高分子材料成型机械行业管理课程学习辅导

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1、 . . 高分子材料成型机械行业管理课程学习辅导- -日期：38 / 382010级高分子材料成型机械课程学习辅导第1章绪论1.塑料成型机械的定义、工作原理和技术功能定义：在塑料成型生产系统中，能够按照产品制造信息对生产中所需要的能量、动力和机械运动进行转换、输送、调节和控制，并能实现塑料成型工艺条件的各种机械设备统称为塑料成型机械。 (接受能量，转换能量，控制调节能量)原理：塑料成型机械对成型物料传递热能的目的(作用)是为了使它们发生物理聚集态变化，对成型物料传递机械压力(液压力)的目的(作用)是为了使它们发生体积致密、粘性变形流动（附 化工机械对物料传递动力和热量的作用：输送体积质量，引发

2、化学反应）功能：塑料成型机械可以通过成型物料的粘性变形和流动把它们转变成为具有一定的几何形态、一定的尺寸大小、一定的精度等级、一定的表面品质、一定的使用功能和使用性能的塑料制品。2.本课程的科学基础与技术容顾名思义，“成型机械”自然属于机械工程学科，但前方冠以“高分子”，则意味着这些机械为高分子材料成型加工服务。由此推论就物质基础来讲，高分子成型加工意味着高分子材料必须从外部接受能量；就生产过程而言，必须要求高分子材料发生变形流动或流动变形；从技术目标来看，需要把粉粒状无定形的高分子原材料转变成为具有一定形状结构和一定使用功能的生活和生产用品，同时还希望这些用品的形状结构具有一定的精度，使用功

3、能具有一定的稳定性。将三方面技术容综合，本课程的科学基础是材料物理和机械力学的结合，本课程的主要技术容是如何设计和使用机械动力装置使高分子材料获取几何形态与其精度，同时还要尽量通过能量驱动材料变形流动或流动变形之同时，尽力改善材料的物理性质和物理结构(如结晶、取向、密度等)。因此学习本课程需要综合多学科理论和技术知识，学习过程中要求建立“综合就是创新”、“综合就是创造”的工程思想和工程思维。故本课程的知识结构以与与相关课程的相互衔接关系如下图示。附科学方法与目标：探索发现自然现象和规律。工程技术方法与目标：综合+设计(创造)，把科学原理和自然资源转化为人工产品，即创造物质。科学技术方法与目标：

4、探索发现自然规律并综合多学科理论技术知识进行应用和社会生产。思考：理科-工科的差异与协调；材料科学-材料(加工)工程的差异与协调；材料工程-材料加工工程的差异与协调；以与化学-机械-化学工程、材料-机械-材料(加工)工程、材料化学-材料物理-材料工程-材料加工工程、科学家-工程师、考研-就业，等问题的特点、关系和选择。教师责任专业化教育时代：大生产分工专业的优势引导学生敬业和勤业通识化教育时代：科学技术素质培养学科技术间的优劣势对比尊重学生志趣启发学生选择练习题一、思考题1简述塑料原材料生产与塑料成型生产的基本方法与学科基础差异。高聚物合成化工：“三传一反”：传质(体积质量输送），传热(诱发化

5、学反应)， 能量传输(低压静力传输)，反应釜(积聚化学反应)。塑料制品成型“三传一模”：传质(塑化，即体积致密流变）传热(改变物理凝聚态),能量传输(高压动力传输)模具(成型塑料制品)。塑料原材料制备：化学单体聚合反应 + 多组分物理混合。塑料成型：宏观几何变形流动（机械成型加工） + 微观材料物理结构变化。2简述塑料成型机械的基本概念与其在塑料成型技术中的应用。3什么是CAD、CAM?4简述塑料成型机械的发展历史与其现状和趋势。二、概念题1什么是塑料制品生产？2什么是塑料成型？技术原理：在外部能量作用下，利用塑料材料的三态物理变化以与塑料材料的可加工性(可挤压性、可模塑形、可延展性、可纺性)

6、,按照制品的制造信息，通过塑料材料的粘性流动、塑性变形和烧结扩散等物理力学作用，把塑料原材料转变成为具有一定的几何形态、一定的尺寸大小、一定的精度等级、一定的表面品质、一定的使用功能和使用性能的塑料制品。3什么是塑料成型机械？在塑料成型生产系统中，能够按照产品制造信息对生产中所需要的能量、动力和机械运动进行转换、输送、调节和控制，并能实现塑料成型工艺条件的各种机械设备统称为塑料成型机械。从更广泛的意义上讲，所有为塑料成型生产服务的塑料成型物料制备机械和塑料成型生产过程中的辅助机械和装置等，也都属于塑料成型机械畴，或者严格地把它们统称为塑料加工机械。三、填空1塑料成型生产需要塑料成型机械对成型能

7、量进行转换 、 输送 、 调节 、 控制。 2塑料成型生产需要利用塑料材料的玻璃态 、 高弹态 和 粘流态三种物理状态之间的变化才能得以实现。3在塑料成型生产中，原材料的4种可加工性为可挤压性 、 可模塑性 、 可延展性 、 可纺性 。4在塑料成型生产中，塑料成型机械需要把外部电能 转换成 热能 和 机械能 后，经 调节 和 控制 后传递给塑料原材料。5在人的参与下，由计算机自动处理各种数据和图形信息，并自动完成工程设计任务的现代生产工程技术称为 CAD ；在人的参与下由计算机自动处理各种数据和图形信息，并自动控制NC机床加工制造过程的现代生产工程技术称为 CAM ；在人的参与下，由计算机自动

8、处理各种数据和图形信息，并自动完成各种工程分析和工程计算任务的过程称为 CAE 。四、用框图简略构画出塑料制品生产工程的示意图。第2章 液压传动基础教学容与目标知识结构： 液压传动物理基础、液压传动基本理论、液压传动的主要技术参数、液压元件的类别、功能与结构、液压元件的应用、符号与液压回路能力要求：熟悉了解液压传动的物理基础和基本理论，并能求解液压传动基本问题；熟悉了解各类液压元件的功能、结构、职能符号；具有选用液压元件和读识液压回路的基本能力。教学重点帕斯卡定律、液压传动基本方程、泵阀的功能、结构、职能符号、液压回路的读识与分析。1.基本理论 1.1 液压传动的物理基础：帕斯卡定律力能放大：

