【正文】 應(yīng)用領(lǐng)域。行星機(jī)筒段通常是用法蘭與進(jìn)料料筒段相連接的分離料筒段。另一種多螺桿擠出機(jī)是四螺桿擠出機(jī)，如圖 。此外由于所加工物料具有高壁面滑移性以及極易架橋的特點(diǎn)，配有專門(mén)設(shè)計(jì)的強(qiáng)制加料裝置；由于擠出機(jī)為手提式操作，設(shè)計(jì)了特殊的多路排氣裝置，以充分保證氣體的排出。用普通擠出機(jī)進(jìn)行磁性材料的加工與造粒幾乎是不可能的。近日，寶應(yīng)金鑫特種塑料機(jī)械廠與北京化工大學(xué)合作研發(fā)出多種規(guī)格的往復(fù)移動(dòng)單螺桿擠出機(jī)，初步實(shí)現(xiàn)了往復(fù)移動(dòng)擠出機(jī)的系列化。比如在超大型和微型設(shè)備領(lǐng)域就還落後于國(guó)際先進(jìn)水平。 本文的主要內(nèi)容 隨著擠出機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展和技術(shù)上的不斷進(jìn)步，擠出機(jī)市場(chǎng)仍然保持一定的上升勢(shì)頭，但國(guó)產(chǎn)擠出機(jī)價(jià)格大幅下跌已成現(xiàn)實(shí)。據(jù)介紹，美國(guó)現(xiàn)在使用的塑料擠出機(jī)就以單螺桿為主。 （ 5） 對(duì)于生產(chǎn)率和自動(dòng)化程度較高的擠出機(jī)，應(yīng)力求便于自動(dòng)上下料及納入自動(dòng)線。 （ 5）經(jīng)濟(jì)性 制造機(jī)械加工比較容易，工作壽命比較長(zhǎng)。 （ 1）普通型螺桿 普通螺桿擠出機(jī)是現(xiàn)在廣泛使用的擠出機(jī)，能擠塑粉料和粒料。在擠塑物料的工作中，它的作用和螺桿工作同樣重要。 （ 2）分段式機(jī)筒 長(zhǎng)徑比值比較大得擠出機(jī)和排氣式擠出機(jī)，由于機(jī)筒過(guò)長(zhǎng)，為便于機(jī)械加工和節(jié)省合金鋼材，通常采用分段式機(jī)筒。但由于薄而長(zhǎng)的襯套的機(jī)械加工和熱處理很困難，所以，也很少應(yīng)用。本次設(shè)計(jì)的擠出機(jī)是用于聚苯乙烯 (PS)生產(chǎn)線的擠出機(jī)，這就要求對(duì)聚苯乙烯 (PS)的性能有一定的掌握和了解。螺桿的長(zhǎng)徑比 L/D 指螺桿的有效長(zhǎng)度 L和螺桿的直徑 D 之比，長(zhǎng)徑比是代表擠出機(jī)性能的一個(gè)主要的技術(shù)參數(shù)。從式（ ）可以看出，熔料因內(nèi)摩擦而產(chǎn)生的熱量正比于剪切應(yīng)力和剪切速率。 但是，我 們知道，只有那些承受高剪切速率的的塑料，如聚乙烯，才能選用較小的槽深，這類塑料的成型溫度范圍很寬（如聚乙烯成型溫度范圍為 150～ 220℃ ,其范圍達(dá) 70℃），熱穩(wěn)定性很好。從熔體輸送理論的生產(chǎn)率公式可以看出：正流 dQ 正比于螺槽深度 3H ，而壓力流 pQ 卻正比于 3H的立方。從圖 還可以看出：根據(jù)塑料熱穩(wěn)定性的不同，系數(shù) k 分為三個(gè)區(qū)域。加料段螺槽較深時(shí)，壓力難以傳至螺槽底部，靠近螺槽底部的塑料運(yùn)動(dòng)速度較慢，這就降低了固體輸送生產(chǎn)率。 顯然幾何壓縮比應(yīng)大于物理壓縮比。根據(jù)固體輸送理論的計(jì)算，對(duì)大多數(shù)塑料，當(dāng)摩擦因數(shù)fb =fs ～ ,螺紋升角等于 170 ～ 200 時(shí)，固體輸送生產(chǎn)率可以達(dá)到最大值。按固體輸送理論，這會(huì)減少固體輸送流率。 相反，結(jié)晶型塑料由固 態(tài)刀熔融態(tài)的轉(zhuǎn)化溫度范圍很窄，當(dāng)塑料溫度沒(méi)有達(dá)到熔點(diǎn) Tm 時(shí)，它的體積變化很少，而當(dāng)溫度一旦達(dá)到熔點(diǎn)，它便迅速熔融，其體積也突然變小。