SJ17035单螺杆挤出机整体设计8

SJ17035单螺杆挤出机整体 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 8 图书分类号: 密 级: 毕业设计(论文) SJ170/35单螺杆挤出机整体设计 SJ170/35 SINGLE SCREW EXTRUDER OVERALL DESIGN 学生姓名 李超 学院名称 机电 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 学院 专业名称 机械设计制造及其自动化 指导教师 韩翔 2009年 05月 25日 徐州工程学院毕业设计(论文) 徐州工程学院学位论文原创性声明 本人郑重声明: 所呈交的学位论文～是本人在导师的指导下～独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用或参考的内容外～本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体～均已在文中以明确方式标注。 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 论文作者签名: 李超 日期: 2009-05-28 徐州工程学院学位论文版权 协议 离婚协议模板下载合伙人协议 下载渠道分销协议免费下载敬业协议下载授课协议下载 书 本人完全了解徐州工程学院关于收集、保存、使用学位论文的规定～即:本校学生在学习期间所完成的学位论文的知识产权归徐州工程学院所拥有。徐州工程学院有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的纸本复印件和电子文档拷贝～允许论文被查阅和借阅。徐州工程学院可以公布学位论文的全部或部分内容～可以将本学位论文的全部或部分内容提交至各类数据库进行发布和检索～可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 论文作者签名: 李超 导师签名: 日期: 2009-05-28 日期: I 徐州工程学院毕业设计(论文) 摘要 挤出机是塑料行业最基本的加工机械，挤出机的发展水平直接影响塑料产品的质量。本设计的要求是设计出能够加工聚乙烯的铝塑板，由于聚乙烯的特殊性能要求设计特殊的排气挤出机。本设计的挤出机是二阶排气挤出机，简单的说也就是两根单螺杆串联。这就要求我们对普通单螺杆的设计要有足够的掌握而且还要对排气的要求有深刻的了解。本设计首先介绍了螺杆挤出机的分类与发展前景等，其次为整体 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 的确定部分，详细的介绍了本设计的选择依据，最后为整体设计部分，涉及到各参数的确定过程。主要工作内容如下: (1) 对各种不同挤出机的总体结构进行深入剖析。 (2) 根据主要技术参数设计挤出机的整体结构。 (3) 运运用AutoCAD绘制螺杆、机筒和机架零件图;挤出机总体结构装配图。 本课题运用AutoCAD技术进行挤出机总体结构的设计，可以缩短产品开发周期，提高产品质量，降低成本，增强企业的市场竞争能力。 关键词 挤出机;螺杆;机筒;机架 II 徐州工程学院毕业设计(论文) Abstract Extruder is the most basic machine of plastic industry, extruder level of development may have a direct impact on the quality of plastic products. This design requirement is designed to processing of aluminum-plastic polyethylene panels, because of the special properties of PE ,It is requirement to design a special exhaust extruder. The design of the extruder is the second exhaust extruder, that is a simple two single screw series. This demands us to have a sufficient grasp of the ordinary single screw design and a deep understanding of exhaust extruder. The topic introduced the classification and development of screw extruder first; followed is the determination of the whole programme and some of the details on the choice of the design basis .The last is the overall design part,it involves to the determination of every parameters. Major works as follows: (1) of various extruder the overall structure of an in-depth analysis. (2) under the main technical parameters extruder design the overall structure. (3) Win use AutoCAD drawing screw, barrel and rack parts map; extruder overall structure of assembly. The use of AutoCAD technology issues extruder overall structure of the design, can shorten the product development cycle, improve product quality, reduce costs and enhance their competitiveness in the market. Keywords extruder screw barrel rack III 徐州工程学院毕业设计(论文) 目 录 1 绪论 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1 1.1 单螺杆挤出机 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1 1.1.1 基本操作 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1 1.1.2 排气挤出机„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2 1.1.3 橡胶挤出机„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2 1.2 多螺杆挤出机 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3 1.2.1 双螺杆挤出机„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3 1.2.2 多(,2)螺杆挤出机 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3 1.3 新型挤出机 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5 1.3.1 手提式挤出机„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5 1.3.2 磨盘式挤出机„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5 1.3.3 往复螺杆挤出机„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6 2 挤出机总体方案的确定 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„8 2.1 挤出机总体方案布局的基本要求 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„8 2.2 螺杆类型的确定 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„8 2.2.1 螺杆的工作性能指标评定„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„8 2.2.2 螺杆的选用原则 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„8 2.2.3 螺杆的分类 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„9 2.2.4 螺杆方案的确定 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„9 2.3 机筒类型的确定 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„9 2.3.1 机筒的结构类型„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„9 2.3.2 机筒方案的确定„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„11 2.4 本设计整体方案的确定 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„11 3 挤出机的整体设计 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„13 3.1 P E铝塑板的基本特征 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„13 3.2 产品的设计要求 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„13 3.3 螺杆设计 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„13 3.3.1 螺杆深度和压缩比的确定„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„14 3.3.2 螺距和螺纹升角的确定„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„19 3.3.3 三段式螺杆长度的确定 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„19 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„24 3.3.4 螺纹断面设计 3.3.5 螺杆设计的校核„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„..„„„„26 3.3.6 第二阶螺杆各参数的确定„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„30 I 徐州工程学院毕业设计(论文) 结论„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„33 致谢 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„34 参考文献 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„35 附录„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„36 英文部分 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„36 中文翻译„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„44 II 徐州工程学院毕业设计(论文) 1 绪论 1.1单螺杆挤出机 螺杆挤出机分为单螺杆挤出机和多螺杆挤出。单螺杆挤出机是聚合物工业中最重要的一类挤出机。其主要优点为成本较低、设计简单、坚固而可靠、以及满意的性能成本比。常规塑化挤出机的螺杆具有3个不同的几何段，见图下图: 图1-1常规挤出机螺杆几何形状 这种几何形状也称之为“单级”。“单级”是指这种螺杆尽管有3个不同的几何段，但事实上仅有一压缩段，第一段(最靠近进料口)的螺槽—般较深。此段中的物料大都处于固体状态。此段称之为螺杆的进料段。最末段(最靠近模头)的螺槽通常较浅。此段中的物料大都为熔融状态。此蝉杆段称之为计量段或挤出段。第二段连接进料段和计量段。此段称之为过渡段或压缩段。多数情况下，螺槽深度(或螺棱高度)从进料段向计量段以线性方式减小，因而使物料在螺槽中经受压缩(以后将证明这种压缩作用在多数悄况下对挤出机的正确运行是必不可少的。 1.1.1基本操作 单螺杆挤出机的操作相当简单。物料从加料斗进入。通常物料靠重力由加料斗流入挤出机机筒。有些物料在干燥状态不易流动，必须采用特殊 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 防止物料在进料斗中挂料。物料一旦落入挤出机机简，即处于挤出机螺杆和机筒之间的环状空间内，并进而为螺棱的主动螺腹和被动蝶腹螺槽所包围。机简静止而蝉杆旋转。因此，摩擦力都作用于物料以及机筒和螺杆表面。至少物枓处于固体状态(低于熔点)，这些摩擦力负责向前输送物料。 物料向前运动时，即因摩擦产生的热和机筒加热器传导的热而被加热。当物料温度超过其熔点，则在机筒内表面形成熔膜，塑化段即由此开始。必须指出，塑化段起点通常不是压缩段起始点。各功能段的分界线取决于聚合物性能、挤出机几何形状以及操作条件。因而，分界线可因操作条件改变而改变。然而，螺杆的几何段由设计确定，不因操作条件的变化而变化。当物料向前运动时，在各个位置的固态物料量将因熔融而减少。当全部固态聚合物消失时则达到塑化段末端，而熔体输送段开始。在固体输送段中，将熔体均匀的输送给模头。 当聚合物流进模头时，即呈现模头流道的形状，因而，当高聚物离开模头时，其形状 1 徐州工程学院毕业设计(论文) 或多或少的符合模头流道最后部分的断面形状。由于模头产生流动阻力，所以需要压力迫使物料通过模头。这种压力通常称之为模头压力。模头压力因模头形状(特别是流道)、高聚物熔体温度、通过模头的流率、以及高聚物熔体的流变特性所决定。模头压力由模头产生而不由挤出机产生。挤出机只是产生足够的压力，以迫使物料通过模头。如聚台物、挤出量、模头、模头温度均相同，则无论挤出机是齿轮泵单螺杆挤出机，还是双螺挤出机等都不会造成差异，机头力相同。因而模头压力是由发生在。 1.1.2排气挤出机 排气挤出机在设计和功能上与非排气挤出机有很大区别。排气挤出机在其机筒上有一个或多个开口(排气口)，挥发物可由此逸出。因而(排气挤出机能连续从聚合物中连续排除挥发物。这种排气增加了一种非排气挤出机所没有的功能。除排出挥发物外，还可利用排气口向聚合物添加某些组分，渚如添加剂、填充剂、反应组分等等。这显然增加了排气挤出机的多功能性，并且还有额外的好处，即只要堵塞排气口并在可能情况下变换螺杆几何形状，排气挤出机即可作为常规非排气挤出机。 图1-2排气挤出机基本结构 螺杆的设计对排气挤出机的正确运，非常关键。困扰排气挤出机的主要问题之一是排气口溢料。在这种情况下，不仅挥发物通过排气口释放，而且也流出一定量的聚合物。