SJ90單螺桿擠出機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計【全套CAD圖紙+畢業(yè)論文答辯資料】

沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院 本科畢業(yè)設(shè)計 題 目： 螺桿擠出機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 班 級： 1202 班 學(xué)生姓名： 呂春堂 指導(dǎo)教師： 侯志敏 論文提交日期： 2016 年 5 月 27 日 論文答辯日期： 2016 年 6 月 7 日 畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書 機(jī)械設(shè)計制造及自動化專業(yè) 1202 班 學(xué)生：呂春堂 畢業(yè)設(shè)計題目： 螺桿擠出機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計 畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容： 設(shè)計說明書一份 ； 繪制 裝配 圖折合 紙一張 ； 繪制零件圖折合 紙兩張 。 畢業(yè)設(shè)計專題部分： 單螺桿擠出機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計 起止時間： 2016 年 3 月 1 日 2016 年 5 月 29 日 指導(dǎo)教師： 侯志敏 2016 年 3 月 1 日 摘 要 塑料是四大工業(yè)材料中發(fā)展速度最快的一種材料 ， 塑料工業(yè)是新興的工業(yè) 。 近年來，隨著塑料工業(yè)的飛速發(fā)展，塑料制品的應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)展，塑料加工設(shè)備已滲透到國民經(jīng)濟(jì)的各個行業(yè)，成為我國機(jī)械工業(yè)的重要組成部分，在國民經(jīng)濟(jì)中起著越來越重要的作用。其中塑料成型機(jī)械是塑料工業(yè)中的一個重要組成部分，是完成塑料制品生產(chǎn)成型的必要手段 ， 而擠出成型又是塑料成型加工的重要成型方法之一。 本文主要講述 的是塑料擠出 成型的原理 、特點(diǎn)、 結(jié)構(gòu)組成、分類 、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、擠出過程 、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。并且在講解單桿塑料擠出機(jī)的工作原理、基本結(jié)構(gòu)和有關(guān)專業(yè)知識的基礎(chǔ)上，具體深入分析問題，理論與實(shí)際相結(jié)合，并從機(jī)理、結(jié)構(gòu)以及塑料成型工藝、設(shè)備的調(diào)控、安全及維護(hù)保養(yǎng)等方面綜合分析問題，找出矛盾的主要方面，選擇最優(yōu)的改進(jìn)方案，來提高單桿塑料擠出機(jī)的綜合水平，從而 獲得更好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。 塑料擠出機(jī)簡稱擠出機(jī)（又名壓出機(jī)），它是塑料加工過程中的主要設(shè)備之一。 一 般擠出機(jī)有五大部分組成：擠出部分、傳動部分、機(jī)頭、加熱冷卻系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)。 擠出部分是擠出機(jī)的主體部分，主要作用是：剪切、塑化和捏煉塑料，以一定的壓力，均勻連續(xù)的向機(jī)頭輸送塑料。由加料裝置、螺桿、機(jī)筒、襯套等組成。其中螺桿分為單頭螺桿、雙頭螺桿和多頭螺桿。襯套材料一般為 38 傳動系統(tǒng)的作用是驅(qū)動螺桿旋轉(zhuǎn)和根據(jù)工藝要求調(diào)節(jié)螺桿的轉(zhuǎn)速，傳動系統(tǒng)由電動機(jī)和減速器等組成。 