【正文】 汽加 熱所使用的介質(zhì)為蒸汽。 液體加熱的優(yōu)點(diǎn)是： 加熱溫度較高，效率也高，加熱均勻而且能夠準(zhǔn)確地控制溫度。 其缺點(diǎn)是：要求加熱系統(tǒng)密封良好，以免因液體的滲漏而影響到產(chǎn)品的質(zhì)量。同時(shí)還需要 配備一套加熱循環(huán)裝置，這就提高了設(shè)備的成本 。所用的載熱體( 如有機(jī)溶劑) 因受熱分解 往往帶有毒性和腐蝕性 。另外裝置的維修也不方便，故目前很少采用。 蒸汽加熱因其壓力很難維持一定值，且波動(dòng)也較大，其溫度亦難達(dá)到工藝要求，而且 還需配備一套專門的蒸汽設(shè)備，這對(duì)于許多工廠來說是很難做到的，因此也很少采用。 ②電阻加熱： 電阻加熱是用得最廣泛的加熱方式，其裝置具有外型尺寸小、質(zhì)量輕、 裝設(shè)方便等優(yōu)點(diǎn)。 由于電阻加熱器是采用電阻絲加熱機(jī)筒后再把熱傳到的物料上，而機(jī)筒又是一個(gè)具 有一定厚度的筒體，因此在機(jī)筒的徑向方向上便形成較大的溫度梯度，如圖 1016 所示。 另外，用它加熱也需要較長的時(shí)間。以 SJ65 為例，用電阻絲加熱時(shí)，預(yù)熱升溫時(shí)間約需 45min。同時(shí)，使用云母片作絕緣材料的電阻加熱器，其電阻絲易氧化受潮等，也會(huì)使其 壽命縮短。由于要使用大量的云母片作絕緣材料，加熱器的成本也較高。 近年來，在許多擠出機(jī)上采用了所謂鑄鋁加熱器，它是將電 阻絲裝于金屬管中，并填進(jìn)氧化鎂粉之類的絕緣材料，然后將此金屬管鑄于鋁合金中。實(shí)際 上它是一種改進(jìn)了的電阻加熱器。它與舊式的電阻加熱器相比較，既保持了原來電阻加熱 器的體積小、裝設(shè)方便及加熱溫度較高的優(yōu)點(diǎn)，而由于省去了云母片，便降低了加熱器的成 本。原創(chuàng)通過答辯畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書論文 194535455 15此外，由于電阻絲是裝于加熱金屬管的密實(shí)的氧化鎂粉中，使得它有防氧化、防潮、防震 和防爆等性能，因而提高了加熱器的使用壽命，傳熱效果也比舊式加熱器好。 鑄鋁加熱器的最大加熱溫度一般為 350～370℃，如要求更高的加熱溫度，則可采用 鑄鐵或鑄銅加熱器，以提高加熱裝置的耐久性。 ③ 電感應(yīng)加熱： 電感應(yīng)加熱是通過 電磁感應(yīng)在機(jī)筒內(nèi)產(chǎn)生電的渦流而使機(jī)筒 發(fā)熱的一種加熱方法。這種加熱器是在機(jī)筒的外壁上隔一定 的間距裝上若干組外面包以主線圈 5 的硅 鋼片 1。當(dāng)將交流電源通入主線圈時(shí)，就產(chǎn) 生了如圖中所示方向的磁力線，并且在硅 鋼片和機(jī)筒之間形成了一個(gè)封閉的磁環(huán)。 由于硅鋼片具有很高的導(dǎo)磁率，因此磁力 線能以最小的阻力通過，而作為封閉回路 一部分的機(jī)筒其磁阻要大得多。磁力線在 封閉回路中具有與交流電源相同的頻率， 當(dāng)磁通發(fā)生變化時(shí)，就會(huì)在封閉回路中產(chǎn) 生感應(yīng)電動(dòng)勢，從而引起二次感應(yīng)電壓及 感應(yīng)電流，即圖中所示的環(huán)形電流，亦叫電 的渦流。渦流在機(jī)筒中遇到阻力就產(chǎn)生熱量。 電感應(yīng)加熱與電阻絲加熱相比具有如下幾個(gè)特點(diǎn)： a. 它是由機(jī)筒直接加熱物料的，因此預(yù)熱升溫的時(shí)間較短 (大約 7min 左右)。在機(jī) 筒的徑向方向上的溫度梯度較??；b. 由于以上特點(diǎn)，采用此加熱器時(shí)對(duì)溫度調(diào)節(jié)的反應(yīng)較電阻加熱靈敏，從而有較大 的溫度穩(wěn)定性，對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量很有利。 c. 由于感應(yīng)線圈的溫度不會(huì)超過機(jī)筒的溫度等原因，它比電阻加熱器可節(jié)省電能 (有資料介紹可省 30%左右)。 d. 在正確的冷卻和使用的情況下，感應(yīng)加熱器的壽命比較長，其值可見表105。 