因而，挤出机螺杆必须设计成使排气口(排气段)下面的聚台物中不呈正压，这就导致开发二级挤出螺杆，尤其是为排气挤出机所设计的二级挤出螺杆。二级挤出螺杆有被释压/排气段所分隔的两个压缩段。这由各类似于沿一根轴串联相接的两根单级挤出螺杆。 1.1.3橡胶挤出机 用于弹性体加工的挤出机的历史比任何其它类型的挤出机都长。用于橡胶挤出的工业机器早在19世纪下半叶即已间世。一些早期的挤出机制造商有美国John Royle和英国Frsncis Shaw。德国主要橡胶挤出机制造商之一是Paul TrosteL事实上, Paul TrosteL仍为主要的挤出机制造商。尽管橡胶挤出机问世已超过一个世纪，但有关橡胶挤出文献的缺乏今人吃惊;某些橡胶手册讨论了橡胶挤出，但在多数情况下，资料非常贫乏而且实用性有限。最早的橡胶挤出机是为热喂料挤出制造的。这些挤出机用来辊炼机或其它混炼装置的热料喂料。1950年左右，开发了冷喂料挤出。冷喂料挤出被认为有以下优点: 2 徐州工程学院毕业设计(论文) ——设备投资小: ——料愠控制较好; ——劳功成本降低: ——能处理更广泛品种的配混胶料。 1.2 多螺杆挤出机 1.2.1双螺杆挤出机 双螺杆挤出机又包括平行双螺杆挤出机和锥形双螺杆挤出机。平行双螺杆挤出机有同向和异向之分。近几年，随着国内电子电器、通讯、汽车等领域的飞速发展，材料改性与配混技术市场需求大增。同向双螺杆配混挤出机作为市场最大的受惠者，一度几乎成为双螺杆的代名词。从最初的高技术含量设备发展至今，已成为大众化的设备之一。尽管各个厂家仍然存在技术含量与实力的差别，不能否认的是双螺杆挤出机在中国的发展已相当成熟，尤其是在中小型机市场。相较而言，异向平行双螺杆挤出机国内开发较少，而成型所用设备更多的为锥形双螺杆挤出机。锥形双螺杆挤出机广泛应用于异型材成型，在建筑门窗加工领域应用获得成功。由于双螺杆挤出机的产量高，混合性能优于常规单螺杆挤出机，普遍采用积木式结构易于根据不同材料进行调整，因此成为挤出加工市场的主导力量。 双螺杆挤出机是一种具有两根阿基米德螺杆的机器，很明显，这是非常一般的定义。然而，一旦定义更明确，就将其限于双螺杆挤出机的特定分类之中。由于设计、操作原理以及应用领域方面的巨大差异，双螺杆挤出机种类繁多。所以，难于对双螺杆挤出机作出全面的评述。各种双螺杆挤出机之间的差异颇大于单螺杆挤出机之间的差异。这是可想而知的，因为双螺杆结构大量增加了设计变量的数目，诸如旋转方向、啮合程度等等。双螺杆挤出机的分类见表表1-2。这种分类主要基于双螺杆挤出机的几何构型。有些双螺杆挤出机的功能与单螺杆挤出机非常相同。其它双螺杆挤出机操作完全不同于单螺杆挤出机。并且用于非常不同的应用领域。 1.2.2多(,2)螺杆挤出机 有各种类型的挤出机配备两根以上的螺杆。较熟知的一例是行星辊式挤出机。见图1-3. 这种挤出机看起来类似单螺杆挤出机，实际上，进料段与标准单螺杆挤出机的相同。然而，挤出机的混合段则大小不相同。在挤出机的行星辊段中，六个或更多的均匀分布的行星螺杆环绕主螺杆的周围旋转。在行星螺杆段中，主螺杆又称太阳螺杆.行星螺杆与太阳螺杆和机筒啮合。因此，行星机筒段上必须行星螺杆上的螺棱相对应螺槽。行星机筒段通常是用法兰与进料料筒段相连接的分离料筒段。 在挤出机的开始部分，于行星螺杆之前，物料像在普通单螺杆挤出机中一样向前运动。当物料达到行星段时，要在此处充分塑化，物料处于由行星螺杆、太阳螺杆和机筒之间的辊压作用产生的强烈混合中。相对于机筒长度而言，机筒、太阳螺杆和行星螺杆的螺旋形 3 徐州工程学院毕业设计(论文) 图1-3行星辊式挤出机 设计表面积大。导致有效的排气、热交换和温度控制。因而能加工热敏性配混料而降解最少。正因为如此，行星式齿轮挤出机常常用于硬质和增塑PVC配料的挤出或配混。行星辊段也用作普通挤出机的附加装置以改善混合性能。另一种多螺杆挤出机是四螺杆挤出机，如图1-4。 这种挤出机主要用于排除溶剂，从40%溶剂至低达0.3%。急骤排气发生在附加于机筒上的圆拱形排气室，然后，由急骤排气产生的多泡物料被四根螺杆输出。多数情况下，装备有后续排气段以便进一步降低溶剂含量。 4 徐州工程学院毕业设计(论文) 图1-4四螺杆挤出机 1.3新型挤出机 随着近年来市场发展的需要，国内外不同厂家纷纷推出各种特殊结构的单螺杆挤出机，以适应特殊的市场需要。以下特别介绍几种特殊挤出机在国内的研发进展。 1.3.1手提式挤出机 北京化工大学成功开发一种超高速微型手提式单螺杆挤出机。该机器螺杆直径仅12mm，机器总重量不到2.5kg;螺杆工作转速800~1200rpm，可实现连续或间歇工作。此外由于所加工物料具有高壁面滑移性以及极易架桥的特点，配有专门设计的强制加料装置;由于挤出机为手提式操作，设计了特殊的多路排气装置，以充分保证气体的排出。此外，该机器还具有深槽大螺距、两种驱动方式可选(电动、气动)、整机易于清理、保养、维修等特点。该机器最初为加工一种特殊的低密度低粘度物料设计，并可用于各种低粘度物料的挤出加工，如热熔胶、低分子量树脂、各种石蜡、燃料、颜料、化妆品等的加工成型。 超微型挤出机的研究开发，存在许多一般设备设计加工过程中难以想像的困难，据介绍，该设备开发的关键在于微型挤出机的加料、排气、实现低温挤出输送等问题的解决。 1.3.2磨盘挤出机 5 徐州工程学院毕业设计(论文) 国内多个厂家已完成磨盘挤出机的开发，实现磨盘挤出机的商业化生产。高填充物料使用普通单螺杆或双螺杆挤出机加工存在较大的难度。双螺杆挤出机用于玻纤增强配混时，若玻纤含量超过45%，加工就会变得相当困难。在加工磁性材料时，通常磁粉的添加量高达60%~70%，有时甚至达到90%以上。用普通挤出机进行磁性材料的加工与造粒几乎是不可能的。国内一些厂家和科研院所，根据国内磁性材料以及其他高填充物料的需要，悉心研发出独立设计的磨盘挤出机。典型例子如北京凤记和北京化工大学。磨盘挤出机可以通过调整磨盘组合以适应不同高填充材料，如玻纤增强、磁性塑料、导电材料、新型陶瓷等物料的挤出加工。为了适应高填充物料的挤出加工需要，北京化工大学也在进行磨盘挤出机直接挤出成型的试验研究，并应用于多种复合材料的挤出成型加工试验获得成功。 图1-5组合盘式挤出机 1.3.3往复螺杆挤出机 往复螺杆挤出机在前几年的国内市场红火一时，也成为不同厂家显示技术实力的一个标志型产品。尤其是各双螺杆挤出机厂家纷纷推出往复螺杆挤出机。由于双螺杆市场异常火爆，往复螺杆挤出机市场相对平淡，各挤出厂家还是以双螺杆挤出机为主推产品。近日，宝应金鑫特种塑料机械厂与北京化工大学合作研发出多种规格的往复移动单螺杆挤出机，初步实现了往复移动挤出机的系列化。据悉，宝应金鑫此次推出的系列化产品共包括四种规格，45、78、110和140，其中45和78两种规格已经研发成功，即将推出110和140两种机型。 往复移动式单螺杆挤出机最大的特点是实现不同物料的高填充加工。用于玻纤增强物料加工时，玻纤的添加量可以达到50%以上，特别适于高填充物料的加工，具有非常广阔的市场前景。由于其独特的往复式结构，不能很好的满足建压的要求，因而一般不适合用于制品的直接挤出成型。通常用于成型加工时，还需要配备专用的成型挤出机。 6 徐州工程学院毕业设计(论文) 以上介绍的几种单螺杆挤出机，可以说是当前中国市场具有一定代表性的产品。不过，尽管中国挤出机市场发展迅猛，也有不少新的机型推出，我们不能忽视中国挤出机技术与国外发达国家相比还有较大差距。比如在超大型和微型设备领域就还落後于国际先进水平。国内企业唯有加紧努力，才能在激烈的市场竞争中赢得机会，真正从塑机大国发展为塑机强国。 近年来，双螺杆挤出机市场异常火爆，相对而言，单螺杆一直处于悄寂状态。但是，单螺杆挤出机作为一种基本的塑胶加工设备，结构简单，成本较低，而且具有更大的设计灵活性。各种不同的特种单螺杆挤出机重受关注。 单螺杆挤出机因其结构简单，价廉物美，生产效率高的特点，一直是塑胶管材、板材、片材、异型材等成型加工最重要的设备。随着技术的不断进步以及人们对螺杆认识的提高，多种不同的挤出机结构形式陆续面世。特种单螺杆挤出加工技术又有替代多螺杆技术的趋势。 1.4 挤出机市场现状与发展趋势 随着挤出机应用领域的不断拓展和技术上的不断进步，挤出机市场仍然保持一定的上升势头，但国产挤出机价格大幅下跌已成现实。部分厂家粗制滥造和恶性价格战已经影响到国内塑机的整体形象和市场竞争力，也阻碍了塑料加工业的发展。 专家认为，挤出机主机和生产线今後的市场将向高技术含量、价格更趋走低的方向发展。从成型设备来看，国产主机基本上以锥形双螺杆挤出机和单螺杆挤出机为主，技术较成熟，市场销量最大，但这类产品的通用规格已供大于求，只能维持在市场顶峰期的50%~60%左右。国内主机市场今後的重点应在于发展平行异向双螺杆挤出机，以适应大挤出量的成型需要。平行同向双螺杆挤出机要向第六代、第七代高速、大长径比方向发展。单螺杆挤出机则是向着超大型、超微型、大长径比、高产出、良好的排气性等方向发展，而适应特殊加工需要的螺杆机筒结构，则成为大家争相研发的重点。实际上，单螺杆挤出机是一种低能耗、低成本的机型，只要技术得当，结构设计合理，同样可以达到双螺杆挤出机的效能。据介绍，美国现在使用的塑料挤出机就以单螺杆为主。高技术含量的单螺杆挤出机正在某些领域逐步取代双螺杆挤出机。 7 徐州工程学院毕业设计(论文) 2 挤出机总体方案的确定 2.1 挤出机总体布局的基本要求 (1) 挤出机布局首先必须满足用户提出的各种要求。如挤出机的加工范围、工作精度、生产率、和经济性等等。 (2) 在经济、合理的条件下，尽量采用较短的传动链，以简化机构，提高传动精度和传动效率。 (3) 确保挤出机具有与所要求的加工精度相适应的刚度、抗震性、热变形及噪声水平。 (4) 挤出机必须满足参数标准和系列型谱中关于挤出机布局方面的规定。同时，还应最大限度地考虑挤出机的系列化和部件的通用话程度。 (5) 对于生产率和自动化程度较高的挤出机，应力求便于自动上下料及纳入自动线。 (6) 应便于观察加工过程;便于操作、调整和维修机床，便于输送、装卸;注意挤出机的防护，确保安全生产。 2.2 螺杆类型的确定 螺杆是挤压系统中的主要零件。它的各部分几何形状的变化，直接影响螺杆的工作性能效果。对塑料制品得产量和质量，都有非常重大的影响。 2.2.1 螺杆的工作性能指标评定 (1)塑化质量 按专业标准规定制造的挤出机，挤塑生产得塑料制品也应是符合质量标准。螺杆是挤塑生产影响产品质量的关键零件，物料得混合质量、塑化的是否均匀、物料得径向温差是否较小、压力要均衡、能量消耗要比较低、生产率的提高，这些都受螺杆工作质量得影响。 (2)比流量 这个比值大，说明这根螺杆的塑化能力强，比流量得单位为(kg/h)/(r/min) (3)比功率 这个值小，说明生产同样质量的塑料制品，能量消耗少，比功率得单位为kw/(kg/h) (4)通用性 指螺杆能否适应挤塑不同的塑料，能在不同塑料制品机头阻力下工作。 (5)经济性 制造机械加工比较容易，工作寿命比较长。 2.2.2 螺杆的选用原则 (1)按塑料的制品种类选择 塑料的种类很多，有结晶型和非结晶型，它们在被挤塑生产制品时，对温度条件要求及本身得粘度、稳定性和流动性能都有差别。所以，生产不同种类塑料制品时，应该选择不同类型螺杆。 (2)机头模具的阻力对螺杆结构尺寸的影响 螺杆螺纹的均化段得的螺槽深浅与机头阻力大小要匹配选取，机头阻力大，这段螺纹槽要浅些;反之，当阻力小时，螺槽就应 8 徐州工程学院毕业设计(论文) 深些。对于排气式挤出机，要求第二阶段的均化段螺槽深度要比第一阶螺杆的均化段螺纹槽要深些，否则排气口处易溢料 (3)按挤出机的用途选择 不同用途的挤出机，根据工作性质和挤塑塑料品种来选配螺杆。如果只用于一种塑料制品得选择，可按该塑料产品得要求，订购专用螺杆挤出机。如果挤出机要挤塑不同材料的多种制品，就应选择螺杆具有较大得通用性。 2.2.3 螺杆的分类 按照螺杆得结构和螺杆螺纹部分的几何形状，可分为普通螺杆、新型螺杆和排气螺杆。 (1)普通型螺杆 普通螺杆挤出机是现在广泛使用的挤出机，能挤塑粉料和粒料。这种螺杆螺纹部分可分为加料段、塑化段和均化段。普通螺杆与新型螺杆比较有许多不足之处，有逐渐被新型螺杆取代得趋势。 (2)新型螺杆 与普通螺杆比较，就是在螺杆的不同部位上设计了非螺纹元件，以改进塑料得混合、熔融塑化质量和缩短挤塑生产时间。 (3) 排气螺杆 在挤塑物料得过程中，为能够排除物料中的空气、挥发物气体和水蒸气，而专门设计的螺杆。 2.2.4 螺杆方案的确定 介于本设计的目的要求为设计加工PE铝塑板的挤出机。PE为乙烯的高聚合物，为了在挤出过程中排除PE中的空气、挥发物和水蒸气，因此选用排气螺杆。根据产量得要求确定为170/35螺杆。 2.3 机筒类型的确定 机筒与螺杆配合工作，组成挤出机的挤压系统。在挤塑物料的工作中，它的作用和螺杆工作同样重要。机筒和螺杆是挤塑系统的主要组成零件，也是挤出机的关键零件。对于机筒结构形式的选择和制造精度等级，都有会直接影响塑料制品的产量和质量。 2.3.1 机筒的结构类型 机筒的结构形式设计选择，应该是在保证其工作强度的基础上，注意考虑它有利于被挤塑物料的塑化，结构形式方便机械加工;同时能得到较高的精度;再一点是要尽量节省一些较贵重的合金钢。这几点对挤出机的制造工艺及费用，都有较重大影响。 (1)整体式机筒 整体式机筒应用比较多，比较起来整体式机筒的机械加工精度比较容易保证，工作时各部加热均匀，对机筒的加热和冷却系统也较好安排和布置。一般小直径挤出机的机筒，包括有沟槽的加料段部分。大直径挤出机的机筒不包括加料段。整体式机筒示意图见图2-1. 9 徐州工程学院毕业设计(论文) 图2-1 整体式机筒 (2)分段式机筒 长径比值比较大得挤出机和排气式挤出机，由于机筒过长，为便于机械加工和节省合金钢材，通常采用分段式机筒。但是这种机筒在机加工时也有难度。即二段机筒的内圆直径尺寸的一致性和同心度精度的保证，很难达到要求。由于中间要用法兰盘连接，则对机筒加热得均匀性，连接部分要受影响。对加热和冷却系统的安排布置也带来一定的困难。分段式挤出机机筒示意图见2-2. 图2-2 分段式机筒示意图 分段式机筒的连接形式有:法兰与机筒用焊接连接，用螺纹连接和卡套式连接。 焊接式连接比较简单，但合金钢材性能差，比较容易产生焊接应力，使机筒产生变形。 螺纹连接机筒上的螺纹机加工比较困难。在对机筒进行热处理时，螺纹部分要特殊保护，否则螺纹要被破坏。图2-3是机筒连接的几种结构形式。 图2-3 分段式机筒的连接结构 (a) 法兰连接，应用广泛 (b) 连接法兰间有螺母，调整螺母， 压紧两衬套，较复杂 (c) 铰链式夹头连接，拆卸方便 ?卡套式连接比较好，机筒连接端加工出沟槽，槽内装入两个半圆环，连接法兰套在半环上，然后用螺栓紧固两法兰。为防止法兰转动，在法兰和机筒间加入固定键，间图2-4.这种连接方式易加工，拆装较方便，应用比较广泛。 10 徐州工程学院毕业设计(论文) 图2-4 机筒用卡套式法兰连接示意图 (3)衬套式机筒 衬套式机筒主要用在大直径的挤出机上，目的是为了节省较贵重的合金钢材。机筒体用铸钢或普通碳素钢制造，而机筒的内衬套用渗碳合金刚制造。这种结构形式见图2-5。当衬套磨损时，只需更换衬套即可。但由于薄而长的衬套的机械加工和热处理很困难，所以，也很少应用。 图2-5 衬套式机筒示意图 (4)双金属层机筒 在铸钢或碳素钢机筒体的内壁，用离心浇铸法铸一层耐磨合金，然后机械加工内孔至所需要的尺寸。这种机筒既节省了很多合金钢又能保证它的耐磨性和抗腐蚀性。 2.3.2 机筒方案的确定 介于机筒和螺杆得配合工作，组成了挤出机的挤压系统，共同完成对物料的挤压塑化，生产出塑料制品。在完成挤塑工作时，机筒和螺杆一样，要承受巨大的压力、扭矩和摩擦 CMAA压力及物料得腐蚀。因此我们选择渗碳合金钢38。结合本设计得要求和螺杆的形rol 式，机筒选择双段焊接式。 2.4 本设计整体方案得确定 市场的开放性和全球化，促使挤出机产品的竞争日趋激烈，而决定挤出机产品竞争力的指标是产品的开发时间、产品质量、成本、创新能力和服务。用户在追求高质量产品的同时，会更多地追求低的价格和短的交货期。这就要求企业改变过去传统的设计、生产和管理模式，最大限度地利用先进的设计手段，以提高产品的质量和性能，降低成本，并努力缩短交货期，同时还需要快速响应市场和用户的变化，利用有利时机快速抢占市场。