9、在密闭的连通容器施加于静止液体任一点的压力等值传递到液体中各点。p1=p2=F1/A1=F2 /A2 F2 = F1 (A2 /A1)液压系统的工作压力取决于负载大小：若A2 /A1确定，则p2= F2 (A2 /A1)1.2 静压力的概念与压力计算液压传动属于力学围的静压传动，静压力是描述液压传动过程力能变化的基本参数。 “静压力”在物理上称为“压强”，工程上简称“压力”，法定计量单位记作Pa或MPa，工程单位记作at或bar，具体指密闭容器中静止液体单位表面积上作用的法向外力和重力，通常在工程上忽略重力部分。绝对压力: 以没有气体的理想绝对真空为零基准测量的压力。相对压力: 以大气压力为零

10、基准测量的压力(以一个工程大气压为零基准计算的压力)，也叫计算压力或表压力(正表压)。真空度:低于大气压力的相对压力，亦称为负表压。绝对压力= 大气压力+ 表压力表压力绝对压力大气压力真空度大气压力绝对压力1.3 稳流液体的连续性方程稳态液流质量守恒定律假设液流具有理想液体和稳流性质，则液流在单位时间经过管路任意过流截面的质量相等，即有稳流液体的连续性方程。v1A1=v2A2=Q =常数工程应用：液流通过密闭管路中任意过流截面的速度与截面积呈正比，即过流面积大流速快，过流面积小流速慢。反推：欲要保证液流连续，即不因液流间断而发生液压冲击以与由于液压冲击引发的系统振动和噪声，液压系统设计和安装必

11、须保证液体稳定流动。1.4 伯努利方程液流能量守恒定律对理想稳态液流微分运动方程(欧拉运动方程)积分可得理想伯努利方程教材，式1-22欧拉运动方程的微分模型实际伯努利方程伯努利方程的物理意义理想液体稳流的总能量由动能、压力能和重力位(势)能等三种形式共同构成，且它们的总和在液各点一样。 虽然液各质点(或过流截面)总能量一样，但各质点(或每个过流截面)的动能、压力能和位能的构成比例不等，随液质点(或过流截面)位置转移，三者可以相互转变。说明1：因位能、压力能和动能的量纲中均含长度单位，故在工程中习惯把它们称为位置(水)头、压力(水)头和速度(水)头，液流中任意位置的总水头相等。说明2: 液压工程

12、通常忽略位能和动能，只考虑压力能。 实际伯努利方程较理想伯努利方程增加了液流摩擦损失的能量水头，其数值相当于克服摩擦损失的压力差可使单位重力的液体质点从其基准面上升的高度，通常称为“比能耗” ，可以记作hw，即1.5稳态液流的动量方程(教材无，见讲稿，略)1.6 基本理论应用帕斯卡定律应用举例图示两个连通液压缸水平放置，其中F为油缸有杆活塞腔压力确定的驱动力，Fw为负载阻力，油缸径(活塞1直径)20mm，油缸径(活塞2直径)50mm。已知Fw=1962.5N，试按下述三种情况计算液体压力并分析两个活塞的运动情况。(1) F=314N； (2) F=157N； (3) F314N解: (1) 已

13、知F = 314N，因两缸连通，由帕斯卡定律可知两缸连通腔的液体压力相等并有再由帕斯卡定律F/A=F/A2 ；F= F(A2 / A) 可知根据题意和上述计算：F= - Fw , 故活塞1、2均作等速运动。(2) 已知F = 157N，因两缸连通，由帕斯卡定律可知两缸连通腔的液体压力相等并有再由帕斯卡定律F/A=F/A2；F= F(A2 / A) 可知根据题意和上述计算：F - Fww，故活塞1、2静止。(3) 根据解(1)可知，若F 314N，将有F- Fww，故活塞1、2加速运动。伯努利方程应用举例1. 图示油泵出油驱动油缸活塞克服负载Fw运动，设油缸中轴距油泵出油口的高度为h，试计算油泵

14、出油口压力。说明：p1、 p2分别代表吸油口压力和油缸压力， p2由设计规定。解：根据图示建立-和-分别代表油泵出油口截面和油缸截面，则由实际伯努利方程：由坐标系和-和-截面可以推出边界条件 代入实际伯努利方程整理得 式中 p为液流从油泵出油口到油缸进油口损失的压力。2. 图示油泵吸油口比油缸液面高h，试求油泵工作时其部吸油腔的真空度。说明：p1=pa(大气压力)；p2代表吸油腔压力；-和-分别代表油箱液面和油泵吸油口截面。解：由实际伯努利方程和图示得式中 p为液流从油箱到油泵进油口损失的压力。因油箱截面A1远远大于油泵吸油口截面A2，由连续性方程v1A1=v2A2推论v1 v2 ，故可忽略不

15、计。于是，实际伯努利方程为故 吸油腔真空度=大气压力-绝对压力= pa- p2=gh +v22/ 2+p稳态液流质量守恒定律应用举例图示为液压千斤顶的工作原理，其中D= 5010-3 m，d =1010-3 m，h1=40010-3 m，h2=10010-3 m，若举升负载为6.25104 N(含活塞1自重)，活塞2的速度2= 5010-3 m/s，不计摩擦阻力和活塞泄漏，试确定手摇作用力F和活塞1的速度1。解(1) 根据杠杆原理，负载和作用力对固定铰链力矩相等，得(2) 由系统体积守恒（质量守恒）可知速度取决于流量，于是油缸1活塞1的运动速度v1和流量Q为稳态液流质量守恒定律应用举例4.图示

16、为液压千斤顶的工作原理，其中D= 5010-3 m，d =1010-3 m，h1=40010-3 m，h2=10010-3 m，若举升负载为6.25104 N(含活塞1自重)，活塞2的速度2 = 5010-3 m/s，不计摩擦阻力和活塞泄漏，试确定手摇作用力F和活塞1的速度1。解(1) 根据杠杆原理，负载和作用力对固定铰链力矩相等，得(2) 由系统体积守恒（质量守恒）可知速度取决于流量，于是油缸1活塞1的运动速度v1和流量Q为稳态液流动量方程应用举例1 图示液流以速度v1从环隙流入滑阀，以速度v2从环隙流出滑阀，流量为Q，试求滑阀在液流作用下所受的轴向力与方向。解：(1) 根据图a)求解滑阀右

