高分子材料成型加工工艺设计.docx

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高分子材料成型加工工艺设计

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:

201006190232

学生姓名：

王鑫

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：

1001/1002

姓名：

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）、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3-4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：

黄先威刘拥君刘艳丽

教研室主任：

黄先威

教学副院长：

陈建芳

2013年5月10日

目录

1前言1

2成型工艺内容1

2.1成型机械结构及操作简介1

2.1.1挤出机2

2.1.1.1挤出机的结构和功能2

2.1.1.2操作规程4

2.1.1.3机械原理5

2.1.2注射机5

2.1.2.1注射机的类型5

2.1.2.2注射机的结构和功能6

2.1.2.3工作原理8

3工艺过程8

3.1PP线材的挤出工艺8

3.1.1挤出工艺流程8

3.1.2工艺参数设定8

3.1.3挤出管材的定径和冷却10

3.1.4管材牵引和切割10

3.1.5产品分析11

3.2PP注射成型工艺11

3.2.1工艺参数的设定11

3.2.2产品分析12

4总结与讨论13

5参考文献15

1前言

高分子材料成型加工学科是对高分子材料专业学生进行综合训练的课程。

高分子材料成型加工是获取高分子材料制品、体现材料特性和开发新材料的重要手段。

高分子材料加工工艺设计是在高分子材料成型加工理论的基础上，结合高分子材料物理，化学，聚合物反应工程等学科知识，在规定的时间内，独立思考完成指定的加工设计任务。

加工工艺设计是理论联系实际的桥梁，通过它我们可以体察实际问题的复杂性，了解实际生产的各种细节，把握实际工艺条件的控制，培养我们分析和解决工程实际问题的能力。

同时，通过加工工艺设计，还可以培养我们分析，思考问题的能力，严谨的工作作风。

本次加工工艺设计任务的主要内容主要有两条：

第一，采用聚乙烯、聚丙烯等为主要原料，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，得到成型制品。

第二，采用聚乙烯、聚丙烯等主要原料，采用挤出机挤出线材或管材样品，合作完成管材挤出的定径、成管、牵引或线材的成线、切粒等操作，改变参数优化挤出工艺条件，获取理想的成型制品。

并在生产过程中，学会分析工艺问题，优化解决生产工艺，选定最适合的工艺条件和最理想的生产方案。

注射成型技术是目前塑料加工中最普遍的采用的方法之一，可用来生产空间几何形状非常复杂的塑料制件。

由于它具有应用面广、成型周期短、花色品种多、制件尺寸稳定、产品效率高、模具服役条件好、塑料尺寸精密度高、生产操作容易、实现机械化和自动化等诸方面的优点。

因此，在整个塑料制件生产行业中，注射成型占有非常重要的地位。

目前，除了少数几种塑料品种外，几乎所有的塑料（即全部热塑性塑料和部分热固性塑料）都可以采用注塑成型。

挤出成型是聚合物加工中出现较早的一门技术,在塑料加工中占有重要的地位。

经地100多年的发展，挤出成型制品已占塑料制品总量的1/3以上。

在广泛的生产实践中，挤出成型的理论和技术得到不断的深化和拓展；可加工的聚合物种类、制品结构和制品形式越来越多；挤出工艺得到不断的发展；挤出成型的设备得以不断改进和创新，设备越来越大型化、高效率化、精密化、智能化及专用化。

现今，注射和挤出成型仍有大力的发展前景，还需要我辈不断创新发展。

2成型工艺内容

2.1成型机械结构及操作简介

本次加工工艺设计是在学校实验基地，模拟工厂环境，根据塑料加工成型的机械原理，机械机构及操作规程，在指导老师的带领下，探讨寻求最适合的加工工艺参数，优化工艺条件，生产出理想的产品。

主要涉及到的是注塑机和挤出机的结构与操作。

2.1.1挤出机

挤出机由加料系统、挤压系统、传动机构、加热冷却系统和控制系统等主要部分组成的用于橡胶、塑料连续混合、挤出成型的装置。

包括单螺杆和双螺杆挤出机等。

本次加工工艺使用机器为单螺杆挤出机（下面简称挤出机）。

2.1.1.1挤出机的结构和功能

挤出机是由传动系统、挤出系统、加热和冷却系统、控制系统等几部分组成，此外，每台挤出机都有一些辅助设备。

其中挤出系统是挤出成型的关键部分，对挤出成型的质量和产量起重要作用。

挤出系统主要包括加料装置、料筒、螺杆、机头和口模等几个部分组成，如下图所示。

1挤压系统

挤压系统包括螺杆、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。

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。

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。

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。

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。

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，模套的位置可由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。

