【正文】 L2 也需要一定的 長(zhǎng)度。 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)。 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。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。 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=。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 。 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)。 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。 m 1 5 ???? nPT N這種方法加熱均勻，但需要配置一套專門設(shè)備，故工廠應(yīng)用較少。 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。 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。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。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。計(jì)量段長(zhǎng)度 L3 和產(chǎn)量的關(guān)系如圖 所示。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。 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。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。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。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。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。 （ 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。 （ 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。 （ 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。 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)。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。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。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。然而，一旦定義更明確，就將其限于雙螺桿擠出機(jī)的特定分類之中。德國(guó)主要橡膠擠出機(jī)制造商之一是 Paul TrosteL 事實(shí)上 , Paul TrosteL 仍為主要的擠出機(jī)制造商。如聚臺(tái)物、擠出量、模頭、模頭溫度均相同，則無(wú)論擠出機(jī)是齒輪泵單螺桿擠出機(jī)，還是雙螺擠出機(jī)等都不會(huì)造成差異，機(jī)頭力相同。至少物枓處于 固體狀態(tài) (低于熔點(diǎn) )，這些摩擦力負(fù)責(zé)向前輸送物料。“單級(jí)”是指這種螺桿盡管有 3個(gè)不同的幾何段，但事實(shí)上僅有一壓縮段，第一段 (最靠近進(jìn)料口 )的螺槽 — 般較深。 本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì) 單螺桿擠出機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 系部名稱 ： 機(jī)電工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí) ： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 083 班 學(xué)生姓名 ： 指導(dǎo)教師 ： 職 稱 ： 講 師 黑 龍 江 工 程 學(xué) 院 二○一二年六月黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) I 摘 要 近年來(lái)，隨著塑料工業(yè)的飛速發(fā)展，塑料制品的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展，塑料 加工設(shè)備已滲透 到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)行業(yè)，成為我國(guó)機(jī)械工業(yè)的重要組成部分，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中起著越來(lái)越重要的作用。此段中的物料大都處于固體狀態(tài)。 物料向前運(yùn)動(dòng)時(shí)，即因摩擦產(chǎn)生的熱和機(jī)筒加熱器傳導(dǎo)的熱而被加熱。 排氣擠出機(jī) 排氣擠出機(jī)在設(shè)計(jì)和功能上與非排氣擠出機(jī)有很大區(qū)別。盡管橡膠擠出機(jī)問(wèn)世已超過(guò)一個(gè)世紀(jì)，但有關(guān)橡膠擠出文獻(xiàn)的缺乏今人吃驚；某些橡膠手冊(cè)討論了橡膠擠出，但在多數(shù)情況下，資料非常貧乏而且實(shí)用性有限。由于設(shè)計(jì)、操作原理以及應(yīng)用領(lǐng)域方面的巨大差異，雙螺桿擠出機(jī)種類繁多。 在擠出機(jī)的開(kāi)始部分，于行星螺桿之前，物料像在普通單螺桿擠出機(jī)中一樣向前運(yùn)動(dòng)。此外，該機(jī)器還具有深槽大螺距、兩種驅(qū)動(dòng)方式可選（電動(dòng)、氣動(dòng)）、整機(jī)易于清理、保養(yǎng)、維修等特 點(diǎn)。據(jù)悉，寶應(yīng)金鑫此次推出的系列化產(chǎn)品共包括四種規(guī)格， 4 7 110 和 140，其中 45 和 78 兩種規(guī)格已經(jīng)研發(fā)成功，即將推 出 110 和 140 兩種機(jī)型。部分廠家粗制濫造和惡性價(jià)格戰(zhàn)已經(jīng)影響到國(guó)內(nèi)塑機(jī)的整體形象和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，也阻礙了塑料加工業(yè)的發(fā)展。 （ 6） 應(yīng)便于觀察加工過(guò)程；便于操作、調(diào)整和維修機(jī)床，便于輸送、裝卸；注意擠出機(jī)的防護(hù)，確保安全生產(chǎn)。這種螺桿螺紋部分可分為加料段、塑化段和均化段。但是這種機(jī)筒在機(jī)加工時(shí)也有難度。 聚苯乙烯 的基本特性 聚苯乙烯 是最結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的高分子有機(jī)化合物 ,低密度聚 苯 乙烯較軟 ,多用高壓聚合 。由于剪切應(yīng)力而產(chǎn)生的熱量和螺槽深度 3H 的平方成反比。由此可以分析：當(dāng)機(jī)頭壓力較低時(shí)，增加計(jì)量段螺槽深度可以增加產(chǎn)量；而當(dāng)機(jī)頭壓力增大到超過(guò)臨界壓力，加深 H3 并不能使生產(chǎn)率增加，甚至還會(huì)產(chǎn)生相反的作用 ,也可以從融體輸送理論來(lái)估算螺槽深度 3H 的最佳值， )( 33023126 WHQHvddzp ?? η () 將上式對(duì) 3H 求導(dǎo)并令導(dǎo)數(shù)等于零，經(jīng)一系列推導(dǎo)，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(méi)辦法確定。因此存在一個(gè)最佳加料段槽深。實(shí)驗(yàn)也證明，對(duì)圓柱性塑料，最佳螺紋升角大約在 170 左右。為了適應(yīng)這個(gè)特點(diǎn)，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(zhǎng)度也比較短。 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(shí)分界面上的塑料基本預(yù)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(diǎn)高，熱導(dǎo)率低，熔融潛熱大的塑料，螺桿加熱段 L1 應(yīng)該長(zhǎng)一些。 圖 計(jì)量段長(zhǎng) L3 度對(duì)擠出量的影響 又上可知：在可能的條件下，計(jì)量段長(zhǎng)度愈長(zhǎng)，對(duì)提高螺桿的產(chǎn)量和改善 混合黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 均勻度都是有利的。推進(jìn)面的圓弧半徑為 R1比后面的圓弧半徑 R2 小，一般后角 ? 為 200 。β =45176。 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(zhǎng)度 L1 =900 10 3? m；加料段螺槽深度 H1 =13 103? m； 壓縮段長(zhǎng)度 L2 =1500 10 3? m； 計(jì)量段長(zhǎng)度 L3 =600mm。 螺桿與機(jī)筒的間隙 由于磨損等原因，螺桿與機(jī)筒的間隙變得過(guò)大時(shí)，擠出機(jī)的生產(chǎn)能力就大大降低，所以在擠出機(jī)使用以后的一段時(shí)間，當(dāng)間隙變大時(shí)，需要修復(fù)或更換螺桿以滿足生產(chǎn)能力的需要。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。 m 67610753992795509550 333 .././ ???? nPT N 3. 電感應(yīng)加熱 電感應(yīng)加熱是通過(guò)電子感應(yīng)在機(jī)筒內(nèi)產(chǎn)生電的渦流而使機(jī)筒發(fā)熱，從而達(dá)到加熱機(jī)筒中得塑料的目的。表 所列為螺桿與機(jī)筒間隙的部頒標(biāo)準(zhǔn)。 為了設(shè)計(jì)的科學(xué)性，對(duì)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=。 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。 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(jī)筒； 2— 滑移面； 3— 移動(dòng)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(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 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(shè)計(jì)這種螺紋斷截面的出發(fā)點(diǎn)是：根據(jù)塞流固體輸送理論，認(rèn)為塑料在槽中是以密實(shí)的固體存在，組成固體塞在的固體顆粒間沒(méi)有沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)。目前，有些螺桿的計(jì)量段長(zhǎng)度甚至達(dá)到了螺桿全長(zhǎng)的 50﹪ .但是，過(guò)長(zhǎng)的計(jì)量有可能導(dǎo)致已熔融物料溫度不斷升高，這對(duì)那些易于分解的熱敏性塑料，如 PVC 等未必有利。但由于計(jì)算過(guò)程比較復(fù)雜，所以至今為止，在決定加料段 L1 的長(zhǎng)度時(shí)，還必須參考實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)公式。但是，結(jié)晶型材料在冷卻過(guò)程中都不可能完全結(jié)晶，存在著一定的結(jié)晶度。這也是為什么當(dāng)前的螺紋升角都在 17 0 ～ 300 范圍之內(nèi)的原黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 因。 實(shí)際上，加料段槽深是根據(jù)螺桿壓縮比和計(jì)量段槽深來(lái)確定的。設(shè)計(jì)時(shí)，還可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式（ ）來(lái)決定螺槽深度 H3 。 由此可見(jiàn)，螺槽深度較淺時(shí)，物料層內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生較多的熱量。聚 苯 乙烯為蠟狀 ,有蠟一 樣的光滑感 ,不染色時(shí) ,低密度聚 苯 乙烯透明 ,而高密度聚 苯 乙烯不透明 ，聚苯乙烯是結(jié)晶高分子，熔點(diǎn)達(dá)到 270℃。由于中間要用法蘭盤連接，則對(duì)機(jī)筒加熱得均勻性，連接部分要受影響。 （ 2）新型螺桿 與普 通螺桿比較，就是在螺桿的不同部位上設(shè)計(jì)了非螺紋元件，以改