17、移时的情况。由动量方程：作用在控制体积之液体上的外力总和等于单位时间液体的输出和输入动量之差，可得滑阀对液流的反作用力F =Q( v2cos2-v1cos1 )= -Q v1cos1 （负号表示与作用动量相反）式中 1 输入阀口处液流与滑阀轴向的夹角，若滑阀与环隙配合间隙无泄露，其值约为69(1.204弧度)。又 因为液流动力F与F 反向，所以滑阀受轴向液压力为 F=-F =Q v1cos1 。注意：若进油口泄露，则F F ，液流作用力具有使进油环隙关闭的趋势。(2) 根据图b)求解滑阀右移时的情况。因为图a)和图b)方向相反，故由动量方程可得滑阀受轴向液压力为 F=Q( v2cos2-v1c

18、os1 )= Q v2cos2式中 2输出阀口处液流与滑阀轴向的夹角，若滑阀与环隙配合间隙无泄露，其值约为69(1.204弧度)。又 因为液流动力F与滑阀所受液压力F 反向，所以 F = -F =- Q v2cos2（负号表示与作用动量相反。2. 已知喷嘴入口直径d1=50mm，出口直径d2=25mm，喷嘴前压力为196.2 kPa，流量为(510-3)m3/s，试求(1)喷嘴接头处所受压力；(2)若射流作用在垂直平面上分两支流动，求平面所受冲击力(不计压力损失)。(1) 根据作用力与反作用力原理，喷嘴接头处所受压力与受控体积的动力(喷嘴液体体积具有的动能)等值反向，且由受力图可知，动力F1=

19、pd12/4，由动量方程可得F1 F= Q ( v2-v1 )其中 F1=pd12/4=（196.2103)/4(5010-3)2=385Nv1=Q / (d12/4)=2.55m/sv2=Q / (d22/4)=10.2m/s于是F= F1 -Q ( v2-v1 )=385-510-3(10.2-2.55)=346.8N(2) 由于射流在大气中运动，故各截面压力为零，所以在平板处，只有平面对油(水)的作用力Fs,因此由动量方程得 F=-Fs= Q (0-v2 )=- 51N 即Fs=51N (关于射流对固体平面的作用解题还可参见解题示例5）2.液压泵与液压马达 2.1 液压(容积)泵的吸排油

20、原理液压泵向其工作腔吸液和从工作腔的排液过程，是液压泵改变自身工作腔容积的几何动因带来的液体运动的力学响应，故液压泵属于容积泵技术性质。容积增大吸油：偏心轮0-180旋转，密封油腔容积增大，油箱大气压力高于油腔压力(真空)单向阀6开通吸油。容积减小排油：偏心轮180-360旋转，密封油腔容积减小，单向阀5开通排油容积泵工作原理: 机械动力改变密闭泵腔容积变化实现油泵的输入和输出(吸油和排油容积泵工作必要条件：必须具备密封工作容积，密封容积应能周期重复变化(由小变大由大变小由小变大由大变小，)；必须具有配油装置，吸油过程中保持油箱与大气相通，容积减小时向系统排油。2.2 齿轮泵、叶片泵和柱塞泵的

21、技术特点齿轮泵：利用齿轮周期性啮合运动改变密闭工作腔容积实现吸液(油)和排液(油)的液压泵。叶片泵：利用叶片周期性偏心旋转改变密闭工作腔容积实现吸液(油)和排液(油)的液压泵。柱塞泵：利用偏心旋转柱塞往复运动改变密闭工作腔容积实现吸液(油)和排液(油)的液压泵。齿轮泵主要用于低压系统，柱塞泵和叶片泵可分别用于高压系统和中高压系统。2.3 液压马达液压马达的功用：液压马达是液压系统中的执行元件(液压泵是动力元件)，负责将液压泵输出的平动液体的压力能转换为旋转形式的机械能以拖动工作机械作功(液压泵负责把电动机输出的旋转机械能转换为平动的液体压力能)液压马达与液压泵的技术关系：功用 相反结构 相似原

22、理 互逆3.液压缸 液压缸通常负责将平动液压油携带的压力能转化为有限长度的往复直线运动，但也有一些特殊的液压缸可以输出往复摆动旋转等特殊运动形式。4液压阀 4.1 液压控制阀分类 按压力等级：低压阀、中压阀、中高压阀、高压阀。按联接方式：管式(螺纹)联接(L)、板式联接 (B)、法兰联接(F)、集成连接、叠加联接 、插装联接，等。按阀芯结构：滑阀、锥阀、球阀、转阀、喷嘴挡板阀、射流管阀。按控制方式：比例阀、伺服阀、数字阀、智能阀。按功能作用：压力控制阀控制和调节液流压力，满足执行元件对力或力 矩、或其他有关压力的要求； 方向控制阀控制液流流动方向，改变进入执行元件的液流方向，满足工作机械运动或

23、锁紧要求；流量控制阀控制液流量，以控制执行元件运动速度。4.2 常用压力阀(1) 溢流阀主要功能：保持系统压力恒定(溢流定压),防止系统过载(安全保护)的液压阀。变异功能：安全卸荷、远程调压、背压设置。（ 背压力：液压传动中与流动液流方向相反的作用力。）主要类别：直动式、先导式(2) 减压阀 主要功能：在多油路(多执行元件)液压系统中，以泄油方式降低高压油路压力导通低压油路的液压阀。 变异功能：消除输入输出压差，稳定系统压力(稳压阀)。 主要类别：直动式、先导式。(3) 顺序阀 主要功能：在多油路(多执行元件)液压系统中，以压力高低作为顺序控制信号导通或截止某一油路(停止某一执行元件)顺序工作

