【正文】 m 67610753992795509550 333 .././ ???? nPT N m 4 7 0/ 5 5 0/9 5 5 0 111 ???? nPT N因此 1i = ， 62?i 。由二級轉(zhuǎn)速器連接主電動機與螺桿。 本章小結(jié) 本章對擠出機構(gòu)中的螺桿進(jìn)行了設(shè)計與校核，并對螺桿與螺筒的配合間隙進(jìn)行了討論與確定，確定了加熱裝置為鑄鋁加熱器并確定了加料裝置。鑄鋁加熱器特點 具有長壽命、保溫性能好、機械性能強、耐腐蝕、抗磁場等優(yōu)點 。從設(shè)計成本分析，由于需配置鼓風(fēng)機，其成 本較高，另外，風(fēng)冷卻系統(tǒng)體積較大 2．水冷卻 與風(fēng)冷卻比較，水冷卻速度快，體積小，成本低，噪聲小，但易造成急冷從而擾亂塑料的穩(wěn)定流動，如果密封不好容易出現(xiàn)漏水現(xiàn)象，容易生成水垢而堵塞水管，一般完善的水冷卻系統(tǒng)所用水不是自來水、河水，而是經(jīng)過軟化處理的。 3. 電感應(yīng)加熱 電感應(yīng)加熱是通過電子感應(yīng)在機筒內(nèi)產(chǎn)生電的渦流而使機筒發(fā)熱，從而達(dá)到加熱機筒中得塑料的目的。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。 擠出機的加熱方法通常有三種：熱載體加熱、電阻加熱、電感加熱 1. 熱載體加熱 利用熱載體作為解熱介質(zhì)的加熱方式 稱熱載體加熱。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，摩擦熱是很少的，熱量主要來自加熱器；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 27 所以均化段有時非但不需要加熱器供熱，還需要對其進(jìn)行冷卻；在壓縮段，物料受熱是上述兩種情況的過渡狀態(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。前一部分熱量由加熱器的電能轉(zhuǎn)化而來，后一部分的熱量由電動機輸給螺桿的機械能轉(zhuǎn)化而來。擠出機的加熱冷卻系統(tǒng)就是為控制熔體的溫度而設(shè)置的。由于本設(shè)計的熔體材料為粒料所以采用重力加料。加料裝置的正確設(shè)計和選擇，對擠出機的產(chǎn)量和質(zhì)量、工人的勞動強度及能否實現(xiàn)生產(chǎn)的連續(xù)化、自動化等都有直接的關(guān)系。表 所列為螺桿與機筒間隙的部頒標(biāo)準(zhǔn)。 螺桿與機筒的間隙 由于磨損等原因，螺桿與機筒的間隙變得過大時，擠出機的生產(chǎn)能力就大大降低，所以在擠出機使用以后的一段時間，當(dāng)間隙變大時，需要修復(fù)或更換螺桿以滿足生產(chǎn)能力的需要。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 25 計算固相分布函數(shù) WX 及熔融總長度 ZT : 計算φ值 ?=dsmsjambmmbxTTcVTTkV???????)([2]21)([ 2 （ ） = 53 )./( smKg 計算固相分布函數(shù) WX ,假設(shè)熔融點在加料段末端的前一個螺距。 根據(jù) TAV =300℃ 。 假定熔膜厚度δ = 10 3? m 因此，熔膜中的剪切速率為： .? =?jV = s1? 從文獻(xiàn) [8] ?aη .? 圖上可以查處η a =440MPa 試計算 TAV 和δ : TAV = ??32 mTTmjkVa12 2?η （ ） =≈ 300℃ 與設(shè)定值相等，不必從新計算。物料熔點 Tm=270℃。 液相熱導(dǎo)率 km = W/(m.℃ )。液相密度ρ m =790kg/m3 。 為了設(shè)計的科學(xué)性，對螺桿的參數(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； 加料段長度 L1 =900 10 3? m；加料段螺槽深度 H1 =13 103? m； 壓縮段長度 L2 =1500 10 3? m； 計量段長度 L3 =600mm。 根據(jù)與同類型的擠出機進(jìn)行對比和聚苯乙烯的性質(zhì)來看，本設(shè)計采用矩形斷面較為合適。而楔形螺頂?shù)暮侠沓叽鐬棣?1 /δ =，e1 /e0 =5。