描述
开 本: 16开纸 张: 胶版纸包 装: 平装-胶订是否套装: 否国际标准书号ISBN: 9787122340153
本书于1983年面世，先后经历过四次改版，在橡塑挤出行业具有很大的影响力。本书作者为行业内的专家，并且本书的内容得益于德国IKV研究所与德国工业界各大企业的联合研究，不仅包括了丰富的实际生产经验，也具备严谨的理论知识。全书从聚合物流体性能等挤出理论出发，详细介绍了挤出模具设计、优化的方法。从第5章开始，作者分门别类详细介绍了热塑性塑料、热塑性塑料共挤、弹性体等塑料挤出模具的设计与优化；挤出模具的加热、机械设计、日常维护等内容。
全书内容全面、深入，对于从事挤出制品生产、设计；模具开发的技术人员有很好的理论指导价值。
本书主要阐述了热塑性塑料与橡胶在不同结构的制品挤出成型过程中的基本现象与问题，并具体讨论了其挤出模具的结构差异。此外，因为定型线也被涵盖在了挤出模具的广义概念,中本书还针对定型线及定型模具的基本结构也进行了讨论。
本书既可以作为高等院校模具设计课程的教材使用，也可作为技术人员的参考书籍。读者既可根据需要查阅其中的一两章节，也可将整本书作为模具设计的系统教程。
第1章概述1
参考文献5
第2章聚合物熔体特性6
2.1流变行为6
2.1.1熔体的黏性特征6
2.1.2黏流行为的计算18
2.1.3熔体的黏弹特征22
2.2热力学行为25
2.2.1密度26
2.2.2导热性26
2.2.3比热容27
2.2.4热扩散系数28
2.2.5比焓28
参考文献30
第3章简单流动的基本方程33
3.1管内流动34
3.2平板缝隙流动37
3.3环形缝隙流动40
3.4模具中各简单流动方程的总结43
3.5壁面滑移现象49
3.5.1壁面滑移的数理模型49
3.5.2流动函数的不稳定性——熔体破裂52
参考文献55
第4章挤出模具中速度与温度分布场的模拟计算57
4.1守恒方程57
4.1.1连续性方程57
4.1.2动量方程58
4.1.3能量方程59
4.2约束性假设与边界条件61
4.3守恒方程的解析式方程解63
4.4守恒方程的数值解67
4.4.1有限差分法67
4.4.2有限元法70
4.4.3FDM与FEM比较72
4.4.4挤出模具中模拟计算案例74
4.5考虑材料黏弹性行为84
4.6挤出胀大的模拟计算86
4.7挤出模具的设计与优化方法91
4.7.1工业生产实践中的挤出模具设计91
4.7.2优化参数94
4.7.3优化方法97
4.7.4挤出模具设计优化的实际应用103
参考文献108
第5章热塑性塑料的单一挤出模具112
5.1圆形出口截面的挤出模具112
5.1.1设计与应用112
5.1.2设计117
5.2缝隙型截面的挤出模具120
5.2.1设计与应用120
5.2.2设计125
5.3环形出口截面的挤出模具142
5.3.1种类143
5.3.2应用149
5.3.3设计157
5.4其他流道中的压力损失计算方程（除管材或缝隙式流道外）167
5.5具有不规则出口形状的模具（型材模具）169
5.5.1设计与应用170
5.5.2设计176
5.6用于发泡成型半成品的模具182
5.6.1发泡薄膜类模具183
5.6.2发泡异型材类模具183
5.7特殊模具185
5.7.1用于异型材或任意截面涂覆的模具185
5.7.2用于生产具有内增强嵌件的型材制品的模具185
5.7.3用于生产网状产品的模具186
5.7.4用于生产厚板产品的带驱动螺杆的缝隙型模具186
参考文献188
第6章热塑性塑料的共挤模具195
6.1设计195
6.1.1外部结合式共挤模具195
6.1.2适配器式(喂料块）模具196
6.1.3多歧管式模具198
6.1.4层倍增式模具199
6.2应用200
6.2.1膜类与片材类模具200
6.2.2吹膜类模具201
6.2.3吹塑型胚的挤出模具201
6.3流动的模拟计算与设计202
6.3.1黏度恒定的简单多层流动的模拟计算204
6.3.2共挤流动的显性有限差分法模拟计算207
