【正文】 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 28 第 4 章傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 在給定的設(shè)計(jì)參數(shù)中要求螺桿轉(zhuǎn)速為 742r/min，主電動(dòng)機(jī)功率為 2575kw，根據(jù)與同類(lèi)擠出機(jī)進(jìn)行對(duì)比選取主電動(dòng)機(jī)功率為 30kw 的，螺桿轉(zhuǎn)速為 。 塑料在擠出成型過(guò)程中獲得的熱量來(lái)源有兩個(gè)，一個(gè)是機(jī)筒外部加熱器供給的熱量，另一個(gè)是塑料與機(jī)筒內(nèi)壁、塑料與螺桿以及塑料之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的摩擦剪切熱。 2. 求解 計(jì)算 螺桿有關(guān)數(shù)據(jù) 壓縮段總長(zhǎng) : 3L =1500 10 3? m 漸變度： 3331 ????? L HHA 螺槽寬度：為了計(jì)算簡(jiǎn)便螺槽寬度通常情況下與螺桿直徑相同 W=150mm 機(jī)筒內(nèi)物料表面速度： Vb =? D=471 10 3? m VbX = Vb Sinφ = 10 3? m Vbz= Vb Cosφ = 103? m 質(zhì)量流 Q=200kg/h= 10 3? skg/ 固相速度： ??SSZ WHQV ?131 10 3? m/s （ ） 合成速度： 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 322 10742222 ?????? .c o s ?SZbSZbJ VVVVV m/s （ ） 計(jì)算流變參數(shù) AVT 、 .? 、 K? 假設(shè)熔膜平均溫度 AVT 和熔膜厚度δ ??? 32 mAV TTT mjkVa122?η （ ） 先取 3 2703002 ???AVT=290℃，由于未考慮mjkVa12 2?η ，可將 AVT 取得稍大，暫定為 AVT =300℃ .。 一般直線形螺頂中，螺棱的銳邊有可能將螺棱間隙中的熔融物刮去，破壞熔膜的潤(rùn)滑作用。 從固體力學(xué)可以推到出，由于螺棱側(cè)面和螺槽地面的綜合影響，剪切滑移面將和螺棱的兩個(gè)側(cè)面形成 4π 和 2π 的角度，因此，可以將螺棱的兩個(gè)側(cè)面設(shè)計(jì)成雙楔形以適應(yīng)上述情況。例如，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降時(shí)，不僅產(chǎn)量降低，而且粘度也會(huì)因剪切速率的降低而增高，壓力也會(huì)適當(dāng)減小，它們之間并非線性的關(guān)系。計(jì)量段的第一個(gè)作用就是要消除這些不均勻的現(xiàn)象，這正是為什么計(jì)量段又稱(chēng)為均化段的原因。 加料段的作用是產(chǎn)生足夠的穩(wěn)定的壓力，保證穩(wěn)定的固體輸送并且將分界面上的塑料預(yù)熱到熔融所需要的溫度。此外多頭螺紋的加工也相對(duì)比較麻煩。應(yīng)此對(duì)加工同一種塑料的的螺桿，不同設(shè)計(jì)者對(duì)其幾何壓縮比有不同的選擇，而加工不同塑料的螺桿，其壓縮比變化應(yīng)更大（大多數(shù)在 2～ 5 之間，個(gè)別情況大至 8，小至 1）。下層適用熱穩(wěn)定性較好的塑料，此時(shí) k 值較小。相反對(duì)那些步能承受高剪切速率的塑料，如硬聚氯乙烯等熱敏性塑料，他們的粘度較高，如果螺槽深度較淺，勢(shì)必造成過(guò)多的因高剪切產(chǎn)生的熱量。對(duì)于某些排氣螺桿，長(zhǎng)徑比達(dá)到 40 左右或更長(zhǎng)。這種機(jī)筒既節(jié)省了很多合金鋼又能保證它的耐磨性和抗腐蝕性。對(duì)于機(jī)筒結(jié)構(gòu)形式的選擇和制造精度等級(jí)，都會(huì)直接影響塑料制品的產(chǎn)量和質(zhì)量。所以，生產(chǎn)不同種類(lèi)塑料制品時(shí)，應(yīng)該選擇不同類(lèi)型螺桿。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 第 2 章 擠出機(jī)總體方案的確定 擠出機(jī)總體布局的基本要求 （ 1） 擠出機(jī)布局首先必須滿(mǎn)足用戶(hù)提出的各種要求。 近年來(lái)，雙螺桿擠出機(jī)市場(chǎng)異常火爆，相對(duì)而言，單螺桿一直處于悄寂狀態(tài)。典型例子如北京鳳記和北京化工大學(xué)。急驟排氣發(fā)生在附加于機(jī)筒上的圓拱形排氣室，然后，由急驟排氣產(chǎn)生的多泡物料被四根螺桿輸出。較熟知的一例是行星輥式擠出機(jī)。從最初的高技術(shù)含量設(shè)備發(fā)展至今，已成為大眾化的設(shè)備之一。因而，擠出機(jī)螺桿必須設(shè)計(jì)成使排氣口 (排氣段 )下面的聚臺(tái)物中不呈正壓，這就導(dǎo)致開(kāi)發(fā)二級(jí)擠出螺桿，尤其是為排氣擠出機(jī)所設(shè)計(jì)的二級(jí)擠出螺桿。 當(dāng)聚合物流進(jìn)模頭時(shí)，即呈現(xiàn)模頭流道的形狀，因而，當(dāng)高聚物離開(kāi)模頭時(shí)，其形狀或多或少的符合模頭流道最后部分的斷面形狀。物料從加料斗進(jìn)入。 plasticsshaping machine 。