压延成型原理ppt课件.ppt

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1、姓 名 指导老师 主要内容主要内容 压延的必要条件压延的必要条件 1 钳住区特性点钳住区特性点2 压力分布曲线压力分布曲线3 钳住区的速度分布钳住区的速度分布 4 钳住区的剪切形变分析钳住区的剪切形变分析5压延原理压延原理l在压延成型过程中，借助于辊筒间生产的剪切力，在压延成型过程中，借助于辊筒间生产的剪切力，让物料多次受到挤压、让物料多次受到挤压、 剪切以增大可塑性，在进一剪切以增大可塑性，在进一步塑化的基础上延展成为博型制品。在压延过程中，步塑化的基础上延展成为博型制品。在压延过程中，受热融化的物料由于与辊间的摩擦和本身的剪切摩受热融化的物料由于与辊间的摩擦和本身的剪切摩擦会产生大擦会产生

2、大 量的热，局部过热会使塑料发生降解，量的热，局部过热会使塑料发生降解，因而应注意辊筒温度、辊速比等，以便能很好的控因而应注意辊筒温度、辊速比等，以便能很好的控制。制。n物料被加到两个具物料被加到两个具有一定温度以不同有一定温度以不同线速度相对旋转的线速度相对旋转的辊筒中间时，辊筒中间时，n辊筒表面与物料接辊筒表面与物料接触点分别作用以触点分别作用以n径向作用力径向作用力F F1 1和和F F2 2n与切向作用力与切向作用力f f1 1和和f f2 2。/n将它们分别沿将它们分别沿x-y坐标分解，坐标分解，n得得Flx、Fly、f1x、f2yn和和F2x、F2y、f2x、f2y。 n分力分力F

3、ly、f1y和和F2y、f2y对物对物料沿料沿y轴方向起压缩作用，通轴方向起压缩作用，通常叫做常叫做挤压力挤压力. n分力分力Flx和和F2x试图将物料推试图将物料推出辊隙，而分力出辊隙，而分力f1x、f2x、则、则试图把物料拉入辊隙。试图把物料拉入辊隙。n为了使物料能够进入辊隙，必为了使物料能够进入辊隙，必须满足：须满足：f1xFlx，f2xF2x/n就辊筒就辊筒I对物料的作用力分析，有公式：对物料的作用力分析，有公式：n f1xf1cos FlxFlsin 而而f1Fl n物料与辊筒表面的摩擦因数，物料与辊筒表面的摩擦因数，=tg(为摩擦角为摩擦角)n物料与辊筒表面的接触角，即物料在辊筒上

4、接触点物料与辊筒表面的接触角，即物料在辊筒上接触点和辊筒圆心连线与两辊中心连接线的夹角和辊筒圆心连线与两辊中心连接线的夹角n （为使熔料能进入辊隙，必须满足：为使熔料能进入辊隙，必须满足：f f1 1x xF Fl lx x，n 并参考公式：并参考公式：F Fl lx xF Fl lsinsin）n 得：得：F Fl lcoscosF Fl lsinsin， n 移项、消减：移项、消减：sin/ cossin/ costgtgn 所以所以tgtg 或者或者tgtgtgtgn 即即 。 / /n由此得出由此得出：n压延操作的必要条件是摩擦角压延操作的必要条件是摩擦角必须大于接触必须大于接触角，亦

5、即物料有大的摩擦因数角，亦即物料有大的摩擦因数( (粘弹态粘弹态) )；n同时辊筒进料处存料要少，使物料的接触角同时辊筒进料处存料要少，使物料的接触角减小。减小。/ /n压延中物料受辊筒的挤压，受压力区域称为压延中物料受辊筒的挤压，受压力区域称为钳住区钳住区， 条件假设条件假设n压延流体为不可压缩的牛顿流体；压延流体为不可压缩的牛顿流体；n流动为稳定的二维流动。流体沿辊筒轴向的流流动为稳定的二维流动。流体沿辊筒轴向的流动忽略不计，即流体沿辊筒轴向方向的速度变动忽略不计，即流体沿辊筒轴向方向的速度变化为化为0 0；n流动为等温过程；流动为等温过程；n压延过程中，物料无化学变化；压延过程中，物料无

