【正文】 ，真正從塑機大國發(fā)展為塑機強國。 單 螺桿擠出機因其結(jié)構(gòu)簡單，價廉物美，生產(chǎn)效率高的特點，一直是塑膠管材、板材、片材、異型材等成型加工最重要的設備。部分廠家粗制濫造和惡性價格戰(zhàn)已經(jīng)影響到國內(nèi)塑機的整體形象和市場競爭力，也阻礙了塑料加工業(yè)的發(fā)展。平行同向雙螺桿擠出機要向第六代、第七代高速、大長徑比方向發(fā)展。高技術含量的單螺桿擠出機正在 某些領域逐步取代雙螺桿擠出機。 （ 3） 確保擠出機具有與所要求的加工精度相適應的剛度、抗震性、熱變形及噪聲水平。 （ 6） 應便于觀察加工過程；便于操作、調(diào)整和維修機床，便于輸送、裝卸；注意擠出機的防護，確保安全生產(chǎn)。 螺桿的工作性能指標評定 （ 1）塑化質(zhì)量 按專業(yè)標準規(guī)定制造的擠出機，擠塑生產(chǎn)得塑料制品也應是符合質(zhì)量 標準。 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 8 螺桿的選用原則 （ 1）按塑料的制品種類選擇 塑料的種類很多，有結(jié)晶型和非結(jié)晶型，它們在被擠塑生產(chǎn)制品時，對溫度條件要求及本身得粘度、穩(wěn)定性和流動性能都有差別。如果只用于一種塑料制品得選擇，可按該塑料產(chǎn)品得要求，訂購專用螺桿擠出機。這種螺桿螺紋部分可分為加料段、塑化段和均化段。 螺桿方案的確定 介于本設計的加工的是溶體材料為聚苯乙烯（ PS）。機筒和螺桿是擠塑系統(tǒng)的主要組成零件， 也是擠出機的關鍵零件。 （ 1） 整體式機筒 整體式機筒應用比較多，比較起來整體式機筒的機械加工精度比較容易保證，工作時各部加熱均勻，對機筒的加熱和冷卻系統(tǒng)也較好安排和布置。但是這種機筒在機加工時也有難度。 （ 3）襯套式機筒 襯套式機筒主要用在大直徑的擠出機上，目的是為了節(jié)省較貴重的合金鋼材。 （ 4）雙金屬層機筒 在鑄鋼或碳素鋼機筒體的內(nèi)壁，用離心澆鑄法鑄一層耐磨合金，然后機械加工內(nèi)孔至所需要的尺寸。因此我們選擇滲碳合金鋼 38 AAMC lor 外徑為230mm。 聚苯乙烯 的基本特性 聚苯乙烯 是最結(jié)構(gòu)簡單的高分子有機化合物 ,低密度聚 苯 乙烯較軟 ,多用高壓聚合 。整個理論幾乎都是圍繞著螺桿上發(fā)生的擠出過程展開的。 歐洲塑料橡膠機械制造廠委員會建議長徑比 1 1 (18)、 (24）、 2 2 35，括號中的數(shù)值盡量不用或少用。而壓縮段指的是螺槽深度有加料段深 H1變至計量段槽深 H3 的那段長度，它是螺桿設計者人為設計的長度，一旦螺桿設計出來這個長度也就確定了。由于剪切應力而產(chǎn)生的熱量和螺槽深度 3H 的平方成反比。這方面因素都證明了計量段槽深較小時，對促進塑料的塑化質(zhì)量是很有好處的。因剪切或其他原因造成的局部過熱不易造成無法彌補的后果。 表中的數(shù)值并不是不可以突破的，尤其是承受高剪切的時間很短時，例如在某些新型螺桿的屏障棱上，我在后面還要進一步分析這個問題。由此可以分析：當機頭壓力較低時，增加計量段螺槽深度可以增加產(chǎn)量；而當機頭壓力增大到超過臨界壓力，加深 H3 并不能使生產(chǎn)率增加，甚至還會產(chǎn)生相反的作用 ,也可以從融體輸送理論來估算螺槽深度 3H 的最佳值， )( 33023126 WHQHvddzp ?? η () 將上式對 3H 求導并令導數(shù)等于零，經(jīng)一系列推導，可求得 3H 的最佳值： 21233 6 )( φDSinLKH Q?? （ ） 在式中 QK — 形狀系數(shù) 未 知口模系數(shù)情況下 H3 的值沒辦法確定。由圖可見，計量段螺槽深系數(shù) k 大都在 ～ 范圍內(nèi)。上層適用與 PVC 等熱穩(wěn)定性較差的塑料，此時 k值較大。但自今為止加料黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 14 段的槽深 H1的影響還不是很清楚。因此存在一個最佳加料段槽深。這個數(shù)值不同于物理壓縮比。這是因為除了應考慮密度的變化之外，還應考慮在壓力下熔融料的壓縮性、塑料在加料段的裝填程度 、擠壓過程中塑料的回流等因素，尤其還應考慮制品性能所要求的壓縮密實的必要性。乘以系數(shù) 后，該式誤差僅 左右。實驗也證明，對圓柱性塑料，最佳螺紋升角大約在 170 左右。 螺紋頭數(shù) 目前擠出機的螺桿大都是單頭螺紋。