毕业论文双螺杆挤出机毕业设计说明书螺杆部分Word文档格式.docx
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Abstract II
第1章绪论 1
1.1双螺杆挤出机 1
1.1.1基本操作 1
1.1.2排气挤出机 2
1.1.3橡胶挤出 2
1.2多螺杆挤出机 3
1.2.1双螺杆挤出机 3
1.2.2多螺杆挤出机 3
1.3新型挤出机 4
1.3.1手提式挤出机 4
1.3.2磨盘式挤出机 5
1.3.3往复螺杆挤出机 5
1.4本文的主要内容 6
第2章挤出机总体方案的确定 7
2.1挤出机总体方案布局的基本要求 7
2.2螺杆类型的确定 7
2.2.1螺杆的工作性能指标评定 7
2.2.2螺杆的选用原则 8
2.2.3螺杆的分类 8
2.2.4螺杆方案的确 8
2.3机筒类型的确定 8
2.4本章小结 9
第3章挤出机机构设计 10
3.1聚苯乙烯的基本特征 10
3.2螺杆设计 10
3.3送料螺杆的设计 11
3.4机筒的设计 11
3.5料斗的设计 12
3.6挤出机电机的选择 14
3.7传动系统的设计 15
3.8本章小结 17
第4章支架的设计 18
4.1支架的结构类型 19
4.1.1按支架的形式分 20
4.1.2按支架的制造方法和材料分 21
4.2支架的结构选择 22
4.3支架的设计计算的准则和要求 25
4.3.1支架的设计准则 26
4.3.2支架设计的一般要求 27
4.4支架的形式及主要参数 29
4.5支架的强度校核 30
4.6支架的刚度校核 32
结论 33
参考文献 34
致谢 35
第1章绪论
1.1双螺杆挤出机
螺杆挤出机分为单螺杆挤出机、双螺杆挤出机和多螺杆挤出。
双螺杆挤出机是聚合物工业中最重要的一类挤出机。
其主要优点为成本较低、设计简单、坚固而可靠、以及满意的性能成本比。
常规塑化挤出机的螺杆具有3个不同的几何段,见图1:
图1双螺杆示意图
现代塑料挤出工业螺杆长径比较早期螺杆大,国内应用较多的长径比一般范围是20~25,多采用25,最长可达40乃至更高。
螺杆长径比的增加有如下好处:
(1)螺杆加压充分,能提高塑料制品的物理机械性能。
(2)提高塑化质量,制品外观质量好。
(3)有利于类似于PVC粉料挤管的成型。
(4)螺杆特性曲线斜率小,挤出量稳定,挤出量可以提高20%~40%。
但螺杆长径比与很多因素有关,因此可以根据加工条件和实际需要再由试验确定,还可以由统计类比的方法来确定。
1.1.1基本操作
双螺杆挤出机的操作相当简单。
物料从加料斗进入。
通常物料靠重力由加料斗流入
挤出机机筒。
有些物料在干燥状态不易流动,必须采用特殊措施防止物料在进料斗中挂料。
物料一旦落入挤出机机简,即处于挤出机螺杆和机筒之间的环状空间内,并进而为螺棱的主动螺腹和被动蝶腹螺槽所包围。
机简静止而蝉杆旋转。
因此,摩擦力都作用于物料以及机筒和螺杆表面。
至少物枓处于固体状态(低于熔点),这些摩擦力负责向前输送物料。
物料向前运动时,即因摩擦产生的热和机筒加热器传导的热而被加热。
当物料温度超过其熔点,则在机筒内表面形成熔膜,塑化段即由此开始。
必须指出,塑化段起点通常不是压缩段起始点。
各功能段的分界线取决于聚合物性能、挤出机几何形状以及操作条件。
因而,分界线可因操作条件改变而改变。
然而,螺杆的几何段由设计确定,不因操作条件的变化而变化。
