳产品质 量为止。（三）挤出机在转动过程需注意事项。1 .保证料斗的原料充足不能断料，并经常检查下料是否正常。2 .如供电中断，恢复供电后，必须重新加热到设定温度，并适当保温后才能启动。3 .注意

19、冷却水泵系统供应是否正常，并定时记录各加热段温度。（四）.停机步骤：1 ,停止供料。2 .停真空泵冷却水。3 .停真空泵。4 .把机头残余塑料清理干净。5 .停主电机。6 .关电源。第三部分工艺过程与结果分析3.1 PP注射成型工艺1成型前准备包括（1）原料的处理、2料筒的清理3嵌件的预热4脱模剂的选用2注射成型过程：加料塑化、注射冲模、保压、冷却、脱模3制品后处理：注射成型的制品，常常要进行适当的厚处理，以提高其使用性能。包括1热处 理2调湿处理3整修3.1.1 PP注射成型参数设定1）料筒温度。在需要注射压力和注射速度较小时，可选择较低的料筒温度。 一般料筒温度控制在210-280C,喷嘴

20、温度比料筒温度低10-30C。当成型薄壁、复杂塑件 时，料筒温度取高者;当塑件较厚时，料筒温度取低者。2）模具温度。旺的结晶能力较强，提高模温有助于增加结晶度，也有利于大分子弛, 减少分子的取向作用，从而降低塑件的内应力，减少缺料、气泡等缺陷，生产中常把模 温调整到2060C。3）注射压力。在注塑成型时，提高注射压力有利于增大熔料的流动性。柱塞式注塑 机的注射压力比螺杆式要高。一般控制在70100MPa,具体数值以试模来决定，以塑件 不缺料、溢料以及不产生凹痕和气泡为准。#3.1.2 结果分析图中1号制品参数设定如下:（1）锁模设定慢快低同压力(bar)205040100流量（%）255040

21、100位置（mm）1808035（2）开模设定慢快中低压力（bar）80453045流量（%）15282321位置（mm）30100120200（3）射胶设定一段二段三段四段压力(bar)65605050流量（%）40353535位置（mm）2.52.50.00.0（4）保压设定一级二级三级压力(bar)525040流量（%）454935时间（mm）3.00.00.0（5）温度设定射咀一段二段三段四段五段实际（）207206188200设定（）210210180190上限（）+30+30+30+30下限（C）-30-30-30-30对于号1制品，由图可知，制品不完整。一号制品是在加工中制品后没

22、有改变工艺参 数的情况下进行加工的，与厚制品相比，薄制品要求塑料熔体的流动性高，所以，制品 不完整可能是由温度过低，压力过低造成的。2号制品是在提高温度与压力的情况下加 工成型得到的。图中2号制品参数设定如下:（1）锁模设定慢快低amA- 冏压力(bar)205040100流量（%）255040100位置（mm）1808035（2）开模设定慢快中低压力(bar)80453045流量（%）15282321位置（mm）30100120200（3）射胶设定一段二段三段四段压力(bar)85807070流量（%）40353535位置（mm）2.52.50.00.0（4）保压设定一级二级三级压力(bar

23、)525040流量（%）454935时间（mm）3.00.00.0（5）温度设定射咀一段二段三段四段五段实际（）234226198204设定（）230230200200上限（C）+30+30+30+30下限（C）-30-3030-30对于2号制品，虽然与1号制品相比完整程度有所提高，但是还是不完整，而且缺 的比例较大，说明塑料熔体流动性还是没有达到要求，于是继续提高加工温度和压力， 值得3号制品。图中3号制品参数设定如下:（1）锁模设定慢快低amA- 冏压力(bar)205040100流量（%）255040100位置（mm）1808035（2）开模设定慢快中低压力(bar)80453045流量

24、（%）15282321位置（mm）30100120200（3）射胶设定一段.毁:段四段压力(bar)1051009090流量（%）40353535位置（mm）2.52.50.00.0（4）保压设定一级二级三级压力(bar)525040流量（%）454935时间（mm）3.00.00.0（5）温度设定射咀一段二段三段四段五段实际（）256246196234设定（C）250250220220上限（C）+30+30+30+30下限（）-30-30-30-303号制品与2号制品相比，虽然有了明显的改进，但是还是没有完整。鉴于温度已 经很高了，再提高温度可能导致聚合物分解。所以，用提高压强和流量来提高熔

25、体流动 性，在此条件下制得4号制品。图中4号制品参数设定如下:（1）锁模设定慢快低|Sj压力(bar)205040100流量（%）255040100位置（mm）1808035（2）开模设定慢快中低压力(bar)80453045流量（%）15282321位置（mm）30100120200（3）射胶设定一段.段一段四段压力(bar)130125115115流量（%）70656565位置（mm）2.52.50.00.0（4）保压设定一级二级三级压力(bar)525040流量（%）465052时间（mm）3.00.00.0（5）温度设定射咀一段二段三段四段五段实际（）256246196234设定（C）