6.3.3速度场与温度场的有限差分法模拟计算209
6.3.4共挤流动过程中速度场的有限元模拟计算211
6.4多层流动中的不稳定性213
参考文献217
第7章弹性体材料的挤出模具219
7.1弹性体挤出模具的设计219
7.2弹性体挤出模具的设计基础220
7.2.1热力学材料参数220
7.2.2流变参数221
7.2.3黏性压力损耗的模拟计算223
7.2.4峰值温度的评估225
7.2.5材料弹性行为的考虑226
7.3弹性体类分配器模具的设计226
7.4用于弹性体挤出模具的开槽盘设计227
7.4.1压力损耗的模拟计算227
7.4.2出口膨胀（挤出胀大）230
7.4.3开槽盘结构设计的简化评估232
参考文献238
第8章挤出模具的加热241
8.1类型与应用241
8.1.1挤出模具的流体加热241
8.1.2挤出模具的电加热242
8.1.3挤出模具的温度控制243
8.2传热设计244
8.2.1传热设计标准及其自由度244
8.2.2挤出模具的热平衡245
8.2.3建模中的约束性假设249
8.2.4传热设计的模拟计算方法249
参考文献255
第9章挤出模具的力学设计258
9.1多孔板的结构设计258
9.2流道结构呈轴对称形的模具的力学设计262
9.3缝隙型模具的力学设计270
9.4通用设计准则274
9.5挤出模具材料275
参考文献280
第10章挤出模具的操作、清理与维护281
参考文献283
第11章管材与异型材的尺寸定型284
11.1类型与应用286
11.1.1摩擦定型方法286
11.1.2采用压缩空气的外部定型方法286
11.1.3基于真空的外部定型方法287
11.1.4内部定型方法291
11.1.5精密拉挤成型（Technoform技术）292
11.1.6定型器可移动的特殊成型技术292
11.2定型生产线的传热设计292
11.2.1分析模拟计算模型294
11.2.2数值模拟计算模型297
11.2.3近似模型302
11.2.4热边界条件及材料参数305
11.3冷却对制品性能的影响305
11.4定型生产线的力学设计306
11.5实心棒材生产过程中的模具冷却306
参考文献309
译者前言
历经一年半的时间，我很高兴本书中文版很快就要与中国各位橡塑加工领域的同仁们见面了。当然，这首先要感谢原版的两位编者：Christian Hopmann博士以及Walter Michaeli博士——德国亚琛工业大学塑料加工研究所(IKV)的两位主任。因为从本书的架构及内容可以看出，编者在选择模具设计的相关知识体系时进行了精挑细选，尽管有些信息已经是老生常谈，但理论与数据永远不会过时。
在聚合物的精密成型过程中，模具的结构极大地影响了熔体的流动形态，这一过程涉及了流变学、力学、传热学等多学科的综合交叉，温度与力场的耦合必然导致其解析计算过程非常复杂。因此，必须依靠计算机进行流动的模拟计算与模具的结构优化，而有限元法或有限差分法在这个方面就显得非常方便，避免了学生或设计人员对复杂微积分方程的恐惧。正是如此，本书并没有纠结于方程的推导过程，而是强调了设计人员对理论与方程的运用。
本书主要阐述了热塑性塑料与橡胶在不同结构的制品挤出成型过程中的基本现象与问题，并具体讨论了其挤出模具的结构差异。此外，除了模具之外，本书针对定型线及定型模具的基本结构也进行了讨论，因为定型线也被涵盖在挤出模具的广义概念中。因此，本书既可以作为高等院校模具设计课程的教材使用，也可作为技术人员的参考书籍。读者既可根据需要查阅其中的一两章节，也可将整本书作为模具设计的系统教程。
挤出模具的设计虽然很依赖设计人员的个人经验，但要实现精密的挤出控制，必须对其中的细节精雕细琢。例如，书中第9章在讨论关于挤出模具的力学设计时，编者不仅讨论了多孔板的力学强度核算，还特别强调了滤网的力学设计问题，甚至还特意提到了滤网的金属丝线问题。这种对细节“穷追猛打”的思维也许正是德国制造的精髓，非常值得我们认真学习，也非常契合国家大力提倡的“工匠精神”，对提升我国制造业在全球行业的格局非常重要。
