SJ90单螺杆挤出机结构设计

SJ90单螺杆挤出机结构 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 摘 要 塑料是四大工业材料中发展速度最快的一种材料,塑料工业是新兴的工业。近年来,随着塑料工业的飞速发展,塑料制品的应用领域也在不断扩展,塑料加工设备已渗透到国民经济的各个行业,成为我国机械工业的重要组成部分,在国民经济中起着越来越重要的作用。其中塑料成型机械是塑料工业中的一个重要组成部分,是完成塑料制品生产成型的必要手段,而挤出成型又是塑料成型加工的重要成型方法之一。 本文主要讲述的是塑料挤出成型的原理、特点、结构组成、分类、主要技术参数、主要零部件及有关的调控系统和辅助装置、挤出过程、设备的安全操作和维护保养以及主要故障的排除等内容,并阐述这些内容之间的相互关系及影响。并且在讲解单杆塑料挤出机的工作原理、基本结构和有关专业知识的基础上,具体深入分析问题,理论与实际相结合,并从机理、结构以及塑料成型工艺、设备的调控、安全及维护保养等方面综合分析问题,找出矛盾的主要方面,选择最优的改进 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 ,来提高单杆塑料挤出机的综合水平,从而获得更好的经济效益和社会效益。 塑料挤出机简称挤出机,又名压出机,,它是塑料加工过程中的主要设备之一。一般挤出机有五大部分组成,挤出部分、传动部分、机头、加热冷却系统、电气控制系统。 挤出部分是挤出机的主体部分,主要作用是,剪切、塑化和捏炼塑料,以一定的压力,均匀连续的向机头输送塑料。由加料装置、螺杆、机筒、衬套等组成。其中螺杆分为单头螺杆、双头螺杆和多头螺杆。衬套材料一般为 38CrMoAlA。 传动系统的作用是驱动螺杆旋转和根据工艺要求调节螺杆的转速,传动系统由电动机和减速器等组成。 机头是挤出机的成形部分。它的作用是,使塑料由螺旋运动变为直线运动,在一定的压力下,将塑料挤压成各种所需形状的半成品。 加热冷却系统是指为了使塑料很好的挤出,适时控制温度,以防止塑料温度过低或焦烧。 电气控制系统的作用是满足挤出工艺条件的需要,实现对挤出机机筒割断温度、集体温度、螺杆转速、驱动扭矩或功率、轴向力等的控制和调节。由温控、调速和检测装置组成。 挤出机的基本工作过程,带状塑料加入加料口后,在旋转螺杆的作用下,塑料被搓成团状沿螺杆槽滚动前进,因螺杆的剪切、压缩和搅拌作用塑料受到进一步的混炼和塑化,温度和压力逐步提高,呈现出粘流状态,以一定的压力和温度通过机头,最后得到所需的一定形状的半成品。 关键词:单螺杆; 挤出机; 加热冷却系统; 传动系统; 电气控制系统 Abstract Plastic materials industry is the four fastest-growing kind of material, the plastics industry is a new industry. In recent years, with the rapid development of the plastics industry, plastic products, applications are expanding, plastics processing equipment has been infiltrated into all sectors of the national economy, has become an important part of China's machinery industry in the national economy plays an increasingly the more important role. Wherein the plastic molding machinery and plastics industry is an important part of the necessary means to complete the production of plastic molding, and extrusion molding is one of the important methods of plastic molding process. This paper describes a plastic extrusion principle, characteristics, composition, classification, main technical parameters, the main components and related regulatory systems and auxiliary equipment, extrusion process safety, equipment operation and maintenance as well as major fault Exclude other content, and explains the relationship between the content and impact of these. And explain the basis of a single shot plastic extrusion machine works, the basic structure and relevant expertise on specific in-depth analysis of the problem, the combination of theory and practice, and the regulatory mechanism, structure and plastic molding technology, equipment, safety and maintenance maintenance and other aspects of a comprehensive analysis of the problem, identify the main aspects of conflict and choose the best improvement program to improve the single pole plastic extruder comprehensive level, leading to better economic and social