從上述幾點(diǎn)出發(fā)，近年來(lái)，為加工結(jié)晶型材料所設(shè)計(jì)的螺桿，其壓縮段都有加長(zhǎng)的趨勢(shì)，一般在大約（ 2～ 5） D 之間，甚至于更長(zhǎng)。熱導(dǎo)率愈低，熱量從固體塞的表面?zhèn)魍渲行木捅容^慢，這從固體輸送理論的非等溫模型可以看得很清楚。 在理想的情況下，壓縮段與熔融段重疊，塑料移動(dòng)到壓縮段末端時(shí)應(yīng)該全部熔融。計(jì)量段長(zhǎng)度 L3 和產(chǎn)量的關(guān)系如圖 所示。此時(shí)，按式（ ）計(jì)算， 3L 為 320 ㎜，大致相當(dāng)于 5D 左右。前者裝料體積較大，后者改善了塑料的流動(dòng)狀態(tài)，避免了存料現(xiàn)象的發(fā)生。前者將比后者大5 倍左右。因此α和β的數(shù)值不相等，α角一般小于β角，建議用α =30176。 螺棱頂面形狀進(jìn)行了深入的研究提出了將直線形螺頂改成階梯形螺頂和楔形螺頂。 螺桿設(shè)計(jì)的校核 1. 根據(jù)以上分析螺桿參數(shù)初步確定如下： 螺桿直徑 D=150 10 3? m；長(zhǎng)徑比 L/D=20。 熔融潛熱λ = 103 J/kg。 加料段： WX =[1 202 21 ]ZQW ?? （ ） 加料段一個(gè)螺距的螺槽展開(kāi)長(zhǎng)度為 Z1 = mHD 3331 106547425 101310150143 ??? ??????? .c o s )(.a r c t a nc o s )(a r c t a n ?? （ ） 因此加料末端： WX1 ≈ 1 壓縮段 : ?=211021)(WXHQW? （ ） = mmHHH 92310 ??? /)( 壓縮段熔融總長(zhǎng)度 TZ : )( ???? AHZT 23 （ ） =＜ 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 所以螺桿的設(shè)計(jì)符合要求。 加熱冷卻裝置 在擠出成型過(guò)程中，可以設(shè)定、檢測(cè)和控制的工藝條件有 熔體的溫度、熔體的壓力以及螺桿的轉(zhuǎn)速。這種方法加熱均勻，但需要配置一套專門(mén)設(shè)備，故工廠應(yīng)用較少。雖然 電阻加熱圈加熱到設(shè)定溫度值會(huì)自動(dòng)停止加熱，但電阻加熱鋁元器件溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于料筒溫度，繼續(xù)傳導(dǎo)熱量，導(dǎo)致料筒溫度高于設(shè)定溫度值，需要風(fēng)機(jī)冷卻 。 m 1 5 ???? nPT N 計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) 減速器傳動(dòng)比的分配 ?總i ， 考慮兩級(jí)齒輪潤(rùn)滑問(wèn)題，兩級(jí)大齒輪應(yīng)有相近的浸油深度。 擠出機(jī)的冷卻分為風(fēng)冷和水冷 1. 風(fēng)冷卻 風(fēng)冷卻主要采用空氣，從冷卻效果看，風(fēng)冷比較柔和，但冷卻速度較慢。這兩部分熱量所占比例的大小不僅與螺桿、機(jī)筒的結(jié)構(gòu)形式、工藝條件和物料的性質(zhì)等有關(guān)，還與擠出過(guò)程的不同階段 (如啟動(dòng)階段，穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)階段 )有關(guān)。 表 螺桿與機(jī)筒直徑間隙 螺桿直徑 20 25 30 35 40 45 50 55 60 直徑間隙 最大 +8 +8 最小 螺桿直徑 65 70 80 90 100 120 150 200 直徑間隙 最大 +5 +8 最小 加料裝置 加料裝置是保證物料不斷均勻地供給擠出機(jī)以實(shí)現(xiàn)連續(xù)擠出的重要機(jī)構(gòu)。 δ = ])([ ])([ dsmsmbx jambm TTcV XVTTk ?? ????22 η （ ） = 310?? X m 其中 )( mAVmd TTc ??? ?? 當(dāng) X=W 時(shí) m3102050 ??? .m ax? 