原因之二是在多頭螺紋計量段的幾個螺槽中，熔體 填充情況有可能不同，從而容易導致個螺槽間擠出量不等而發(fā)生波動，擠出壓力也會發(fā)上波動，這些都直接影響到擠出制品的質(zhì)量。經(jīng)過一段時間后，即在螺桿上經(jīng)過一段長度后，塑料才能全部熔融。為了適應這個特點，加工結(jié)晶型肅立哦啊的螺桿的壓縮段一般出現(xiàn)的比較晚，而且長度也比較短。此外，即使對已結(jié)晶的那一部分塑料來說，正像前面我們已分析過的那樣，螺桿的熔融段和壓縮段的位置不是等同的，在設計時壓縮段位置已被人為的固定不變，而熔融段位置卻隨操作條件和塑料性能的不同而不同。在文獻中還指出：在實驗的條件下，聚丙烯從開始熔融到完全熔融大約需要 5D 長度，而熱導率較大的聚丙烯黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 17 和聚苯乙烯便不需要這樣長。顯然，塑料的比熱容Cs 愈大，熔融點 Tm 愈高，預熱到熔融溫度所需要的熱量也愈多。 從上面的分析，我們可以得出結(jié)論：為了保證在加料段結(jié)束時分界面上的塑料基本預熱到熔融溫度，為了保證在壓縮段塑料能基本熔融完畢，加工那些比熱容大，熔點高，熱導率低，熔融潛熱大的塑料，螺桿加熱段 L1 應該長一些。從圖 可以看出，在同等壓力的情況下，聚丙烯由于其熔點高（ 170176。但是，無論在組分上、或者在溫度 分布上、或者在相對分子質(zhì)量分布上，剛?cè)刍奈锪隙际呛懿痪鶆虻?，如果此時姜物料從機頭擠出，制品的質(zhì)量將極為惡劣。從式（ ）中可以看出：加長 L3 對均化作用是有利的。 圖 計量段長 L3 度對擠出量的影響 又上可知：在可能的條件下，計量段長度愈長，對提高螺桿的產(chǎn)量和改善 混合黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 19 均勻度都是有利的。根據(jù)料溫和剪切速率γ =π3HDn ,可以從附錄二查出粘度η 1 。 轉(zhuǎn)速 n、產(chǎn)量 Q、剪切速率γ、粘度η 1 與機頭壓力 p 等參數(shù)之間是互相影響的。 還可按表 提供的數(shù)據(jù)來考慮螺桿三段長度的分配。推進面的圓弧半徑為 R1比后面的圓弧半徑 R2 小，一般后角 ? 為 200 。當內(nèi)摩擦因數(shù)較低時，各層塑料間將存在著相對滑移，下層塑料不易被機筒拖拽向前推進。這就相當于增大了塑料與螺桿的摩擦因數(shù)，根據(jù)固體輸送理論，這將降低固體輸送流率。～33176。β =45176。當螺棱 e 或 b 較大時會增大螺棱上的功率消耗。這種設計的主要目的是為了較少螺桿與機筒的直接接觸，保證在螺棱和機筒間形成穩(wěn)定的熔融物潤滑膜以減少螺桿與機筒間的磨損。而楔形螺頂?shù)暮侠沓叽鐬棣?1 /δ =，e1 /e0 =5。 螺距 S=150 10 3? m；螺棱寬 e=11 10 3? m；螺紋頭數(shù) M=1； 加料段長度 L1 =900 10 3? m；加料段螺槽深度 H1 =13 103? m； 壓縮段長度 L2 =1500 10 3? m； 計量段長度 L3 =600mm。液相密度ρ m =790kg/m3 。物料熔點 Tm=270℃。 根據(jù) TAV =300℃ 。 螺桿與機筒的間隙 由于磨損等原因，螺桿與機筒的間隙變得過大時，擠出機的生產(chǎn)能力就大大降低，所以在擠出機使用以后的一段時間，當間隙變大時，需要修復或更換螺桿以滿足生產(chǎn)能力的需要。加料裝置的正確設計和選擇，對擠出機的產(chǎn)量和質(zhì)量、工人的勞動強度及能否實現(xiàn)生產(chǎn)的連續(xù)化、自動化等都有直接的關系。擠出機的加熱冷卻系統(tǒng)就是為控制熔體的溫度而設置的。另外，這兩部分熱量所占的比例在擠出螺桿上的不同區(qū)段也 是不同的：在加料段，由于螺槽較深，物料尚未壓實，摩擦熱是很少的，熱量主要來自加熱器；而在均化段，由于物料已熔融，溫度較高，螺槽較淺，摩擦剪切產(chǎn)生的熱量較多，黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 27 所以均化段有時非但不需要加熱器供熱，還需要對其進行冷卻；在壓縮段，物料受熱是上述兩種情況的過渡狀態(tài)，也就是由摩擦剪切產(chǎn)生的熱量比加料段多，而比均化段少。如果工廠有現(xiàn)成的蒸汽鍋爐、電熱鍋爐，該中加熱方法亦可采用。