benefits. The plastic rod extruding machine abbreviation extruder (also names extruding press),it is an important implemental of the plastic reclaiming process.The extruder is made of five parts:the part of extruding;the part of passing;the head;the system of heading and cooling;the electrical control system. The major part of the extruder is the part extruding,it is the most use of shear ,rend and pinch the plastic,under afastness pressure,continuous send plastic to the head ,it made up of fill device ,screw,barrel,liner and so on,And the screw is disport of single screw;double screw;and multi-component screw.The material of liner is 38CrMoAlA. The part of passing is driving the screw rotation and basic the need of the art factitious process to adjustment the screw royal .The part of passing is made of electrical engineering and reducer. The head is the extruding machine formed part .Its function is:Causes the sizing material to become the translation by the helical motion ;under the certain pressure,extrudes the sizing materials which need the shape the half-finished product. The system of heating and cooling is for the plastic well extrusion,we control the temperate to prevent the temperate too low or born. The electrical control system is for the need of press,control the temperate of the barrel and the head ,the royal of the screw ,drive the torsion or power ,and adjustment the head ,the royal of the screw,driver the torsion or power,and adjustment the force of the axial ,is made of the temperate controller,the speed adjustment system,and the device of test. The extruder`s fundamental process is this:get the plastic to the filler,under the shear of the screw ,the plastic was made small ball,because of the screw`s shear pressure and stirring,the plastic was futher rend and plastic,the temperate and the pressure get higher,and the plastic get plastic flow,under fastness pressure though the head,the last get the production you need. Keyword: single-screw; extruder; the heatng cooling system; the transmiss- ion system; electrical control system 目 录 第一章绪论 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 9 1.1 引言 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 9 1.2 国内外发展情况 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 1 1.3 单螺杆挤出机研究现状 ??????????????????????????????????????????????????????????????? 1 1.4 课题研究意义和目的 ?????????????????????????????????????????????????????????????????? 1 1.5 课题主要研究内容 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????? 2 第二章挤出机总体方案的确定 ?????????????????????????????????????????????????????????? 2 2.1 挤出机总体布局的基本要求 ??????????????????????????????????????????????????????? 2 2.2 挤出机的主要参数 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????? 3 2.2.1 挤出机的主要性能参数 ???????????????????????????????????????????????????????? 