6、化学变化；n物料在辊筒表面不打滑；物料在辊筒表面不打滑；n两辊筒直径相同，线速度两辊筒直径相同，线速度相等；相等；n忽略重力作用。忽略重力作用。/ / n建立压延直角坐标系统；建立压延直角坐标系统；n把中心钳住点作为坐标原点，把中心钳住点作为坐标原点，ny y轴取在两辊筒圆心连线上，轴取在两辊筒圆心连线上，nx x轴为两辊筒横截面的对称线。轴为两辊筒横截面的对称线。/ /n根据流体的连续方程和动量方程，并为简化方程，根据流体的连续方程和动量方程，并为简化方程，使之适用于不同规格的辊筒，故引入无量纲数使之适用于不同规格的辊筒，故引入无量纲数x x，n令令（8-6）显然显然x是横坐标是横坐标x的函

7、数。的函数。 则，则，由几何关系由几何关系 hx轴到辊筒表面的距离轴到辊筒表面的距离 则，则，又设无量纲数又设无量纲数 ，表示为单位辊筒宽度，表示为单位辊筒宽度的无量纲的流动速率的无量纲的流动速率n令：令：式中式中qv辊筒单位长度上物料的体辊筒单位长度上物料的体 积流量。即积流量。即 qv2H2 式中式中2H2压延制品厚度压延制品厚度(cm)辊筒旋转线速度辊筒旋转线速度(cms)所以所以 （8-9）n如此即可推导得到压延过程的压力方程式：如此即可推导得到压延过程的压力方程式：（8-10） （8-11） 在微分式（在微分式（8-10）中，压力只与）中，压力只与(x)有关，有关，当当(x)22时，

8、时，dP/dx0，函数有极值。，函数有极值。据此，即有以下几点关系：据此，即有以下几点关系：/n式中g(x, )是一个x和的复杂函数，为（8-10） （8-11） （8-12） n终钳住点在压延坐标中位置：终钳住点在压延坐标中位置：n由（由（8 89 9）式，首先计算）式，首先计算值。值。n又（又（8 86 6）式）式n所以所以 n当当dP/dxdP/dx0 0时（即时（即x x-），），P P为极大值。为极大值。记作记作PmaxPmax。n由由（8-12）可知）可知 g(x, )= g(- , )=5 n则，由（8-11）得（8 81313）n式中式中Pmax最最大压力点的压力（大压力点的压

9、力（MPa）n 辊间物料粘度（辊间物料粘度（Pas）n 辊筒压延线速度（辊筒压延线速度（cms）n 无量纲数无量纲数n在中心钳住点（在中心钳住点（x xx x0 0），在压延坐标），在压延坐标中位于最大压力点和最小压力点（终钳住点）中位于最大压力点和最小压力点（终钳住点）的中点的中点. .n由由（8-12）可知）可知 g(x, )= g(0, )=0n则，由（8-11）得n物料所受的压力是最大压力的一半，故称为半物料所受的压力是最大压力的一半，故称为半压力点。压力点。n始钳住点，是物料开始受压点。始钳住点，是物料开始受压点。n物料经过此点进入挤压辊隙物料经过此点进入挤压辊隙. .n我们把始钳住

10、点记为（我们把始钳住点记为（- -x x0 0）。）。n同样（同样（- -x x0 0）具有如同式（）具有如同式（8 86 6）的数学关系。）的数学关系。即：即：（814） n由此可见由此可见: : n.(-x.(-x, ,0 0) )和和都是与物料性能有关。都是与物料性能有关。n当物料弹性越大，当物料弹性越大，(-x(-x, ,0 0) )和和越远离越远离y y轴，钳住轴，钳住区范围就越大，产品厚度区范围就越大，产品厚度(2H(2H2 2) )与辊筒间隙与辊筒间隙(2H(2H0 0) )差距就越大；差距就越大；n. .当物料弹性越小，当物料弹性越小，(-x(-x, ,0 0) )和和的范围就

11、缩小，的范围就缩小，(2H(2H2 2) )和和(2H(2H0 0) )的差距就越小；的差距就越小；n. .当物料完全没有弹性，当物料完全没有弹性，则则(-x(-x, ,0 0) )和和趋向重趋向重合，亦即物料的进入和出口全在中心点重合合，亦即物料的进入和出口全在中心点重合, ,则则2H2H2 2=2H=2H0 0 . /. /根据前述，总结钳住区特性点如下表根据前述，总结钳住区特性点如下表n如前所述，在已经确定的如前所述，在已经确定的压延生产中，利用式压延生产中，利用式 可以求得可以求得PmaxPmax. .n如果把任一点的压力如果把任一点的压力P P(x(x) )和最大压力和最大压力Pma