機(jī)頭是擠出機(jī)的成形部分。它的作用是：使塑料由螺旋運(yùn)動變?yōu)橹本€運(yùn)動；在一定的壓力下，將塑料擠壓成各種所需形狀的半成品。 加熱冷卻系統(tǒng)是指為了使塑料很好的擠出，適時控制溫度，以防止塑料溫度過低或焦燒。 電氣控制系統(tǒng)的作用是滿足擠出工藝條件的需要，實(shí)現(xiàn)對擠出機(jī)機(jī)筒割斷溫度、集體溫度、螺桿轉(zhuǎn)速、驅(qū)動扭矩或功率、軸向力等的控制和調(diào)節(jié)。由溫控、調(diào)速和檢測裝置組成。 擠出機(jī)的基本工作過程：帶狀塑料加入加料口后，在旋轉(zhuǎn)螺桿的作用下，塑料被搓成團(tuán)狀沿螺桿槽滾動前進(jìn)，因螺桿的剪切、壓縮和攪拌作用塑料受到進(jìn)一步的混煉和塑化，溫度 和壓力逐步提高，呈現(xiàn)出粘流狀態(tài)，以一定的壓力和溫度通過機(jī)頭，最后得到所需的一定形狀的半成品。 關(guān)鍵詞 ：單螺桿； 擠出機(jī) ； 加熱冷卻系統(tǒng)； 傳動系統(tǒng)； 電氣控制系統(tǒng) is of is a In of of an s in an is an of to of is of of a as as of of a on of of of a of of to to it is an of is of of of of of is it is of to it up of so nd is of of 8of is of to of is of is to by of is we to or is of of of or of or of is of of s is to of of s 目 錄 第一章緒論 1 言 1 內(nèi)外發(fā)展情況 1 螺桿擠出機(jī)研究現(xiàn)狀 1 題研究意義和目的 2 題主要研究內(nèi)容 2 第二章擠出機(jī)總體方案的確定 2 出機(jī)總體布局的基本要求 2 出機(jī)的主要參數(shù) 2 出機(jī)的主要性能參數(shù) 2 桿轉(zhuǎn)速 3 出機(jī)功率 3 向力 P 4 產(chǎn)能力 Q 4 出機(jī)構(gòu)設(shè)計 4 桿設(shè)計 4 槽深度和壓縮比的確定 5 距和螺紋升角的確定 7 章小結(jié) 8 第三章螺桿方案的 確定 10 桿類型的確定 10 桿的工作性能指標(biāo)評定 10 桿的選用原則 10 桿的分類 11 螺桿擠出機(jī)及其基本操作 11 章小結(jié) 12 第四章螺桿的設(shè)計與校核 14 桿材料 14 桿形式 14 桿參數(shù) 14 桿結(jié)構(gòu) 14 紋的斷面形狀 15 核 15 章小結(jié) 16 第五章機(jī)筒的設(shè)計及強(qiáng)度校核 17 筒的類型 17 筒材料的選擇 18 筒參數(shù) 19 核 19 章小結(jié) 19 第六章其他零部件的設(shè)計與校核 20 桿與軸聯(lián)接處的花鍵的選擇與校核 20 力軸承的選擇與校核 20 軸器的選擇與校核 21 頭材料的選擇 21 度控制 21 機(jī)的選擇 21 章小結(jié) 22 結(jié) 論 23 參考文獻(xiàn) 錯誤 !未定義書簽。 致 謝 錯誤 !未定義書簽。 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第一章 緒論 1 第一章 緒論 言 塑料的成型加工在現(xiàn)代先進(jìn)制造領(lǐng)域占有越來越大的比重?，F(xiàn)在，塑料從合成樹脂開始，一般要從制品的性能要求、改善加工性能和降低成本等方面考慮設(shè)計配方而添加一定比例的助劑和填料，經(jīng)過混煉之后再進(jìn)行 成型加工。塑料制品的成型加工方法主要包括擠出、注射、滾塑、吹塑、壓延、壓制等。