3 2.2.2 螺杆转速 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 3 2.2.3 挤出机功率 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 4 2.2.4 轴向力 P ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 4 2.2.5 生产能力 Q ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 4 2.3 挤出机构设计 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 4 2.3.1 螺杆设计 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 4 2.3.2 螺槽深度和压缩比的确定 ????????????????????????????????????????????????????? 5 2.3.3 螺距和螺纹升角的确定 ???????????????????????????????????????????????????????? 8 2.4 本章小结 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 8 第三章螺杆方案的确定 ????????????????????????????????????????????????????????????????????? 10 3.1 螺杆类型的确定 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 10 3.2 螺杆的工作性能指标评定 ??????????????????????????????????????????????????????????? 10 3.3 螺杆的选用原则 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 10 3.4 螺杆的分类 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 11 3.5 单螺杆挤出机及其基本操作 ??????????????????????????????????????????????????????? 11 3.6 本章小结 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 13 第四章螺杆的设计与校核 ????????????????????????????????????????????????????????????????? 14 4.1 螺杆材料 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 14 4.2 螺杆形式 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 14 4.3 螺杆参数 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 14 4.4 螺杆结构 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 14 4.5 螺纹的断面形状 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 15 4.6 校核 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 15 4.7 本章小结 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 16 第五章机筒的设计及强度校核 ?????????????????????????????????????????????????????????? 17 5.1 机筒的类型 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 17 5.2 机筒材料的选择 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 18 5.3 机筒参数 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 19 5.4 校核 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 19 5.5 本章小结 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 19 第六章其他零部件的设计与校核 ?????????????????????????????????????????????????????? 20 6.1 螺杆与轴联接处的花键的选择与校核 ???????????????????????????????????????? 20 6.2 推力轴承的选择与校核 ??????????????????????????????????????????????????????????????? 20 6.3 联轴器的选择与校核 ?????????????????????????????????????????????????????????????????? 21 6.4 机头材料的选择 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 21 6.5 温度控制 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 21 6.6 电机的选择 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 21 6.7 本章小结 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 22 结 论 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 23 参考文献 ?????????????????????????????????????????????????????????????? 