在最初接手本书的翻译工作时，我还未意识到这一过程会给我带来如此的震撼，尽管过程非常艰难与耗时，但回顾这一过程却发现其令我受益匪浅。由于个人能力有限，我尽量弄清楚书中的每一句话每一个单词，并坚守“信、达、雅”的原则力求言简意赅地表达出来，但是，纰漏与不当之处还是不可避免，望读者谅之。在此，希望各位专家同仁不吝指正。不过，如果能耐心地阅读书中的内容，并将其与模具的实际设计与使用过程相结合，那么，我认为本书还是值得一读的。
林祥
2018年夏于北京科技大学
第四版前言
2003年1月，本书第三版的英文版正式发行。从此，关于此书的德文版与英文版就不断地收到读者的再版要求。为了满足需求，我们很高兴看到Hanser出版社印刷发行了该书的第四版。在本书新版的编辑过程中，第一次迎来了两位主编：2011年4月，Christian Hopmann教授接替Walter Michaeli教授担任德国亚琛工业大学塑料加工协会主席及塑料加工研究所（IKV）主任。我们很高兴本书与Hanser出版社的长期合作关系进入了IKV的下一个时代。
相信本书的此次更新将继续给您的工作、生活带来帮助，并希望给您的阅读过程带来愉悦。我们保留了本书多年以来久经考验的内容结构，同时也新增了众多读者的反馈与建议。
这里，我们要特别感谢IKV挤出系前主任Christian
Windeck教授及其继任者Nafi Yesildag, M.Sc.，两位均对本书中的内容、方程及参考文献进行了严格的分析、检查与增补。在此，我们表示由衷的感谢。
此外，我们对Hanser公司的Mark Smith及Jorg Strohbach在本书出版过程中所给予的大力支持也表示谢意。
再次，来自塑料与橡胶工业界对本书第四版所提出的建议也悉数被采纳，感谢所有对本书出版提供建议与帮助的各位同仁。IKV的众多研究和发展贡献组成了本书中所陈述的内容基础，在这样的背景下，我们要感谢联邦经济与能源部门（BMWi，柏林）通过德国联邦工业研究协会（AIF e.V.，科隆）、德意志研究联合会（DFG，波恩-拜德哥德斯堡）、联邦教育与研究部（BMBF，波恩）以及欧洲委员会（布鲁塞尔）对众多工业研究项目的促进与支持。
Walter Michaeli
Christian Hopmann
第一版前言
在本书中，我们试图向聚合物加工的从业人员以及学生们展示所有塑料挤出模具的大致发展现状。在实现这一目标时，我们讨论了各种类型的模具以及它们的具体特点，并阐述了它们的设计指南与工程模拟分析方法及其局限性。鉴于工业界和学术界从之前到现在以及将来的不断努力，通过数学方法实现对挤出模具中的熔体输运现象（流动和传热）进行建模，这一点甚至更为重要。这些重要的项目研究主要是出于对更高生产率并希望获得质量更高的挤出半成品（即尺寸精度、表面质量等）的需求。由于经济方面的考虑，关于挤出模具的纯经验工程方法反而变得越来越不受欢迎。
在挤出模具的工程设计过程中，流道结构的设计占据了其中最重要的部分。关于这部分内容，本书将从确认并解释相关流道设计所需的材料参数开始进行叙述。
根据基本方程的推导，则可以估算流道中的压力损失、作用在流道壁上的力以及流道中熔体的速度分布场、平均速度大小等。关于那些可用于实际情况下的简单计算方程，则罗列在了本书相关表格中。对于大多数的挤出模具而言，这些方程足以在考虑流变特征的基础上实现对模具的实际设计。
由于数值模拟方法在挤出模具设计中的重要性日益增加，因此，本书也讨论了如何利用有限差分法和有限元法（FEM）来计算速度场和温度场。
在第5章和第6章中，详细介绍了各种类型的单、多层挤出模具及其具体结构特征，随后回顾了模具的热力学和机械设计过程，并讨论了模具材料的选择及模具的制造。本书还讨论了模具的操控、清洗和维护以及管材与型材的定型装置。最后，在本书的结尾部分则罗列了全部的参考文献。