近年來，在這些領(lǐng)域的科學(xué)研究和技術(shù)的進(jìn)步發(fā)展十分迅猛，新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，新知識的積累更是呈爆炸式地增加。 擠出是塑料加工中最基本的方法。 擠出形象的描述了“施加壓力驅(qū)使聚合物通過機(jī)頭成型”的擠出成型。聚合物成型加工中，擠出加工技術(shù)可以說是最基本和最重 要的加工技術(shù)。聚合物擠出加工主要可以分為兩個方面的內(nèi)容，即混煉塑化和擠出成型。 內(nèi)外發(fā)展情況 我國的聚合物工業(yè)近幾十年得到迅速發(fā)展，尤其是改革開放以來，聚合物加工機(jī)械及模具工業(yè)取得了舉世矚目的成就，其年平均增長速度高于國民經(jīng)濟(jì)總的增長速度，達(dá)到兩位數(shù)以上。目前，聚合物擠出成型制品現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)各個領(lǐng)域。農(nóng)業(yè)大量使用塑料薄膜。機(jī)械工業(yè)使用塑料棒材加工成各種零部件。建筑業(yè)、石油工業(yè)、汽車工業(yè)中聚合物制品的使用也相當(dāng)廣泛。 螺桿 擠出機(jī) 研究現(xiàn)狀 單螺桿擠出機(jī) 是 塑料加工的重要設(shè)備，按 照它的工作過程可劃分為物料輸送、塑化熔斷和熔體輸送三大部分，其中物料輸送對單螺桿擠出機(jī)擠出性能有著非常重要的作用，直接影響著單螺桿擠出機(jī)的工作穩(wěn)定性。但由于系統(tǒng)的復(fù)雜性，使得對這段的研究非常困難。為了便于研究，不得不對該段的情況進(jìn)行假設(shè)、簡化。而實(shí)際上，擠出是一個連續(xù)的過程，在此基礎(chǔ)上再進(jìn)行 熔斷理論的研究才可能更有效的預(yù)測整個塑化過程，才能為評價擠出機(jī)性能、確定合理的工藝參數(shù)提供有力依據(jù)。 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)市場仍然保持一定沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第一章 緒論 2 上升勢頭，但國產(chǎn)擠出機(jī)價格大幅下跌已成現(xiàn)實(shí)。部分 廠家粗制濫造和惡性價格戰(zhàn)已經(jīng)影響到國內(nèi)塑機(jī)的整體形象和市場競爭力，也阻礙了塑料加工業(yè)的發(fā)展。 題研究意義和目的 單螺桿擠出機(jī)由于結(jié)構(gòu)簡單，造價便宜，因此廣泛的應(yīng)用于食品、塑料、飼料等各個領(lǐng)域。擠出機(jī)設(shè)計的研究工作，不但能夠提高機(jī)械設(shè)計領(lǐng)域的水準(zhǔn)，還能獲得良好的經(jīng)濟(jì)和社會效應(yīng)。在多個方面具有積極的意義： （一）提高設(shè)計水準(zhǔn)，制造更多更新功能更強(qiáng)大的新產(chǎn)品，將會提高人類的生活水平和工作條件。推動人類文明的發(fā)展。 （二）促使設(shè)計者、制造者提升自身水平，帶動機(jī)械設(shè)計領(lǐng)域的發(fā)展，為社會做出更大貢獻(xiàn)。 （三）設(shè)計出來的產(chǎn)品，往往都具有專利權(quán)，具備很強(qiáng)的時代性、時尚性、功能性。能夠獲得大量的用戶追捧，能夠給設(shè)計方帶來巨大的收益。 題主要研究內(nèi)容 本設(shè)計為 出機(jī)，制品可以為成品及半成品，選取的加工物料為“低密度聚乙烯” 。該擠出機(jī)適用于冷喂料的擠出，故相比之下塑料粘流態(tài)停留時間長，同時強(qiáng)烈的剪切產(chǎn)生的大量的熱需要良好的冷卻裝置。由于螺桿有較大的長徑比，同時承受剪切力和軸向力，本身還接受物料傳來的熱量 ，故螺桿材料應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和抗摩能力 ， 較好的耐化學(xué)腐蝕性能，良好的機(jī)械加工和熱處理及高溫下不變形的性能，所以螺桿材料優(yōu)先選取 所以螺桿的結(jié)構(gòu)至關(guān)重要，根據(jù)有關(guān)知識及資料確定螺桿為單螺旋等距突變螺桿。