错误，未定义书签。 致 谢 ????????????????????????????????????????????????????????????????????? 错误，未定义书签。 第一章绪论 1.1 引言 塑料的成型加工在现代先进制造领域占有越来越大的比重。现在，塑料从合成树脂开始，一般要从制品的性能要求、改善加工性能和降低成本等方面考虑设计配方而添加一定比例的助剂和填料，经过混炼之后再进行成型加工。塑料制品的成型加工方法主要包括挤出、注射、滚塑、吹塑、压延、压制等。近年来，在这些领域的科学研究和技术的进步发展十分迅猛，新技术不断涌现，新知识的积累更是呈爆炸式地增加。 挤出是塑料加工中最基本的方法。挤出形象的描述了“施加压力驱使聚合物通过机头成型”的挤出成型。聚合物成型加工中，挤出加工技术可以说是最基本和最重要的加工技术。聚合物挤出加工主要可以分为两个方面的内容，即混炼塑化和挤出成型。 沈阳化工大学科亚学院学士学位 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 第一章 绪论 1.2 国内外发展情况 我国的聚合物工业近几十年得到迅速发展，尤其是改革开放以来，聚合物加工机械及模具工业取得了举世瞩目的成就，其年平均增长速度高于国民经济总的增长速度，达到两位数以上。目前，聚合物挤出成型制品现已广泛应用于国民经济各个领域。农业大量使用塑料薄膜。机械工业使用塑料棒材加工成各种零部件。建筑业、石油工业、汽车工业中聚合物制品的使用也相当广泛。 1.3 单螺杆挤出机研究现状 单螺杆挤出机是塑料加工的重要设备，按照它的工作过程可划分为物料输送、塑化熔断和熔体输送三大部分，其中物料输送对单螺杆挤出机挤出性能有着非常重要的作用，直接影响着单螺杆挤出机的工作稳定性。但由于系统的复杂性，使得对这段的研究非常困难。为了便于研究，不得不对该段的情况进行假设、简化。而实际上，挤出是一个连续的过程，在此基础上再进行熔断理论的研究才可能更有效的预测整个塑化过程，才能为 评价 LEC评价法下载LEC评价法下载评价量规免费下载学院评价表文档下载学院评价表文档下载 挤出机性能、确定合理的工艺参数提供有力依据。 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。 1.4 课题研究意义和目的 单螺杆挤出机由于结构简单，造价便宜，因此广泛的应用于食品、塑料、饲料等各个领域。挤出机设计的研究工作，不但能够提高机械设计领域的水准，还能获得良好的经济和社会效应。在多个方面具有积极的意义: (一)提高设计水准，制造更多更新功能更强大的新产品，将会提高人类的生活水平和工作条件。推动人类文明的发展。 (二)促使设计者、制造者提升自身水平，带动机械设计领域的发展，为社会做出更大贡献。 1 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 绪论 (三)设计出来的产品，往往都具有专利权，具备很强的时代性、时尚性、功能性。能够获得大量的用户追捧，能够给设计方带来巨大的收益。 1.5 课题主要研究内容 本设计为 挤出机，制品可以为成品及半成品，选取的加工物料为“低密度聚乙烯” 。该挤出机适用于冷喂料的挤出，故相比之下塑料粘流态停留时间长，同时强烈的剪切产生的大量的热需要良好的冷却装置。由于螺杆有较大的长径比，同时承受剪切力和轴向力，本身还接受物料传来的热量，故螺杆材料应具有足够的强度和抗摩能力，较好的耐化学腐蚀性能，良好的机械加工和热处理及高温下不变形的性能，所以螺杆材料优先选取 .螺杆要输送物料，所以螺杆的结构至关重要，根据有关知识及资料确定螺杆为单螺旋等距突变螺杆。利用电机+减速机构+螺杆，使螺杆获得一定转速和扭矩。螺杆所承受的轴向力由螺杆与机筒间的轴向推力轴承传递，挤出机了根据产品结构自行安装。 第二章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 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 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 2 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 挤出机总体方案的确定 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 挤出机的主要参数 2.2.1 挤出机的主要性能参数 本设计为 SJ90挤出机，总体结构设计图如图1所示: 图1 挤出机总体结构设计图 选取的加工物料为“低密度聚乙烯” 。本机设计的主要参数: 螺杆直径: 螺杆长径比: 最高产量: 螺杆的几何压缩比:i螺杆最高转速: 2.2.2 螺杆转速 因为螺杆不能进料的临界转速为 螺杆的工作转速 3 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 挤出机总体方案的确定 所以取 2.2.3 挤出机功率 公式: (2-1) K 计算系数 D 螺杆直径 N 螺杆转速 所以 减速器设计为二级斜齿减速器 取 2.2.4 轴向力 P 因为 (2-2) 所以 2.2.5 生产能力 Q (2-3) β为计算系数 取 n为转速 2.3 挤出机构设计 2.3.1 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。 螺杆直径的确定:90mm，螺杆长径比30。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，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、 4 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 挤出机总体方案的确定 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。本设计中螺杆的有效长度为:L=30D=30×90=2700mm 普通螺杆全长分为三段，即加料段L1 、压缩段L2和计量段L3,计量段有时也叫均化段。