当物料向前运动时,在各个位置的固态物料量将因熔融而减少。
当全部固态聚合物消失时则达到塑化段末端,而熔体输送段开始。
在固体输送段中,将熔体均匀的输送给模头。
当聚合物流进模头时,即呈现模头流道的形状,因而,当高聚物离开模头时,其形状或多或少的符合模头流道最后部分的断面形状。
由于模头产生流动阻力,所以需要压
力迫使物料通过模头。
这种压力通常称之为模头压力。
模头压力因模头形状(特别是流道)、高聚物熔体温度、通过模头的流率、以及高聚物熔体的流变特性所决定。
模头压力由模
头产生而不由挤出机产生。
挤出机只是产生足够的压力,以迫使物料通过模头。
如聚台物、挤出量、模头、模头温度均相同,则无论挤出机是齿轮泵双螺杆挤出机,还是双螺挤出机等都不会造成差异,机头力相同。
1.1.2排气挤出机
排气挤出机在设计和功能上与非排气挤出机有很大区别。
排气挤出机在其机筒上有一个或多个开口(排气口),挥发物可由此逸出。
因而.排气挤出机能连续从聚合物中连续排除挥发物。
这种排气增加了一种非排气挤出机所没有的功能。
除排出挥发物外,还可利用排气口向聚合物添加某些组分,渚如添加剂、填充剂、反应组分等等。
这显然增加了排气挤出机的多功能性,并且还有额外的好处,即只要堵塞排气口并在可能情况下变换螺杆几何形状,排气挤出机即可作为常规非排气挤出机。
螺杆的设计对排气挤出机的正确运,非常关键。
困扰排气挤出机的主要问题之一是排气口溢料。
在这种情况下,不仅挥发物通过排气口释放,而且也流出一定量的聚合物。
因而,挤出机螺杆必须设计成使排气口(排气段)下面的聚台物中不呈正压,这就导致开
发二级挤出螺杆,尤其是为排气挤出机所设计的二级挤出螺杆。
二级挤出螺杆有被释压/排气段所分隔的两个压缩段。
这由各类似于沿一根轴串联相接的两根单级挤出螺杆。
1.1.3橡胶挤出机
用于弹性体加工的挤出机的历史比任何其它类型的挤出机都长。
用于橡胶挤出的工业机器早在19世纪下半叶即已间世。
一些早期的挤出机制造商有美国John Royle和英国Frsncis Shaw。
德国主要橡胶挤出机制造商之一是Paul Trostel事实上, Paul
Trostel仍为主要的挤出机制造商。
尽管橡胶挤出机问世已超过一个世纪,但有关橡胶挤出文献的缺乏今人吃惊;
某些橡胶手册讨论了橡胶挤出,但在多数情况下,资料非常贫乏而且实用性有限。
最早的橡胶挤出机是为热喂料挤出制造的。
这些挤出机用来辊炼机或其它混炼装置的热料喂料。
1950年左右,开发了冷喂料挤出。
冷喂料挤出被认为有以下优点:
设备投资小;
料愠控制较好;
劳功成本降低;
能处理更广泛品种的配混胶料。
1.2多螺杆挤出机
1.2.1双螺杆挤出机
双螺杆挤出机又包括平行双螺杆挤出机和锥形双螺杆挤出机。
平行双螺杆挤出机有同向和异向之分。
近几年,随着国内电子电器、通讯、汽车等领域的飞速发展,材料改性与配混技术市场需求大增。
同向双螺杆配混挤出机作为市场最大的受惠者,一度几乎成为双螺杆的代名词。
从最初的高技术含量设备发展至今,已成为大众化的设备之一。
尽管各个厂家仍然存在技术含量与实力的差别,不能否认的是双螺杆挤出机在中国的发展已相当成熟,尤其是在中小型机市场。
相较而言,异向平行双螺杆挤出机国内开发较少,而成型所用设备更多的为锥形双螺杆挤出机。
锥形双螺杆挤出机广泛应用于异型材成型,在建筑门窗加工领域应用获得成功。
由于双螺杆挤出机的产量高,混合性能优于常规双螺杆挤出机,普遍采用积木式结构易于根据不同材料进行调整,因此成为挤出加工市场的主导力量。