所 11 徐州工程学院毕业设计(论文) 以现代每个企业都期望通过提高自身的科技含量，采用先进的设计技术和手段，以加快设计速度，提高设计质量，增强竞争力。 挤出机的总体结构的设计图2-6所示: 图2-6 挤出机得总体结构 1(机头法兰 2.机筒 3.加热圈 4.排气口 5.螺杆 6.螺栓 7.弹簧 8.平垫 9.机筒 10.冷水夹套 11.减速器 12.机架 13.减速机带轮 14.冷却风机 15.支撑架组件 16.V型带 17.直流电机 18.电机带轮 12 徐州工程学院毕业设计(论文) 3 挤出机的整体设计 不同的生产线对挤出机的具体要求不一样，这就需要根据不同塑料的性能设计出合理的挤出机。本次设计的挤出机是用于铝塑板生产线的挤出机，这就要求对铝塑板的性能有一定的掌握和了解。 3.1 PE铝塑板的基本特性 铝塑板是由多层材料复合而成，上下层为高纯度铝合金板，中间为无毒低密度聚乙烯(PE)芯板，其正面还粘贴一层保护膜。对于室外，铝塑板正面涂覆氟碳树脂(PVDF)涂层，对于室内，其正面可采用非氟碳树脂涂层。 铝塑板是易于加工、成型的好材料。更是为追求效率、争取时间的优良产品，它能缩短工期、降低成本。铝塑板可以切割、裁切、开槽、带锯、钻孔、加工埋头，也可以冷弯、冷折、冷轧，还可以铆接、螺丝连接或胶合粘接等。 ,全名为Polyethylene，是最结构简单的高分子有机化PE铝塑板即聚乙烯铝塑板，PE 合物,当今世界应用最广泛的高分子材料,由乙烯聚合而成,根据密度的不同分为高密度聚乙烯、中密度聚乙烯和低密度聚乙烯。低密度聚乙烯较软,多用高压聚合;高密度聚乙烯具有刚性、硬度和机械强度大的特性,多用低压聚合。高密度聚乙烯可以做容器、管道,也可以做高频的电绝缘材料,用于雷达和电视。大量使用的常为低密度(高压)聚乙烯。聚乙烯为蜡状,有蜡一样的光滑感,不染色时,低密度聚乙烯透明,而高密度聚乙烯不透明。 聚乙烯是通过乙烯( CH2=CH2 )的加成反应和聚合反应，由重复的–CH2–单元连接而成的高聚合链。聚乙烯的性能取决于它的聚合方式;在中等压力(15-30大气压)有机化合物催化条件下进行Ziegler-Natta聚合而成的是高密度聚乙烯(HDPE)。这种条件下聚合的聚乙烯分子是线性的,且分子链很长,分子量高达几十万。如果是在高压力(100-300MPa),高温(190–210 C),过氧化物催化条件下自由基聚合,生产出的则是低密度聚乙烯(LDPE),它是支化结构的。 聚乙烯不溶于水,吸水性很小,就是对一些化学溶剂,如甲苯、醋酸等,也只有在70?以上温度时才略有溶解。但是微粒状的聚乙烯,可以在15?,40?之间随温度的变化熔化或凝固,温度升高时熔化,吸收热量;温度降低时凝固,放出热量。又因为它吸水量很小,不易潮湿,有绝缘性能,因此是很好的建筑材料。 3.2 产品的设计要求 制品有效宽度1220,1750;厚度1.0,5mm;其中铝箔厚度0.03,0.5mm;产量500,550kg/h;中心高1000mm。 13 徐州工程学院毕业设计(论文) 3.3 螺杆设计 螺杆是挤出机最重要的部件，其性能好坏直接影响塑化质量和产量。整个理论几乎都是围绕着螺杆上发生的挤出过程展开的。因此，螺杆设计是挤出理论最重要的应用领域之一。 最早出现的螺杆是不分段的，随着生产的发展，从实践和理论都证明了将螺杆分为加料段、压实段和计量段是比较合理的。螺杆直径的确定:170mm，螺杆长径比35。螺杆的长径比L/D指螺杆的有效长度L和螺杆的直径D之比，如果是新型的螺杆，其有效长度中应该包括混炼段的长度。长径比是代表挤出机性能的一个主要的技术参数。 欧洲塑料橡胶机械制造厂委员会建议长径比12、15、(18)、20、(24)、25、28、30、35，括号中的数值尽量不用或少用。对于某些排气螺杆，长径比达到40左右或更长。 L=35D=35×150=5250mm 普通螺杆普通螺杆全长分为三段，即加料段L 、压缩段L和计量段L,计量段有时也123叫均化段。压缩段与熔融理论中的熔融段并不完全相同。在熔融理论中，熔融起点和熔融重点以及熔融段长度Lm在螺杆上并非固定不变，他们随着挤出工艺条件和塑料性能的变化而变化。而压缩段指的是螺槽深度有加料段深H变至计量段槽深H的那段长度，它是螺13 杆设计者人为设计的长度，一旦螺杆设计出来这个长度也就确定了。 3.3.1螺槽深度和压缩比的确定 螺槽深度是很重要的参数，我们可以从制品的质量与产量两方面来分析。 (1)计量段槽深的确定: 我们知道，计量段中熔料的剪切速率γ可按下式计算: Dn,,, 式(3.1) H3 H显然，计量段螺槽深度愈小，在相同的螺杆转速下剪切速率便愈大，因而分子间的3 内摩擦力也愈大。从式(3.1)可以看出，熔料因内摩擦而产生的热量正比于剪切应力和剪切速率。由于剪切应力而产生的热量和螺槽深度H的平方成反比。 3 2(,D)2n Q? 式(3.2) ,,,,,,,aa2H3 式中Q——熔料因剪切产生的热量; τ——剪切应力; γ——剪切速率; 14 徐州工程学院毕业设计(论文) ,a——熔料的表现粘度。 由此可见，螺槽深度较浅时，物料层内部会产生较多的热量。此外，螺杆上物料层较薄，由外界加热器传进来的热量也容易将塑料热透。这方面因素都证明了计量段槽深较小时，对促进塑料的塑化质量是很有好处的。 从混合效果上来讲，计量段槽深H较小时，混炼程度较高，制品比较均匀。在本章后3 面我们将进一步指出:当计量段槽深较浅时，压力波动和温度波动都比较小，这时对制品的综合质量都是有利的。 但是，我们知道，只有那些承受高剪切速率的的塑料，如聚乙烯，才能选用较小的槽深，这类塑料的成型温度范围很宽(如聚乙烯成型温度范围为150,220?,其范围达70?)，热稳定性很好。因剪切或其他原因造成的局部过热不易造成无法弥补的后果。相反对那些步能承受高剪切速率的塑料，如硬聚氯乙烯等热敏性塑料，他们的粘度较高，如果螺槽深度较浅，势必造成过多的因高剪切产生的热量。再加上这类塑料的成型温度范围比较窄，粘流温度T和分解温度T比较接近(如硬聚氯乙烯加工温度范围为150?,190?，其范fd 围仅40?)，热稳定性较差，强烈的内摩擦将使它们过热分解甚至烧焦。因此，加工这类塑料的螺杆计量段螺槽深度H不能选择过小。 3 表中的数值并不是不可以突破的，尤其是承受高剪切的时间很短时，例如在某些新型螺杆的屏障棱上，我在后面还要进一步分析这个问题。 表3-1各塑料的最大速率 ,1塑 料 最大剪切速率γ/S 56 LDPE(相对分子质量较高) 104 LDPE(相对分子质量较低) 26 HPVC 60 SPVC 108,92 PS ,1根据表格取γ=71S Dn,,,由 公式 式(3.3) H3 ,D3.1415，170nH,,,7.5mm得 3,71 以上从挤出质量的观点分析了计量段螺槽深度H的影响，此外我们还可以从产量的角3 度来分析计量段螺槽深度H的影响。从熔体输送理论的生产率公式可以看出:正流Q正3d比于螺槽深度H，而压力流Q却正比于H的立方。由此可以分析:当机头压力较低时，p33 15 徐州工程学院毕业设计(论文) 并不能使增加计量段螺槽深度可以增加产量;而当机头压力增大到超过临界压力，加深H3生产率增加，甚至还会产生相反的作用(图3-1)。 图3-1计量段槽深对产量Q得影响 1—螺槽深度H较浅;2—螺槽深度H较深 33 H也可以从融体输送理论来估算螺槽深度的最佳值， 3 dvQ2p1,6η(,)23dHWHz33 式(3.4) HH将上式对求导并令导数等于零，经一系列推导，可求得的最佳值: 33 6KL1Q32,H() 式(3.5) 32,DSinφ K在式中 —形状系数 Q 未知口模系数情况下H的值没办法确定。有上面的分析可知，H的决定受到多方面的33 因素影响，很难用一个简单的理论公式来进行计算。设计时，还可以根据经验公式(3.5)来决定螺槽深度H 3 H =kD 式(3.6) 3 据统计螺槽深系数k值，发现大致规律如图3—2所示。由图可见，计量段螺槽深系数k大都在0.02,0.07范围内。螺杆直径较大者，k值应选择较小，螺杆直径较小者，k值应选择较大;热稳定性较好的塑料k较小，热稳定性较差的塑料k值较大;当螺杆长径 3比较大时，k值可以选择较大。这是由于长径比较大的螺杆的计量段L可以设计的较长， 16 徐州工程学院毕业设计(论文) 加大造成压力流Q的增加和混炼段M的下降可以通过计量段的增此时由于螺槽深度Hp3 加来弥补。除此之外在设计新型螺杆时，由于附加的混炼元件保证了塑料的熔融与均化，因此新型螺杆的计量段槽深系数k也可以取得最大值。从图3—2还可以看出:根据塑料热稳定性的不同，系数k分为三个区域。上层适用与PVC等热稳定性较差的塑料，此时k值较大。下层适用热稳定性较好的塑料，此时k值较小。 图3-2螺槽系数K的确定 H根据经验公式可以来校核，当=7.5mm时k的取值为4.5在k=0.02,0.07范围内。 3 (2)加料段槽深和压缩比的确定 加料段的主要目的是建立必要的压力和保证稳定的固体输送。但自今为止加料段的槽 11深H的影响还不是很清楚。按Darnell-Mol理论的固体输送生产率公式加料段H增加后固体输送生产率会提高。由于加料段中的塑料并不像D塞流理论所假设的那样整块的移动，而是在断面上有一速度分布。加料段螺槽较深时，压力难以传至螺槽底部，靠近螺槽底部的塑料运动速度较慢，这就降低了固体输送生产率。因此存在一个最佳加料段槽深。颗粒内摩擦因数较高的塑料，要比颗粒内摩擦因数较低的塑料更接近于整块移动。 实际上，加料段槽深是根据螺杆压缩比和计量段槽深来确定的。所谓压缩比是指螺槽加料段第一个螺槽容积和计量段最后一个螺槽容积之比，即几何压缩比，而不是螺槽深度之比。这个数值不同于物理压缩比。后者指的是塑料在加料时的松密度和受热熔融后的密 33度之比。如，聚乙烯在松散时密度为0.55,0.64g/cm，而熔融后的密度为0.76 g/cm.因此，其物理压缩比为1.38,1.18。 显然几何压缩比应大于物理压缩比。这是因为除了应考虑密度的变化之外，还应考虑在压力下熔融料的压缩性、塑料在加料段的装填程度、挤压过程中塑料的回流等因素，尤 17 徐州工程学院毕业设计(论文) 其还应考虑制品性能所要求的压缩密实的必要性。应此对加工同一种塑料的的螺杆，不同设计者对其几何压缩比有不同的选择，而加工不同塑料的螺杆，其压缩比变化应更大(大多数在2,5之间，个别情况大至8，小至1)。根据螺杆国内外的资料统计如下: 表3—2常用螺杆的几何压缩比 塑料 ε 塑料 ε HPVC(粒料) 2.5(2,3) ABS 1.8(1.6,2.5) HPVC(粉料) 3,4(2,5) POM 4(2.8,4) SPVC(粒料) 3.2,3.5(3,PPO 2(2,3.5) 4) SPVC(粉料) PC 2.5,3 3,5 PE PSF 2.8,3 3,4 PP PSF 3.7,4 3.7,4(2.5, 4) PS PA6 3.3,3.6 2,2.5(2,4) CA PA66 3.5 1.7,2 PMMA PA1010 3.7 3 PET 3.5,3.7 PCTFE 2.5,3.3 注:括号中为选用范围，括号外为选用范围。 几何压缩比一般用下式计算: (D,H)H11,, 式(3.7) (D,H)H33 式中，H和H分别为螺杆加料段第一个螺槽深和计量段最后一个螺槽深。运用此公31 式的条件是外径D、螺距S、螺纹法向棱宽e和螺纹升角φ在螺杆全长上都保持不变，螺纹头数为1. 当压缩比ε和计量段槽深H决定后，加料段槽深H便可从下式算出: 31 2HD,4,H(D,H) =0.5[D-] 式(3.8) 133 ,为了计算方便，可以用简化的公式3-8来计算压缩比。乘以系数0.93后，该式误差仅0.1左右。 18 徐州工程学院毕业设计(论文) ,,0.93HH 式(3.9) 13 根据上表(3-2)取压缩比为3.3， H,3得 : H,,26mm10.93 3.3.2 螺距和螺纹升角的确定 对单头螺纹，螺距S、螺纹升角φ和螺纹直径D之间有下述关系: S=?Dtanφ 式(3.10) 显然在螺杆直径已知以后，螺距和螺纹升角只要决定一个，另一个也就 确定了。 从固体输送生产率公式和熔体输送理论生产率公式都可以看出:生产率和螺纹升角又直接的关系。根据固体输送理论的计算，对大多数塑料，当摩擦因数f=f0.25,0.5,螺纹bs00升角等于17,20时，固体输送生产率可以达到最大值。实验也证明，对圆柱性塑料，最 0佳螺纹升角大约在17左右。而从熔体输送理论的角度上讲，将有关流率公式经数学推到 0简化，并对φ角求导，并令导数等于零，可求的最佳螺纹升角为30。这也是为什么当前 00的螺纹升角都在17,30范围之内的原因。而目前为了设计加工的方便，设计时大多取螺 0"杆直径等于螺距，这时螺纹升角就等于1742。 3.3.3螺纹头数 目前挤出机的螺杆大都是单头螺纹。虽然出现过双头螺纹的螺杆加料段，但考虑两个W H原因，多头螺纹仍然用的很少。原因之一是多头螺纹减少了螺槽横断面积，同时加大了的值。按固体输送理论，这会减少固体输送流率。原因之二是在多头螺纹计量段的几个螺槽中，熔体填充情况有可能不同，从而容易导致个螺槽间挤出量不等而发生波动，挤出压力也会发上波动，这些都直接影响到挤出制品的质量。此外多头螺纹的加工也相对比较麻烦。 3.3.4三段式螺杆长度的确定 热塑性材料分为无定型和结晶型两大类。无定型材料没有明显的熔点，再塑料温度上升时，它逐渐软化。经过一段时间后，即在螺杆上经过一段长度后，塑料才能全部熔融。在此过程中，塑料体积也逐渐变小。为了适应这个渐变过程，加工这类塑料的螺杆应该较早地开始压缩，它的螺纹深度也应逐渐发生变化，因此其压缩段L也设计的比较长。 2 相反，结晶型塑料由固态刀熔融态的转化温度范围很窄，当塑料温度没有达到熔点Tm时，它的体积变化很少，而当温度一旦达到熔点，它便迅速熔融，其体积也突然变小。为了适应这个特点，加工结晶型肃立哦啊的螺杆的压缩段一般出现的比较晚，而且长度也比 19 徐州工程学院毕业设计(论文) 较短。因此，过去设计的加工结晶型塑料的螺杆，其压缩段仅(0.5,1)D。但是，结晶型材料在冷却过程中都不可能完全结晶，存在着一定的结晶度。根据冷却速度等工艺条件的不同，它们总是或多或少地存在着无定行部分，这一部分的熔融规律和无定形材料一样的， 也需要一定的长度。此外，即使对已结需要一定的逐渐软化-熔融时间，因此，压缩段L2 晶的那一部分塑料来说，正像前面我们已分析过的那样，螺杆的熔融段和压缩段的位置不是等同的，在设计时压缩段位置已被人为的固定不变，而熔融段位置却随操作条件和塑料性能的不同而不同。因此如果压缩段L很短，实际上很难保证这部分结晶型塑料正好在压2 缩段上开始熔融并完成完全熔融过程。而且从熔融理论上我们知道，熔融过程是X/W从1到0的过程，这个过程总需要一定的长度，不可能在很短的(0.5,1)D长度上实现。从上述几点出发，近年来，为加工结晶型材料所设计的螺杆，其压缩段都有加长的趋势，一般在大约(2,5)D之间，甚至于更长。在文献中还指出:在实验的条件下，聚丙烯从开始熔融到完全熔融大约需要5D长度，而热导率较大的聚丙烯和聚苯乙烯便不需要这样长。 在需要准确计算压缩段长度时，可以按照熔融理论中介绍的方法，首先设定螺杆有关参数，然后很据工艺操作条件和塑料性能来计算固相分布函数X/W=f(z)。如果正好在压缩段上完成了X/W从1到0的过程，那么便可以认为原来设计的参数是合理的。如果相差太多，那便应重新设计螺杆参数，再行计算。当然，此时不仅设计了压缩段长度L，而且2也一起设计了其他螺杆参数。 加料段的作用是产生足够的稳定的压力，保证稳定的固体输送并且将分界面上的塑料预热到熔融所需要的温度。因此，加料段L也应该有足够的长度。 1 不同的塑料，预热到熔融温度所需要的热量是不同的。显然，塑料的比热容Cs愈大，熔融点Tm愈高，预热到熔融温度所需要的热量也愈多。对结晶型材料来讲，还需加上熔融潜热λ(无定形塑料没有这一项)。此外，由于塑料是不良的导热体，因此其热导率Ks也是一个分钟要的参数。热导率愈低，热量从固体塞的表面传往其中心就比较慢，这从固体输送理论的非等温模型可以看得很清楚。 从上面的分析，我们可以得出结论:为了保证在加料段结束时分界面上的塑料基本预热到熔融温度，为了保证在压缩段塑料能基本熔融完毕，加工那些比热容大，熔点高，热导率低，熔融潜热大的塑料，螺杆加热段L应该长一些。 1 固然可以用固体输送理论非等温模型的有关公式来计算加料长度L。但由于计算过程1 比较复杂，所以至今为止，在决定加料段L的长度时，还必须参考实验得到的数据和经验1 公式。 