利用電機(jī) +減速機(jī)構(gòu) +螺桿，使螺桿獲得一定轉(zhuǎn)速和扭矩。螺桿所承受的軸向力由螺桿與機(jī)筒間的軸向推力軸承傳遞，擠出機(jī)了根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)自行安裝。 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第二章 擠出機(jī)總體方案的確定 2 第 二 章 擠出機(jī)總體方案的確定 出機(jī)總體布局的基本要求 （ 1） 擠出機(jī)布局首先必須滿足用戶提出的各種要求。如擠出機(jī)的加工范圍、工作精度、生產(chǎn)率、和經(jīng)濟(jì)性等等。 （ 2） 在經(jīng)濟(jì)、合理的條件下，盡量采用較短的傳動鏈，以簡化機(jī)構(gòu)，提高傳動精度和傳動效率。 （ 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。 （ 4） 擠出機(jī)必須滿足參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)和系列型譜中關(guān)于擠出機(jī)布局方面的規(guī)定。同時，還應(yīng)最大限度地考慮擠出機(jī)的系列化和部件的通用話程度。 （ 5） 對于生產(chǎn)率和自動化程度較高的擠出機(jī)，應(yīng)力求便于自動上下料及納入自動線。 （ 6） 應(yīng)便于觀察加工過程；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)。 出機(jī) 的 主要 參數(shù) 出機(jī) 的主要性能參數(shù) 本設(shè)計為 出機(jī)， 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計圖如 圖 1 所示 ： 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第二章 擠出機(jī)總體方案的確定 3 圖 1 擠出機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計圖 選取的加工物料為“低密度聚乙烯” 。本機(jī)設(shè)計的主要參數(shù)： 螺桿直徑： D = 90桿長徑比： 30 最高產(chǎn)量： 280 h 螺桿的幾何壓縮比： i 螺桿最高轉(zhuǎn)速： 150 r/ 螺桿轉(zhuǎn)速 因?yàn)槁輻U不能進(jìn)料的臨界轉(zhuǎn)速為 150 r/ 桿的工作轉(zhuǎn)速 n = (所以取 n = 40 r/ 擠出機(jī)功率 公式： N = K LD 2 n/1000 （ 2 K 計算系數(shù) D 螺桿直徑 D = 90 9 螺桿轉(zhuǎn)速 n = 40 r/ 以 N = 陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第二章 擠出機(jī)總體方案的確定 4 減速器設(shè)計為二級斜齒減速器 取 聯(lián)軸器 = 軸承 = 齒輪 = 總 = 聯(lián)軸器 軸承 齒輪 = = N 總 = 軸向力 P 因?yàn)?P = 200F F = 4 （ 2 所以 P = 2004 = 200 72 /4 = 7693 生產(chǎn)能力 Q Q = （ 2 為 計算系數(shù) 取 n 為 轉(zhuǎn)速 n = 40 r / = 73 40 = 68.6 h 出機(jī)構(gòu)設(shè)計 桿設(shè)計 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。整個理論幾乎都是圍繞著螺桿上發(fā)生的擠出過程展開的。因此，螺桿設(shè)計是擠出理論最重要的應(yīng)用領(lǐng)域之一。 螺桿直徑的確定： 90桿長徑比 30。