而在结构基本相同的前提下，减速机的制造成本大致与其外形尺寸及重量成正比。

因为减速机的外形和重量大，意味着制造时消耗的材料多，另所使用的轴承也比较大，使制造成本增加。

同样螺杆直径的挤出机，高速高效的挤出机比常规的挤出机所消耗的能量多，电机功率加大一倍，减速机的机座号相应加大是必须的。

但高的螺杆速度，意味着低的减速比。

同样大小的减速机，低减速比的与大减速比的相比，齿轮模数增大，减速机承受负荷的能力也增大。

因此减速机的体积重量的增大，不是与电机功率的增大成线性比例的。

如果用挤出量作分母，除以减速机重量，高速高效的挤出机得数小，普通挤出机得数大。

以单位产量计，高速高效挤出机的电机功率小及减速机重量小，意味着高速高效挤出机的单位产量机器制造成本比普通挤出机低。

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。

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。

]

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。

2.1.1.2操作规程

1开车前的准备工作

用于挤出成型的塑料。

原材料应达到所需要的干燥要求，必要时需作进一步干燥。

并将原料过筛除去结块团粒和机械杂质。

检查设备中水、电、气各系统是否正常，保证水、气路畅通、不漏，电器系统是否正常，加热系统、温度控制、各种仪表是否工作可靠；辅机空车低速试运转，观察设备是否运转正常；启动定型台真空泵，观察工作是否正常；在各种设备滑润部位加油润滑。

如发现故障及时排除。

装机头及定型套。

根据产品的品种、尺寸，选好机头规格。

按下列顺序将机头装好。

2开车

在恒温之后即可开车，开车前应将机头和挤出机法兰螺栓再拧紧一次，以消除螺栓与机头热膨胀的差异，紧机头螺栓的顺序是对角拧紧，用力要均匀。

紧机头法兰螺母时，要求四周松紧一致，否则要跑料。

开车，先按“准备开车”钮，再接“开车”钮，然后缓慢旋转螺杆转速调节旋钮，螺杆转速慢速启动。

然后再逐渐加快，同时少量加料。

加料时要密切注意主机电流表及各种指示表头的指示变化情况。

螺杆扭矩不能超过红标（一般为扭矩表65%-75%）。

塑料型材被挤出之前，任何人均不得站于口模正前方，以防止因螺栓拉断或因原料潮湿放泡等原因而产生伤害事故。

塑料从机头口模挤出后，即需将挤出物慢慢冷却并引上牵引装置和定型模，并开动这些装置。

然后根据控制仪表的指示值和对挤出制品的要求。

将各部分作相应的调整，以使整个挤出操作达到正常状态。

并根据需要加足料，双螺杆挤出机采用计量加料器均匀等速地加料。

当口模出料均匀且塑化良好可进行牵引人定型套。

塑化程度的判断需凭经验，一般可根据挤出物料的外观来判断，即表面有光泽、无杂质、无发泡、焦料和变色，用手将挤出料挤细到一定程度不出现毛刺、裂口，有一定弹性，此时说明物料塑化良好。

若塑化不良则可适当调整螺杆转速、机筒和机头温度，直至达到要求。

在挤出生产过程中，应按工艺要求定期检查各种工艺参数是否正常，并填写工艺记录单。

按质量检验标准检查型材产品的质量，发现问题及时采取解决措施。

3停车

停止加料，将挤出机内的塑料挤光，露出螺杆时，关闭机筒和机头电源，停止加热。

关闭挤出机及辅机电源，使螺杆和辅机停止运转。

打开机头联接法兰，拆卸机头。

清理多孔板及机头的各个部件。

清理时为防止损坏机头内表面，机头内的残余料应用钢律、钢片进行清理，然后用砂纸将粘附在机头内的塑料磨除，并打光，涂上机油或硅油防锈。

螺杆、机筒的清理，拆下机头后，重新启动主机，加停车料（或破碎料），清洗螺杆、机筒，此时螺杆选用低速（sr/min左右）以减少磨损。

待停车料碾成粉状完全挤出后，可用压缩空气从加料口，排气口反复吹出残留粒料和粉料，直至机筒内确实无残存料后，降螺杆转速至零，停止挤出机，关闭总电源及冷水总阀门。

挤出机在挤出时应注意的安全项目有：

电、热、机械的转动和笨重部件的装卸等。

挤出机车间必须备有起吊设备，装拆机头、螺杆等笨重部件，以确保安全生产。

2.1.1.3机械原理

在原料粉