表 105 電感應(yīng)加熱器的壽命 溫度/℃ 加熱器壽命/h 溫度/℃ 加熱器壽命/h 200 45000 350 7500 250 30000 400 200 300 11000 感應(yīng)加熱器也有其不足之處，如加熱溫度會(huì)受感應(yīng)線包絕緣性能的限制，這對(duì)成型加 工溫度要求比較高的物料是不適合的。其次是它的徑向尺寸大，用在大型擠壓機(jī)上必然 會(huì)使機(jī)器的體積龐大，而且需要大量的硅鋼片等材料。另外，它在形狀復(fù)雜的機(jī)頭上安裝 也不方便。 遠(yuǎn)紅外線加熱是近年來發(fā)展起來的一項(xiàng)新的加熱技術(shù)。它是利用遠(yuǎn)紅外輻射元件發(fā) 出的遠(yuǎn)紅外線被加熱物體所吸收，直接轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芏玫郊訜嵝Ч?。遠(yuǎn)紅外線的波長 一般是 30～1000μm。遠(yuǎn)紅外線在傳播中遇到物體時(shí)，一部分被物體反射而另一部分則 進(jìn)入物體內(nèi)部或被吸收，當(dāng)物質(zhì)的分子的固有頻率與遠(yuǎn)紅外線的頻率相一致時(shí)，就會(huì)發(fā)生 共振，使物體分子運(yùn)動(dòng)加劇，溫度也就升高，所以這種加熱效率也就比其他加熱方法高。 同時(shí)，遠(yuǎn)紅外線不需要通過介質(zhì)，而可以直接到達(dá)被加熱物體，因而能量損失小。因?yàn)檫h(yuǎn) 紅外線可透入到被加熱物體內(nèi)部，使物體表面和內(nèi)部的溫度同時(shí)升高，則使加熱溫度均勻 而有利于提高產(chǎn)品的質(zhì)量。 由于遠(yuǎn)紅外線加熱具有這些特點(diǎn)，人們正在研究試驗(yàn)將它應(yīng)用在擠壓機(jī)的加熱上。 綜合考慮，本設(shè)計(jì)中機(jī)筒的加熱方式擬采用鑄鋁加熱器加熱。⑶冷卻裝置設(shè)計(jì)冷卻裝置設(shè)計(jì)原則：。維持模具的熱平衡；，孔徑越大，責(zé)對(duì)塑件的冷卻效果越均勻，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般冷卻水孔中心線與行腔壁的距離應(yīng)為冷卻水管直徑的 12 倍（常為 1215mm）冷卻水管的中心距一般為冷卻水管直徑的 35 倍，冷卻水管的直徑一般為 812mm，但是不能超過 14mm；離相等，當(dāng)塑件的壁厚均勻時(shí)，冷卻水管與行腔表面的距離應(yīng)該處處相等，當(dāng)塑件的壁原創(chuàng)通過答辯畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書論文 194535455 厚不均勻時(shí)，厚壁處應(yīng)該加強(qiáng)冷卻，冷卻水管應(yīng)該靠近行腔，距離小但是也不應(yīng)小于10mm；，一般在注塑時(shí)，澆口附近的溫度最高，距澆口越遠(yuǎn)的溫度越低，因此要加強(qiáng)澆口處的冷卻。即冷卻水從澆口附近流入；，如果進(jìn)水與出水的溫差較大，將使模具的溫度分布不均勻，尤其對(duì)于流程很長的大型塑件，料溫越流越低，對(duì)于矩形模具，通常沿模具寬度方向開設(shè)水孔，使進(jìn)水與出水的溫差不大于 5 度（精密模具的溫差要控制在 2 度以內(nèi)） ；，對(duì)以收縮大的塑件（如聚乙烯）應(yīng)沿收縮方向開設(shè)冷卻水孔，對(duì)于不同形狀的塑件，冷卻水管的排列形式也不進(jìn)相同。具體排列形式自行考慮；，為了不影響操作，進(jìn)出口水管接頭通常設(shè)在注射機(jī)背面的模具同一側(cè)；量避免與模具上的其他機(jī)構(gòu)如：推管孔，小型芯孔等發(fā)生干涉現(xiàn)象，設(shè)計(jì)是要全盤考慮；，以免模具在搬運(yùn)過程中造成損壞，最好在進(jìn)出口位置打出標(biāo)志如 IN AND OUT。由于螺桿直徑較小，在螺桿中心部開槽通入水管進(jìn)行冷卻，勢必會(huì)嚴(yán)重削弱螺桿強(qiáng)度，故本設(shè)計(jì)將只對(duì)機(jī)筒進(jìn)行水冷卻。 