24、的液压阀。变异功能：稳定系统压力、卸荷、 压力(油)开关、远程调压。 主要类别：直动式、先导式。4.3 流量阀节流阀、调速阀、溢流节流阀、分流阀、分流集流阀4.4 方向阀4.4.1 类别单向阀、电磁阀、液控阀、电液动阀（小流量先导电磁换向阀和大流量液动换向主阀），等等 4.4.2 换向滑阀(1) 命名操控型式+“位-通”数量(2) 常态(3) 机能5.液压职能符号与液压回路泵与马达压力阀流量阀方向阀液压回路分析液压回路：由多种液压元件、液压管道和一些必要的辅助装置组成的液压传动闭合管路，不同卸荷回路技术特点对比卸荷特点：油液压力大于溢流阀工作压力，油泵空载带压卸荷，容易发热。 卸荷特点：油液经

25、H型换向阀回油箱，空载低压卸载，不容易发热。 卸荷特点：油液经溢流阀遥控口通过电磁换向阀卸荷，卸荷不负载，不容易发热。注射机液压系统“锁模缸-注射缸二级调压回路”参阅教材图1-71(分析见讲稿)注射机液压工作回路教材图7-54(分析见讲稿)练习题(见已发液压传动学习辅导)第3章 预处理装置与混炼设备 教学容与目标知识结构： 高分子成型物料的预处理方法；高分子成型物料的混合概念；混合的技术物理意义；混炼的技术物理意义；常用混炼机械的、工作原理、技术特性和应用特点能力要求：熟悉了解液压传动的物理基础和基本理论，并能求解液压传动基本问题；熟悉了解各类液压元件的功能、结构、职能符号；具有选用液压元件和

26、读识液压回路的基本能力。教学重点混合的概念、分类、技术条件和技术效果；混炼设备技术分类、技术特征与其工作原理1.预处理为了保证成型物料制备以与成型生产中对物料的技术要求，制备成型物料之前，使用一定的机械、物理装置或机械设备，对成型物料或其组分预先进行的研磨、筛析、干燥和预热等准备工作称为预处理。经过预处理的成型物料，需要从几何形态、物理性能和温度条件等三个方面满足成型物料的配制要求。练习题一、思考题1为什么要对塑料原材料进行预处理？为了使原材料组分或成型物料的物理性质、几何形态、温度条件符合塑料制备或塑料成型生产技术要求。2生产中常用哪些预处理方法？3为什么要对塑料原料（成型材料）进行预热？4

27、预热和干燥有什么区别?5粘湿性塑料和吸湿性塑料的干燥方法是否完全一样？二、判断题1对物料预热的同时必然会使物料干燥。2只有利用加热方法才能去除物料表面粘附的水分。3加热干燥吸湿性塑料时还必须控制空气露点。4真空干燥只能用于吸湿性塑料。三、独立思考并参阅有关文献，总结成型加工前对物料预热的优缺点。2.混炼设备2.1 混合的概念、分类、技术条件和技术效果高分子材料的混合：以聚合物为基体、添加多种填料和助剂的塑料(高分子材料)成型物料是一种多组分工业原材料，为了使各种组分材料在整个成型物料体系中均匀分布并具有密度和性能均匀的物理特性，对成型物料所进行的各种机械和物理均化处理过程统称为“混合”。混合的

28、类别：分布混合分散混合；初混合塑炼物理分类分布混合：将两种或两种以上的组分原料，无规无序地均匀分布到一定空间的混合方法，即多组分物料在分布过程中，其各组分原料的微粒或细粒在物料体系随机地进行无规无序的迁移运动。分散混合：把两种或两种以上的组分原料相互渗透，促使各组分原料相互结合、性能均一的混合方法。技术分类初混合：以各组分之间的分布混合为主，不改变物理聚集状态，在不太大得剪切应力与其切变速率作用，对成型物料的各种固相组分进行混合与分散，或是对固、液两相不同组分进行的混合与浸渍。塑炼：以各组分之间的分散混合为主，通过改变物理聚集状态(即在粘流态下)，使用较大的剪切应力和切变速率，对成型物料各组分

29、进行的混合与分散，经过塑炼后的成型物料一般应能达到成型工艺所要求的“组分均匀、密度均匀、温度均匀、粘度均匀”之物理性质。技术条件：对成型物料进行混合时，物理上需要对物料提供 热量 ，力学上需要赋予物料 对流 的动力，化学上需要避免物料 发生化学反应。技术效果：初混合固态下不改变物料几何形态的混合均化塑炼粘流态下改变物料几何形态的混合均化小结2.2 常用混炼设备的应用特点高速混合机 高速旋转、分布混合，热历程短，特别适用于热敏性塑料。捏合机 两转子异向差速旋转产生分散剪切(渗透)混合，转子曲面轴向分力驱动物料对流分布混合。开炼机辊隙是开炼混合工作空间，物料经开炼机辊隙时，在高温作用下受两个辊筒径

30、向挤压和差速剪切作用，主要发生分散混合，组分材料之间相互渗透。2.3 混炼设备技术分类、技术特征与其工作原理练习题一、思考题1为什么要对塑料原材料进行混合?2简述混合所需要的力学，物理和化学条件。3简述简单混合（分布混合）与分散混合的基本概念并概括两者的差异。4简述初混与塑炼的基本概念并概括两者的差异。5初混设备为什么属于低能耗设备。6为什么反向双螺带混合机可以增强轴向混合作用？7总结概括捏合机工作原理，并解释为什么性能良好的捏合机可以用于塑炼？8为什么高速混合机特别适用于热敏性材料？9简述物料在开炼机双辊之间的剪切混合原理并用速度场进行描述。10为什么捏合机，开炼机，密炼机的转子或滚筒均为差

31、速运动？二、概念题1什么是简单混合（分布混合），什么是分散混合？2列表说明出初混合与塑炼在物理，力学条件和几何形态上的差异。三、填空题1实现分布混合需要塑料物料各组分之间发生 浓度扩散 和 对流运动 。2实现分散混合需要物料各组分的微粒之间发生 剪切变形 和 相互渗透 。3对成型物料进行混合时，物理上需要对物料提供 热量 ，力学上需要赋予物料 对流 的动力，化学上需要避免物料 发生化学反应 。4初混合是在聚合物 固 态下的混合，塑炼是在聚合物 粘流 态下的混合。5固、液两态原料之间的混合与浸渍称为 捏合 。6捏合机工作时，两转子反向差速旋转，从运动形式上对物料产生 撕捏 作用，从力学上使物料发

