擠出機(jī)機(jī)頭設(shè)計(jì)

XJ-150擠出機(jī)機(jī)頭的設(shè)計(jì)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）=2.5m/min圖3-8分配器套Fig3-8Setofdistributor在側(cè)進(jìn)料的擠出機(jī)機(jī)頭中，熔融的物料通常以90°進(jìn)入，當(dāng)有冷的空氣進(jìn)入模芯或者半成品等進(jìn)入時(shí)，采用這種方法是有必要的。熔體分配器將進(jìn)入機(jī)頭的熔融的物料進(jìn)行周向的分配，通過熔體分配器，可以將熔融的物料的運(yùn)動(dòng)方向由徑向流動(dòng)變?yōu)橹芟蛄鲃?dòng)。熔體分配器一般位于擠出機(jī)機(jī)頭的殼體上或者位于模芯上。在側(cè)進(jìn)料的擠出機(jī)機(jī)頭中，應(yīng)該保證熔融的物料在出口處速度保持均勻，為達(dá)到這一要求，通常采用的方法是繞著模芯上開出一個(gè)環(huán)形槽，斷面要足夠大，環(huán)形縫隙要位于環(huán)形槽的后面，且為高流阻。此種類型的擠出機(jī)機(jī)頭類似于將一個(gè)T型熔體分配器包覆在圓柱體上面，它也存在不足之處，主要是因?yàn)槿廴诘奈锪显谄渖系臏魰r(shí)間存在較大的差異。圖3-9調(diào)整螺母Fig3-9Adjustingnut還有一種方法可以使熔融的物料在出口處速度均勻。就是在熔融的物料流經(jīng)處放置一個(gè)環(huán)型魚雷頭，這是因?yàn)檫@樣可以保證擠出機(jī)機(jī)頭的兩側(cè)流徑長度從出口到入口都相等。當(dāng)然，這種擠出機(jī)機(jī)頭也有缺點(diǎn)，主要是因?yàn)槿廴诘奈锪戏峙洳缓侠恚菍⒏吡髯杵叫谐尚螀^(qū)設(shè)置在其后面才能使物料的分配均勻。此外，這種方法還有一個(gè)缺點(diǎn)就是將存在兩條流痕，這是因?yàn)榉至鞯拇嬖?。若采用衣架型熔料分配器或者采用魚尾型熔料分配器的設(shè)計(jì)原理的話，如果模芯的直徑比縫隙的寬度和流道的直徑足夠的大，理論上講，側(cè)進(jìn)料擠出機(jī)機(jī)頭的物料分配是可以足夠均勻的。圖3-10料流截面Fig3-10Materialflowcrosssection直角擠出機(jī)機(jī)頭中的高壓降比寬平縫機(jī)頭更容易處理，且其結(jié)成的內(nèi)壓處理起來也比較簡單。這是由于管型只需按照內(nèi)壓來進(jìn)行設(shè)計(jì)，一般情況下，熔體分配器的設(shè)計(jì)不必與工作相關(guān)條件有關(guān)。因?yàn)橐陨纤龅挠嘘P(guān)成型區(qū)的計(jì)算，其最大長度值偏大，因此最好能選用一種合理的計(jì)算方法來進(jìn)行分配流道長度的設(shè)計(jì)。目前所采用的方法是在側(cè)進(jìn)料擠出機(jī)機(jī)頭的其中一端，進(jìn)行熔融物料的合流，從而得出所要求得的合理尺寸。錐形分配器不但壓力損失較低，而且更節(jié)省空間。與之前所述不同的是它的分配流道不是在圓柱體上而是在圓錐體上。因?yàn)樗哪Ｐ臼清F型的，因此，成形區(qū)的高度縫隙要設(shè)計(jì)成沿著物料的流動(dòng)方向漸漸變大的而不能是一成不變的，通過這種設(shè)計(jì)，進(jìn)而使剪切速率在縫隙中保持為一常量。已知當(dāng)量的剪切速率的公式[9]：（3-4）將v=2.5代入，所以可以求得h（y）和rmin分別是：=280mm=10mm和條件無關(guān)的工作時(shí)，設(shè)計(jì)分流道的半徑最大值為：（3-5）代入得R=230而對(duì)于成型區(qū)，長度最大值y0ξ=π：（3-6）所以y0=210mm綜上所述，最大半徑可以求得為：（3-7）所以r=67.5mm這個(gè)值在估算所需空間時(shí)很有必要?？