螺桿的長徑比 L/D 指螺桿的有效長度L 和螺桿的直徑 D 之比，長徑比是代表 擠出機(jī)性能的一個主要的技術(shù)參數(shù)。 歐洲塑料橡膠機(jī)械制造廠委員會建議長徑比 12、 15、 (18)、 20、 (24）、 25、 28、30、 35，括號中的數(shù)值盡量不用或少用。對于某些排氣螺桿，長徑比達(dá)到 40 左右或更長。本設(shè)計中螺桿的有效長度 為 ： L=30D=3090=2700通螺桿全長分為三段，即加料段 壓縮段 計量段 量段有時也叫均化段。 過程圖如 圖 2 所示 ： 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第二章 擠出機(jī)總體方案的確定 5 圖 2 擠壓加工過程示意圖 在熔融理論中，熔融起點(diǎn)和熔融重點(diǎn)以及熔融段長度 螺桿上并非固定不變，他們隨著擠出工藝條件和塑料性能的變化而變化。而壓縮段指的是螺槽深度有加料段深 至計量段槽深 那段長度，它是螺桿設(shè)計者人為設(shè)計的長度，一旦螺桿設(shè)計出來這個長度也就確定了。 槽深度和壓縮比的確定 螺槽深度是很重要的參數(shù)，我們可以從制品的質(zhì)量與產(chǎn)量兩方面來分析。 （ 1）計量段槽深的確定： 我們知道，計量段中熔料的剪切速率 可按下式計算： D （ 2 顯然，計量段螺槽深度 小，在相同的螺桿轉(zhuǎn)速下剪切速率便愈大，因而分子間的內(nèi)摩擦力也愈大 。 從式 中 可以看出，熔料因內(nèi)摩擦而產(chǎn)生的熱量正比于剪切 力和剪切速率。由于剪切應(yīng)力而產(chǎn)生的熱量和螺槽深度 平方成反比 。 2a 熔料因剪切產(chǎn)生的熱量； 剪切應(yīng)力； 剪切速率； a熔料的表現(xiàn)粘度。 由此可見，螺槽深度較淺時，物料層內(nèi)部會產(chǎn)生較多的熱量。此外，螺桿上物料層較薄，由外界加熱器傳進(jìn)來的熱量也容易將塑料熱透。這方面因素都證明了計量段槽深較小時，對促進(jìn)塑料的塑化質(zhì)量是很有好處的。 從混合效果上來講，計量段槽深較小時，混煉程度較高，制品比較均勻。在本章后面我們將進(jìn)一步指出：當(dāng)計量段槽深較淺時，壓力波動和溫度波動都比較小，這時沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第二章 擠出機(jī)總體方案的確定 6 對制品的綜合質(zhì)量都是有利的。 但是，我們知道，只有那些承受高剪切速率的的塑料，如聚乙烯，才能選用較小的槽深，這類塑料的成型溫度范圍很寬（如聚 乙烯成型溫度范圍為 150 220 ， 其范圍達(dá) 70 ），熱穩(wěn)定性很好。因剪切或其他原因造成的局部過熱不易造成無法彌補(bǔ)的后果。相反對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，勢必造成過多的因高剪切產(chǎn)生的熱量。再加上這類塑料的成型溫度范圍比較窄，粘流溫度 分解溫度 較接近（如硬聚氯乙烯加工溫度范圍為 150 190 ，其范圍僅 40 ），熱穩(wěn)定性較差，強(qiáng)烈的內(nèi)摩擦將使它們過熱分解甚至燒焦。因此，加工這類塑料的螺桿計量段螺槽深度 能選擇過小。 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間很短時，例如在某些新型螺桿的屏障棱上，我在后面還要進(jìn)一步分析這個問題。 本設(shè)計加工物料為聚苯乙烯（ 根據(jù)表格取 =93S 由 D935150 上從擠出質(zhì)量的觀點(diǎn)分析了計量段螺槽深度 影響，這種觀點(diǎn)是確定計量段螺槽深度的主要方法，用這種方法確定的計量段螺槽深度基本上滿足了對計量段螺槽深度的要求。 此外我們還可以從產(chǎn)量的角度來分析計量段螺槽深度 影響。