32、生 剪切变形 ，从原料粉粒界面处彼此发生 相互渗透 ，从工艺上可以实现 分散 混合。7高速混合时，塑料接受的热历程比较短，这种混合特别适用于热敏性 塑料。8开炼机对塑料成型物料的剪切塑炼功能源于高温作用下两个辊筒在辊隙处对物料产生的挤压力，以与两个辊筒的差速旋转。9密炼机两转子的差速异向旋转，以与上、下顶栓的阻滞作用，可使物料在密炼机两转子之间接受 剪切 ， 挤捏 ， 撕拉 ， 分流 和 换位 等不同作用。四、判断题1初混合后物料的几何形态不发生变化，塑炼后塑料的几何形态发生变化。2塑炼后各组分之间的剪切变形不会诱使它们相互渗透，因此无法促使材料性能均匀变化。3捏合机对物料的分散作用比螺带机好

33、。4高速混合机不适用于混合热敏性塑料。5一般情况下，塑炼设备不使用未经初混合的原材料。6开炼机以径向分散混合为主。7物料经开炼机辊隙时，只发生对流和分布混合。8对捏合机的两个转子设定速比（或转差），是为了使物料在混合室的不同部位具有速度差，从而使物料之间发生剪切作用。五、从物理和力学意义出发，归纳总结分布混合和分散混合性质与其技术应用特点。六、从技术物理意义出发，归纳总结塑料成型物料的混合与混炼的物理概念与技术特点。七、对开炼机工作原理进行理论建模和分析。第4章挤出机教学容与目标知识结构：挤出成型工艺流程；挤出工艺过程描述；温度轮廓曲线与机筒分段加热；压力轮廓曲线与机筒设计创新；螺杆的区段功能

34、与划分；挤出螺杆的结构形式与应用特点；螺杆的软硬特性；口模的高低压特性；螺杆与口模的选用与匹配；挤出熔体流动的模型；挤出机的工作点、工作图以与有效工作区间能力要求：熟悉了解挤出机的工艺流程，掌握挤出机分段加热的技术原理，深刻理解挤出螺杆的区段功能，从螺杆混料工艺原理和螺杆加工制造两个方面协调设计、加工和应用之间的关系，具有选择匹配螺杆口模的能力，以挤出机的工作点、工作图、有效工作区间的理论推导为基础，建立挤出机调试概念，结合挤出理论，培养理论联系实际的创新思维方法教学重点1.挤出机基本概念1.1 挤出成型工艺流程(工步顺序，工艺环节的顺序)与挤塑机和成型模具工作部位的关系（挤出成型工艺流程的各

35、个工艺环节所处的设备模具部位）1.2 挤出机的传动链1.3 多孔板挤出机与机头的连接零件 挤塑机在机筒和机头之间需要安装多孔板，这种机械零件可以把塑料熔体的螺旋状流态转变成 直线平动状 流态，以便把塑料熔体以稳定的层流模式输入机头。2.挤出工艺过程描述2.1 温度轮廓曲线与螺杆温度控制温度轮廓曲线 描述物料在机筒和螺杆区各点稳态温度变化规律的曲线。加料段机筒温度轮廓曲线斜率大，物理上对热量需求大，技术上要求加热速度快；压缩段温度轮廓曲线趋于平稳，物理上既要求具有稳定的热量保证物料熔融，技术上要求外热供给必须与热平衡，以避免物料发生过热或分解、降解；计量段温度轮廓曲线几何趋势与压缩段相似，技术物

36、理方面的热量需求与控制也相似，但还要求能够对物料实现恒温或近似恒温输出。由于温度轮廓曲线特性各段几何特性不同，故机筒需要分段加热、分段控温。2.2 压力轮廓曲线与其改进压力轮廓曲线 描述物料在机筒和螺杆区各点稳态压力变化规律的曲线。（1） 压力轮廓曲线的特征相似性物料与机筒螺杆结构确定时，压力轮廓曲线的坐标位置取决于机头压力，不同的机头压力可以产生几何形态相似、坐标位置不同的压力轮廓曲线。可变性 改变物料、机筒和螺杆结构之一，均会导致压力轮廓曲线的几何形态发生改变。阶段性 压力轮廓曲线的几何形态与机筒和螺杆的工作位置相关,即压力轮廓曲线在螺杆的加料段、压缩段和计量段等不同部位，其几何形态不同（

37、沿螺杆全长，其压力轮廓曲线具有阶段性，各段压力轮廓曲线具有不同的变化规律）。（2）普通螺杆的技术物理缺陷加料段压力轮廓曲线梯度比较平缓，不能对固态粉体物料进行有效地压实致密，从生产效率上不利于固态物料输送，从传热原理上不利于即将发生的物料熔融；压缩段压力轮廓曲线仍具一定斜度，意味着物料熔融前期未获得足够、有效的压力能量来保证物料从非致密固态转变成致密粘流态，同时也不能发挥压力等效温度的热效应；挤出压力的峰值发生在计量段始端或压缩段与计量段交界处，因压力峰值距离压力输出点较近，容易引起输出压力波动和流量不稳定。（3）BASF机筒的压力轮廓曲线的特征加料段曲线斜度急剧增大,且压力峰值亦出现在加料段

38、。压缩段压力稍许向下倾斜,但基本上能维持在峰值附近。计量段压力较压缩段下降幅度大，压缩段高压对输出流量波动影响相对减小。3.挤出机的关键零件螺杆与机筒3.1 螺杆的区段功能与划分挤出螺杆的三个物理职能区长度连续，但三个几何加工段之间具有明确的几何界分，因此两者之间没有对应相等长度，但这种现象并不影响挤出螺杆物理职能区的长度连续性。普通三段式螺杆物理几何区段划分与几何结构特征几何分段物理分区几何结构特征加料段固体输送区加料区螺槽根径、外径与其深度不变全螺杆上此段此区螺槽最深、容积最大输送区迟滞区 压缩段熔融区螺杆外径不变，根径逐渐增大，即螺槽深度逐渐减小容积不断缩减 计量段（均化段）熔体输送区螺