26、250250220220上限（C）+30+30+30+30下限（）-30-30-30-30由图知道4号制品形状已完整，但是出现了溢料飞边，其产生的原因一般有：模压 力不够、射出压力过大、射出压力保持时间过长。经分析，可能是注射压力过大，于是 我们把注射压力适当降低，制得图中5号制品。图中5号制品参数设定如下: 射胶设定一段二段三段四段压力(bar)120115105105流量（%）70656565位置（mm）2.52.50.00.0其它加工参数与4号制品设定相同，由图可以看到5号制品的溢料飞边比起4号已 经明显好多了，但还是有一点，于是再降低压力制得6号制品。图中6号制品参数设定如下: 射胶设

27、定.段:段四段k压力(bar)115110100100流量(%)70656565位置(mm)2.52.50.00.0其它参数设定于5号制品的相同，图中6号制品已基本上满足设计要求。通过比较，前三次的成型由于溶胶温度低，射胶压力小，导致了产品不完整，而第三第四次由于射 胶压力大，导致了产生飞边厚经过不断修改得到符合要求的塑胶制品。由数据可知，机器参数中的 温度设定射胶设定值和保压设定值对制品的影响较大，在转换成型模具之后，溶胺的流动性和射胶 压力的不足对成型产生了较大影响，3.2 PP管材挤出成型工艺3.2.1 挤出成型参数(1)温度，温度是保证挤出过程得以顺利进行的重要条件之一。塑料从加入料斗

28、 到最后成型需要经历一个非常复杂的温度变化过程，严格的讲，挤出成型温度应指塑料 熔体的温度，但该温度却在很大程度上取决于料筒和螺杆的温度。这是因为塑料熔体的 热量除一部分来于料筒中混合时产生的摩擦热以外，大部分是料筒外部的加热器所提供 的。因此，在实际生产中为了方便起见，经常用料筒温度近似表示成型温度。(2)压力，在挤出过程中，由于熔体的黏滞、螺杆曹深度的变化，以及过滤板和口 模澄产生的阻碍，使得沿料筒轴线方向，熔体内部建立起一定的压力。这种压力的建立 使物料均匀密实，这时得到合格塑件重要条件之一。与温度不一样，压力随时间的变化 也会产生周期性波动。这种波动同样对塑件有不利的影响，产生局部疏松

29、、表面不平、 弯曲等缺陷。产生压力波动的原因有螺杆与料筒的设计不合理，螺杆转速的变化，加热 冷却系统不稳定等。塑料机械为减小压力波动，应合理控制螺杆转速，保证加热和冷却 获得较高的温度精度。（3）挤出速度。挤出速度是指单位时间内由挤出机机头和口模中挤出塑化好的物料 量或塑件长度，它表正着挤出机的生产能力的高低。影响挤出速度的因素很多：如机头、 螺杆和料筒的结构、螺杆的转速、加热冷却系统和塑料的性能等。在挤出机的结构和塑 料品种及制品类型已确定的情况下，挤出速度仅于螺杆转速有关，因此，调整螺杆转速 是控制挤出速度的主要措施。挤出速度在生产过程中也存在波动，这对产品形状和尺寸 精度有显著的不良的影

30、响。为了保证挤出速度均匀，应选用一制品响应的螺杆，严格控 制螺杆转速，严格控制温度，可防止因温度变化而引起的挤出压力和熔体速度变化，从 而导致挤出速度的变化。（4）牵引速度。挤出成型主要生产长度连续的制品，因此必须设置牵引装置。从机 头和口模中挤出的塑料制品，在牵引力作用下将会发生拉伸取向。拉伸取向程度越高， 制品沿取向方向的拉伸强度也越大，但冷却后长度收缩也大。通常情况下，牵引速度应 于挤出速度相匹配。牵引速度与挤出速度的比值称牵引比，其值鼻息等于或大于1。3.2.2 结果与分析我们此次所得到的产品存在儿点缺陷，1线材大小不均。产生原因：1牵引过程中会由于机器故障而导致的暂时停顿而使牵引力不均，使之出现大小不一样，2由于同学们用手拿线材观看而导致的速度不均而产生大小不一。2线材中出现气泡产生原因可能：（1）原料预热不充分，使得原料中的挥发性小分子没有除尽，而加工 的温度是很高的，所以在加工中小分子物质变为气体，从而导致气体的形成。（2）加料量于口模以及下游牵伸设备不匹配，造成口模前压力不稳定，导致出现气 泡，可以通过调整工艺的方法解决。（3）塑料塑化不均匀，造成塑料在冷却定型时各部分的收缩率不同，从而导致气泡的产生。第四部分总结与讨论本次工艺设计采用了挤出和注射操作流程，以挤出机和注射做为加