【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 為熔融態(tài)，并且高彈態(tài)與粘流態(tài)共存。因此，熔融段塑料的流動(dòng)情況比固體輸送更為復(fù)雜。熔融理論研究的是在熔融段內(nèi)塑料的熔融過(guò)程及其流動(dòng)情況。它是建立在流變學(xué)、熱力學(xué)等基礎(chǔ)上 的理論，用于指導(dǎo)螺桿熔融段的設(shè)計(jì)。 駛叱銜 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 駛叱銜 駛叱銜 6駛叱銜 熔體輸送理論 駛叱銜 熔體輸送區(qū)的作用相當(dāng)于一個(gè)泵，對(duì)物料進(jìn)行進(jìn)一步均勻混合、融化和加壓，然后使其在適宜的溫度下，定壓、定量地輸送到機(jī)頭。所以，熔體輸送段有時(shí)又稱(chēng)為計(jì)量段、壓出段或均化段。研究這一段的基本規(guī)律的理論稱(chēng)為熔體輸送理論，又稱(chēng)流體動(dòng)力學(xué)理論。 駛叱銜 擠出機(jī)的工作狀態(tài) 駛叱銜 螺桿特性線(xiàn) 駛叱銜 擠出機(jī)穩(wěn)定工作時(shí)，若11 ?????PPnQ ????? 駛叱銜 式中 ? —— 反 流系數(shù)， cm。 ? —— 正流系數(shù)， cm； 駛叱銜 ?—— 漏流系數(shù)， cm。 ??? sin121 333 Dhl?駛叱銜 ??? 2sin41 322 hD? ???? tgEDel 3223101? 駛叱銜 擠出量為： PnQ ???1??? 駛叱銜 當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)速和溫度不變時(shí)， 1? 不變，所以擠出量與壓力降成線(xiàn)性關(guān)系。在確 定轉(zhuǎn)速下的 QΔ P 為線(xiàn)性關(guān)系，就稱(chēng)為螺桿特性線(xiàn)。同一根螺桿，在不同轉(zhuǎn)速下得到的不同的螺桿特性線(xiàn)，稱(chēng)為螺桿特性線(xiàn)族。 駛叱銜 由上式可得出如下結(jié)論： 駛叱銜 （ 1）螺桿轉(zhuǎn)速不變是，擠出機(jī)擠出量隨壓力的升高而下降，其下降的程度取決于螺桿的幾何參數(shù)和膠料的粘度。（ 2）增加均化段的螺槽深度，將會(huì)增大螺桿特性線(xiàn)的斜率，而使擠出量隨壓力的變化幅度而增加，這不利于對(duì)擠出機(jī)的控制操作。（ 3）增加均化段的長(zhǎng)度，會(huì)使螺桿特性線(xiàn)斜率減少，使擠出量隨壓力的變化減少，這有利于對(duì)擠出機(jī)的控制操作。（ 4）在相同壓力下，擠出機(jī)的螺桿的轉(zhuǎn)速高， 擠出量越大。 駛叱銜 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 駛叱銜 駛叱銜 7駛叱銜 同向嚙合雙螺桿擠出機(jī)工作原理及其特性 駛叱銜 同向嚙合雙螺桿擠出機(jī)表現(xiàn)為物料的正位移輸送特性。 由于螺槽縱向開(kāi)放，由加料口到機(jī)頭，兩螺桿間有一通道，當(dāng)物料由加料口加到一根螺桿上后，物料在摩擦拖曳作用下沿著這跟螺桿的螺槽向前輸送物料至下方的楔形區(qū)，在這里物料會(huì)受到一定的壓縮。因螺棱比螺寬窄，那么另一根螺桿的螺棱不會(huì)把物料向前輸送的道路堵死。兩根螺桿在楔形區(qū)有大小相等、方向相反的速度梯度，因此物料不會(huì)進(jìn)入嚙合區(qū)繞同一根螺桿繼續(xù)前進(jìn)而被另一螺桿托起，在擠出機(jī)機(jī)筒表面的摩擦拖曳下沿另一根螺桿 的螺槽向前輸送。 駛叱銜 與單螺桿擠出機(jī)相比，雙螺桿擠出機(jī)有如下優(yōu)點(diǎn)： 駛叱銜 （ 1）混合作用。 相對(duì)速度大 ，所以混煉效果十分好。（ 2）自潔作用。 駛叱銜 （ 3）節(jié)能特性。 駛叱銜 本次所設(shè)計(jì)擠出機(jī)類(lèi)型的確定 駛叱銜 由于同向雙螺桿擠出機(jī)具有分布混合及分散混合良好、自潔作用較強(qiáng)、可實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)轉(zhuǎn)、產(chǎn)量高等特點(diǎn)，特別適用于聚合物的改性，如共混、 填料、增強(qiáng)及反應(yīng)擠出。 