從熔體輸送理論的生產(chǎn)率公式可以看出：正流 比于螺槽深度 壓力流 正比于 此可以分析：當(dāng)機(jī)頭壓力較低時，增加計量段螺槽深度可以增加產(chǎn)量；而當(dāng)機(jī)頭壓力增大到超過臨界壓力，加深 不能使生產(chǎn)率增加，甚至還會產(chǎn)生相反的作用 ,也可以從融體輸送理論來估算螺槽深度 最佳值 。 6233求導(dǎo)并令導(dǎo)數(shù)等于零，經(jīng)一系列推導(dǎo)，可求得 最佳值： (2式中 狀系數(shù)未知口模系數(shù)情況下 值沒辦法確定。有上面的分析可知， 決定受到多方面的因素影響，很難用一個簡單的理論公式來 進(jìn)行計算。設(shè)計時，還可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式來決定螺槽深度 H3=據(jù)統(tǒng)計螺槽深系數(shù) k 值 ， 計量段螺槽深系數(shù) k 大都在 圍內(nèi)。螺桿直徑較大者， k 值應(yīng)選擇較小，螺桿直徑較小者， k 值應(yīng)選擇較大；熱穩(wěn)定性較好的塑料 k 較小，熱穩(wěn)定性較差的塑料 k 值較大； 當(dāng)螺桿長徑比較大時， k 值可以選沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第二章 擠出機(jī)總體方案的確定 7 擇較大。這是由于長徑比較大的螺桿的計量段 以設(shè)計的較長，此時由于螺槽深度 大造成壓力流 增加和混煉段 M 的下降可以通過計量段的增加來彌補(bǔ)。根據(jù)塑料熱穩(wěn)定性的不同，系數(shù) k 分為三個區(qū)域。上層適用與 熱穩(wěn)定性較 差的塑料，此時 k 值較大。下層適用熱穩(wěn)定性較好的塑料，此時 k 值較小。螺槽系數(shù) 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式可以來校核，當(dāng) k 的取值為 k= （ 2）加料段槽深和壓縮比的確定 加料段的主要目的是建立必要的壓力和保證穩(wěn)定的固體輸送。但自今為止加料段的槽深 影響還不是很清楚。按 論的固體輸送生產(chǎn)率公式加料段加后固體輸送生產(chǎn)率會提高。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。加料段螺槽較深時，壓力難以傳至螺槽底部，靠近螺槽底部的塑料運(yùn)動速度較慢，這就降低了固體輸送生產(chǎn)率。因此存在一個最佳加料段槽深。顆粒內(nèi)摩擦因數(shù)較高的塑料，要比顆粒內(nèi)摩擦因數(shù)較低的塑料更接近于整塊移動。 實(shí)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。所謂壓縮比是指螺槽加料段第一個螺槽容積和計量段最后一個螺槽容積之比，即幾何壓縮比，而不是螺槽深度之比。這個數(shù)值不同于物理壓縮比。后者指的是塑料在加料時的松密度和受熱熔融后的密度之比。 例 如，聚乙烯在松散時密度為 熔融后的密度為 g/因此，其物理壓縮 比為 顯然幾何壓縮比應(yīng)大于物理壓縮比。這是因?yàn)槌藨?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(shí)的必要性。應(yīng)此對加工同一種塑料的的螺桿，不同設(shè)計者對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，個別情況大至 8，小至 1）。 距和螺紋升角的確定 對單頭螺紋，螺距 S、螺紋升角 和螺紋直徑 D 之間有下述關(guān)系： 顯然在螺桿直徑已知以后，螺距和螺紋升角只要決定一個，另一個也就確定了。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)率和螺紋升角又沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第二章 擠出機(jī)總體方案的確定 8 直接的關(guān)系。根據(jù)固體輸送理論的計算，對大多數(shù)塑料，當(dāng)摩擦因數(shù) fb=紋升角等于 17 20 時，固體輸送生產(chǎn)率可以達(dá)到最大值。