39、槽根径、外径与其深度不变全螺杆上此段此区螺槽最浅、容积最小3.2 挤出螺杆结构分类等距变深 等深变距 变深变距3.3 等距变深螺杆的3种常规形式 a) b) c)a) 全长渐变型(常规的变异形式)螺槽深度与其容积沿螺杆全长平缓渐变；几何压缩比小，螺杆对物料的剪切力小，但剪切混合作用均匀；对非结晶型与结晶型塑料均能适用，特别适于热敏性塑料。b) 熔融段渐变型 压缩段长度较长，物料可以在较长的几何压缩过程中完成熔融相变过程，适用于熔融温度较宽的各种非结晶型塑料，但实践证明，对于有些结晶型塑料也同样适用c) 等距突变型螺杆 压缩段长度很短，物料只能在很短的几何压缩过程中完成熔融相变过程，理论上适用于

40、熔融温度围很窄的结晶型塑料。注意理论与实际的差异：对于结晶型塑料，因其固液相态转变过程中具有温度围很窄的熔点，理论上需要使用熔融段螺槽深度突变型螺杆； 对于非结晶型塑料，因其固液相态转变过程中具有温度围较宽的熔限，理论上需要使用熔融段螺槽深度渐变型螺杆。但实际上熔融段螺槽深度渐变型螺杆对结晶和非结晶塑料都适用。3.4 机筒普通机筒：整体式，分段式和组合式BASF机筒的创新思想：固体输送理论中的摩擦影响。练习题一、思考题1对比说明整体式，分段式和组合式三种机筒的优缺点。2为什么高粘度塑料熔体需要采用锥角小于300而且长度比较大的机筒与机头过渡区，而对于低粘度的塑料熔体则可以采用锥角大与450且长

41、度比较短的机筒与机头过渡区。二、填空1普通机筒分为 整体式 、 分段式 、 组合式 三大类型。2衬套式机筒之本体与衬套之间的组合性质属于 机械联接 ，浇铸式机筒之本体与壁之间的组合性质属于 物理结合 。3多孔板（分流板）安装在 机筒 和 机头 之间。三、对比教材中的普通机筒与BASF机筒压力轮廓线，根据普通机筒压力轮廓曲线的几何特征，简述其技术物理缺陷，以与设计BASF机筒的创新思路和设计效果。3.5 螺杆与机筒材料(略)练习题一、思考题1简述挤出成型的基本概念。2塑化和塑炼的概念有何差异？3什么是温度轮廓曲线？它可以从哪个角度描述或表征挤出过程？4什么是压力轮廓曲线？它可以从哪个角度描述或表

42、征挤出过程？5简述三类五种普通螺杆的名称、几何特征与应用特点。6按教材所示螺杆头结构，分别说明它们的名称与应用特点。7加工普通螺杆时通常可采用哪两种方法改变螺槽容积？8归纳总结组合式螺杆的基本概念与其优缺点。二、填空1在挤出机和注射机等成型设备中，通过热能和机械能的作用，对松散的固态成型物料进行挤压、和熔融的均匀混合工艺称为 塑化 。2物料经过塑化，不仅要求其从 固 态转变成为 粘流 态，而且还要现 组分 均匀、 密度 均匀、 温度 均匀、 粘度 均匀，同时在模具有 流动性 和 可模塑性 。3挤出流量波动的源发于 螺杆压力波动 、 物料温度波动 和 螺杆转速波动 。 4普通挤出螺杆的物理职能区

43、分为固体输送区 、 熔融区 、 熔体输送区 ； 几何加工段分为加料段 、 压缩段 、 计量段 。5物料与机筒螺杆结构确定时，挤出过程压力轮廓曲线的坐标位置取决于 机头压力 。6在普通三段式渐变型螺杆的熔融区段或压缩段，螺槽容积由 大 变 小，目的为了 压实致密 成型物料。7普通螺杆分为等距变深 、 等深变距 、 变距变深 等三大类型，以与全长渐变型 、 熔融段渐变型 、 熔融段突变型 、 等深变距型 、 变深变距型 等五种形式。8螺杆长径比反映挤出机的 塑化能力 和 塑化效果 。9一根螺杆上的最大螺槽容积与最小螺槽容积的比值称为 几何压缩比 ，制品密度与塑化前物料密度的比值称为 物理压缩比 。

44、11对于结晶型塑料，因其固液相态转变过程中具有温度围很窄的熔点，理论上需要使用熔融段螺槽深度突变型螺杆； 对于非结晶型塑料，因其固液相态转变过程中具有温度围较宽的熔限，理论上需要使用熔融段螺槽深度渐变型螺杆。三、判断题1由物料，螺杆和机筒三者的温度分别构成的温度轮廓曲线几何形状一样。2在机筒螺杆的同一轴向截面上，物料各温度一样。3挤出螺杆的三个物理职能区长度与三个几何加工段的长度对应相等。4物料和机筒螺杆结构确定时，压力轮廓曲线的几何形状可以彼此相似。5改变机筒螺杆结构，可以改变压力轮廓曲线的几何形状以与挤出机塑化特性。6在普通三段式挤出螺杆的熔体输送区或计量段，螺槽容积不变。7等距变深螺杆比

45、等深变距螺杆容易加工。8等距全长渐变型螺杆不适于热敏性材料。9等距突变性螺杆理论上适用于低粘度结晶性塑料。10螺杆头的选用与塑料品种和产品结构无关。11等距变深螺杆比等深变距螺杆容易加工。12等距全长渐变型螺杆不适于热敏性材料。13等距突变性螺杆理论上适用于低粘度结晶性塑料。14螺杆头的选用与塑料品种和产品结构无关。四、选择题（待补） 1挤出螺杆各段之间明确的几何界分点，（影响 不影响）其物理职能区之间的连续性。 。 2常规三段式全螺纹螺杆的螺槽深度(不变化 连续变化 分段不等 分段不等+其中一段连续变化)。 3在常规三段式全螺纹螺杆中，螺槽容积（最大 最小）的几何段是（计量段 加料段）。 4