过程图如图2所示: 图2 挤压加工过程示意图 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H1变至计量段槽深H3的那段长度，它是螺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。 2.3.2 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:D,,, (2-4) 显然，计量段螺槽深度H3愈小，在相同的螺杆转速下剪切速率便愈大，因而分子间的内摩擦力也愈大。从式中可以看出，熔料因内摩擦而产生的热量正比于剪切力和剪切速率。由于剪切应力而产生的热量和螺槽深度H3的平方成反比。 Q0——熔料因剪切产生的热量; τ——剪切应力; γ——剪切速率; 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 5 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 挤出机总体方案的确定 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，计量段槽深较小时，混炼程度较高，制品比较均匀。在本章后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Tf和分解温度Td比较接近(如硬聚氯乙烯加工温度范围为150?,190?，其范围仅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H3不能选择过小。 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。 本设计加工物料为聚苯乙烯(PS)，根据表格取γ=93S 由D,,, 以上从挤出质量的观点分析了计量段螺槽深度H3的影响，这种观点是确定计量段螺槽深度的主要方法，用这种方法确定的计量段螺槽深度基本上满足了对计量段螺槽深度的要求。 此外我们还可以从产量的角度来分析计量段螺槽深度H3的影响。从熔体输送理论的生产率公式可以看出:正流Qd正比于螺槽深度H3，而压力流Qp却正比于H3的立方。由此可以分析:当机头压力较低时，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并不能使生产率增加，甚至还会产生相反的作用,也可以从融体输送理论来估算螺槽深度H3的最佳值。 DSi2φn,(6KQL3 ,23H3WH3将上式对H3求导并令导数等于零，经一系列推导，可求得H3的最佳值: 在式中 KQ—形状系数未知口模系数情况下H3的值没办法确定。有上面的分析可知，H3的决定受到多方面的因素影响，很难用一个简单的理论公式来进行计算。 6 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 挤出机总体方案的确定 设计时，还可以根据经验公式来决定螺槽深度H3。 H3=kD 据统计螺槽深系数k值，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L3可以设计的较长，此时由于螺槽深度H3加大造成压力流Qp的增加和混炼段M的下降可以通过计量段的增加来弥补。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。螺槽系数K的确定。根据经验公式可以来校核，当H3=5mm时k的取值为0.033在k=0.02,0.07范围内。 (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深H1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H1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度之比。例如，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)。 7 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 挤出机总体方案的确定 2.3.3 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: 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fb=fs0.25,0.5,螺纹升角等于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。这也是为什么当前的螺纹升角都在17,30范围之内的原因。 2.4 本章小结 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聚苯乙烯(PS)生产线的挤出机，这就要求对聚苯乙烯(PS)的性能有一定的掌握和了解。本章主要对挤出机设计总体方案进行布局和确定，并且计算和确定挤出机所需要的主要参数，对于挤出机螺杆结构的设计也进行了初步的计算。 8 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 螺杆方案的确定 第三章螺杆方案的确定 3.1 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。介于本设计的加工的是溶体材料为聚苯乙烯(PS)。PS为乙烯的聚合物，在生产中无特殊的要求，因此选用普通螺杆，材料为45号钢。 3.2 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 (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 (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。 3.3 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 10 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 螺杆方案的确定 槽就应深些。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。 3.4 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。 )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，(2 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。 3.5 单螺杆挤出机及其基本操作 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，如图3所示: 图3 常规挤出机螺杆几何形状 11 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 螺杆方案的确定 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。 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。 12 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 螺杆方案的确定 3.6 本章小结 单螺杆挤出机作为一种常见的挤出机设备，用于塑料加工行业，主要用于挤出软、硬聚氯乙烯、聚乙烯等热塑性塑料，可加工多种塑料制品，也可用来熔融造粒。单螺杆挤出机在塑化造粒机械和成型加工机械都占有重要地位，近一些年来，单螺杆挤出机有了很大的发展。本章对螺杆方案进行了确定，首先对螺杆的分类做出了介绍，其次确定选用了螺杆的类型并对单螺杆挤出机及其基本操作做了充分的介绍。 13 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第四章 螺杆的设计与校核 第四章螺杆的设计与校核 4.1 螺杆材料 螺杆材料应具有足够的强度和抗磨能力，较好的耐化学腐蚀性能，良好的机械加工和热处理以及在高温度下不变形的性能。螺杆材料优先选用 ，用 制造的螺杆，其氮化深度一般为，硬度可达 。当它经渗氮处理后会在螺杆表面形成压应力，故疲劳极限能提高 。耐腐蚀性也有显著提高。 4.2 螺杆形式 本设计为 挤出机，加工物料为低密度聚乙烯。查取有关资料确定螺杆形式为:等距突变型单螺杆。 4.3 螺杆参数 a、螺杆直径 b、螺杆长径比 螺杆长 c、螺杆的螺纹开程 d、螺杆的螺纹升角 e、螺棱宽度 4.4 螺杆结构 螺杆工作部分大体分为加料段，熔融段，均化段。 a、加料段。此段的作用是咬入和往前输送物料。从加料口供入的物料，由于旋转螺杆的作用，物料被咬入螺槽内，并形成一定大小的塑团，这些塑团边转动边前进 14 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第四章 螺杆的设计与校核 H: 因为螺杆三段的螺纹升程相等，螺棱宽度也相等。 加 查《塑料机械设计》 b、熔融段 又成为压缩段。塑团进入此段，被逐渐压缩，由于螺杆的旋转，物料受到强烈的剪切，搅拌和塑化。 C、均化段又称计量段。由熔融段输送过来的物料在均化段继续受到剪切和塑化，在螺杆的挤压作用下，呈粘流态的物料以一定的压力和温度流经机头，挤压成所需形状的半成品。 4.5 螺纹的断面形状 本设计采用矩形断面。螺纹的推料表面与螺杆根径表面垂直，用小圆弧 ;而螺纹背面具有较大的过度圆弧，这有利于螺槽中的塑料进行横流，可促进塑料均匀混炼和塑化，避免产生局部焦烧，。 4.6 校核 近似认为螺杆只受扭，弯，压的联合作用。 1、 剪应力计算 扭矩:根据公式计算 电机最大功率 电机最大转矩 y 机械传动效率() ， 取 所以 最大剪应力:τ max 加料段初始位置最容易扭断，则抗扭截面模量近似为: 15 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第四章 螺杆的设计与校核 则: 2、 压应力计算δy 实际上螺杆自重引起的弯曲应力比剪切应力和压应力小得多，故可忽略不计，这样按第三强度理论公式计算: 查得 因此螺杆强度合格。 4.7 本章小结 本章进行了对螺杆的设计，其中包括对螺杆材料的选取，螺杆参数的介绍，螺杆结构的设计计算，螺纹的断面形状的介绍，螺杆形式的研究及螺杆强度的校核。 16 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第五章 机筒的设计及强度校核 第五章机筒的设计及强度校核 5.1 机筒的类型 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，都会直接影响塑料制品的产量和质量。 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，常见的机筒结构形式有整体式机筒、分段式机筒、衬套式机筒、双金属层机筒: (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。如图4所示: 图4 整体式机筒示意图 (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。如图5所示: 17 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第五章 机筒的设计及强度校核 图5 分段式机筒示意图 (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。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。如图6所示: 图6 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。 5.2 机筒材料的选择 机筒一般由衬套和机身组成。由于机筒和料筒是在高温、一定腐蚀、强烈磨损、大扭矩下工作的，因此，机筒和料筒必须由耐高温、耐磨损、高强度的优质材料，衬套在此结构中，为了减小塑料与机筒的摩擦，并隔离冷却水与塑料，在机筒与螺杆间嵌入了一个衬套，故选用 制成，具有较好的耐磨和耐腐蚀性。 但现在的冷却技术比较成熟， 所以不采用衬套结构。机身材料选取。为了加工方便，机筒采用分段式，通过法兰联接。 18 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第五章 机筒的设计及强度校核 5.3 机筒参数 机筒的壁厚 5.4 校核 ?机筒内壁处的工作应力: 由得 ?机筒的轴向力: ?装配压力 P 计算: k ?机筒内壁强度校核 由于机筒材料为 ZG270-500，查得屈服应力为 所以机筒强度可以保证工作要求。 