而在階梯形螺頂和楔形螺頂上，壓力的分布都是中間高兩邊低，產(chǎn)生的還原力會使螺桿懸浮于機筒之間不會產(chǎn)生金屬的直接接觸從而減少螺桿和機筒之間的磨損。這種設(shè)計的主要目的是為了較少螺桿與機筒的直接接觸，保證在螺棱和機筒間形成穩(wěn)定的熔融物潤滑膜以減少螺桿與機筒間的磨損。但 e 值 也不能太小，太小的值會使漏流增加，從 而降低生產(chǎn)率，同時還會增加螺桿的磨損。當(dāng)螺棱 e 或 b 較大時會增大螺棱上的功率消耗。 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。β =45176。 但是由于螺槽是螺旋形的，固體壓力自傲兩個側(cè)面將不相等?！?3176。 不同的塑料和不同的粒料形狀其內(nèi)摩擦角是不同的。這就相當(dāng)于增大了塑料與螺桿的摩擦因數(shù)，根據(jù)固體輸送理論，這將降低固體輸送流率。這時，以較快速度運動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。當(dāng)內(nèi)摩擦因數(shù)較低時，各層塑料間將存在著相對滑移，下層塑料不易被機筒拖拽向前推進(jìn)。 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— 機筒； 2— 滑移面； 3— 移動料； 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 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)計這種螺紋斷截面的出發(fā)點是：根據(jù)塞流固體輸送理論，認(rèn)為塑料在槽中是以密實的固體存在，組成固體塞在的固體顆粒間沒有沒有相對運動。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 。 螺紋斷面設(shè)計 目前常見的螺紋斷面有兩種，一是矩形斷面 ，另一種是鋸齒型斷面（如圖 ）。 還可按表 提供的數(shù)據(jù)來考慮螺桿三段長度的分配。此外，計量段長度又與螺桿總的長徑比關(guān)系很大，尤其是和計量段螺槽深度 H3 的關(guān)系很大（成立方關(guān)系，參考式（ ），任何影響槽深 H3 因素都會反過來影響計量段長度 L3 。 轉(zhuǎn)速 n、產(chǎn)量 Q、剪切速率γ、粘度η 1 與機頭壓力 p 等參數(shù)之間是互相影響的。此時 L3 的計算公式可簡化為： 1333 72 ηQDHL ? （ ） 例如：螺桿直徑為 65 ㎜的擠出機，其產(chǎn)量要求為 165kg/h，相應(yīng)體積流率 m3 /s。根據(jù)料溫和剪切速率γ =π3HDn ,可以從附錄二查出粘度η 1 。目前，有些螺桿的計量段長度甚至達(dá)到了螺桿全長的 50﹪ .但是，過長的計量有可能導(dǎo)致已熔融物料溫度不斷升高，這對那些易于分解的熱敏性塑料，如 PVC 等未必有利。 圖 計量段長 L3 度對擠出量的影響 又上可知：在可能的條件下，計量段長度愈長，對提高螺桿的產(chǎn)量和改善 混合黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 19 均勻度都是有利的。也就是說，螺桿特性也比較硬，產(chǎn)量受壓力的影響較小。從式（ ）中可以看出：加長 L3 對均化作用是有利的。 Martin〔 2〕將塑料堪稱牛頓型流體，根據(jù)混煉理論，表征計量段螺槽中混煉程度的關(guān)系式可以導(dǎo)出： )1( )( 33 aH aLM ??? （ ） 式中， 3L 和 3H 為計量段長度和深度， a 為截流比， a=QpQd。但是，無論在組分上、或者在溫度 分布上、或者在相對分子質(zhì)量分布上，剛?cè)刍奈锪隙际呛懿痪鶆虻模绻藭r姜物料從機頭擠出，制品的質(zhì)量將極為惡劣。實驗也測出，在加料中，聚丙烯要經(jīng)過 8 個螺桿的長度才開始熔融（當(dāng)壓力等于 4MP 時），而高密度聚乙烯和聚苯乙烯則只要 個螺距的長度和 個螺距的長度便已開始熔融。從圖 可以看出，在同等壓力的情況下，聚丙烯由于其熔點高（ 170176。但由于計算過程比較復(fù)雜，所以至今為止，在決定加料段 L1 的長度時，還必須參考實驗得到的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗公式。 