從設計成本分析，由于需配置鼓風機，其成 本較高，另外，風冷卻系統(tǒng)體積較大 2．水冷卻 與風冷卻比較，水冷卻速度快，體積小，成本低，噪聲小，但易造成急冷從而擾亂塑料的穩(wěn)定流動，如果密封不好容易出現(xiàn)漏水現(xiàn)象，容易生成水垢而堵塞水管，一般完善的水冷卻系統(tǒng)所用水不是自來水、河水，而是經(jīng)過軟化處理的。 本章小結(jié) 本章對擠出機構(gòu)中的螺桿進行了設計與校核，并對螺桿與螺筒的配合間隙進行了討論與確定，確定了加熱裝置為鑄鋁加熱器并確定了加料裝置。因此 1i = ， 62?i 。 m 67610753992795509550 333 .././ ???? nPT N m 4 7 0/ 5 5 0/9 5 5 0 111 ???? nPT N由二級轉(zhuǎn)速器連接主電動機與螺桿。鑄鋁加熱器特點 具有長壽命、保溫性能好、機械性能強、耐腐蝕、抗磁場等優(yōu)點 。 3. 電感應加熱 電感應加熱是通過電子感應在機筒內(nèi)產(chǎn)生電的渦流而使機筒發(fā)熱，從而達到加熱機筒中得塑料的目的。 擠出機的加熱方法通常有三種：熱載體加熱、電阻加熱、電感加熱 1. 熱載體加熱 利用熱載體作為解熱介質(zhì)的加熱方式 稱熱載體加熱。前一部分熱量由加熱器的電能轉(zhuǎn)化而來，后一部分的熱量由電動機輸給螺桿的機械能轉(zhuǎn)化而來。由于本設計的熔體材料為粒料所以采用重力加料。表 所列為螺桿與機筒間隙的部頒標準。 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 25 計算固相分布函數(shù) WX 及熔融總長度 ZT : 計算φ值 ?=dsmsjambmmbxTTcVTTkV???????)([2]21)([ 2 （ ） = 53 )./( smKg 計算固相分布函數(shù) WX ,假設熔融點在加料段末端的前一個螺距。 假定熔膜厚度δ = 10 3? m 因此，熔膜中的剪切速率為： .? =?jV = s1? 從文獻 [8] ?aη .? 圖上可以查處η a =440MPa 試計算 TAV 和δ : TAV = ??32 mTTmjkVa12 2?η （ ） =≈ 300℃ 與設定值相等，不必從新計算。 液相熱導率 km = W/(m.℃ )。 為了設計的科學性，對螺桿的參數(shù)做以下校核： 工藝參數(shù) 生產(chǎn)率 Q=20200kg/h；螺桿轉(zhuǎn) 速 n=。 根據(jù)與同類型的擠出機進行對比和聚苯乙烯的性質(zhì)來看，本設計采用矩形斷面較為合適。而在階梯形螺頂和楔形螺頂上，壓力的分布都是中間高兩邊低，產(chǎn)生的還原力會使螺桿懸浮于機筒之間不會產(chǎn)生金屬的直接接觸從而減少螺桿和機筒之間的磨損。但 e 值 也不能太小，太小的值會使漏流增加，從 而降低生產(chǎn)率，同時還會增加螺桿的磨損。 螺棱法向?qū)挾?e 和軸向?qū)挾?b： e=(~)D （ ） φCoseb? （ ） 表 幾種塑料的內(nèi)摩擦角φ i 塑 料 形 狀 內(nèi)摩擦角 /176。 但是由于螺槽是螺旋形的，固體壓力自傲兩個側(cè)面將不相等。 不同的塑料和不同的粒料形狀其內(nèi)摩擦角是不同的。這時，以較快速度運動的上層塑料將自傲下層塑料上滑移，而它們之家的摩擦因數(shù)將是內(nèi)摩擦因數(shù) fi ，而不是外摩擦因數(shù) fa。 圖 螺紋斷面形狀 a— 矩形斷面 b— 鋸齒型斷面 圖 螺槽中的滯流區(qū)和雙楔形螺桿 1— 機筒； 2— 滑移面； 3— 移動料； 4— 潘流區(qū)； 5— 矩形斷面； 6— 雙楔形斷面 年 份 1930～ 1940 1950～ 1960 1960～ 1970 1970～ 1980 1990～ 2020 L/D 8～ 15 15～ 20 18～ 25 20～ 35 25～ 45 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 21 除了上述兩種典型的螺紋斷截面形狀之外，還有雙楔型螺紋斷面圖 ，設計這種螺紋斷截面的出發(fā)點是：根據(jù)塞流固體輸送理論，認為塑料在槽中是以密實的固體存在，組成固體塞在的固體顆粒間沒有沒有相對運動。 螺紋斷面設計 目前常見的螺紋斷面有兩種，一是矩形斷面 ，另一種是鋸齒型斷面（如圖 ）。此外，計量段長度又與螺桿總的長徑比關系很大，尤其是和計量段螺槽深度 H3 的關系很大（成立方關系，參考式（ ），任何影響槽深 H3 因素都會反過來