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) II Abstract In recent years, with the rapid development in the plastic industry, plastic product has been continuously enlarged in application field。此段稱(chēng)之為過(guò)渡段或壓縮段。當(dāng)物料向前運(yùn)動(dòng)時(shí)，在各個(gè)位置的固態(tài)物料量將因熔融而減少。 螺桿的設(shè)計(jì)對(duì)排氣擠出機(jī)的正確運(yùn)，非常關(guān)鍵。平行雙螺桿擠出機(jī)有同向和異向之分。其它雙螺桿擠出機(jī)操作完全不同于單螺桿擠出機(jī)。行星輥段也用作普通擠出機(jī)的附加裝置以改善混合性能。在加工磁性材料時(shí)，通常磁粉的添加量高達(dá) 60%~70%，有時(shí)甚至達(dá)到 90%以上。不過(guò)，盡管中國(guó)擠出機(jī)市場(chǎng)發(fā)展迅猛，也有不少新的機(jī)型推出，我們不能忽視中國(guó)擠出機(jī)技術(shù)與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有較大差 距。實(shí)際上，單螺桿擠出機(jī)是一種低能耗、低成本的機(jī)型，只要技術(shù)得當(dāng)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，同樣可以達(dá)到雙螺桿擠出機(jī)的效能。 （ 2）比流量 這個(gè)比值大，說(shuō)明這根螺桿的塑化能力強(qiáng)，比流量得單位為（ kg/h）/（ r/min） （ 3）比功率 這個(gè)值小，說(shuō)明生產(chǎn)同樣質(zhì)量的塑料制品，能量消耗少，比功率得單位為 kw/（ kg/h） （ 4）通用性 指螺桿能否適應(yīng)擠塑不同的塑料，能在不同塑料制品機(jī)頭阻力下工作。 機(jī)筒類(lèi)型的確定 機(jī)筒與螺桿配合工作，組成擠出機(jī)的擠壓系統(tǒng)。當(dāng)襯套磨損時(shí)，只需更換襯套即可。 螺桿直徑的確定： 150mm，螺桿長(zhǎng)徑比 20。在本章后面我們將進(jìn)一步指出：當(dāng)計(jì)量段槽深較淺時(shí)，壓力波動(dòng)和溫度波動(dòng)都比較小，這時(shí)對(duì)制品的綜合質(zhì)量都是有利的。這是由于長(zhǎng)徑比較大的螺桿的計(jì)量段 3L 可以設(shè)計(jì)的較長(zhǎng)，此時(shí)由于螺槽深度 H3 加大造成壓力流 Qp 的增加和混煉段 M 的下降可以通過(guò)計(jì)量段的增加來(lái)彌補(bǔ)。如，聚乙烯在松散時(shí)密度為 ～ ，而熔融后的密度為 g/cm3 .因此，其物理壓縮比為 ～ 。原因之一是多頭螺紋減少了螺槽橫斷面積，同時(shí)加大了 HW 的值。而且從熔融理論上我們知道，熔融過(guò)程是 X/W 從 1到 0 的過(guò)程，這個(gè)過(guò)程總需要一定的長(zhǎng)度，不可能在很短的（ ～ 1） D 長(zhǎng)度上實(shí)現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)也測(cè)出，在加料中，聚丙烯要經(jīng)過(guò) 8 個(gè)螺桿的長(zhǎng)度才開(kāi)始熔融（當(dāng)壓力等于 4MP 時(shí)），而高密度聚乙烯和聚苯乙烯則只要 個(gè)螺距的長(zhǎng)度和 個(gè)螺距的長(zhǎng)度便已開(kāi)始熔融。此時(shí) L3 的計(jì)算公式可簡(jiǎn)化為： 1333 72 ηQDHL ? （ ） 例如：螺桿直徑為 65 ㎜的擠出機(jī)，其產(chǎn)量要求為 165kg/h，相應(yīng)體積流率 m3 /s。這時(shí)，以較快速度運(yùn)動(dòng)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。但 e 值 也不能太小，太小的值會(huì)使漏流增加，從 而降低生產(chǎn)率，同時(shí)還會(huì)增加螺桿的磨損。 液相熱導(dǎo)率 km = W/(m.℃ )。由于本設(shè)計(jì)的熔體材料為粒料所以采用重力加料。鑄鋁加熱器特點(diǎn) 具有長(zhǎng)壽命、保溫性能好、機(jī)械性能強(qiáng)、耐腐蝕、抗磁場(chǎng)等優(yōu)點(diǎn) 。因此 1i = ， 62?i 。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(shí)，摩擦熱是很少的，熱量主要來(lái)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(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 所以均化段有時(shí)非但不需要加熱器供熱，還需要對(duì)其進(jìn)行冷卻；在壓縮段，物料受熱是上述兩種情況的過(guò)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。 根據(jù) TAV =300℃ 。而楔形螺頂?shù)暮侠沓叽鐬棣?1 /δ =，e1 /e0 =5?！?3176。 還可按表 提供的數(shù)據(jù)來(lái)考慮螺桿三段長(zhǎng)度的分配。從式（ ）中可以看出：加長(zhǎng) L3 對(duì)均化作用是有利的。