駛叱銜 同向嚙合雙螺桿擠出機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)和規(guī)格 駛叱銜 （ 1）螺桿公稱(chēng)直徑。 指螺桿外圓直徑，用 D 表示，單位（ mm）；對(duì)于變徑螺桿而言， 公稱(chēng)直徑是個(gè)變值。（ 2）螺桿長(zhǎng)徑比。 指螺桿有效長(zhǎng)度 L（有螺紋部分長(zhǎng)度，即由加料口中心線(xiàn)到螺紋末端的長(zhǎng)度）與外徑 D 之比，用 L/D 表示。（ 3）螺桿的轉(zhuǎn)動(dòng)方向。 雙螺桿的轉(zhuǎn)向有同向和異向之分。（ 4）螺桿轉(zhuǎn)速范圍。 指螺桿的最低轉(zhuǎn)速 minn 到最高轉(zhuǎn)速 maxn 間的允許值單位（ r/min）；（ 5）驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率。表征擠出機(jī)的驅(qū)動(dòng)能力用 P 表示，單位（ KW）；駛叱銜 （ 6）機(jī)筒加熱功率。指雙螺桿擠出機(jī)加熱功率的總和，用 H表示，單位（ KW）；（ 7）雙螺桿 中心距公稱(chēng)尺寸。 指平行布置兩螺桿中心的距離，用 a 表示，單位為 (mm)；（ 8）實(shí)際比功率。 指每小時(shí)平均加工 1kg 物料所需實(shí)際使用功率指標(biāo)；（ 9）比流量。 指擠出機(jī)螺桿每轉(zhuǎn)的生產(chǎn)能力；（ 10）生產(chǎn)能力：指每小時(shí)的制品擠出量，用 Q 表示，單位（ kg/h）。 駛叱銜 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 駛叱銜 駛叱銜 8駛叱銜 駛叱銜 同向嚙合雙螺桿擠出機(jī)性能參數(shù)的選擇 駛叱銜 螺桿直徑的選擇 駛叱銜 同向嚙合雙螺桿擠出機(jī)的幾個(gè)特征參數(shù)：螺桿直徑、螺桿中心距公稱(chēng)尺寸、長(zhǎng)徑比、螺桿轉(zhuǎn)速要求及范圍、擠出機(jī)功率和擠出機(jī)加熱功率在進(jìn)行擠出機(jī)設(shè)計(jì)或選用前，首先要對(duì)這些參數(shù)給予確 定。 駛叱銜 螺桿直徑：即螺桿的外徑，它是擠出機(jī)的重要參數(shù)，一般用 D 表示，單位為 mm，它表征擠出機(jī)擠出量的大小。 駛叱銜 螺桿直徑的選取是根據(jù)擠出機(jī)的產(chǎn)量來(lái)確定設(shè)計(jì)參數(shù)：生產(chǎn)以聚氯乙烯（ PVC）為主料的復(fù)合塑料，最大產(chǎn)量為 200Kg/h，最高轉(zhuǎn)速為 260r/min。駛叱銜 根據(jù)我國(guó)同向雙螺桿擠出機(jī)基本參數(shù)表 (JB/T 542091)和螺桿直徑系列標(biāo)準(zhǔn)，取螺桿公稱(chēng)直徑 :D=72mm。 駛叱銜 螺桿中心距公稱(chēng)尺寸的選擇 駛叱銜 指平行布置兩螺桿中心的距離，用 a 表示。單位為 mm。 根據(jù)螺桿直徑、螺桿計(jì)量段螺紋槽 深度和計(jì)量段嚙合程度確定。 駛叱銜 螺桿長(zhǎng)徑比的選擇 駛叱銜 用 L/D）來(lái)表示，即螺桿有效螺紋部分長(zhǎng)度 L 與螺桿外徑 D 之比，它可以表征螺桿的塑化能力和塑化質(zhì)量，用（ L/D）來(lái)表示 。 駛叱銜 螺桿長(zhǎng)徑比的增加有如下好處：（ 1）螺桿加壓充分，能提高塑料制品的物理機(jī)械性能。（ 2）提高塑化質(zhì)量，制品外觀(guān)質(zhì)量好。（ 3）有利于類(lèi)似于 PVC粉料擠管的成型。 駛叱銜 （ 4）螺桿特性曲線(xiàn)斜率小，擠出量穩(wěn)定，擠出量可以提高 20%~40%。但螺桿長(zhǎng)徑比與很多因素有關(guān)，因此可以根據(jù)加工條件和實(shí)際需要再由試驗(yàn)確定，還可以由統(tǒng)計(jì)類(lèi)比的方法 來(lái)確定。