實(shí)驗(yàn)也證明，對圓柱性塑料，最佳螺紋升角大約在 17 左右。而從熔體輸送理論的角度上講，將有關(guān)流率公式經(jīng)數(shù)學(xué)推到簡化，并對 角求導(dǎo)，并令導(dǎo)數(shù)等于零，可求的最佳螺紋升角為 30。這也是為什么當(dāng)前的螺紋升角都在 17 30 范圍之內(nèi)的原 因 。 章小結(jié) 不同的生產(chǎn)線對擠出機(jī)的具體要求不一樣，這就需要根據(jù)不同塑料的性能設(shè)計出合理的擠出機(jī)。本次設(shè)計的擠出機(jī)是用于聚苯乙烯 (產(chǎn)線的擠出機(jī)，這就要求對聚苯乙烯 (性能有一定的掌握和了解。 本章主要對擠出機(jī)設(shè)計總體 方案 進(jìn)行布局和確定 ， 并且計算和確定擠出機(jī)所需要的主要參數(shù) ， 對于擠出機(jī)螺桿結(jié)構(gòu)的設(shè)計也進(jìn)行了初步的計算 。 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第三章 螺桿方案的確定 10 第 三 章 螺桿 方案 的 確定 桿類型的確定 螺桿是擠壓系統(tǒng)中的主要零件。它的各部分幾何形狀的變化，直接影響螺桿的工作性能效果。對塑料制品得產(chǎn)量和質(zhì)量，都有非常重大的影響。 介于本設(shè)計的加工的是溶體材料為聚苯乙烯（ 乙烯的聚合物，在生產(chǎn)中無特殊的要求，因此選用普通螺桿 ， 材料為 45 號鋼。 桿的工作性能指標(biāo)評定 （ 1）塑化質(zhì)量 按專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定制造的擠出機(jī)，擠塑生產(chǎn)得塑料制品也應(yīng)是符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。螺桿是擠塑生產(chǎn)影響產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵零件，物料得混合質(zhì)量、塑化的是否均勻、物料得徑向溫差是否較小、壓力要均衡、能量消耗要比較低、生產(chǎn)率的提高，這些都受螺桿工作質(zhì)量得影響。 （ 2）比流量 這個比值大，說明這根螺桿的塑化能力強(qiáng)，比流量得單位為（ kg/h） /（ r/ （ 3）比功率 這個值小，說明生產(chǎn)同樣質(zhì)量的塑料制品，能量消耗少，比功率得單位為 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。 （ 5） 經(jīng)濟(jì)性 制造機(jī)械加工比較容易，工作壽命比較長。 桿的選用原則 （ 1）按塑料的制品種類選擇 塑料的種類很多，有結(jié)晶型和非結(jié)晶型，它們在被擠塑生產(chǎn)制品時，對溫度條件要求及本身得粘度、穩(wěn)定性和流動性能都有差別。所以，生產(chǎn)不同種類塑料制品時，應(yīng)該選擇不同類型螺桿。 （ 2）機(jī)頭模具的阻力對螺桿結(jié)構(gòu)尺寸的影響 螺桿螺紋的均化段得的螺槽深淺與機(jī)頭阻力大小要匹配選取，機(jī)頭阻力大，這段螺紋槽要淺些；反之，當(dāng)阻力小時，螺沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第三章 螺桿方案的確定 11 槽就應(yīng)深些。對于排氣式擠出機(jī)，要求第二階段的均化段螺槽深度要比第一階螺桿的均化段螺紋槽要深些，否則 排氣口處易溢料 （ 3）按擠出機(jī)的用途選擇 不同用途的擠出機(jī)，根據(jù)工作性質(zhì)和擠塑塑料品種來選配螺桿。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，訂購專用螺桿擠出機(jī)。如果擠出機(jī)要擠塑不同材料的多種制品，就應(yīng)選擇螺桿具有較大得通用性。 