與設(shè)定值相差不大，可不再?gòu)男掠?jì)算。機(jī)頭壓力 P=300MPa 機(jī)筒熔融區(qū)溫度 Tb =300℃；室溫 Ts =20℃； 物料性能 加工物料： 聚苯乙烯 ，熔體流動(dòng)率 MFR=； 固相密度ρ s =920kg/m3 。 根據(jù)的計(jì)算的結(jié)果，對(duì) D=150 ㎜、 e=20 ㎜、δ = ㎜的擠出機(jī)，階梯形螺桿的合理尺寸為δ 1 /δ =， e 1 /e 0 =。 PS PS PE PE PP PP PVC 球狀料 粒料 粉料 粒料 粉料 粒料 24 42 27 36 38 39 33 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 一般取 e=。因此楔角α和β將 24176。但是，正如非塞流固體輸送理論指出的那樣：只有當(dāng)外壓力很大，而且料粒間內(nèi)摩擦因數(shù)也較高時(shí)，才有這種可能性。因此，按式（ ）得到結(jié)果也只能作為參考之用，實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)還得根據(jù)上面的定性分析和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)作適當(dāng)修正。 可以用熔體輸送理論生產(chǎn)率公式中的壓力流 Qp 來(lái)初步估算計(jì)量段長(zhǎng)度 L3 3133122 LpDHSinQ P ?? ηφ? （ ） QppDHSinL ?? 1333 122 ηφ? （ ） 如果 令 Qp≤ ，即因機(jī)頭壓力而引起的產(chǎn)量損失小于總產(chǎn)量的 5%，φ角一般為 176。顯然， M 值愈大，均化作用也愈佳。 圖 熔融起 始點(diǎn) A 和壓力 P 以及物料得關(guān)系 以螺桿直徑為計(jì)算單位的幾種塑料的熔融起始點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。 不同的塑料，預(yù)熱到熔融溫度所需要的熱量是不同的。根據(jù)冷卻速度等工藝條件的不同，它們總是或多或少地存在著無(wú)定行部分，這一部分的熔融規(guī)律和無(wú)定形材料一樣的，需要一定的逐漸軟化 熔融時(shí)間，因此，壓縮段 L2 也需要一定的 長(zhǎng)度。無(wú)定型材料沒(méi)有明顯的熔點(diǎn)，再塑料溫度上升時(shí)，它逐漸軟化。而目前為了設(shè)計(jì)加工的方便，設(shè)計(jì)時(shí)大多取螺桿直徑等于螺距，這時(shí)螺紋升角就等于 250 。運(yùn)用此公式的條件是外徑 D、螺距 S、螺紋法向棱寬 e 和螺紋升角φ在螺桿全長(zhǎng)上都保持不變，螺紋頭數(shù)為 1. 當(dāng)壓縮比ε和計(jì)量段槽深 H3決定后，加料段槽深 H1 便可從下式算出： 1H =[D )(4 332 HDHD ?? ? ] （ ） 為了計(jì)算方便，可以用簡(jiǎn)化的公式 37 來(lái)計(jì)算壓縮比 ? 。所謂壓縮比是指螺槽加料段第一個(gè)螺槽容積和計(jì)量段最后一個(gè)螺槽容積之比，即幾何壓縮比，而不是螺槽深度之比。 （ 2）加料段槽深和壓縮比的確定 加料段的主要目的是建立必要的壓力和保證穩(wěn)定的固體輸送。 3H =kD （ ） 據(jù)統(tǒng)計(jì)螺槽深系數(shù) k 值，發(fā) 現(xiàn)大致規(guī)律如圖 所示。因此，加工這類塑料的螺桿計(jì)量段螺槽深度 H3 不能選擇過(guò)小。此外，螺桿上物料層較薄，由外界加熱器傳進(jìn)來(lái)的熱量也容易將塑料熱透。在熔融理論中，熔融起點(diǎn)和熔融重點(diǎn)以及熔融段長(zhǎng)度 Lm 在螺桿上并非固定不變，他們隨著擠出工藝條件和塑料性能的變化而變化。 螺桿設(shè)計(jì) 螺桿是擠出機(jī)最重要的部件，其性能好壞直接影響塑化質(zhì)量和產(chǎn)量。在完成擠塑工作時(shí)，機(jī)筒和螺桿一樣，要承受巨大的壓力、扭矩和摩擦壓力及物料得腐蝕。