20 徐州工程学院毕业设计(论文) 图3—3熔融起始点A和压力P以及物料得关系 以螺杆直径为计算单位的几种塑料的熔融起始点的实验数据。从图3-3可以看出，在同等压力的情况下，聚丙烯由于其熔点高( 170?)、热导率低()，因此，其开始熔融点A要比高密度聚乙烯(熔点，热导率)和聚苯乙烯要晚得多。实验也测出，在加料中，聚丙烯要经过8个螺杆的长度才开始熔融(当压力等于4MP时)，而高密度聚乙烯和聚苯乙烯则只要4.5个螺距的长度和2.5个螺距的长度便已开始熔融。 从图3-3还可以看出:如果能在加料段中及早形成较高的压力，熔融起点可提前，这也是在机筒加料段上开纵向沟槽的优点之一。 在理想的情况下，压缩段与熔融段重叠，塑料移动到压缩段末端时应该全部熔融。但是，无论在组分上、或者在温度分布上、或者在相对分子质量分布上，刚熔化的物料都是很不均匀的，如果此时姜物料从机头挤出，制品的质量将极为恶劣。计量段的第一个作用就是要消除这些不均匀的现象，这正是为什么计量段又称为均化段的原因。Martin〔2〕将塑料堪称牛顿型流体，根据混炼理论，表征计量段螺槽中混炼程度的关系式可以导出: 21 徐州工程学院毕业设计(论文) L(1.64，a)3M,3.71 式(3.11) H(1,a)3 LH式中，和为计量段长度和深度，a为截流比，a=QpQd。显然，M值愈大，均化33 作用也愈佳。从式(3-10)中可以看出:加长L对均化作用是有利的。 3 从熔体输送理论的生产率公式可以看出:计量段愈长，相应的压力流Qp和漏流QL都愈小，挤出机的实际生产率便俞高。也就是说，螺杆特性也比较硬，产量受压力的影响较小。计量段长度L3和产量的关系如图3-4所示。 图3—4计量段长L度对挤出量的影响 3 又上可知:在可能的条件下，计量段长度愈长，对提高螺杆的产量和改善混合均匀度都是有利的。这就是计量段长度为什么愈来愈长的原因。目前，有些螺杆的计量段长度甚至达到了螺杆全长的50,.但是，过长的计量有可能导致已熔融物料温度不断升高，这对那些易于分解的热敏性塑料，如PVC等未必有利。 可以用熔体输送理论生产率公式中的压力流Qp来初步估算计量段长度L 3 3DpH3QSin2,,φ, (3.12) P12Lη13 3DpH3LSin2φ,,, (3.13) 312ηQp1 如果令Qp?0.05Q，即因机头压力而引起的产量损失小于总产量的5%，φ角一般为 22 徐州工程学院毕业设计(论文) Dn,可以从附录二查出粘度η 。计算时可以现令机头17.6?。根据料温和剪切速率γ=π1H3 压力p=15MPa。此时L的计算公式可简化为: 3 3DH3 式(3.14) L,723Qη1 53例如:螺杆直径为65?的挤出机，其产量要求为165kg/h，相应体积流率6.2x10m/s。此时，按式(3-13)计算，L3为320?，大致相当于5D左右。 转速n、产量Q、剪切速率γ、粘度η与机头压力p等参数之间是互相影响的。例如，1 当转速下降时，不仅产量降低，而且粘度也会因剪切速率的降低而增高，压力也会适当减小，它们之间并非线性的关系。此外，计量段长度又与螺杆总的长径比关系很大，尤其是 3的关系很大(成立方关系，参考式(3-13)，任何影响槽深H因素都和计量段螺槽深度H3 会反过来影响计量段长度L。因此，按式(3-13)得到结果也只能作为参考之用，实际设3 计时还得根据上面的定性分析和经验数据作适当修正。 还可按表3-3提供的数据来考虑螺杆三段长度的分配。 表3—3螺杆三段长度分配 塑料类型 加料段L 压缩段L 计量段L 321 无定性塑料 20%,30% 45%,50% 25%,30% 结晶型塑料 40%,60% (2,5)D 30%,45% 从上面一系列分析可以看出，为了保证挤出机各方面的性能，加料段、压缩段和计量段都有加长的趋势，这势必引起螺杆长径比的增加。长径比增大后，塑料在机筒中塑化得更均匀，从而提高了产品的质量，另一方面，长径比增加后，在塑化质量要求不变的前提下(主要体现在塑料在机筒中停留时间不变)，螺杆的转速便可以提高，从而便提高了生产率。 长径比增加不仅仅由上述因素引起。为了完成某些特定的生产工艺，最近发展和出现的一系列特种挤出机，往往都需要较大的长径比。例如，排气挤出机和反应挤出机。其长径比都达到40左右或更长。 事物都是一分为二的。长径比增大后，螺杆、机筒的加工与机器的装配都比较困难，成本也相应提高。长径比增大以后，螺杆弯曲的可能性也增增加，容易发生螺杆与机筒的刮磨。因此，在不需要较大的长径比时，便不应麻木地增加长径比。应当力求在较小的长径比下，获得制品的高质量和高产量。一般说来，长径比有增大的趋势(表3-5)。目前，世界上最大的单螺杆挤出机的最大长径比以达56，但大多数都在25,35范围内。 23 徐州工程学院毕业设计(论文) 表3—5螺杆长径比有增大趋势 年 份 1930,1940 1950,1960 1960,1970 1970,1980 1990,2000 8,15 15,20 18,25 20,35 25,45 L/D 3.3.4螺纹断面设计 目前常见的螺纹断面有两种，一是矩形断面，另一种是锯齿型断面.前者装料体积较大，后者改善了塑料的流动状态，避免了存料现象的发生。推进面的圆弧半径为R比后面的圆10,弧半径R小，一般后角为20。 2 12 式(3.15) R,(~)H1323 R=(2,3)R 式(3.16) 21 螺杆直径较大者，圆弧半径R可取得较大。 图3—5螺纹断面形状 a— 矩形断面b—锯齿型断面 图3—6螺槽中的滞流区和双楔形螺杆 1—机筒;2—滑移面;3—移动料;4—潘流区;5—矩形断面;6—双楔形断面 除了上述两种典型的螺纹断截面形状之外，还有双楔型螺纹断面图3-6，设计这种螺纹断截面的出发点是:根据塞流固体输送理论，认为塑料在槽中是以密实的固体存在，组成固体塞在的固体颗粒间没有没有相对运动。但是，正如非塞流固体输送理论指出的那样: 24 徐州工程学院毕业设计(论文) 只有当外压力很大，而且料粒间内摩擦因数也较高时，才有这种可能性。当内摩擦因数较低时，各层塑料间将存在着相对滑移，下层塑料不易被机筒拖拽向前推进。因此，在螺槽底部便容易形成一层滞流，在螺纹推进面、后面也会形成类似的滞流。这时，以较快速度 ，而不运动的上层塑料将自傲下层塑料上滑移，而它们之家的摩擦因数将是内摩擦因数fi a是外摩擦因数f。前者将比后者大5倍左右。这就相当于增大了塑料与螺杆的摩擦因数，根据固体输送理论，这将降低固体输送流率。 从固体力学可以推到出，由于螺棱侧面和螺槽地面的综合影响，剪切滑移面将和螺棱 ππ的两个侧面形成和的角度，因此，可以将螺棱的两个侧面设计成双楔形以适应上述情42 况。 不同的塑料和不同的粒料形状其内摩擦角是不同的。因此楔角α和β将24?,33?在之间。但是由于螺槽是螺旋形的，固体压力自傲两个侧面将不相等。因此α和β的数值不相等，α角一般小于β角，建议用α=30?，β=45?。 实验的结果表明:双楔形断面的螺杆与矩形端面螺杆相比，对包括HPVC在内的多种塑料都具有较好的效果，螺杆运转稳定，塑化质量良好，产量能提高30%,50%.目前对这种螺杆还在研究之中。 螺棱法向宽度e和轴向宽度b: e=(0.080.12)D (3.17) e b, (3.18) Cosφ 表3—6几种塑料的内摩擦角φ i 塑 料 形 状 内摩擦角/? PS 24 球状料 PS 42 粒料 PE 27 粉料 PE 36 粒料 PP 38 粉料 PP 39 粒料 PVC 33 粉料 一般取e=0.1D。当螺棱e或b较大时会增大螺棱上的功率消耗。过大的螺棱宽还会较少螺槽的容积。但e值 也不能太小，太小的值会使漏流增加，从而降低生产率，同时还会增加螺杆的磨损。 螺棱顶面形状进行了深入的研究提出了将直线形螺顶改成阶梯形螺顶和楔形螺顶。这种设计的主要目的是为了较少螺杆与机筒的直接接触，保证在螺棱和机筒间形成稳定的熔融物润滑膜以减少螺杆与机筒间的磨损。 25 徐州工程学院毕业设计(论文) 一般直线形螺顶中，螺棱的锐边有可能将螺棱间隙中的熔融物刮去，破坏熔膜的润滑 作用。而在阶梯形螺顶和楔形螺顶上，压力的分布都是中间高两边低，产生的还原力会使 螺杆悬浮于机筒之间不会产生金属的直接接触从而减少螺杆和机筒之间的磨损。 根据的计算的结果，对D=150?、e=20?、δ=0.15?的挤出机，阶梯形螺杆的合 /δ=1.8，e/e=2.5。而楔形螺顶的合理尺寸为δ/δ=2.2，e/e=5。 理尺寸为δ001111 采用这两种螺顶结构之后，虽然能减少螺杆和机筒的磨损，但是由于平均螺棱间隙 δ加大，漏流量也将增大20%左右。 3.3.5螺杆设计的校核 根据以上分析螺杆参数初步确定如下: ,3螺杆直径D=170×10m;长径比L/D=35; ,3,3螺距S=170×10m;螺棱宽e=15×10m;螺纹头数M=1; ,3,31加料段长度L=1370×10m;加料段螺槽深度H=26×10m; 1,3压缩段长度L=1360×10m; 2 计量段长度L=340mm; 计量段螺槽深度H=7.5mm; 33 为了设计的科学性，对螺杆的参数做以下校核: 螺杆挤出参数 ,3螺杆直径D=170×10m;长径比L/D=35; ,3,3螺距S=170×10m;螺棱宽e=15×10m;螺纹头数M=1; ,3,3加料段长度L=1370×10m;加料段螺槽深度H=26×10m; 11,3压缩段长度L=1360×10m; 2,3计量段长度L=0.34×10m;计量段螺槽深度H=7.5mm; 33 工艺参数 生产率G=550kg/h;螺杆转速n=60r/min;机头压力P=19.5MPa 机筒熔融区温度T=150?;室温T=20?; bs (3)物料性能 加工物料:高压聚乙烯(LDPE)，熔体流动率MFR=2.7; 33固相密度ρ=920kg/m;液相密度ρ=790kg/m; sm 固相比热容C=2512 J/(kg(?); s 液相比热容,,2345 J/(kg(?); m 固相热导率k=0.3492W/(m.?); s 液相热导率k=0.1821 W/(m.?); m3熔融潜热λ=129.8×10J/kg;物料熔点Tm=110?。 2求解 (1)准备性计算之一，计算螺杆有关数据 26 徐州工程学院毕业设计(论文) 螺纹升角: ,3170，10Sarctan= =17?40” 式(3.19) φ,arctan,3,D3.1416，170，10 加料段: ,3,3(DH),,3.1416(170102610)，,，1 Z,=474.8mm 式(3.20) ,1CosφCosφ 压缩段: [(DH)(DH)],,，,13Z =502.56mm 式(3.21) ,22Cocφ 计量段: (D,H),3 mm 式(3.22) Z,,532.983Cosφ压缩段总长: ,3Z=1360×10m A 渐变度: HH,,3,313,,13.6，10A =13.6×10 式(3.23) ZA 螺槽宽度: W=B×Cosφ=(S-e) × Cosφ=170mm 式(3.24) 机筒表面速度: ,3V=?Dn=534.07×10m 式(3.25) b ,3V= V×Sinφ=162.09×10m 式(3.26) bXb ,3V= V× Cosφ=508.80×10m 式(3.27) bzb 27 徐州工程学院毕业设计(论文) ,3k/s 质量流G==550kg/h=152.78×10g 固相速度: G,3,3V,,43.2，10 =43.2×10m/s 式(3.28) SZWH,1S 合成速度: 22 m/s 式(3.29) V,V，V，2VVCos,,575.38JbszBSZ . T准备性计算(二)，计算流变参数、、, ,AVK T假设熔膜平均温度和熔膜厚度δ AV 2aVη，2，TTjm,， 式(3.30) TAV312km 2aVη，2，150，110jT,先取=136.9?，由于未考虑，可将取得稍大，暂定为TAVAV312km T=139?.; AV ,3假定熔膜厚度δ=0.4×10m 因此，熔膜中的剪切速率为: .V,1j, ==1438.46 s 式(3.31) , . η,从,图上可以查处η=920MPa aa 试计算T和δ: AV 2aVη，TT2，jmT= ， AV312km =139.35?139? 与设定值相等，不必从新计算。 2[2k(T,T)，ηV]Xmbmaj δ= 式(3.32) V,[c(T,T)，,]bxmsmsd 28 徐州工程学院毕业设计(论文) ,3X m =2.42×10 ,c(T,T) =+ 式(3.33) ,dmAVm 当X=W时 ,3δ=0.93×10 m max 1,3δ==0.45×10 m; ,max2 δ的计算值与设定值相差不大，可不在从新计算。最后计算决定剪切速率: ,V,1j,,1278.6 S 式(3.34) , 根据 T=139?; AV 查出 η=925 MPa; a X计算固相分布函数及熔融总长度Z: TW 计算φ值 12,,V[k(T,T)，V]bxmmbmaj2φ= 式(3.35) 2[c(T,T)，,smsd 1.5Kg/(m.s) =35.79 X计算固相分布函数,假设熔融点在加料段末端的前一个螺距。 W 加料段: ,W12X2，Z]=[1- 式(3.36) 2QW 2=(1-0.045Z) 加料段一个螺距的螺槽展开长度为Z=0.4748 m;因此加料末端: 1 X1=0.958 W 压缩段: 29 徐州工程学院毕业设计(论文) 1,W2 式(3.37) ψ=1XG12()HW0 =0.239 A,3=56.9×10 , ,(,1)X,X21A={,} 式(3.38) 1zAAWAW2[1,,(2,)]Z,,T 16.57 =0.958[17.57-] Z1,0.11ZT 压缩段熔融总长度Z: T HAZ,(2,)T,, 式(3.39) =0.2,13.6 所以一阶螺杆的设计符合要求。 3.3.6 第二阶螺杆各参数的确定 对于排气螺杆的设计中，当一阶螺杆的参数确定以后，在设计二阶螺杆时必须注意排气螺杆的前后两段的挤出量要相等。 第一阶螺杆挤出量Q和第二阶螺杆的挤出量Q分别为; 21 Q=Q-Q 式(3.40) d1P11 ,Q=QQ 式(3.41) p2d22 式中Q和Q分别为前后两段的拖拽流，而Q 和Q分别为前后两段的压力流。p2d1d2P1 显然排气挤出机的前后两段的生产率必须相等，即Q和Q必须相等。若Q,Q必然有2211多余的料从排气口逸出，这就是所谓的冒料现象。若Q, Q则出现由于缺料导致第二段21 计量段无法全部充满。此时挤出过程不稳定，产生压力波动和产量波动的现象，在高速时这个现象更为严重，制品的尺寸精度会受到很大的影响。 对于儿阶螺杆的各段长度的确定方法与一阶螺杆相同，各段长度确定如下: 30 徐州工程学院毕业设计(论文) =344mm;L=1200mm;L=340mm。 L321 因为在排气段我们要将螺杆抽成正空状或近正空状，即认为螺杆第一阶的压力流为 零，即p=0。此时Q=Q=Q。而螺杆第二阶的生产率却受到机头压力p的影响，其d1max211 数值有口模特性线OK和第二阶段螺杆特性线AB的交点，即工作点C来决定。因此在Q 机头压力p确好等于最大压力p时才能出现理想状况，即: max2 maxQ=Q=Q 式(3.42) 21 由此可见排气螺杆的工作压力不能超过p，否则将出现机器不能工作。而工作压力max也不能出现比p低很多，否则制品的尺寸精度将不能保证。我们令合理的工作压力范围max 为?p(见3-7图)。 图3-7排气螺杆的螺杆特性 31 徐州工程学院毕业设计(论文) 图3-8转速提高时排气螺杆的特性 OK-不冒料的机头特性线 1 OK-波动在许可范围内的机头特性线 2 最大工作压力可推倒如下: ,,6DLna6H,Hp=() 式(3.43) 3231max3Htan,32 ,p可查表得20MP，=980MP，将数据代入可得H等于14.5m 32maxa 32 徐州工程学院毕业设计(论文) 结论 挤出机是塑料行业最基本的加工机械，挤出机的发展水平直接影响塑料产品的质量。本设计的要求是设计出能够加工聚乙烯的铝塑板，由于聚乙烯的特殊性能要求设计特殊的排气挤出机。本设计的挤出机是二阶排气挤出机，简单的说也就是两根单螺杆串联。这就要求我们对普通单螺杆的设计要有足够的掌握而其还要对排气的要求有深刻的了解。 单螺杆挤出机是一种低能耗，低成本的机型，只要技术得当，结构设计合理同样能够达到双螺杆和多螺杆的效能。本排气挤出机就是一种高性能的机型，在一次挤出过程中就能够完成塑化和排气的任务。