双螺杆挤出机是一种具有两根阿基米德螺杆的机器,很明显,这是非常一般的定义。
然而,一旦定义更明确,就将其限于双螺杆挤出机的特定分类之中。
由于设计、操作原理以及应用领域方面的巨大差异,双螺杆挤出机种类繁多。
所以,难于对双螺杆挤出机作出全面的评述。
各种双螺杆挤出机之间的差异颇大于双螺杆挤出机之间的差异。
这是可想而知的,因为双螺杆结构大量增加了设计变量的数目,诸如旋转方向、啮合程度等
等。
双螺杆挤出机的分类主要基于双螺杆挤出机的几何构型。
有些双螺杆挤出机的功能与双螺杆挤出机非常相同。
其它双螺杆挤出机操作完全不同于双螺杆挤出机。
并且用于非常不同的应用领域。
1.2.2多螺杆挤出机
这种类型的挤出机配备两根以上的螺杆。
较熟知的一例是行星辊式挤出机。
这种挤出机看起来类似双螺杆挤出机,实际上,进料段与标准双螺杆挤出机的相同。
然而,挤出机的混合段则大小不相同。
在挤出机的行星辊段中,六个或更多的均匀分布的行星螺杆环绕主螺杆的周围旋转。
在行星螺杆段中,主螺杆又称太阳螺杆.行星螺杆与太阳螺杆和机筒啮合。
因此,行星机筒段上必须行星螺杆上的螺棱相对应螺槽。
行星机筒段通常是用法兰与进料料筒段相连接的分离料筒段。
在挤出机的开始部分,于行星螺杆之前,物料像在普通双螺杆挤出机中一样向前运动。
当物料达到行星段时,要在此处充分塑化,物料处于由行星螺杆、太阳螺杆和机筒之间的辊压作用产生的强烈混合中。
相对于机筒长度而言,机筒、太阳螺杆和行星螺杆的螺旋形
设计表面积大。
导致有效的排气、热交换和温度控制。
因而能加工热敏性配混料而降解最少。
正因为如此,行星式齿轮挤出机常常用于硬质和增塑PVC配料的挤出或配混。
行星辊段也用作普通挤出机的附加装置以改善混合性能。
另一种多螺杆挤出机是四螺杆挤出机,如图2。
这种挤出机主要用于排除溶剂,从40%溶剂至低达0.3%。
急骤排气发生在附加于机筒上的圆拱形排气室,然后,由急骤排气产生的多泡物料被四根螺杆输出。
多数情况下,装备有后续排气段以便进一步降低溶剂含量。
图2四螺杆挤出机
1.3新型挤出机
随着近年来市场发展的需要,国内外不同厂家纷纷推出各种特殊结构的双螺杆挤出机,以适应特殊的市场需要。
以下特别介绍几种特殊挤出机在国内的研发进展。
1.3.1手提式挤出机
北京化工大学成功开发一种超高速微型手提式双螺杆挤出机。
该机器螺杆直径仅12mm,机器总重量不到2.5kg;
螺杆工作转速800~1200rpm,可实现连续或间歇工作。
此外由于所加工物料具有高壁面滑移性以及极易架桥的特点,配有专门设计的强制加料装置;
由于挤出机为手提式操作,设计了特殊的多路排气装置,以充分保证气体的排出。
此外,该机器还具有深槽大螺距、两种驱动方式可选(电动、气动)、整机易于清理、保养、维修等特点。
该机器最初为加工一种特殊的低密度低粘度物料设计,并可用于各种低粘度物料的挤出加工,如热熔胶、低分子量树脂、各种石蜡、燃料、颜料、化妆品等的加工成型。
超微型挤出机的研究开发,存在许多一般设备设计加工过程中难以想像的困难,据介绍,该设备开发的关键在于微型挤出机的加料、排气、实现低温挤出输送等问题的解决。
1.3.2磨盘挤出机
国内多个厂家已完成磨盘挤出机的开发,实现磨盘挤出机的商业化生产。
高填充物
料使用普通双螺杆或双螺杆挤出机加工存在较大的难度。
双螺杆挤出机用于玻纤增强配混时,若玻纤含量超过45%,加工就会变得相当困难。