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，熔點高，熱導(dǎo)率低，熔融潛熱大的塑料，螺桿加熱段 L1 應(yīng)該長一些。此外，由于塑料是不良的導(dǎo)熱體，因此其熱導(dǎo) 率 Ks 也是一個分鐘要的參數(shù)。顯然，塑料的比熱容Cs 愈大，熔融點 Tm 愈高，預(yù)熱到熔融溫度所需要的熱量也愈多。因此，加料段 L1 也應(yīng)該有足夠的長度。在文獻(xiàn)中還指出：在實驗的條件下，聚丙烯從開始熔融到完全熔融大約需要 5D 長度，而熱導(dǎo)率較大的聚丙烯黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 17 和聚苯乙烯便不需要這樣長。而且從熔融理論上我們知道，熔融過程是 X/W 從 1到 0 的過程，這個過程總需要一定的長度，不可能在很短的（ ～ 1） D 長度上實現(xiàn)。此外，即使對已結(jié)晶的那一部分塑料來說，正像前面我們已分析過的那樣，螺桿的熔融段和壓縮段的位置不是等同的，在設(shè)計時壓縮段位置已被人為的固定不變，而熔融段位置卻隨操作條件和塑料性能的不同而不同。但是，結(jié)晶型材料在冷卻過程中都不可能完全結(jié)晶，存在著一定的結(jié)晶度。為了適應(yīng)這個特點，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，而且長度也比較短。為了適應(yīng)這個漸變過程，加工這類塑料的螺桿應(yīng)該較早地開始壓縮，它的螺紋深度也應(yīng)逐漸發(fā)生變化，因此其壓縮段 L2 也設(shè)計的比較長。經(jīng)過一段時間后，即在螺桿上經(jīng)過一段長度后，塑料才能全部熔融。 三段式螺桿長度的確定 熱塑性材料分為無定型和結(jié)晶型兩大類。原因之二是在多頭螺紋計量段的幾個螺槽中，熔體 填充情況有可能不同，從而容易導(dǎo)致個螺槽間擠出量不等而發(fā)生波動，擠出壓力也會發(fā)上波動，這些都直接影響到擠出制品的質(zhì)量。原因之一是多頭螺紋減少了螺槽橫斷面積，同時加大了 HW 的值。 螺紋頭數(shù) 目前擠出機的螺桿大都是單頭螺紋。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 16 因。實驗也證明，對圓柱性塑料，最佳螺紋升角大約在 170 左右。 從固體輸送生產(chǎn)率公式和熔體輸送理論生產(chǎn)率公式都可以看出：生產(chǎn)率和螺紋升角又直接的關(guān)系。乘以系數(shù) 后，該式誤差僅 左右。根據(jù)螺桿國內(nèi)外的資料統(tǒng)計如下： 表 常用螺桿的幾何壓縮比 塑料 ε 塑料 ε HPVC（粒料） HPVC（粉料） SPVC（粒料） SPVC(粉料 ) PE PP PS CA PMMA PET （ 2～ 3） 3～ 4（ 2～ 5） ～ （ 3～4） 3～ 5 3～ 4 ～ 4（ ～4） 2～ （ 2～ 4） ～ 2 3 ABS POM PPO PC PSF PSF PA6 PA66 PA1010 （ ～ ） 4（ ～ 4） 2（ 2～ ） ～ 3 ～ 3 ～ 4 ～ 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 15 幾何壓縮比一般用下式計算： 3311)( )( HHD HHD???? （ ） 式中， H1 和 H3 分別為螺桿加料段第一個螺槽深和計量段最后一個螺槽深。這是因為除了應(yīng)考慮密度的變化之外，還應(yīng)考慮在壓力下熔融料的壓縮性、塑料在加料段的裝填程度 、擠壓過程中塑料的回流等因素，尤其還應(yīng)考慮制品性能所要求的壓縮密實的必要性。如，聚乙烯在松散時密度為 ～ ，而熔融后的密度為 g/cm3 .因此，其物理壓縮比為 ～ 。這個數(shù)值不同于物理壓縮比。 實際上，加料段槽深是根據(jù)螺桿壓縮比和計量段槽深來確定的。因此存在一個最佳加料段槽深。由于加料段中的塑料并不像 D 塞流理論所假設(shè)的那樣整塊的移動，而是在斷面上有一速度分布。但自今為止加料黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 14 段的槽深 H1的影響還不是很清楚。 圖 螺槽系數(shù) K 的確定 根