梢愿鶕?jù)分配流道中為常量的剪切速率來求得分配器流道距離與半徑之間的函數(shù)關(guān)系：（3-8）有關(guān)成型區(qū)長度的變化，關(guān)系式如下：（3-9）代入數(shù)據(jù)得y（ξ）=452mm在熔體分配器中，平均滯留時(shí)間為：（3-10）將r=10，y=210代入得t=10s壓力在熔體分配器中的損失為：（3-11）將v=2.5，r=10代入，得Δp=28MPa圖3-11分配器橫截面Fig3-11Distributorcrosssection1、計(jì)算粘滯力在流道內(nèi)壁的大?。毫鞯纼?nèi)壁受到剪應(yīng)力τw，此處按照管流來進(jìn)行計(jì)算，查表得到：（3-12）由()得,對(duì)此，Δp≈0→FZI≈02、當(dāng)收到大小為pi內(nèi)壓時(shí)的張開可以求出張開量在內(nèi)壓作用下的大小fi，經(jīng)驗(yàn)公式為：（3-13）將Ra=10，R1=6，p=28代入得f1=12式中，μ是指泊松數(shù)，對(duì)于鋼來講，μ≈0.33（泊松比m=1/μ），最大應(yīng)力處在流道上，也就是在內(nèi)壁上，按照c周向r徑向的二向來計(jì)算應(yīng)力狀態(tài)，得出以下方程：（3-14）所以ε=4.5×10-4查閱文獻(xiàn)得[10]：（3-15）σrmin=-pi=28MPa進(jìn)行設(shè)計(jì)算時(shí)，最好使fi小于0.05mm。pi就可以直接帶入進(jìn)行計(jì)算，因?yàn)槠湟咽浅Ａ?。在其他情況下，相關(guān)的尺寸要按照壓力在入口處的最大值來進(jìn)行計(jì)算，以確保安全性。需要注意的是，如果能夠確認(rèn)正應(yīng)力是由擠出機(jī)機(jī)頭的尺寸微變形引起的，則可以忽略不計(jì)。若流道高度Hv相比與Riv較大，可以用以下公式計(jì)算（3-16）因?yàn)?，所以Fzva和Fzvi之間的關(guān)系為：（3-17）當(dāng)然，若環(huán)縫半徑比Hv小得多，則需要用如下公式進(jìn)行計(jì)算：（3-18）上式中，k=Ri/Ra,分別令r=Ra和Ri，分別可以求出τwv=6MPa和τwv18MPa，進(jìn)而可以求得Fzva和Fzvi需要注意，模芯還受到徑向的壓力，周向壓力、軸向壓力和徑向壓力共同作用。因?yàn)槿廴诘奈锪洗嬖趬毫Γ诹鞯纼?nèi)壁上以及反方向上都將產(chǎn)生壓力，在p2為常量的情況下，此壓力值可以通過流道表面突出部分受到的力進(jìn)行簡單的計(jì)算：對(duì)于面1：（3-19）對(duì)于這種情況，所計(jì)算部分的內(nèi)壓力降呈非線性還是線性一定要進(jìn)行考慮。若壓力的減小不是呈線性的，需要重新計(jì)算，直至數(shù)據(jù)合理為止?？梢酝ㄟ^近似值的方式求得，主要方法是將各個(gè)部分的壓力作用在流道壁的突出部分并將其視為常量。要求得總的壓力，只需求出各部分的壓力最后進(jìn)行相加即可。若壓力是呈線性變化的，那么可以直接求出總壓力。不妨設(shè)起點(diǎn)和終點(diǎn)的壓力分別為pE和pA，可以得出：（3-20）上式中，RE和RA分別代表起點(diǎn)處的半徑和終點(diǎn)處的半徑，代入得FP=30kN當(dāng)熔融的物料流徑機(jī)頭時(shí)，流道內(nèi)壁和模芯上同時(shí)有壓力Fp（沿著三個(gè)不同方向）以及粘滯力Fz，內(nèi)壓p的存在會(huì)使機(jī)頭內(nèi)部迅速張開。對(duì)于分配器的尺寸需要計(jì)算流道各部分的尺寸來得出最終的大小。已知擠出機(jī)機(jī)頭入口處壓力為40MPa,芯線的牽引速度為2.5——3m/min，將數(shù)據(jù)帶入以上的方程組，經(jīng)過合理計(jì)算，最終確定分配器的各個(gè)尺寸為：前端直徑為126mm，錐度為15度，第二部分直徑為170mm，進(jìn)料口寬度為50mm，后端內(nèi)徑為187mm?？