本設(shè)計(jì)中采用冷卻水管纏繞鑄入鋁塊中，安裝在機(jī)筒表面進(jìn)行冷卻的方法，其結(jié)構(gòu)如圖 8 所示。這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是冷卻水管也制成剖分式，拆卸方便，冷沖擊也較小。由于設(shè)計(jì)中加熱與冷卻管可以一起鑄入鑄鋁加熱器中，因此制造簡單。為防止水管堵塞，可在進(jìn)水管加裝濾網(wǎng)。圖 28 機(jī)筒冷卻裝置 模板裝置：熔融料的流道呈十分光滑的流線型，不得有突變，更不能有死角和滯留區(qū)；保證模板有足夠的壓縮比，使料能在模板內(nèi)形成必要的壓力；在強(qiáng)足夠的條件下，結(jié)構(gòu)緊湊，易于加工制造和裝拆維修。同時(shí)結(jié)構(gòu)盡量對(duì)稱，以使傳熱均勻；材料選用合理。：耐蝕和耐磨損；在模板的內(nèi)壓作用下有足夠的強(qiáng)度和剛度；在高溫下不變形，模板各組成零件視所處位置和工作要求可選不同的材料。：模板的裝配要求高，各零件的加工視作用不同而異。 所以，選用材料為：38CrMoAl 氮化處理。原創(chuàng)通過答辯畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書論文 194535455 17 雙螺桿擠壓機(jī)擠壓部件設(shè)計(jì)計(jì)算 主傳動(dòng)系統(tǒng)的確定 傳動(dòng)系統(tǒng)是擠壓機(jī)的主要組成部分之一，它的作用是驅(qū)動(dòng)螺桿，并使螺桿能在選定的工藝條件下( 如溫度、壓力和轉(zhuǎn)速下)獲得所必須的扭矩且能均勻地旋轉(zhuǎn)，以完成對(duì)物料的塑化和輸送。 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 圖 29 傳動(dòng)系統(tǒng)簡圖 初步確定擠壓機(jī)傳動(dòng)路線如圖 26 所示。 電動(dòng)機(jī)的選用電動(dòng)機(jī)的選擇主要有電動(dòng)機(jī)的類型、結(jié)構(gòu)型式、容量、額定電壓與額定轉(zhuǎn)速。電動(dòng)機(jī)選擇的基本原則是：（1）根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械調(diào)速的要求選擇電動(dòng)機(jī)的種類。（2）工作過程中電動(dòng)機(jī)容量要得到充分利用。（3）根據(jù)工作環(huán)境選擇電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)型式。 應(yīng)該強(qiáng)調(diào)，在滿足設(shè)計(jì)要求情況下優(yōu)先考慮采用結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格便宜，使用維護(hù)方便的三相交流異步電動(dòng)機(jī)。 正確選擇電動(dòng)機(jī)容量是電動(dòng)機(jī)選擇中的關(guān)鍵問題。電動(dòng)機(jī)容量計(jì)算有兩種方法，一種是分析計(jì)算法，另一種是統(tǒng)計(jì)類比法。分析計(jì)算法是按照機(jī)械功率估計(jì)電動(dòng)機(jī)的工作情況，預(yù)選一臺(tái)電動(dòng)機(jī)，然后按照電動(dòng)機(jī)實(shí)際負(fù)載情況做出負(fù)載圖，根據(jù)負(fù)載圖校驗(yàn)溫升情況，確定預(yù)選電動(dòng)機(jī)是否合適，不合適時(shí)再重新選擇，直到電動(dòng)機(jī)合適為止。螺桿轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)是生產(chǎn)蝦仁的一個(gè)關(guān)鍵性操作參數(shù)，因此在本設(shè)計(jì)中，我們將采用無級(jí)調(diào)速電機(jī)與有級(jí)減速機(jī)的組合。采用無級(jí)調(diào)速電機(jī)，主要是因?yàn)槠涔ぷ魈匦郧€與擠壓機(jī)的工作特性曲線很接近，如圖 10 所示。