缩短了加工时间，提高加工效率。 由于时间仓促，水平有限设计的挤出机还有很多不足之处，比如螺杆强度的校核、螺棱侧面的形状设计等都有待进一步的改进与完善。 33 徐州工程学院毕业设计(论文) 致谢 “岁月如箭，时光如梭”，四年大学生活犹如夜空中的流星转瞬即逝。回顾这段人生中最美好的时光，想想自己的得失，不仅发人深思。 在过几个星期，我们就要各奔东西，大江南北，长城内外，都会有同学们的身影。俗话说“失去的才是最美好的”，的确是这样的，这是我想每个人心里也许都会发出这样的感慨～在我们心中不仅是同学，更重要的是在四年当中无私培育我们的恩师。他们不辞辛苦的工作，无私的奉献，为把我们培养成一个合格的大学生付出了艰辛的努力，我们由衷的感谢他们，真诚地道一句:老师，您辛苦了～ 毕业设计是我们在大学期间完成的最后一次作业，也是我们走向工作岗位的桥梁，在此过程中，各个方面我们都会得到锻炼和提高，特别是实践与动手能力的培养。理论与实践相结合，这是我们应当大力提倡的学习方法，而这次毕业设计为们提供了一个舞台，为我们快速进入工作状态提供了一次难得的机会。 在这次毕业设计中，我的指导老师韩翔老师为我们提供了极大的帮助与指导，为我们顺利完成这次毕业设计打下了坚实的基础。他的谆谆教导和敬业精神、无私的奉献精神与严谨的治学精神深深感染了我们每一个人。在这次设计中，我们不仅学到了知识，更重要的收获是积极乐观的态度，做人的道理和严谨的治学精神与团结协作的团队精神，这对我们以后来说无疑是一笔巨大的财富。 允许我再一次向韩老师以及在毕业设计当中给予我们帮助的老师和我的同组成员表示诚挚的谢意～ 李超 09年05月25日 34 徐州工程学院毕业设计(论文) 参考文献 [1] 吴宗泽 主编.机械设计实用手册.冶金工业出版社,1999 [2] 朱冬梅，胥北澜等.画法几何及机械制图.高等教育出版社,1999 [3] 机修手册,金属切削机床修理第三卷.机械工业出版社,1998 陈作模 .机械原理(第六版).高等教育出版社,2001 [4] 孙恒 [5] 邱宣怀主编.机械设计(第四版).高等教育出版社,2006 [6] 章日晋等编.机械零件的结构设计.北京:机械工业出版社,1987 [7] 周开勤主编.机械零件手册(第四版).北京:高等教育出版社,1994 [8] 朱复华著.挤出理论及应用.北京:中国轻工业出版社，2001 [9] 陈文英等译.塑料挤出.北京:中国轻工业出版社，1996 [10] 周殿明主编.塑料挤出机及制品生产故障与排除.北京:中国轻工业出版社.2002.1 [11] 刘敏江主编.塑料加工技术大全.北京:中国轻工业出版社.2001 [12] 朱复华著.挤出机设计.北京:北京化工学院.1974 [13] 刘荣梅著.固相破碎理论的研究.北京化工学院硕士论文.1987 [14] 北京化工大学，华南理工大学.塑料机械设计.北京:中国轻工业出版社.1995 [15] 刘津平译.挤出工程设计与计算.北京.中国石化出版社 [16] 吴崇周著.单螺杆高剪切元件的设计.挤出设备杂志 [17] Japan Plastics Age.1975 [18] B.Franzkoch and G.Menges.Grooved Forced-Feeding Zones can Improve Extruder Performance.Plastics Engineering,7，1978 35 徐州工程学院毕业设计(论文) 附录 英文部分 The new concept of cutting processing The nowadays cutting tool company cannot only be again the manufacture and the sales cutting tool, in order to succeed, they must be consistent with the globalization manufacture tendency maintenance, through enhances the efficiency, cooperates with the customer reduces the cost. Approaches the instantaneous global competition after this after NAFTA, the WTO time, the world company is making quickly to the same feeling, is lighter, a cheaper response. In other words, they make the product and the components contain can in high speed under revolve, as a result of the cost pressure, best, is lighter moreover must make cheaply. Obtains these goals a best way is through develops and applies the new material, but these is new and the improvement material usually all with difficulty processes. In in this kind of commercial power and the technical difficulty combination is especially prominent in the automobile and the aviation industry, and has become has the experience the cutting tool company to research and develop the department the most important driving influence. For example, takes the modular cast iron to say that, it has become the engine part and other automobiles, the agriculture the material which see day by day with the equipment and in the machine tool industry components. This kind of alloy provides the low production cost and the good machine capability combination. They are cheaper than the steel products, but has a higher intensity and toughness compared to the cast iron. But at the same time the modular cast iron is extremely wear-resisting, has fast breaks by rubbing the cutting tool material the tendency. In this wear resistant very great degree bead luminous body content influence. Some known modular cast iron bead luminous body content higher, its resistance to wear better, moreover its machinability is worse. Moreover, the modular cast iron porosity causes off and on to cut, this even more reduces the life. May estimate that, the high degree of hardness and the high wear-resisting cutting material quality must consider the modular cast iron the high resistance to wear. And the material quality contains extremely hard TiC in fact (carbonized titanium) or TiCN (carbon titanium nitrides) thick coating when cutting speed each minute 300 meters processes the modular cast iron to prove usually is effective. But along with cutting speed increase, scrap/The cutting tool junction plane temperature also is increasing. When has such situation, the TiC coating favors in has the chemical reaction with the iron and softens, more pressures function in anti- crescent moon hollow attrition coating. Under these conditions, hoped has one chemical stability better coating, like Al2O3 (although under low speed was inferior to TiC hard or is wear-resisting). 36 徐州工程学院毕业设计(论文) The chemical stability becomes an important performance performance dividing line compared to the resistance to wear the factor, the speed and the temperature is decided in is processed the modular cast iron the crystal grain structure and the performance. But usually thick coating of TiCN and TiC or only ductile iron oxides in the soil coating is applied to, because the today majority of this kinds are processed the material the cutting speed in each minute 150 to 335 meters between. Is higher than each minute 300 meter applications regarding the speed, the people to this kind of material are satisfied. In order to cause this scope performance to be most superior, the mountain high researched and developed and has promoted in view of modular cast iron processing material quality TX150. This kind of material quality has hard also the anti- distortion substrate, is very ideal regarding the processing modular cast iron. Its coating the oxide compound coating which hollowly wears by thick very wear-resisting carbon titanium nitrides and a thin anti- crescent moon, the top is thin layer TiN. This kind of coating which needs the center warm chemistry gas phase deposition using the state of the art production resistance to wear and the anti- crescent moon hollow attrition which the CVD coating complete degree of hardness moreover the tough smoothness increases (MTCVD) the craft. Substrate/The coating combination performance gives the very high anti- plastic deformation and the cutting edge micro collapses the ability, causes it to become under the normal speed to process the modular cast iron the ideal material quality. The coating ceramics also display can effectively process the modular cast iron. In the past, the aluminum oxide ceramics application which not the coating tough good such as nitriding silicon and the silicon carbide textile fiber strengthened the work piece material chemistry paralysis limit. Today but could resist the scrap distortion process through the use to have the high thermal coating cutting tool life already remarkably to increase. But certain early this domains work piece processing use aluminum oxides spread the layer crystals to have to strengthen the ceramics, today most research concentrate in the TiN coating nitriding silicon. This kind of coating can remarkably open up the tough good ceramics the application scope. When machining, the work piece has processed the surface is depends upon the cutting tool and the work piece makes the relative motion to obtain.According to the surface method of formation, the machining may divide into the knife point path law, the