國(guó)產(chǎn)同向旋轉(zhuǎn)擠出機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 駛叱銜 駛叱銜 9駛叱銜 表 (JB/T 542091)顯示生產(chǎn)能力為 300kg/h 的螺桿擠出機(jī)螺桿長(zhǎng)徑比L/D=28~32， 取 L/D=30 駛叱銜 螺桿轉(zhuǎn)速要求及范圍的選擇 駛叱銜 螺桿轉(zhuǎn)速范圍：用 maxn （最高轉(zhuǎn)速） ~ minn （最低轉(zhuǎn)速）表示，其單位是r/min。對(duì)擠出機(jī)速度要求有兩方面，既能實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速又要有一定的調(diào)速范圍。要求實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速的目的是容易控制擠出質(zhì)量并與輔機(jī)的一致配合；要求有一定的調(diào)速范圍的目的是 為了適應(yīng)多種加工物料及滿(mǎn)足多種工藝要求。根據(jù)常用擠出機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)，確定螺桿轉(zhuǎn)速范圍為： n=50~260r/min 駛叱銜 擠出機(jī)功率的確定 駛叱銜 雙螺桿擠出機(jī)功率的確定通常是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取，根據(jù)我國(guó)同向雙螺桿擠出機(jī)基本參數(shù)表 (JB/T 542091)選取擠出機(jī)主電機(jī)功率 :P= 擠出機(jī)加熱功率的確定 駛叱銜 機(jī)筒加熱功率：用 H 表示，單位為千瓦（ KW） 。 通常情況下按機(jī)筒的內(nèi)表面積計(jì)算加熱功率： 駛叱銜 H= ADLDaD ???? )/()2(10001 ? 駛叱銜 = )60272(10001 ????????? ? = 駛叱銜 式中 H—— 機(jī)筒加熱功率，單位為 KW； 0D —— 機(jī)筒內(nèi)直徑，單位為 mm； A—— 單位面積的加熱功率， W/ 2mm 。 A 值根據(jù)各種塑料性能靠經(jīng)驗(yàn)選定，取 A= 210? W/ 2mm 。 駛叱銜 駛叱銜 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 駛叱銜 駛叱銜 10駛叱銜 同向嚙合雙螺桿擠出機(jī)主要零部件的設(shè)計(jì) 駛叱銜 同向嚙合雙螺桿擠出機(jī)主要零部件包括螺桿、機(jī)筒、分流板、過(guò)濾網(wǎng)、料斗 及料斗傳輸螺桿等裝置 。 駛叱銜 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 駛叱銜 駛叱銜 11駛叱銜 主螺桿的設(shè)計(jì) 駛叱銜 螺桿是擠出機(jī)的核心部分，是輸送、塑化塑料的最重要部件。 駛叱銜 螺桿的基本尺寸初步確定 駛叱銜 螺桿的螺紋長(zhǎng)度為： L=30D=30 72=2160mm 駛叱銜 根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，螺桿三段長(zhǎng)度的分配如下： 駛叱銜 塑料類(lèi)型 駛叱銜 加料段1L 駛叱銜 壓縮段 2L 駛叱銜 計(jì)量段 3L 駛叱銜 非結(jié)晶型塑料 駛叱銜 10%~25%全長(zhǎng) 駛叱銜 55%~65%全長(zhǎng) 駛叱銜 22%~25%全長(zhǎng) 駛叱銜 結(jié)晶型塑料 駛叱銜 60%~65%全長(zhǎng) 駛叱銜 1~2 螺距 駛叱銜 25%~35%全長(zhǎng) 駛叱銜 所以：加料段 1L =（ 10%~25%） L，取 駛叱銜 1L == 2160=259mm 駛叱銜 壓縮段 2L =（ 55%~65%） L，取 駛叱銜 2L == 2160=1404mm 駛叱銜 計(jì)量段 3L =（ 22%~25%） L，取 駛叱銜 3L == 2160=497mm 駛叱銜 螺桿壓縮比。因壓縮比的確定非常復(fù)雜，目前國(guó)內(nèi)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取。