本书的撰写工作主要是在我担任亚琛工业大学塑料加工研究所（IKV，亚琛，西德，主任：Dr.-Ing. G. Menges）挤出与注塑成型实验室负责人期间完成的。在挤出模具工程领域，我可以获得IKV研究的所有重要成果。在此，我要对所有在IKV的前同事以及现同事们表示我由衷的感谢，尤其是：J. Wortberg，A. Dierkes，U. Masberg，B. Franzkoch，H. Bangert，L. Schmidt，W. Predoehl， P.B. Junk，H. Cordes，R. SchulzeKadelbach，P. Geisbuesch，P. Thienel，E. Haberstroh，G. Wuebken，U. Thebing，K. Beiss 以及U. Vogt等各位先生们。他们的研究工作是构成本书文稿的重要组成部分，同时也要感谢其他对本书做出贡献的同事以及研究所的学生与毕业生们。但最重要的是，我要感谢Dr. -Ing G. Menges在我准备这本书时对我鼓励，以及他对我的帮助、提升和支持，这使我有可能完成这本书的编写。
此外，我还要进一步感谢塑料工业界的一些代表，特别是对IKV赞助商协会中的挤出和挤出吹塑成型咨询委员会的成员。
本书中涉及了许多IKV的研发项目内容，这成了书中部分内容的事实基础。这些内容得益于工业界与IKV的联合研究工作，只有这样才能得到经济上的支持。这些支持机构包括了德国联邦工业研究协会（AIF，科隆）、德意志研究联合会（DFG，波恩-拜德哥德斯堡）、联邦研究和技术部（BMFT，波恩）。
1979年，本书第一版在德国成功出版发行，而大家所看到的则是基于1979年版本稍微进行修改的英文版。在这一版中，我们增添了一个字母索引，并检查了其引用列表，以确保最重要参考文献中的英语可以很容易识别。
“生活在继续”——这也发生在挤出成型工具中——因此所列的参考文献在1979的版本中就已经完成。因此，向所有致力于本书英文版的各位同仁们表示感谢：塑料工程师协会（SPE）赞助了本书的出版，Dr. Herzberg翻译了本书的英文稿，Hanser出版社的Dr. Immergut与Dr. Glenz协调了本书的出版工作，史蒂文斯理工学院（霍博肯，新泽西）聚合物加工研究所的（PPI）的Dr. Hold则为本书进行技术编辑，最终由Hanser出版社进行出版印刷。
Walter Michaeli
1983年8月写于德国黑彭海姆
第二版前言
距离本书第一版的成功出版已经将近十年，是时候重新审视和整理有关挤出模具设计和制造领域的最新发展和应用了。因此，这也就是本书新修订版与大家见面的缘故。尽管关于挤出模具的基本设计原则是相同的，但因为对提高产品质量与提高生产率的需求不断增长，以及新兴的聚合物和新产品，这一领域同时也产生了许多的发展和进步。例如，近年来的共挤技术越来越受到人们的重视，而基于液晶的一类聚合物则是一种全新的材料；毫无疑问，这需要在挤出模具设计中引入全新的设计理念。这意味着该领域的相关技术仍会继续向前发展，因此，本书第二版的内容将会涵括目前的技术发展现状。这其中需要特别注意相关的理论工具，如有限元方法，它在过去十年中已经得到了很大的发展，可用于解决许多当前的技术问题。
正如第一版前言中所述，本书的基本目标在任何情况下都不会改变，即本书为相关从业者指导其日常工作并解决相关问题；或为该领域的学生所用，引导其学习复杂的挤出模具，并提供广泛的培训和进一步的教育。从第一版的反馈来看，读者对这本书的反应非常积极。尽管如此，跟所有的事物一样，本书也可以进一步完善，而这就是我们目前在第二版中尝试去做的事情。其中，我们增添了关于弹性体材料挤出成型模具的设计内容，并大幅度地增加了共挤出模具的相关讨论，同时也对所有其他章节内容都进行了实质性的修改。
这里，我所说的“我们”当然包括了我的许多同事，他们来自亚琛工业大学的塑料加工研究所（IKV），包括Dr. U. Dombrowski、Dr. U. Huesgen、Dr. M. Kalwa、Dr. M. Meier以及Dr. C. Schwenzer。他们付出了较长的个人时间来参与本书的编辑撰写工作。同样地， N. Petter夫人与D. Reichelt夫人对于本书的文本抄写也做了大量的工作，而G. Zabbai与M. Cosier先生则负责了本书中高质量的插图编辑。在此，向各位同僚表示我个人最衷心的感谢。