formed cutting tool law, the generating process three kinds. The knife point path law is depends upon the knife point to be opposite in the work piece surface path, obtains the superficial geometry shape which the work piece requests, like the turning outer annulus, the shaping plane, the grinding outer annulus, with the profile turning forming surface and so on, the knife point path are decided the cutting tool and the work piece relative motion which provides in the engine bed; 37 徐州工程学院毕业设计(论文) The formed cutting tool law abbreviation forming, is with the formed cutting tool which matches with the work piece final superficial outline, or the formed grinding wheel and so on processes the formed surface, like formed turning, formed milling and form grinding and so on, because forms the cutting tool the manufacture quite to be difficult, therefore only uses in processing the short formed surface generally; The generating process name rolls cuts method, is when the processing the cutting tool and the work piece do unfold the movement relatively, the cutting tool and the work piece centrode make the pure trundle mutually, between both maintains the definite transmission ratio relations, obtains the processing surface is the knife edge in this kind of movement envelope, in the gear processing rolls the tooth, the gear shaping, the shaving, the top horizontal jade piece tooth and rubs the tooth and so on to be the generating process processing.Some machining has at the same time the knife point path law and the formed cutting tool method characteristic, like thread turning. The machining quality mainly is refers to the work piece the processing precision and the surface quality (including surface roughness, residual stress and superficial hardening).Along with the technical progress, the machining quality enhances unceasingly.The 18th century later periods, the machining precision counts by the millimeter; At the beginning of 20th century, machining precision Gao Yida 0.01 millimeter; To the 50's, the machining precision has reached a micron level; The 70's, the machining precision enhances to 0.1 micron. The influence machining quality primary factor has aspects and so on engine bed, cutting tool, jig, work piece semifinished materials, technique and processing environment.Must improve the machining quality, must take the suitable measure to the above various aspects, like reduces the engine bed work error, selects the cutting tool correctly, improves the semifinished materials quality, the reasonable arrangement craft, the improvement environmental condition and so on. Enhances the cutting specifications to enhance the material excision rate, is enhances the machining efficiency the essential way.The commonly used highly effective machining method has the high-speed cutting, the force cutting, the plasma arc heating cuts and vibrates the cutting and so on. The grinding speed is called the high-speed grinding in 45 meters/second above cuttings.Uses the high-speed cutting (or grinding) both may enhance the efficiency, and may reduce the surface roughness.The high-speed cutting (or grinding) requests the engine bed to have the high speed, the high rigidity, the high efficiency and the vibration-proof good craft system; Requests the cutting tool to have the reasonable geometry parameter and the convenience tight way, but also must consider the safe reliable chip breaking method. 38 徐州工程学院毕业设计(论文) The force cutting refers to the roughing feed or cuts the deep machining greatly, uses in the turning and the grinding generally.The force turning main characteristic is the lathe tool besides the main cutting edge, but also some is parallel in the work piece has processed superficial the vice-cutting edge simultaneously to participate in the cutting, therefore may enhance to feed quantity compared to the general turning several times of even several times.Compares with the high-speed cutting, the force cutting cutting temperature is low, the cutting tool life is long, the cutting efficiency is high; The shortcoming is processes the surface to be rough.When force cutting, the radial direction cutting force death of a parent is not suitable for to process the tall and slender work piece very much. The vibration cutting is along the cutting tool direction of feed, the attachment low frequency or the high frequency vibration machining, may enhance the cutting efficiency.The low frequency vibration cutting has the very good chip breaking effect, but does not use the chip breaking equipment, makes the knife edge intensity to increase, time the cutting total power dissipation compared to has the chip breaking installment ordinary cutting to reduce about 40%.The high frequency vibration cutting also called the ultrasonic wave vibration cutting, is helpful in reduces between the cutting tool and the work piece friction, reduces the cutting temperature, reduces the cutting tool the coherence attrition, thus the enhancement cutting efficiency and the processing surface quality, the cutting tool life may enhance 40% approximately. To lumber, plastic, rubber, glass, marble, granite and so on nonmetallic material machining, although is similar with the metal material cutting, but uses the cutting tool, the equipment and the cutting specifications and so on has the characteristic respectively. The lumber product machining mainly carries in each kind of joiner's bench, its method mainly has: The saw cuts, digs cuts, the turning, the milling, drills truncates with the polishing and so on. The plastic rigidity is worse than the metal, the easy bending strain, the thermoplastic thermal conductivity to be in particular bad, easy to elevate temperature the conditioning.When cutting plastic, suitably with the high-speed steel or the hard alloy tools, selects the small to feed quantity and the high cutting speed, and uses compressed air cooling.If the cutting tool is sharp, the angle is appropriate, may produce the belt-shaped scrap, easy to carry off the quantity of heat. Glass (including semiconducting material and so on germanium, silicon) but degree of hardness high brittleness is big.To methods and so on glass machining commonly used cutting, drill hole, attrition and polishing.To thickness in three millimeters following glass plates, the simple cutting method is with the diamond or other hard materials, in glass surface manual 39 徐州工程学院毕业设计(论文) scoring, the use scratch place stress concentration, then uses the hand to break off. To the marble, the granite and the concrete and so on the hard material processing, mainly uses methods and so on cutting, turning, drill hole, shaping, attrition and polishing.When cutting the available circular saw blade adds the grinding compound and the water; The outer annulus and the end surface may use the negative rake the hard alloy lathe tool, by 10~30 meter/minute cutting speed turning; Drills a hole the available hard alloy