在加工磁性材料时,通常磁粉的添加量高达60%~70%,有时甚至达到90%以上。
用普通挤出机进行磁性材料的加工与造粒几乎是不可能的。
国内一些厂家和科研院所,根据国内磁性材料以及其他高填充物料的需要,悉心研发出独立设计的磨盘挤出机。
典型例子如北京凤记和北京化工大学。
磨盘挤出机可以通过调整磨盘组合以适应不同高填充材料,如玻纤增强、磁性塑料、导电材料、新型陶瓷等物料的挤出加工。
为了适应高填充物料的挤出加工需要,北京化工大学也在进行磨盘挤出机直接挤出成型的试验研究,并应用于多种复合材料的挤出成型加工试验获得成功。
1.3.3往复螺杆挤出机
往复螺杆挤出机在前几年的国内市场红火一时,也成为不同厂家显示技术实力的一个标志型产品。
尤其是各双螺杆挤出机厂家纷纷推出往复螺杆挤出机。
由于双螺杆市场异常火爆,往复螺杆挤出机市场相对平淡,各挤出厂家还是以双螺杆挤出机为主推产品。
近日,宝应金鑫特种塑料机械厂与北京化工大学合作研发出多种规格的往复移动双螺杆挤出机,初步实现了往复移动挤出机的系列化。
据悉,宝应金鑫此次推出的系列化产品共包括四种规格,45、78、110和140,其中45和78两种规格已经研发成功,即将推出
110和140两种机型。
往复移动式双螺杆挤出机最大的特点是实现不同物料的高填充加工。
用于玻纤增强物料加工时,玻纤的添加量可以达到50%以上,特别适于高填充物料的加工,具有非常广阔的市场前景。
由于其独特的往复式结构,不能很好的满足建压的要求,因而一般不适合用于制品的直接挤出成型。
通常用于成型加工时,还需要配备专用的成型挤出机。
以上介绍的几种双螺杆挤出机,可以说是当前中国市场具有一定代表性的产品。
不过,尽管中国挤出机市场发展迅猛,也有不少新的机型推出,我们不能忽视中国挤出机技术与国外发达国家相比还有较大差距。
比如在超大型和微型设备领域就还落後于国际先进水平。
国内企业唯有加紧努力,才能在激烈的市场竞争中赢得机会,真正从塑机大国发展为塑机强国。
近年来,双螺杆挤出机市场异常火爆,相对而言,双螺杆一直处于悄寂状态。
但是,双螺杆挤出机作为一种基本的塑胶加工设备,结构简单,成本较低,而且具有更大的设计灵活性。
各种不同的特种双螺杆挤出机重受关注。
双螺杆挤出机因其结构简单,价廉物美,生产效率高的特点,一直是塑胶管材、板
材、片材、异型材等成型加工最重要的设备。
随着技术的不断进步以及人们对螺杆认识的提高,多种不同的挤出机结构形式陆续面世。
特种双螺杆挤出加工技术又有替代多螺杆技术的趋势。
1.4本文的主要内容
随着挤出机应用领域的不断拓展和技术上的不断进步,挤出机市场仍然保持一定的上升势头,但国产挤出机价格大幅下跌已成现实。
部分厂家粗制滥造和恶性价格战已经影响到国内塑机的整体形象和市场竞争力,也阻碍了塑料加工业的发展。
专家认为,挤出机主机和生产线今後的市场将向高技术含量、价格更趋走低的方向发展。
从成型设备来看,国产主机基本上以双螺杆挤出机为主,技术较成熟,市场销量最大。
国内主机市场今後的重点应在于发展平行异向双螺杆挤出机,以适应大挤出量的成型需要。
平行同向双螺杆挤出机要向第六代、第七代高速、大长径比方向发展。
双螺杆挤出机则是向着超大型、超微型、大长径比、高产出、良好的排气性等方向发展,而适应特殊加工需要的螺杆机筒结构,则成为大家争相研发的重点。
实际上,双螺杆挤出机是一种低能耗、低成本的机型,只要技术得当,结构设计合理,同样可以达到双螺杆挤出机的效能。