本书中的许多数据结果则来自研究所的学生们，他们在课题研究与学习过程中做了大量的工作，因此也需要向他们表示感谢。
在第二版中，我们也采纳了来自塑料与橡胶工业界的意见。因此，也需要感谢那些提供了建议和帮助的人，特别是IKV的挤出、吹塑和橡胶技术咨询委员会成员们。
IKV的许多科学研究和技术发展工作构成了本书中某些内容的基础。这得益于工业界和IKV的众多合作，才使这些研究能够展开并结出硕果。这些研究得到了德国联邦工业研究协会（AIF，科隆）、德意志研究联合会（DFG，波恩-拜德哥德斯堡）、联邦研究和技术部（BMFT，波恩）以及大众汽车基金会（汉诺威）的大力支持。
Walter Michaeli
1991年11月，亚琛
第三版前言
在我上次访问哥伦比亚麦德林的时候，恰逢蓬勃发展中的塑料和橡胶研究所(ICIPC)成立十周年之际，在那里我遇到了许多年轻和热心的学生，因为他们学习了一本关于挤出模具设计的书，所以他们知道了我的名字。他们向我问了很多问题，但我没来得及和他们合影就匆匆告别了。我感到很高兴，原因有两点：第一，这一事件表明这本书甚至在离我家乡很远的地方也能被读者认可；第二，重要的是,要知道那些年轻人喜欢在他们的职业生涯中学习并使用这本书。但是，这本书也是为那些在工业领域和科学应用中需要日常技术支持的人编写。自从这本书的第二版出版以来，已经过去十二年了，其间挤出成型和模具设计领域均有非常明显的变化和创新。例如，螺旋芯棒式模具已经应用了三十多年，但是它的某些功能已经发生了变化。如今，我们会将螺旋结构设定在某一平面上，并从其中的一侧进行喂料。当我们将这些功能性系统相互堆叠在一起时，其结果就是所谓的组合模具，它比传统的带有环形狭缝的共挤模具具有更多方面的优点。这部分内容将在本书的第5章进行介绍。
作为挤出模具的设计人员，其很可能希望能够采用计算机来处理所有待加工材料、加工工艺参数以及最终模具的几何结构等问题，并最终获得完全由设计而确定的流道结构，而这有助于优化流动的分布形态。在学习本书时，读者可能会意识到有限元分析是解决上述问题的有效方法，但是，如何适当表征挤出材料的黏弹性仍然是流变学家和工程师的一大挑战。然而，这一问题目前已经取得了很大的进步。对于黏性流动来说，这个问题基本已经解决，我们可以正确地对其流动进行描述。因此，在本书的第三版中，我们新增了一章内容，讲述了如何基于计算机对挤出模具进行优化。
我要感谢我的同事，IKV挤出系的负责人Dr.-Ing， Boris Rotter以及系的研究工程师Dipl.-Ing，Stefan Kaul。他们基于他们的专业知识与经验对本书进行了审查和修改，并给予了莫大的支持和积极的帮助。此外，本书中的许多结果都是由该研究所的学生在论文研究期间得到。
我还要感谢那些对本书的成功出版提供了许多建议和帮助的人，特别是IKV咨询委员会的成员——挤出、吹塑和橡胶技术委员会。其中，一些IKV的许多研发项目构成了本书的内容基础，而这得益于工业界和IKV的众多合作，才使这些研究能够顺利展开。这些研究得到了德国联邦工业研究协会（AIF，科隆）、德意志研究联合会（DFG，波恩-拜德哥德斯堡）、柏林联邦教育与研究部和技术部（分别在波恩和欧盟委员会、布鲁塞尔）的大力支持。
最后，我要感谢慕尼黑Hanser出版社的Wolfgang
Glenz博士，其敏锐的洞察力使得其多年来与我一直保持着良好的合作。像我这样的技术人员很欣赏Wolfgang
Glenz博士的洞察力，他们的工作相当有挑战性，至少能使我得以获得可观的收入，并让我有可能写出这本书，使其最终与读者见面。综上，所有的这些有利因素均促成了本书的完成与出版。
Walter Michaeli
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