顯然，塑料的比熱容Cs 愈大，熔融點(diǎn) Tm 愈高，預(yù)熱到熔融溫度所需要的熱量也愈多。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，即在螺桿上經(jīng)過(guò)一段長(zhǎng)度后，塑料才能全部熔融。乘以系數(shù) 后，該式誤差僅 左右。但自今為止加料黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 段的槽深 H1的影響還不是很清楚。 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(shí)間很短時(shí)，例如在某些新型螺桿的屏障棱上，我在后面還要進(jìn)一步分析這個(gè)問(wèn)題。而壓縮段指的是螺槽深度有加料段深 H1變至計(jì)量段槽深 H3 的那段長(zhǎng)度，它是螺桿設(shè)計(jì)者人為設(shè)計(jì)的長(zhǎng)度，一旦螺桿設(shè)計(jì)出來(lái)這個(gè)長(zhǎng)度也就確定了。因此我們選擇滲碳合金鋼 38 AAMC lor 外徑為230mm。 （ 1） 整體式機(jī)筒 整體式機(jī)筒應(yīng)用比較多，比較起來(lái)整體式機(jī)筒的機(jī)械加工精度比較容易保證，工作時(shí)各部加熱均勻，對(duì)機(jī)筒的加熱和冷卻系統(tǒng)也較好安排和布置。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(gòu)專(zhuān)用螺桿擠出機(jī)。 （ 3） 確保擠出機(jī)具有與所要求的加工精度相適應(yīng)的剛度、抗震性、熱變形及噪聲水平。 單 螺桿擠出機(jī)因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)廉物美，生產(chǎn)效率高的特點(diǎn)，一直是塑膠管材、板材、片材、異型材等成型加工最重要的設(shè)備。 往復(fù)螺桿擠出機(jī) 往復(fù)螺桿擠出機(jī)在前幾年的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)紅火一時(shí)，也成為不同廠家顯示技術(shù)實(shí)力的一個(gè)標(biāo)志型產(chǎn)品。以下特別介紹幾種特殊擠出機(jī)在國(guó)內(nèi)的研發(fā)進(jìn)展。在擠出機(jī)的行星輥段中，六 個(gè)或更多的均勻分布的行星螺桿環(huán)繞主螺桿的周?chē)D(zhuǎn)。錐形雙螺桿擠出機(jī)廣泛應(yīng)用于異型材成型，在建筑門(mén)窗加工領(lǐng)域應(yīng)用獲得成功。 橡膠擠出機(jī) 用于彈性體加工的擠出機(jī)的歷史比任何其它類(lèi)型的擠出機(jī)都長(zhǎng)。模頭壓力因模頭形狀 (特別是流道 )、高聚物熔體溫度、通過(guò)模頭的流率、以及高聚物熔體的流變特性所決定。物料一旦落入擠出機(jī)機(jī)簡(jiǎn)，即處于擠出機(jī)螺桿和機(jī)筒之間的環(huán)狀空間內(nèi)，并進(jìn)而為螺棱的主動(dòng)螺腹和被動(dòng)蝶腹螺槽所包圍。單螺桿擠出機(jī)是聚合物工業(yè)中最重要 的一類(lèi)擠出機(jī)。 本文主要 講述其基本成型原理、結(jié)構(gòu)組成、主要技術(shù)參數(shù)、主要零部件及有關(guān)的調(diào)控系統(tǒng)和輔助裝置、設(shè)備的安全操作和維護(hù)保養(yǎng)以及主要故障的排除等內(nèi)容，并闡述這些內(nèi)容之間的相互關(guān)系及影響。此段中的物料大都為熔融狀態(tài)。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。這種排氣增加了一種非排氣擠出機(jī)所沒(méi)有的功能。 1950 年左右，開(kāi)發(fā)了冷喂料擠出。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。導(dǎo)致有效的排氣、熱交換和溫度控制。 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)。由于其獨(dú)特的往復(fù)式結(jié)構(gòu)，不能很好的滿(mǎn)足建壓的要求，因而一般不適合用于制品的直接擠出成型。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。對(duì)塑料制品得產(chǎn)量和質(zhì)量，都有非常重大的影響。 （ 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(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的螺桿。對(duì)加熱和冷卻系統(tǒng)的安排布置也帶來(lái)一定的困難。 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。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。 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。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。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 。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