5.5 本章小结 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、扭矩和摩擦压力及物料得腐蚀。本章对机筒类型和机筒参数做出了介绍，确定选择了 19 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第五章 机筒的设计及强度校核 机筒材料并进行了强度校核计算。 第六章 其他零部件的设计与校核 6.1 螺杆与轴联接处的花键的选择与校核 选择中系列，规格为 花键挤压强度校核: 由于花键用于静联接，使用和制造情况中等，且齿面经过热处理，查得: 由于 所以挤压强度可以保证。 6.2 推力轴承的选择与校核 选择 型轴承 校验:额定基本负荷 由于轴向力 轴向力 静压力 动压力 所以 所以此推力轴承可以保证工作。 寿命计算: 选取预期轴承寿命 20 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第六章 其他零部件的设计与校核 所以此轴承适用。 6.3 联轴器的选择与校核 选择弹性柱销联轴器 型 计算: 取 所以此联轴器安全传动。 6.4 机头材料的选择 机头是挤出机的最主要部件之一，它的作用是使塑料螺旋运动状态变为直线运动状态。同时按照不同的挤出机工艺形成必要的压力和一定形状的半成品。机头材料应具备耐磨、耐腐蚀。在内压作用下有足够的强度和刚度;在较高的温度下不变形，加工容易。本设计采用材料为 6.5 温度控制 (1) 温度传感器选择:铂热电阻温度传感器可测温度范围:-200 到 650 度可用于固体表面，轴承，电站管道等管道测温。传感器外接。 (2) 控制调节方法: 通过传感器根据物料在不同阶段的温度调节加热圈。 6.6 电机的选择 根据要求螺杆的转速范围 根据功率，转速等因素选取电机: 选取:封闭式三相异步电动机 21 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第六章 其他零部件的设计与校核 额定功率: 转速: 电流: 效率: 此电动机轴直径外伸 中心距 6.7本章小结 本章对单螺杆挤出机中的其他零部件进行了介绍及对其材料的选择与强度校核计算，其中包括花键、推力轴承、联轴器的选择与校核，机头材料的选择，电机的选择以及温度的控制。 22 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 结 论 结 论 本次毕业设计完成的是单螺杆挤出机的设计，从传动系统，挤出系统，加料系统，冷却和加热进行研究。此单螺杆挤出机是通过电机将动力传给带轮，经减速传给螺杆，为了满足变速范围的要求，采用的是普通电机进行变频无级调速，为了便于安装和拆卸，机筒采用的是左右剖分式结构，分三段进行加热和冷却。通过电磁阀和传感器进行温度的控制和冷却水的进出，保证温度在所允许的范围内。得出的主要结论如下: 1.采用机械调速与变频调速相结合的方式，选用普通的电机实现了挤出机的无级变速，同时可使电机功率利用更加合理。使剖分式单螺杆挤出机的螺杆转速能够根据生产工艺要求的不同进行调整。 2.挤出系统的螺杆采用整体式结构，机筒采用剖分式结构，能够快速打开，解决了传统挤出机清理困难这一难题。与传统的整体式相比，设计中所采用的剖分式机筒，给拆卸带来了方便，同时有利于螺杆的清洗。 3.螺杆采用的结构有利于降低螺杆的制造难度。 4.采用铂热电阻温度传感器进行温度控制，能够有效的保证挤出机在正常的温度范围进行工作。 23 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 参考文献 参考文献 [1]Schaab Stoeckhert.Kunststoff Maschinen Fuhrer.Hanser 1980. [2]Demag.Injection Moulding Pocketbook Demag 1979. [3]徐定宇 夏廷文.注射模塑技术. 北京:轻工业出版社 1990. [4]吴清鹤.塑料挤出成型[M].北京:化学工业出版社.2001. [5]丁浩.塑料加工基础.上海:科技出版社 1981. [6]朱复华.挤出理论及应用[M].北京:中国轻工业出版社.2001. [7]纪名刚.机械设计.高等教育出版社.2001. [8]蔡春源.机械零件设计[S].冶金工业出版社.1999.4. [9]邓文英,宋立宏.金属工艺学[M].高等教育出版社.2002. [10]侯秀珍.机械系统设计[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社.2003. [11]耿孝正,张沛.塑料混合及设备[M].北京:中国轻工业出版社.1992. [12]北京化工大学,华南理工大学合编.塑料机械设计[M].北京:中国轻工业出版社.1995. [13]尹以高,夏成林,钟圣兆.塑木复合材料的研制和性能.塑料工业,2002. [14]胡圣飞,严海彪.单螺杆一步法挤出复合材料研究.2004. [15]崔健.硬质聚氯乙烯低发泡管材的单螺杆挤出成型.塑料工业,2001. [16]傅志红,王洪,彭玉成.微孔塑料成型过程中进气流量的确定.中国塑料,2004. 24 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 致 谢 致 谢 在本论文顺利完成之际，我首先要感谢我的指导老师侯志敏老师。在论文的选题、文献查阅、开题、实验以及撰写的每一个环节，都得到了侯老师严格的审阅和细心的指导。正是由于侯老师这样的谆谆教导和鼓励，才使我能够在短短的三个月里顺利的完成毕业设计论文。同时，我也体会到了侯老师广博的专业知识，严谨的学术思维方式，以及工作中积累的丰富的实践经验。而且，侯老师活泼开朗的性格，积极乐观的生活态度，以诚相待的处事原则给我留下了深刻的印象，使我学会了在为自己的理想努力奋斗的过程中及时享受阶段性的成功带来的喜悦。她的治学严谨的态度和科学研究的精神也是我学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。所以我觉得通过这学期的毕业环节，对我是一个很好的锻炼。 然后我还要感谢大学四年来所有的老师，为我们打下机械专业知识的基础;同时还要感谢我的同学们，正是因为有了你们的支持、鼓励和帮助，此次毕业设计才会顺利完成。感谢我的母校——沈阳化工大学科亚学院对我的栽培，感谢所有帮助过我的、认识我的、关心我的人;祝你们一切顺利～ 我想，这段经历一定会使我在今后的学习工作生活更加如鱼得水。 25