12、xPmax之比定义之比定义为相对压力，并记作为相对压力，并记作P P，即：即：（8-13） n图图8 8- -3535是表示三种是表示三种不同不同值的情况下值的情况下绘制的绘制的P Px x值的值的曲线，曲线，n曲线表明相对压力曲线表明相对压力P P随随x x的变化而变的变化而变化的关系。化的关系。/ /根据相对压力曲线，我们可以很方便的求出钳住根据相对压力曲线，我们可以很方便的求出钳住区内任一点的压力，即：区内任一点的压力，即：（8-15） 式式(815)表明表明:在已知压延生产中，在已知压延生产中，、R、H0均为已知。均为已知。任意压力任意压力P和最大压力和最大压力Pmax一样，是一样，是

13、的三次方关系，的三次方关系，值很小变化均可引起压力的很大变化。值很小变化均可引起压力的很大变化。例如，例如，当当值增加值增加1倍时，倍时，Pmax和任意压力和任意压力P都增加都增加8倍。倍。n压延时料流沿压延时料流沿x x轴方向各点的速度与辊筒线速轴方向各点的速度与辊筒线速度的比值度的比值x x/ /，经理论推导是：，经理论推导是：（8-16） 式中式中 x料流在料流在x方向分速度方向分速度 辊筒表面线速度辊筒表面线速度 y辊间物料任一点的辊间物料任一点的y轴坐标位置轴坐标位置 hx轴到辊筒表面的距离轴到辊筒表面的距离 /n公式表明公式表明: :nx x是变量是变量x x、和和(y/h)(y/

14、h)的函数。的函数。n当当x x时，时，x x，n这说明这说明在最大压力处和终钳住点物料速度都等于辊筒在最大压力处和终钳住点物料速度都等于辊筒表面线速度。表面线速度。n当当等于某一常数值时，速度等于某一常数值时，速度x x就只是就只是x x和和y/hy/h的函的函数。数。n因此，当因此，当x x取某一数值，就可以画出一个取某一数值，就可以画出一个x x对（对（y/hy/h）的速度分布曲线。的速度分布曲线。/ /图示为图示为取取2 20.10.1时时, ,x x分别为分别为-4-4、-2-2、-、0 0和和时的速度分布情况。时的速度分布情况。n由图可见由图可见: :n当当x x时，时，x x，速

15、度分布曲线为直线；，速度分布曲线为直线；n当在当在x x区域，压力梯度为负值，速度曲线区域，压力梯度为负值，速度曲线呈凸状；呈凸状；n当当x x区域压力梯度为正值，流体中部速度变慢，区域压力梯度为正值，流体中部速度变慢，速度曲线呈凹状；速度曲线呈凹状；/ /当当x x小于小于- -向负方向移动时，在中性面向负方向移动时，在中性面x x轴上轴上有一点叫驻止点，有一点叫驻止点， 即即x x0 0表示物料在此处的运动速度等于零。表示物料在此处的运动速度等于零。n当当x x=0=0，可求得驻止点的，可求得驻止点的x x值，用值，用(x(x) )* *表示，即：表示，即： 当当x x(x(x) )* *

16、的区域，速度有正的，也有负的；的区域，速度有正的，也有负的；在中性面速度是负的，流体流出捏合间隙；在中性面速度是负的，流体流出捏合间隙； 在辊筒表面层，速度是正的，流体流进捏合间隙；在辊筒表面层，速度是正的，流体流进捏合间隙； 说明存在一个局部环流。说明存在一个局部环流。在在x x(x(x) )* *区域内，不管速度分布曲线呈凹状区域内，不管速度分布曲线呈凹状还是凸状，还是凸状，x x都是正值，不存在循环回流都是正值，不存在循环回流。 / /（8-20）（8-21）图8-40 辊筒间物料中剪切力和剪切速率沿y轴的分布（a）及物料剪切形变（b）示意n与剪切速率相对应的剪切形变，从物料进人钳住区后就逐渐增大，在最大压力点b处剪切形变达到最大。此后形变逐渐恢复，到达终钳住点即离开钳住区时，在物料内仍保留部分剪切形变，如图8-40（b）所示。n因此对于粘弹性物料来说，压延 制品的厚度总是略大于压延机最后一道辊筒间隙。 图8-40 辊筒间物料中剪切力和剪切速率沿y轴的分布（a）及物料剪切形变（b）示意