drill bit; The big stone material plane available hard alloy planing tool or rolls cuts planing tool shaping; The precise smooth surface, available three mutually for the datum to the method which grinds, or the grinding and the polishing method obtains. Cutting tool in hot strong alloy application The aviation processing also changes rapidly. For example, nickel base heat-resisting alloy like several years ago the most people had not heard Rene88 now occupies to the aircraft engine manufacture uses the total metal quantity 10~25%. Has very good showing and the commercial reason regarding this. For example, these heat strong alloy will be able to increase the engine endurance moreover to permit the small engine work on the big airplane, that will enhance the combustion efficiency and reduces the operation cost. These tough good materials also present the expense on the cutting tool. Their thermal stability causes on the knife point the temperature to be higher, thus reduced the cutting tool life. Similarly, in these alloy carbide pellet remarkably increased the friction, thus reduces the cutting tool life. As a result of changes in these conditions, can be very pleased to have processed many titanium alloys and nickel-based alloy materials C-2 hard metal alloys, in the application to today's cutting edge of blade to the crushing and cutting depth of the trench lines badly worn. But using the latest high-temperature processing of small particles hard metal alloys to be effective, cutlery life improved, but more importantly to enhance the reliability of applications in high-temperature alloys. Small particles hard metal than traditional hard metal materials higher compression strength and hardness, only a small increase in the resilience of the cost. And resulted in high temperature alloy processing than traditional hard metal resistance common failure mode more effective. PVD (physical gas phase deposition) coating also by certificate effective processing heat-resisting alloy. TiN (titanium nitrides) the PVD coating was uses and still was most early most receives welcome. Recently, TiAlN (nitrogen calorization titanium) and TiCN (carbon titanium nitrides) the coating also could very good use. In the past the TiAlN coating application scope and TiN compared the limit to be more. But after the cutting speed enhances them is a very good choice, enhances the productivity in these applications to reach 40%. On the other hand, is decided under the low cutting speed in coating superficial operating mode TiAlN can cause to 40 徐州工程学院毕业设计(论文) accumulate the filings lump afterwards, micro collapses with the trench attrition. Recently, used in the heat-resisting alloy application material quality already developing, these coating but became by several combinations. The massive laboratories and the scene test has already proven this kind of combination and other any kind of sole coating compares in time the very wide scope application is very effective. Therefore aims at the heat-resisting alloy application the PVD compound coating possibly to become the focal point which the hard alloy new material quality research and development continues. With the MTCVD coating, the coating ceramics gather in the same place, they hopefully become a more effective processing to research and develop newly are more difficult to process the work piece material the main impact strength. Dry processing Including the refrigerant question is technical and the commercial expansion industrial production tendency another domain which the cutting tool makes. North America and the European strict refrigerant management request and the biggest three automobile manufacturer forces them the core supplier to obtain the ISO14000 authentication (the ISO9000 environment management edition), this causes the refrigerant processing cost rise. To the car company and their core supplier said obviously one of responses which welcome is in the specific processing application avoids completely the refrigerant the use. This kind did the processing the new world to propose a series of challenges for the cutting tool supplier. Recently, already appeared some to concern this topic to promulgate the speed, to enter for, the coating chemical composition and other parameters very substantial comprehensive nature very strong useful technical papers. Wants to concentrate the elaboration in here me "does the processing viewpoint" in the operation and commercial meaning automobile manufacturer new. The metal working jobholders can the very good understanding related refrigerant use question, but majority cannot understand concerns except the technical challenge (for example row of filings) beside does the processing question in the cutting tool - work piece contact face between. Usually may observe to the refrigerant disperser scrap which flows out, but the pressure surpasses 3,000 pounds/An inch 2 high speed refrigerant also can help to break the filings, specially soft also the continual scrap can cause in the cutting tool - work piece contact face trouble. Uses does the cutting craft the components result is the engine bed uses the wet type processing components to be hotter than. Whether before you do allow them to survey in the open-air natural cooling? If processes newly the hot components put frequently to the turnover box, elevates the environment temperature, whether components full cooling and just right enough permission precision examination? Also has the handling side several dozens on hundred 41 徐州工程学院毕业设计(论文) components to be able to operate the worker to increase the extra burden. With many cutting tools/The work piece technical question same place, these latent questions need to state whether dryly adds the ability line. Luckily, has very many ways to elaborate these questions. For example, the compressed air was proven row of filings becomes the question in very many applications the situation to have the successful echo. Another plan is called MQL (minimum lubrication) a technology, it replaces the traditional refrigerant by the application the quite few oil mists constitution. This is a recognition compromise plan, this kind of minimum technology can large scale reduce the refrigerant the headache matter, moreover the smooth finish which processes in many applications very is also good. This domain still had very many research to do, moreover the cutting tool company positively participated in such research was absolutely essential. If they will not do fall behind the competitor, will be at the disadvantageous position. In the factory the special details design other perhaps better plan according to the world in. The manufacturing industry jobholders possibly still could ask why they do have to use recent development the technology to replace the refrigerant method diligently which the tradition already an experience number generation of person improved enhances, because implemented