傞L為452mm，主體長度為280.8mm，最外錐長度為192mm。圖3-12調(diào)整螺母Fig3-12Adjustingnut3.3.5校核進(jìn)行相關(guān)計(jì)算校核時(shí)，可以采用當(dāng)量應(yīng)力的方式進(jìn)行處理。當(dāng)量應(yīng)力的值一定不能大于材料的許用應(yīng)力，即σeq＜σp若分配器的相關(guān)區(qū)域同時(shí)受彎應(yīng)力和剪應(yīng)力時(shí)，用如下公式進(jìn)行相關(guān)計(jì)算：（3-21）關(guān)于彎曲應(yīng)力，有以下的方程，（3-22）剪應(yīng)力為，（3-23）若實(shí)際當(dāng)中，當(dāng)量應(yīng)力比材料的許用應(yīng)力還要大，則一定要通過重新進(jìn)行流道的設(shè)計(jì)計(jì)算或者改變相關(guān)零件尺寸的方式使壓力損失降低到合理范圍內(nèi)。在進(jìn)行尺寸設(shè)計(jì)時(shí)，還需要注意以下問題：在進(jìn)行螺栓受力分析計(jì)算時(shí)要考慮到不同的方向，擠出機(jī)機(jī)頭內(nèi)部的作用力最終要全部被螺栓所吸收。此外，擠出機(jī)機(jī)頭各個(gè)部分之間密封的表面要保持壓緊狀態(tài)，需要對(duì)其進(jìn)行預(yù)拉力實(shí)驗(yàn)以及表面壓力大小確定的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行處理。一般情況下是不存在機(jī)頭各個(gè)部分溫差較大的情況的，若出現(xiàn)這種情況，就一定要對(duì)擠出機(jī)機(jī)頭的相關(guān)部分進(jìn)行熱應(yīng)力的檢查。已知連接螺栓為受軸向載荷的螺栓組，已知流道內(nèi)最大壓力為40MPa，選用的螺栓的直徑為20mm，個(gè)數(shù)為8個(gè)，螺栓材料為Q215，每個(gè)螺栓受到均勻的載荷，大小為（3-24）螺栓所受到的總拉力的大小，就等于工作壓力與殘余預(yù)緊力的總和。即F2=F+F1已知螺栓的殘余預(yù)緊力大小為：（3-25）所以螺栓總拉力為F2=ΔF+F0（3-26）所以軸向載荷的拉伸強(qiáng)度條件是：（3-27）螺紋連接件所允許的許用拉應(yīng)力的計(jì)算公式為：=320/4=80MPa最終求得σca=52MPa＜80MPa，所以選用的螺栓符合要求?？偨Y(jié)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)通過查閱大量的資料，在了解擠出機(jī)的工作原理、機(jī)頭設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)上，對(duì)主要零部件的相關(guān)尺寸進(jìn)行計(jì)算，運(yùn)用三維軟件對(duì)主要零件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并運(yùn)用二維畫圖軟件進(jìn)行繪制。本文對(duì)機(jī)頭中的模芯和模套以及模芯座的尺寸進(jìn)行了詳細(xì)的計(jì)算，對(duì)分配器的尺寸進(jìn)行合理的選擇，對(duì)所選用的螺栓進(jìn)行了校核。計(jì)算設(shè)計(jì)后，用三維畫圖軟件對(duì)主要零件進(jìn)行造型，用二維畫圖軟件進(jìn)行了零件圖和裝配圖的繪制。通過三個(gè)月的努力，終于完成了XJ-150擠出機(jī)機(jī)頭的設(shè)計(jì)。從開始設(shè)計(jì)到最終完成，每個(gè)環(huán)節(jié)都讓我收獲頗豐。整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程不但