46、螺杆的长径比越大，对物料的塑化效果越（显著 差），加工起来难度越（高 低）。五、简述机筒分段加热，分段控温的原因。六、简述螺杆物理职能区与机和加工段的对应关系。七、 用草图勾画出等距全长渐变型、等距熔融段渐变型和等距突变型三种螺杆的示意结构图并简述它们的几何特征和技术应用特点。1全长渐变型 几何特征 螺杆全长无三段几何界分；从加料段始端到计量段末段落剧始终不变，但螺槽深度由大逐渐变小；几何压缩比等于加料段始端螺槽容积除以计量段末端螺槽容积。技术应用特点 螺槽深度与其容积沿螺杆全长平缓渐变；几何压缩比小，螺杆对物料的剪切力小，但剪切混合作用均匀；对非结晶型与结晶型塑料均能适用，特别适于热敏性塑料

47、。2熔融段渐变型 几何特征 从加料段始端到计量段末段螺距始终不变；加料段螺槽深度与计量段螺槽深度不变，它们分别发挥固体输送和熔体输送功能；采用较长的压缩段尺寸，在压缩段尺寸围，螺槽深度由深渐浅，螺槽容积由大渐小；几何压缩比等于压缩段始、末端螺槽容积的比值。技术应用特点 压缩段长度较长，物料可以在较长的几何压缩过程中完成熔融相变过程，适用于熔融温度较宽的各种非结晶型塑料，但实践证明，对于有些结晶型塑料也同样适用。3等距突变型螺杆 几何特征 从加料段始端到计量段末段螺距始终不变；加料段螺槽深度与计量段螺槽深度不变，它们分别发挥固体输送和熔体输送功能；采用很短的压缩段尺寸，在压缩段尺寸围，螺槽深度由

48、深变浅，螺槽容积由大变小；几何压缩比等于压缩段始、末端螺槽容积的比值。技术应用特点 压缩段长度很短，物料只能在很短的几何压缩过程中完成熔融相变过程，理论上适用于熔融温度围很窄的结晶型塑料。4.挤出理论与创新运用4.1 固体输送理论与BASF机筒4.1.1 基本假设(略)4.1.2 数学力学模型坐标系 固体物料输送的速度矢量模型K-M曲线重要结论：提高物料与机筒之间的摩擦可以降低M；所故增大机筒摩擦系数f b，M 减小， 增大挤出流量增大。4.1.3 固体输送理论应用BASF机筒的创新设计(1)普通机筒螺杆压力轮廓曲线的技术物理缺陷加料段压力变化梯度平缓；压缩段压力未呈现最大值； 压力峰值发生在

49、计量段始端或压缩段与计量段交界处。(2) BASF机筒创新设计思路与其措施 创新思路（改变机筒结构优化压力轮廓曲线）：提高加料段对固态物料施加的压力以与加料段压力变化的梯度； 把压力峰值转移到最需要压力作用的压缩段或压缩段与加料短的交界处。 革新措施：对压缩段开设纵向沟槽增大机筒对物料的摩擦阻力；对加料段施加冷却措施避免物料软化减弱摩擦阻力；利用锥管平衡传质原理强化加料段对固态物料的压实致密效果平衡传质原理：单位时间通过导管任意截面的流体质量相等，即A11=A22对于圆管 A1=A2 1=2等密度流动对于锥管 A1A2 21 变密度流动4.2 熔融理论与分离型螺杆4.2.1基本假设(略)4.2

50、.2 熔融理论物理模型熔融物理模型普通螺杆问题X固相分布函数 分离形螺杆4.2.3熔融理论数学模型(略)4.2.4 熔融理论应用分离型螺杆(1) 普通螺杆的熔融问题(略)(2) 分离性螺杆的基本原理与类别常规螺杆 加料段压缩段计量段：单头螺纹结构B M螺杆 加料段、计量段：单头螺纹结构。压缩段：双头螺棱结构、螺槽等深；主、副螺棱不同螺距，不同螺旋角构成固、液两相螺槽；液相螺槽渐宽增容，固相螺槽渐窄减容。Barr螺杆 加料段、计量段：单头螺纹结构。：压缩段双头螺棱结构，等螺距、等螺旋角；主、副螺棱构成固、液两相螺槽；液相螺槽渐深增容，固相螺槽渐浅减容。熔体槽螺杆 加料段、计量段：单头螺纹结构。压

51、缩段：双头螺槽结构，等螺距、等螺旋角；主、副螺槽构成固、液两相螺槽；液相螺槽渐深增容，固相螺槽渐浅减容(3) 分离性螺杆的几何物理特征与加工技术特点4.3熔体输送理论与挤出机的工作点和工作图4.3.1 正流、逆流、净流、漏流、回流（环流）的概念、力学动因与其并绘制速度矢量分布正流 塑料熔体在螺旋曲面作用下，沿斜向螺槽方向(z)的位移运动，逆流 因机筒螺杆、过滤网、多孔板时的摩擦阻力以与物料流向机头时的充模阻力，导致物料产生的与正流方向相反的位移运动。漏流与逆流原因一样，但发生在在机筒螺杆间隙中反向正流的位移运动。适量的漏流在损失挤出流量的同时，却能在一定程度上改善塑化效果。环流 塑料熔体在螺旋

52、曲面作用下，沿螺槽横向(法向槽宽x)的回转性位移运动，仅影响塑化效果，不影响挤出流量。4.3.2 深槽螺杆与浅槽螺杆的塑化特性计量段深槽螺杆剪切热小，塑化能力弱；计量段浅槽螺杆剪切热大，塑化能力强。4.3.3 螺杆特性曲线与其应用 螺杆特性曲线 螺杆软特性：计量段螺槽深度h3大，螺杆的压力-流量特性曲线曲线斜度大，挤出流量对压力变化敏感，即螺杆挤出流量容易随压力变化而改变，亦即螺杆流量输出对压力作用呈软特性(软特性螺杆)。螺杆硬特性：计量段螺槽深度h3大时h3小时，螺杆的压力-流量特性曲线斜度小,流量对压力变化不敏感，即硬特性螺杆挤出流量不容易随压力变化而改变，亦即螺杆输出流量对压力作用呈硬特