especially does the experiment and the defeat which the processing or the subarid processing produced possibly causes the higher short-term cutting tool cost. The concise answer is when the bit probably accounts for the model processing components cost 3%, the refrigerant cost (from purchases to maintenance, storage, processing) can account for the components cost 15%. Perhaps does the dry processing is not all suits to each application, but above discusses likely other processing questions are same, needs from a wider operation, the environment and the commercial angle appraises. Will be able to help the cutting tool company which the customer will do this to have the competitive advantage, but these will not be able to provide unceasingly is in the passive position. Cutting tool and nanotechnology Can fiercely change the cutting tool industry the enchanting new domain is the miniature manufacture, or the processing small granule forms the product which needs. Must refer to is its here does not have about the cutting tool miniature manufacture first matter; Second must say the matter is it is not remote. Why the miniature manufacture and are the cutting tool related. Because most main is the particle size smaller, the hard alloy toughness of material better also is more wear-resisting. (Some experts define with the nanometer level pellet for are smaller than 0.2 mu m, but other people persisted a nanometer pellet had to be smaller than the hard alloy tools prototype which 0.1 mu m) made already to complete and the test,It is said that wear resistant theatrically increase. 42 徐州工程学院毕业设计(论文) The question is the nanometer level hard alloy pellet cannot depend on the smashing big material formation, they are certain through the smaller material constitution, but processes the molecular level granule is not easy and the economical matter. 43 徐州工程学院毕业设计(论文) 中文部分 切削加工新概念 现今的刀具公司再也不能只是制造和销售刀具，为了成功，他们必须与全球化制造趋势保持一致，通过提高效率、同客户合作来降低成本。在这个近乎瞬间的全球竞争的后NAFTA、后WTO时代，全世界的公司正对相同感觉作出更快、更轻、更便宜的反应。换句话说，他们制造的产品和零件包含能在高速下运转，由于成本的压力，最好、更轻而且要制造更便宜。取得这些目标的一个最佳途径是通过发展和应用新材料，但这些新的和改进的材料通常都难以加工。这种商业上的动力和技术上的困难的组合在汽车和航空工业尤其突出，并已成为有见识的刀具公司研发部门的首要驱动力。 例如，拿球墨铸铁来说，它已成为发动机零件和其它汽车、农用设备和机床工业上的零件的日益见的材料。这种合金提供较低的生产成本和良好的机械性能的组合。他们比钢材便宜，而比铸铁有更高的强度和韧性。但同时球墨铸铁非常耐磨，有快速磨坏刀具材料的倾向。这种耐磨性很大程度上受珠光体含量影响。某一已知球墨铸铁的珠光体含量越高，它的耐磨性越好，而且它的可加工性越差。另外，球墨铸铁的多孔性导致断续切削，这更加降低寿命。 可以预计，高硬度和高耐磨的切削材质需考虑球墨铸铁的高耐磨性。并且事实上材质包含极硬的TiC(碳化钛)或TiCN(碳氮化钛)的厚涂层在切削速度每分钟300米时加工球墨铸铁被证明通常是有效的。但是随着切削速度的增加，切屑/刀具结合面的温度也在增加。当发生这样的情况，TiC涂层倾向于和铁发生化学反应并软化，更多的压力作用在抗月牙洼磨损的涂层上。在这些条件下，希望有一种化学稳定性更好的涂层，如Al2O3(虽然在较低的速度下不如TiC硬或耐磨)。 化学稳定性比耐磨性更成为一个重要的表现性能分界的因素，速度和温度取决于被加工球墨铸铁的晶粒结构和性能。但是通常厚涂层的TiC或TiCN和仅有氧化物的较薄涂层是针对球墨铸铁应用的，因为今天大部分这类被加工材料的切削速度在每分钟150到335米之间。对于速度高于每分钟300米的应用，人们对这种材料是满意的。 为了使这个范围性能最优，山高研发和推出了针对球墨铸铁加工的材质TX150。这种材质有一个硬且抗变形的基体，对于加工球墨铸铁很理想。它的涂层由一层较厚的很耐磨的碳氮化钛和一层较薄的抗月牙洼磨损的氧化物涂层，顶面是一薄层TiN。这种涂层运用目前工艺水平的产生耐磨性和抗月牙洼磨损需要的CVD涂层的全部硬度而且韧性平滑性增加的中温化学气相沉积(MTCVD)工艺。基体/涂层的组合性能给予很高的抗塑性变形和刃口微崩能力，使之成为正常速度下加工球墨铸铁的理想材质。 涂层陶瓷也表现出能有效加工球墨铸铁。在过去，未涂层的韧性较好的诸如氮化硅和碳化硅纤维强化的氧化铝陶瓷应用受工件材料化学亲和性的限制。但是今天通过使用能抵 44 徐州工程学院毕业设计(论文) 抗切屑变形过程产生高热量的涂层刀具寿命已经显著增加。而某些早期这个领域的工件加工使用氧化铝涂层晶须强化陶瓷，今天的多数研究活动集中于TiN涂层氮化硅。这种涂层能显著拓宽韧性较好的陶瓷的应用范围。 切削加工时，工件的已加工表面是依靠切削工具和工件作相对运动来获得的。按表面形成方法，切削加工可分为刀尖轨迹法、成形刀具法、展成法三类。 刀尖轨迹法是依靠刀尖相对于工件表面的运动轨迹，来获得工件所要求的表面几何形状，如车削外圆、刨削平面、磨削外圆、用靠模车削成形面等，刀尖的运动轨迹取决于机床所提供的切削工具与工件的相对运动; 成形刀具法简称成形法，是用与工件的最终表面轮廓相匹配的成形刀具，或成形砂轮等加工出成形面，如成形车削、成形铣削和成形磨削等，由于成形刀具的制造比较困难，因此一般只用于加工短的成形面; 展成法又称滚切法，是加工时切削工具与工件作相对展成运动，刀具和工件的瞬心线相互作纯滚动，两者之间保持确定的速比关系，所获得加工表面就是刀刃在这种运动中的包络面，齿轮加工中的滚齿、插齿、剃齿、珩齿和磨齿等均属展成法加工。有些切削加工兼有刀尖轨迹法和成形刀具法的特点，如螺纹车削。 切削加工质量主要是指工件的加工精度和表面质量(包括表面粗糙度、残余应力和表面硬化)。随着技术的进步，切削加工的质量不断提高。18世纪后期，切削加工精度以毫米计;20世纪初，切削加工的精度最高已达0.01毫米;至50年代，切削加工精度已达微米级;70年代，切削加工精度又提高到0.1微米。 影响切削加工质量的主要因素有机床、刀具、夹具、工件毛坯、工艺方法和加工环境等方面。要提高切削加工质量，必须对上述各方面采取适当措施，如减小机床工作误差、正确选用切削工具、提高毛坯质量、合理安排工艺、改善环境条件等。 提高切削用量以提高材料切除率，是提高切削加工效率的基本途径。常用的高效切削加工方法有高速切削、强力切削、等离子弧加热切削和振动切削等。 磨削速度在45米,秒以上的切削称为高速磨削。采用高速切削(或磨削)既可提高效率，又可减小表面粗糙度。高速切削(或磨削)要求机床具有高转速、高刚度、大功率和抗振性好的工艺系统;要求刀具有合理的几何参数和方便的紧固方式，还需考虑安全可靠的断屑方法。 强力切削指大进给或大切深的切削加工，一般用于车削和磨削。强力车削的主要特点是车刀除主切削刃外，还有一个平行于工件已加工表面的副切削刃同时参与切削，故可把进给量比一般车削提高几倍甚至十几倍。与高速切削比较，强力切削的切削温度较低，刀具寿命较长，切削效率较高;缺点是加工表面较粗糙。强力切削时，径向切削力很大故不适于加工细长工件。 振动切削是沿刀具进给方向，附加低频或高频振动的切削加工，可以提高切削效率。低频振动切削具有很好的断屑效果，可不用断屑装置，使刀刃强度增加，切削时的总功率 45 徐州工程学院毕业设计(论文) 消耗比带有断屑装置的普通切削降低40,左右。高频振动切削也称超声波振动切削，有助于减小刀具与工件之间的摩擦，降低切削温度，减小刀具的粘着磨损，从而提高切削效率和加工表面质量，刀具寿命约可提高40,。 对木材、塑料、橡胶、玻璃、大理石、花岗石等非金属材料的切削加工，虽与金属材料的切削类似，但所用刀具、设备和切削用量等各有特点。 木材制品的切削加工主要在各种木工机床上进行，其方法主要有:锯切、刨切、车削、铣削、钻削和砂光等。 塑料的刚度比金属差，易弯曲变形，尤其是热塑性塑料导热性差，易升温软化。故切削塑料时，宜用高速钢或硬质合金刀具，选用小的进给量和高的切削速度，并用压缩空气冷却。若刀具锋利，角度合适，可产生带状切屑，易于带走热量。 玻璃(包括锗、硅等半导体材料)的硬度高而脆性大。对玻璃的切削加工常用切割、钻孔、研磨和抛光等方法。对厚度在三毫米以下的玻璃板，最简单的切割方法是用金刚石或其他坚硬物质，在玻璃表面手工刻划，利用刻痕处的应力集中，即可用手折断。 对大理石、花岗石和混凝土等坚硬材料的加工，主要用切割、车削、钻孔、刨削、研磨和抛光等方法。切割时可用圆锯片加磨料和水;外圆和端面可采用负前角的硬质合金车刀，以10,30米,分的切削速度车削;钻孔可用硬质合金钻头;大的石料平面可用硬质合金刨刀或滚切刨刀刨削;精密平滑的表面，可用三块互为基准对研的方法，或磨削和抛光的方法获得。 刀具在热强合金中的应用 航空加工也变化迅速。例如，镍基高温合金如几年前多数人未听说过的Rene88现在占到航空发动机制造使用总金属量的10~25%。对于这个有很好的表现和商业理由。例如，这些热强合金能增加发动机寿命而且允许较小的发动机工作在大飞机上，那将提高燃烧效率并降低运营成本。这些韧性好的材料也把费用呈现在刀具上。它们的耐热性导致刀尖上的温度更高，从而降低了刀具寿命。相似地，这些合金里的碳化物颗粒显著增加了摩擦，从而缩短刀具寿命。 作为这些条件改变的结果，曾经能很满意地加工很多钛合金和镍基合金的硬质合金材质C-2在应用到当今的合金时遭受切削刃的压碎和切削深度线处严重的沟槽磨损。但是用最新的细颗粒硬质合金能有效加工高温合金，刀具寿命得到提高，更重要的是提高在高温合金应用时的可靠性。细颗粒硬质合金有比传统硬质合金材质更高的压缩强度和硬度，只是在韧性方面增加少量的成本。而结果是在高温合金加工上比传统硬质合金抵抗常见失效模式更有效。 PVD(物理气相沉积)涂层也被证明有效加工高温合金。TiN(氮化钛)PVD涂层是最早使用的并仍然是最受欢迎的。最近，TiAlN(氮铝化钛)和TiCN(碳氮化钛)涂层也能很好使用。过去TiAlN涂层应用范围和TiN相比限制更多。但是当切削速度提高后它们 46 徐州工程学院毕业设计(论文) 是一个很好的选择，在那些应用提高生产率达40%。另一方面，在较低的切削速度下取决于涂层的表面工况TiAlN会导致积屑瘤、随后的微崩和沟槽磨损。 近来，用于高温合金应用的材质已经发展了，这些涂层由几层组合而成。大量的实验室和现场测试已经论证了这种组合和其它任何一种单一涂层相比在很宽范围的应用时很有效。因此针对高温合金应用的PVD复合涂层可能成为硬质合金新材质研发持续的焦点。和MTCVD涂层、涂层陶瓷集合在一起，它们有望成为更有效加工正在研发的新的更难加工工件材料的主要冲击力量。 干切削，包括冷却液在内的问题是刀具制造的科技和商业扩大产业化趋势的另一个领域。北美和欧洲严格冷却液管理的要求和最大的三家汽车制造商强制它们的核心供应商取得ISO14000认证(ISO9000的环境管理版本)，这使得冷却液处理成本上升。对汽车公司和他们核心供应商来说明显受欢迎的反应之一是在特定的加工应用里完全免除冷却液的使用。这种干加工的新世界给刀具供应商提出了一系列挑战。 最近，已经出现了一些有关这个专题揭示速度、进给、涂层化学成分和其它参数的很充实的综合性很强的有用的技术文章。在这里我想集中论述在操作和商业含义上的汽车制造商的新“干加工观点”。 金属加工从业人员能很好理解有关冷却液使用的问题，但大多数不能理解有关除在刀具-工件接触面间技术挑战(例如排屑)之外的干加工问题。通常可以观察到流出的冷却液分散切屑，但压力超过3000磅/英寸2的高速冷却液也能帮助断屑，特别是软且连续的切屑会引起刀具-工件接触面上的麻烦。 采用干切削工艺的零件的结果是机床比采用湿式加工零件的更热。你是否允许它们测量前在露天自然冷却,如果新加工的热零件经常放到周转箱，升高周围环境温度，是否零件充分冷却并正好足够允许精度检测,还有处置身边几十上百的零件会对操作工人增加额外负担。 同许多刀具/工件的技术问题一起，这些潜在的问题需要陈述是否干加工能行。幸运地，有很多途径阐述这些问题。例如，压缩空气被证明在很多应用里排屑成为问题的场合有成功的反响。 另一个方案是叫做MQL(最小量润滑)的技术，它由应用代替传统冷却液的相当少量油雾构成。这是一个公认的折中方案，这种最小量技术会大幅度减少冷却液的头疼事，而且在许多应用里加工出的光洁度也很好。这个领域仍然有很多研究在做，而且刀具公司积极参与这样的研究是绝对必要的。如果他们不做将落后于竞争对手，处于不利的地位。 根据世界上工厂内具体情况设计出别的也许更好的方案。制造业从业人员可能仍然会问为什么他们要努力使用新发展的技术代替传统的已经经历数代人改进提高的冷却液方法，尤其因为实施干加工或半干加工产生的试验和失败可能引起更高的短期刀具成本。简明的答案是当刀片大约占典型加工零件成本的3%时，冷却液的成本(从购买到维护、储存、处理)会占零件成本的15%。 47 徐州工程学院毕业设计(论文) 干加工也许不是对每个应用都适合，但象上面讨论的其它加工问题一样，需要从更宽的操作、环境和商业角度来评价。能帮助客户这样做的刀具公司将有竞争优势，而那些不能提供的将不断处于被动地位。 刀具和纳米技术 一个能剧烈改变刀具工业的迷人的新领域是微型制造，或处理微小粒子形成所需的产品。要谈及的关于刀具微型制造的第一件事是它这里还没有;第二件要说的事是它并不遥远。 为什么微型制造和刀具相关。因为最主要的是颗粒尺寸越小，硬质合金材料韧性越好且更耐磨。用纳米级颗粒(一些专家定义为小于0.2μm，而其他人坚持纳米颗粒要小于0.1μm)制造的硬质合金刀具原型已经做好并测试,据称耐磨性戏剧性地增加。问题是纳米级的硬质合金颗粒不能靠粉碎较大的材料形成，它们一定得通过更小的材料构成，而处理分子级粒子还不是一件容易和经济的事情。 48