桿的分類 按照螺桿得結(jié)構(gòu)和螺桿螺紋部分的幾何形狀，可分為普通螺桿、新型螺桿和排氣螺桿。 （ 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。這種螺桿螺紋部分可分為加料段、塑化段和均化段。普通螺桿與新型螺桿比較有許多不足之處，有逐漸被新型螺桿取代得趨勢。 （ 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)計了非螺紋元件，以改進(jìn)塑料得混合、熔融塑化質(zhì)量和縮短擠塑生產(chǎn)時間。 （ 3） 排氣螺桿 在擠塑物料得過程中，為能夠排除物料中的空氣、揮發(fā)物氣體和水蒸氣，而專門設(shè)計的螺桿。 螺桿擠出機(jī) 及其基本操作 螺桿擠出機(jī)分為單螺桿擠出機(jī)和多螺桿擠出。單螺桿擠出機(jī)是聚合物工業(yè)中最重要的一類擠出 機(jī)。其主要優(yōu)點(diǎn)為成本較低、設(shè)計簡單、堅固而可靠、以及滿意的性能成本比。常規(guī)塑化擠出機(jī)的螺桿具有 3 個不同的幾何段 ， 如 圖 3 所示 ： 圖 3 常規(guī)擠出機(jī)螺桿幾何形狀 這種幾何形狀也稱之為 “單級 ”。 “單級 ”是指這種螺桿盡管有 3 個不同的幾何段，沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第三章 螺桿方案的確定 12 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。此段中的物料大都處于固體狀態(tài)。此段稱之為螺桿的進(jìn)料段。最末段 (最靠近模頭 )的螺槽通常較淺。此段中的物料大都為熔融狀態(tài)。此蟬桿段稱之為計量段或擠出段。第二段連接進(jìn)料段和計量段。此段稱之為過渡段或壓縮段。多數(shù)情況下，螺槽深度 (或螺棱高度 )從進(jìn)料段向計量段以線性方式減小，因而使物料在螺槽中經(jīng)受壓縮以后將證明這種壓縮作用在多數(shù)悄況下對擠出機(jī)的正確運(yùn)行是必不可少的。 單螺桿擠出機(jī)的操作相當(dāng)簡單。物料從加料斗進(jìn)入。通常物料靠重力由加料斗流入擠出機(jī)機(jī)筒。有些物料在干燥狀態(tài)不易流動，必須采用特殊措施防止物料在進(jìn)料斗中掛料。物料一旦落入擠出機(jī)機(jī)簡，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 螺棱的主動螺腹和被動蝶腹螺槽所包圍。機(jī)簡靜止而蟬桿旋轉(zhuǎn)。因此，摩擦力都作用于物料以及機(jī)筒和螺桿表面。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。 物料向前運(yùn)動時，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。當(dāng)物料溫度超過其熔點(diǎn)，則在機(jī)筒內(nèi)表面形成熔膜，塑化段即由此開始。必須指出，塑化段起點(diǎn)通常不是壓縮段起始點(diǎn)。各功能段的分界線取決于聚合物性能、擠出機(jī)幾何形狀以及操作條件。因而，分界線可因操作條件改變而改變。然而，螺桿的幾何段由設(shè)計確定，不因操作條件的變化而變化。當(dāng)物料向前運(yùn)動時，在各個位 置的固態(tài)物料量將因熔融而減少。當(dāng)全部固態(tài)聚合物消失時則達(dá)到塑化段末端，而熔體輸送段開始。在固體輸送段中，將熔體均勻的輸送給模頭。 當(dāng)聚合物流進(jìn)模頭時，即呈現(xiàn)模頭流道的形狀，因而，當(dāng)高聚物離開模頭時，其形狀或多或少的符合模頭流道最后部分的斷面形狀。由于模頭產(chǎn)生流動阻力，所以需要壓力迫使物料通過模頭。這種壓力通常稱之為模頭壓力。模頭壓力因模頭形狀 (特別是流道 )、高聚物熔體溫度、通過模頭的流率、以及高聚物熔體的流變特性所決定。模頭壓力由模頭產(chǎn)生而不由擠出機(jī)產(chǎn)生。擠出機(jī)只是產(chǎn)生足夠