53、性(硬特性螺杆)，软、硬特性螺杆的应用技术特点：深槽软特性螺杆的输出流量对其压力变化敏感，调整螺杆压力流量变化大，不容易稳定和控制挤出工艺过程，比较适于混炼造粒；反之，浅槽硬特性螺杆的输出流量对其压力变化不敏感，调整螺杆压力流量变化小，容易稳定和控制挤出工艺过程，比较适于挤出成型。4.3.4 口模特性曲线与其高低压性质口模特性曲线式中k口模常数，与口模截面的几何形态有关；牛顿流动粘度；pj熔体进入机头口模时的流动阻力，亦即机头口模对熔体产生的充模压力。口模的低压特性(软特性):口模常数k值大的口模开度大或口模几何形态简单，对物料的充模流动阻力小(低压机头)，口模特性曲线斜率大,流量对压力变化敏

54、感，挤出机流量输出对机头口模压力作用呈软特性,即低压机头的充模流量容易随压力变化而改变 。口模的高压特性(硬特性):口模常数k值小的口模开度小或口模几何形态形状复杂，对物料的充模流动阻力大(高压机头)，曲线斜率小,流量对压力变化不敏感，挤塑机流量输出对机头口模压力作用呈硬特性，即高压机头的充模流量不容易随压力变化而改变 4.3.5 机头口模的与螺杆配用关系高压机头对熔体充模产生的流动阻力大，但挤塑机流量对机头压力变化不敏感，调整机头压力流量变化小，容易稳定和控制挤出工艺过程，故配用浅槽硬特性螺杆比较适于挤出成型；反之，低压机头对熔体充模产生的流动阻力小，但挤塑机对机头压力变化敏感，调整机头压力

55、流量变化大，不容易稳定和控制挤出工艺过程，故配用深槽硬特性螺杆比较适于混炼造粒。4.3.6 挤出机的工作点与工作图挤出机的工作点：螺杆与口模特性曲线在机筒机头连接处的每一个交点均称为挤塑机的工作点，即欲要保证挤塑机处于正常的挤出成型工作状态，必须保证： 螺杆挤出机筒和熔体流入机头的流量相等； 螺杆对熔体的压力和机头对熔体充摸的流动阻力相等。挤出机工作图：在挤出螺杆参数以与成型物料确定的情况下，通过在最大取值与最小取值围调整螺杆转速和口模常数所获得到的全部螺杆特性曲线、口模特性曲线并连同它们所在的压力流量坐标系合称为挤塑机的工作图。挤出机的有效工作区间：由挤塑机最大转速和最小转速以与由最大和最小

56、口模常数、等4个参数确定的两条螺杆特性曲线和两条口模特性曲线共同包络的封闭面积连同它们所在的压力流量坐标系合称为挤塑机的有效工作区间。很明显，该区间包含挤塑机所有可能的工作点以与可能使用的螺杆与口模特性曲线。 练习题一、判断题1固体输送量与螺杆转速n之间的正比关系，不受其他因素影响。2漏流和逆流的力学动因不同。3深槽软特性螺杆配用低压（低阻力）特性机头是为了抑制或降低逆流量。4浅槽硬特性螺杆可以配用高压（高阻力）特性机头。5浅槽硬特性螺杆配用高压机头适于混炼造粒。6深槽软特性螺杆配用低压机头不适于挤出成型。7浅槽硬性螺杆对物料产生的剪切热小，塑化能力强。二、选择题1成型物料在固体输送区，其（相

57、对运动速度、绝对运动速度）与机筒切向即假设的机筒运动方向之间的夹角称为物料的输送角。2（增大 减小）摩擦比fs/fb，可以（增大 减 小）M值，从而（提高 降低）固体输送量。3固态物料在（机筒与螺杆间隙 螺槽）中最先开始熔融。4螺杆特性曲线斜度（大 小）时，挤出流量对螺杆压力变化（敏感 不敏感），螺杆呈（软 硬）特性。5口模常数k（大 小）时，熔体进入机头的流动阻力（大 小），机头呈（高压 低压）特性。三、简述正流、逆流、净流、漏流、回流（环流）的概念，并绘制它们的 速度矢量分布5.双螺杆挤出机(略)6.挤出机的其他工作装置与控制(略)上料和加料机构（略）加热与冷却装置（略）传动系统（简介）机

58、械动力机构与电机的类型减速器类型、电机类型、主机与电机的安装三向整流子电机 滑差电机 直流电机直流电机调速特性：低速(1500r/min)时调整激磁电压恒扭矩调速适应于普通粘度和低粘度塑料挤出；控制系统（略）第5章 注射机教学容与目标知识结构：注射成型原理，注射螺杆的技术特点，注射成型工艺过程循环，注射机机械动作循环，注射机的工作时序，注射机的工作模式，注射机的力能规格，注射机的动力装置，注射机的液压传动。能力要求：对比静态挤出过程，熟悉和理解动态注射成型原理、注射螺杆技术特点、注射机的两大动力装置，以与注射机液压传动。教学重点1.注射成型原理以挤出成型与其螺杆为参照对比说明 (1) 螺杆对物

59、料的旋转塑化与轴向注射位移间歇进行(2) 物料在机筒螺杆塑化区非稳态熔融塑化螺杆间歇旋转与轴向平动位移 导致熔融塑化过程不能连续稳定进行，即塑化不注射，注射不塑化。注射螺杆长度比挤出螺杆短，不需要满足挤出过程稳态熔融塑化过程的要求(注射塑化不完全依靠螺杆旋转，所以不需要较大的螺杆长度)。螺杆几何工作段长度动态变化 塑化过程中物理职能区与螺杆几何工作段长度不能稳定匹配 轴向高压注射运动导致熔融塑化过程无法形成稳定的熔膜、熔池和固体床 高速高压的轴向注射动作会在加料区螺槽中形成强烈的固相环流和逆流，从而破坏挤出塑化过程中的固、液两相稳定转变的物理环境，并导致螺槽中固液两相掺混，不存在稳定的固、液两相转变规律。(3) 塑化效果取决于螺杆背压 挤出塑化效果取决于流动阻力2.注射螺杆的技术特点以挤出螺杆为参照对比说明(1) 注射螺杆加料段比挤出螺杆长，其长度可达螺杆总长60%。(2) 注射螺杆长径比和压缩比较之挤出螺杆小。(3) 注射螺杆