第2章挤出机总体方案的确定
2.1挤出机总体布局的基本要求
(1)挤出机布局首先必须满足用户提出的各种要求。
如挤出机的加工范围、工作精度、生产率、和经济性等等。
(2)在经济、合理的条件下,尽量采用较短的传动链,以简化机构,提高传动精度和传动效率。
(3)确保挤出机具有与所要求的加工精度相适应的刚度、抗震性、热变形及噪声水平。
(4)挤出机必须满足参数标准和系列型谱中关于挤出机布局方面的规定。
同时,还应最大限度地考虑挤出机的系列化和部件的通用话程度。
(5)对于生产率和自动化程度较高的挤出机,应力求便于自动上下料及纳入自动线。
(6)应便于观察加工过程;
便于操作、调整和维修机床,便于输送、装卸;
注意
挤出机的防护,确保安全生产。
2.2螺杆类型的确定
螺杆是挤压系统中的主要零件。
它的各部分几何形状的变化,直接影响螺杆的工作性能效果。
对塑料制品得产量和质量,都有非常重大的影响。
2.2.1螺杆的工作性能指标评定
(1)塑化质量 按专业标准规定制造的挤出机,挤塑生产得塑料制品也应是符合质量标准。
螺杆是挤塑生产影响产品质量的关键零件,物料得混合质量、塑化的是否均匀、物料得径向温差是否较小、压力要均衡、能量消耗要比较低、生产率的提高,这些都受螺杆工作质量得影响。
(2)比流量 这个比值大,说明这根螺杆的塑化能力强,比流量得单位为(kg/h)
/(r/min)
(3)比功率 这个值小,说明生产同样质量的塑料制品,能量消耗少,比功率得单位为kw/(kg/h)
(4)通用性 指螺杆能否适应挤塑不同的塑料,能在不同塑料制品机头阻力下工作。
(5)经济性 制造机械加工比较容易,工作寿命比较长。
2.2.2螺杆的选用原则
(1)按塑料的制品种类选择 塑料的种类很多,有结晶型和非结晶型,它们在被挤塑生产制品时,对温度条件要求及本身得粘度、稳定性和流动性能都有差别。
所以,生产不同种类塑料制品时,应该选择不同类型螺杆。
(2)机头模具的阻力对螺杆结构尺寸的影响 螺杆螺纹的均化段得的螺槽深浅与机头阻力大小要匹配选取,机头阻力大,这段螺纹槽要浅些;
反之,当阻力小时,螺槽就应深些。
对于排气式挤出机,要求第二阶段的均化段螺槽深度要比第一阶螺杆的均化段螺纹槽要深些,否则排气口处易溢料
(3)按挤出机的用途选择 不同用途的挤出机,根据工作性质和挤塑塑料品种来选配螺杆。
如果只用于一种塑料制品得选择,可按该塑料产品得要求,订购专用螺杆挤出机。
如果挤出机要挤塑不同材料的多种制品,就应选择螺杆具有较大得通用性。
2.2.3螺杆的分类
按照螺杆得结构和螺杆螺纹部分的几何形状,可分为普通螺杆、新型螺杆和排气螺杆。
(1)普通型螺杆 普通螺杆挤出机是现在广泛使用的挤出机,能挤塑粉料和粒料。
这种螺杆螺纹部分可分为加料段、塑化段和均化段。
普通螺杆与新型螺杆比较有许多不足之处,有逐渐被新型螺杆取代得趋势。
(2)新型螺杆 与普通螺杆比较,就是在螺杆的不同部位上设计了非螺纹元件,以改进塑料得混合、熔融塑化质量和缩短挤塑生产时间。
(3)排气螺杆 在挤塑物料得过程中,为能够排除物料中的空气、挥发物气体和水蒸气,而专门设计的螺杆。
2.2.4螺杆方案的确定
介于本设计的加工的是溶体材料为聚苯乙烯(PS)。
PS为乙烯的聚合物,在生产中无特殊的要求,因此选用普通螺杆,材料为
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