對(duì)加熱和冷卻系統(tǒng)的安排布置也帶來(lái)一定的困難。這幾點(diǎn)對(duì)擠出機(jī)的制造工藝及費(fèi)用，都有較重大影響。 （ 3） 排氣螺桿 在擠塑物料得過(guò)程中，為能夠排除物料中的空氣、揮發(fā)物氣體和水蒸氣，而專門(mén)設(shè)計(jì)的螺桿。對(duì)于排氣式擠出機(jī)，要求第二階段的均化段螺槽深度要比第一階螺桿的均化段螺紋槽要深些，否則排氣口處易溢料 （ 3）按擠出機(jī)的用途選擇 不同用途的擠出機(jī)，根據(jù)工作性質(zhì)和擠塑塑料品種來(lái)選配螺桿。對(duì)塑料制品得產(chǎn)量和質(zhì)量，都有非常重大的影響。 （ 2） 在經(jīng)濟(jì)、合理的條件下，盡量采用較短的傳動(dòng)鏈，以簡(jiǎn)化機(jī)構(gòu)，提高傳動(dòng)精度和傳動(dòng)效率。國(guó)內(nèi)主機(jī)市場(chǎng)今後的重點(diǎn)應(yīng)在于發(fā)展平行異向雙螺桿擠出機(jī)，以適應(yīng)大擠出量的成型需要。各種不同的特種單螺桿擠出機(jī)重受關(guān)注。由于其獨(dú)特的往復(fù)式結(jié)構(gòu)，不能很好的滿足建壓的要求，因而一般不適合用于制品的直接擠出成型。為了適應(yīng)高填充物料的擠出加工需要，北京化工大學(xué)也在進(jìn)行磨盤(pán)擠出機(jī)直接擠出成型的試驗(yàn)研究，并應(yīng)用于多種復(fù)合材料的擠出成型 加工試驗(yàn)獲得成功。 磨盤(pán)擠出機(jī) 國(guó)內(nèi)多個(gè)廠家已完成磨盤(pán)擠出機(jī)的開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)磨盤(pán)擠出機(jī)的商業(yè)化生產(chǎn)。 圖 四螺桿擠出機(jī) 新型擠出機(jī) 隨著近年來(lái)市場(chǎng)發(fā)展的需要，國(guó)內(nèi)外不同廠家紛紛推出各種特殊結(jié)構(gòu)的單 螺桿擠出機(jī)，以適應(yīng)特殊的市場(chǎng)需要。導(dǎo)致有效的排氣、熱交換和溫度控制。然而，擠出機(jī)的混合段則大小不相同。這是可想而知的，因?yàn)殡p螺桿結(jié)構(gòu)大量增加了設(shè)計(jì)變量的數(shù)目，諸如旋轉(zhuǎn)方向、嚙合程度等等。相較而言，異向平行雙螺桿擠出機(jī)國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)較 少，而成型所用設(shè)備更多的為錐形雙螺桿擠出機(jī)。 1950 年左右，開(kāi)發(fā)了冷喂料擠出。這由各類似于沿一根軸串聯(lián)相接的兩根單級(jí)擠出螺桿。這種排氣增加了一種非排氣擠出機(jī)所沒(méi)有的功能。這種壓力通常稱之為模頭壓力。各功能段的分界線取決于聚合物性能、擠出機(jī)幾何黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 形狀以及操作條件。有些物料在干燥狀態(tài)不易流動(dòng)，必須采用特殊措施防止物料在進(jìn)料斗中掛料。此段中的物料大都為熔融狀態(tài)。Plastic injection molding process. 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 目 錄 摘 要 ?????????????????????????????????? I Abstract????????????????????????????????? II 第 1 章 緒論 ??????????????????????????????? 1 單螺桿擠出機(jī)??????????????????????????? 1 基本操作 ???? ? ????????? ?????????? ?? 1 排氣擠出機(jī) ????????? ? ??????????? ???? 2 橡膠擠出 ?? ???????????????????????? 2 多螺桿擠出機(jī)??????????????????????????? 3