對(duì)塑料而言，螺桿幾何壓縮比大多數(shù)為 2~5,根據(jù)常用塑料螺桿的幾何壓縮比表，選取螺桿壓縮比： 駛叱銜 ε =3 駛叱銜 為了加工方便，等距螺桿取 S=D 駛叱銜 螺距 S： S=D=72mm 螺紋頭數(shù)： i=1 駛叱銜 螺紋升角 ? ： 駛叱銜 駛叱銜 駛叱銜 駛叱銜 駛叱銜 駛叱銜 駛叱銜 駛叱銜 駛叱銜 駛叱銜 駛叱銜 駛叱銜 駛叱銜 駛叱銜 駛叱銜 駛叱銜 駛叱銜 駛叱銜 駛叱銜 駛叱銜 L=2160mm 駛叱銜 駛叱銜 駛叱銜 駛叱銜 駛叱銜 駛叱銜 駛叱銜 駛叱銜 駛叱銜 駛叱銜 駛叱銜 駛叱銜 駛叱銜 駛叱銜 1L =259mm 駛叱銜 駛叱銜 駛叱銜 2L =1404mm 駛叱銜 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 駛叱銜 駛叱銜 12駛叱銜 ? =arctan SD? =arctan 3 372 72 10? ???? = 174139。 駛叱銜 螺棱法向?qū)挾?e：根據(jù)對(duì)緊密共軛齒 廓的要求和齒輪傳動(dòng)嚙合基本原理， 取螺棱法向?qū)挾葹椋? e==30mm 駛叱銜 螺棱軸向?qū)?b： b=e/Cosφ =30/Cos174139。 = 駛叱銜 螺槽法向?qū)?E： E=S Cos? － 30=72 Cos174139。 －30= 駛叱銜 螺槽軸向?qū)?B： B=D― b=72― = 駛叱銜 螺桿與機(jī)筒間隙δ的確定。 駛叱銜 根據(jù)我國(guó)螺桿與機(jī)筒之間的間隙值 (JB129173),選取 駛叱銜 δ = 駛叱銜 駛叱銜 駛叱銜 3L =497mm 駛叱銜 駛叱銜 ε =3 駛叱銜 1h = 駛叱銜 S=D=72mm 駛叱銜 i=1 駛叱銜 駛叱銜 駛叱銜 駛叱銜 駛叱銜 機(jī)筒的設(shè)計(jì) 駛叱銜 機(jī)筒是雙螺桿擠出機(jī)最重要的部件之一。 駛叱銜 機(jī)筒的結(jié)構(gòu)類(lèi)型選擇及特性 駛叱銜 機(jī)筒的結(jié)構(gòu)類(lèi)型主要有分段式、整體式、雙金屬和軸向開(kāi)槽結(jié)構(gòu)形式 ，機(jī)筒的優(yōu)劣以及雙螺桿螺桿擠出機(jī)的設(shè)計(jì)要求，選擇分段式機(jī)筒。 駛叱銜 機(jī)筒的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì) 駛叱銜 根據(jù)參考值，可選擇機(jī)筒壁厚 h=40mm 機(jī)筒的內(nèi)徑 。 mmDD 721 ?? 駛叱銜 機(jī)筒的外徑 ： mmhDD 15240272212 ?????? 駛叱銜 機(jī)筒兩孔的中心距為兩螺桿中心距，即為 . 駛叱銜 機(jī)筒總長(zhǎng)度 L 的確定。 駛叱銜 查 GB/T29795,選取安裝在機(jī)筒內(nèi)深溝球軸承的代號(hào)為 61810，其內(nèi)徑為 50，外徑為 65mm ,寬為 7mm .軸承端蓋暫取 40mm ,螺桿螺紋端末端到軸中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 駛叱銜 駛叱銜 13駛叱銜 承需留一段長(zhǎng)度供密封，取該段長(zhǎng)度為 30mm. 則螺桿的重長(zhǎng)度 L 為： 駛叱銜 L=2160+7+40+30=2237 mm ?。?L=2240mm 駛叱銜 機(jī)筒的材料選擇 駛叱銜 這里我們選擇 40Cr 鋼作為機(jī)筒的制造材料。 駛叱銜 螺桿與機(jī)筒的配合要求 駛叱銜 分流板及過(guò)濾網(wǎng) 駛叱銜 作用是：①防止熔料中的雜質(zhì)和未熔物料進(jìn)入機(jī)頭而堵塞機(jī)頭流道或影響產(chǎn)品質(zhì)量；②使由機(jī)筒來(lái)的熔料的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€(xiàn)運(yùn)動(dòng)，并分成若干束，以保證擠出穩(wěn)定；③攪拌混合，增強(qiáng)塑化效果。④設(shè)置料流障礙，以增加背壓來(lái)保證制品的密實(shí)；⑤支撐過(guò)濾網(wǎng)。 駛叱銜 料斗的設(shè)計(jì) 駛叱銜 料斗的設(shè)計(jì)遵循不允許物料結(jié)成團(tuán)、架橋和掛料的原則。料斗角度應(yīng)該大于塑料顆粒的靜止角。為了達(dá)到設(shè)計(jì)所需要求，該擠出機(jī)設(shè)置兩個(gè)料斗：一個(gè)用于盛裝主料；另一 個(gè)用于盛裝添加料。如下圖所示： 駛叱銜 駛叱銜 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 駛叱銜 駛叱銜 14駛叱銜