采用它來作原動(dòng)機(jī)，能夠保證有較高的功率因素與效率(cosρ＝~，η＝50~60%)，且啟動(dòng)性能好，運(yùn)行穩(wěn)定，可得到較合理的使用。為使螺桿獲得足夠的轉(zhuǎn)矩，電機(jī)調(diào)速不應(yīng)太低，控制在 1000r/min 左右。采用有級(jí)減速機(jī)，承擔(dān)大部分的傳動(dòng)比，可滿足這一要求。 為減小整機(jī)外形尺寸，使結(jié)構(gòu)緊湊，電機(jī)置于下方，通過帶輪傳動(dòng)帶動(dòng)減速機(jī)。帶輪不僅可以分擔(dān)一定的傳動(dòng)比，而且還可使整個(gè)系統(tǒng)傳動(dòng)穩(wěn)定，并起到過載保護(hù)的作用。原創(chuàng)通過答辯畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書論文 194535455 圖 210 調(diào)速電機(jī)的工作特性曲線 螺桿的強(qiáng)度計(jì)算 材料選取 螺桿材料選用 38CrMoAlA，氮化處理，其綜合性能較好，使用廣泛。主要性能參數(shù)詳見表 23。 ［9］表 23 我國螺桿和機(jī)筒的常用材料 材料類 別 性 能45 40Cr 鋼鍍鉻 38CrMoAlA屈服極限(Mpa) 360 800 ＞850最高使用溫度(℃) — 500 500熱處理硬度(HRC) — 基體≥45，鍍鉻層＞55＞65耐 HCL 腐蝕性 不好 較好 中等熱處理工藝 簡單 較復(fù)雜 復(fù)雜線膨脹系數(shù)（10 6/℃） 基體 ，鉻層~相對(duì)價(jià)格 1 連接方式螺桿的連接方式按照螺桿與減速箱中的傳動(dòng)軸固定方式不同，一般可分為緊固和浮動(dòng)式。本設(shè)計(jì)中將采用浮動(dòng)式，即螺桿與傳動(dòng)軸為兩個(gè)不同的零件，并以較松的配合連接，在擠壓時(shí)可在機(jī)筒內(nèi)浮動(dòng)，整個(gè)螺桿在實(shí)際計(jì)算中可近似地視為一懸臂梁。另一方面也是為了在有限的徑向距離內(nèi)增加齒輪的模數(shù)以提高其強(qiáng)度。( [11]Pg8384) 受力分析圖 213 螺桿受力示意圖螺桿的受力狀態(tài)如圖 13 所示。在螺桿的全長上主要受到物料的壓力 p、克服物料的原創(chuàng)通過答辯畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書論文 194535455 19阻力所需的扭矩 Mt和自重 G 的作用。由圖可知，沿螺桿徑向所受的壓力 p 大小相等，方向相反，因而可互相抵消，計(jì)算時(shí)只考慮 p 對(duì)螺桿軸向的影響（即軸向力 pz） 。通過以上分析，對(duì)螺桿的強(qiáng)度計(jì)算，可歸結(jié)為壓、扭、彎聯(lián)合作用下的復(fù)合計(jì)算，由于一般情況下螺桿根徑處的承載能力最差，因此可進(jìn)一步地歸結(jié)為在上述復(fù)合應(yīng)力作用下螺桿根徑斷面強(qiáng)度計(jì)算。 [12] 校核計(jì)算以下參考 [12]Pg114~115 對(duì)螺桿進(jìn)行強(qiáng)度校核計(jì)算。(1)由軸向力 pz 產(chǎn)生的壓縮應(yīng)力 σc??????????Dbsbsc ??取螺桿軸向最大壓力 Pmax＝20Mpa，螺桿外徑 Ds＝65mm，內(nèi)徑 Db＝41mm 代入上式，得 σc＝20(65/41) 2＝(2)由扭矩 Mt產(chǎn)生的剪應(yīng)力 τ ???? ?????DnNnWbbst 取擠壓機(jī)主電機(jī)最大傳動(dòng)功率 Nmax=，則 τ＝10 4／(100 3)＝（3）由螺桿自重 G 產(chǎn)生的彎應(yīng)力 σb Lbbbs10(632322??????將 L＝，ρ＝10 3kg/m3代入上式，得σb＝ 2(＋) 2103／(10 6)＝(4) 螺桿的復(fù)合應(yīng)力 σr 根據(jù)材料力學(xué)可知，對(duì)于塑性材料合成應(yīng)力應(yīng)用第三強(qiáng)度理論計(jì)算，即 ??Par?????24式中 σ＝