原版-小型塑料擠出機設計【優(yōu)秀含8張CAD圖紙+機械設備全套課程畢業(yè)設計】,優(yōu)秀含8張CAD圖紙+機械設備全套課程畢業(yè)設計,原版,小型,塑料,擠出機,設計,優(yōu)秀,優(yōu)良,cad,圖紙,機械設備,全套,課程,畢業(yè)設計 附表2： 長城學院本科畢業(yè)設計（論文）中期檢查表 系：工程技術系 專業(yè)：機械設計制造及其自動化 檢查日期：2015年4月1日 學生姓名 賈朋渤 論文題目 小型塑料擠出機 任務書 已完成（√），進行中（ ） 參考文獻 20篇：其中外文文獻5篇 外文翻譯 已完成（√ ），進行中（ ）；完成字數(shù)約： 1400字（翻譯成的漢字字數(shù)） 開題報告 已完成（√），進行中（ ）；完成字數(shù)約：500 字 正文 已完成（ ），進行中（√）；完成比比例：70% 已完成的 任務 查閱、收集資料，熟悉有關的資料，學習相關的知識，并征求教師的意見； 開題報告、外文翻譯、任務書、文獻綜述等已經(jīng)完成就緒； 在單螺桿塑料擠出機加料系統(tǒng)方面的設計，選材，校核基本完成； 單螺桿擠出機件的擠壓系統(tǒng)的分析設計，連接方式基本確定。 待完成的 任務 整理資料，編寫設計說明書。 接下來，我的工作主要方面在于各張零件圖還認真須要修改；總裝配圖還要認真完善；設計說明書格式還要認真修改。還有對我的畢業(yè)設計進行潤色，規(guī)范字體，修飾文字等收尾工作將要進行。 存在的 問題 在單螺桿塑料擠出機傳動系統(tǒng)的設計方面，傳動系統(tǒng)中最重要最復雜的齒輪零件的設計和校核。 采取的 辦法 根據(jù)設計要求，進行了深入的數(shù)據(jù)分析計算，根據(jù)載荷的強度要求對其進行強度校核，并且從理論上對該部分零件的性能進行分析；基本完成了零件的設計與校核。 指導教師 意見 指導教師簽名： 注：按表中的要求填寫，選項打鉤（√）； 中國地質大學長城學院畢業(yè)設計任務書 學生姓名 賈朋渤 學號 05211628 班 級 機制六 班 指導教師 于建波 職稱 高級工程師 單 位 長城學院 畢業(yè)設計題目 小型塑料擠出機設計 畢業(yè)設計主要內容和要求： (1)根據(jù)選題，本論文的設計參數(shù)：選用國產(chǎn)擠出機型號為SJ-45作為研究對象，其主要技術參數(shù)：螺桿直徑D=45mm，螺桿的長L/D=25,螺桿轉速為50，主電動機功率為7.5kw，加熱功率2kw。加熱段為3，機器中心高度為1000mm，溶體材料為聚苯乙烯。 (2)擠出機總體結構理論闡述及總體方案的確定 通過收集擠出機及機械行業(yè)的相關資料，對傳動裝置、機筒、加熱裝置、等部件進行討論并設計計算。 (3)完成零件圖和總裝圖 根據(jù)計算所得理論尺寸運用AutoCAD軟件完成部件和裝配圖 畢業(yè)設計主要參考資料： [1]濮良貴，紀名剛主編.機械設計.第8版.北京:高等教育出版社. 2006.5 [2]郭克希，王建國.機械制圖.第7版.北京:機械工業(yè)出版社,2006.8. [3]左健民.液壓與氣壓傳動.第4版.北京:機械工業(yè)出版社,2007.5. [4]王伯平主編.互換性與測量技術基礎.第2版.北京:機械工業(yè)出版社,2008.12. [5]劉鴻文主編.材料力學.第4版.北京:高等教育出版社,2004. [6] 孫恒，陳作模，葛文杰主編．機械原理．第7版．北京：高等教育出版社，2006.5 [7] 王先逵主編．機械制造工藝學．第2版．北京：機械工業(yè)出版社，2006.1 [8]熊詩波，黃長藝主編．機械工程測試技術基礎．第3版．北京：機械工業(yè)出版社，2006.5 畢業(yè)設計應完成的主要工作： ⒈分析各構件最優(yōu)選擇方案 ⒉進行單螺桿擠出機件主要構件的設計及其校核 ⒊繪制零件圖、裝配圖 ⒋撰寫設計說明書，不少于6000字 畢業(yè)設計進度安排： 序號 畢業(yè)設計（論文）各階段內容 時間安排 備注 1 選定畢業(yè)設計題目，查閱并收集整理相關資料 2014.11到2014.12 完成 2 調查研究提綱，分析處理數(shù)據(jù)，并撰寫畢業(yè)設計開題報告 2014.12 完成 3 結合畢業(yè)設計課題進行外文資料閱讀，并翻譯外文資料，并撰寫文獻綜述 2015.1到2015.2 完成 4 構思并豐富論文內容，完成論文初稿的撰寫， 2015.3到2015.4 進行中 5 論文修改潤色，完成論文終稿 2015.4到2015.5 進行中 6 評審并進行答辯 2015.5 未完成 課題信息： 課題性質： 設計√ 論文□ 課題來源： 教學□ 科研□ 生產(chǎn)√ 其它□ 發(fā)出任務書日期： 指導教師簽名： 年 月 日 教研室意見： 教研室主任簽名： 年 月 日 學生簽名： 中國地質大學長城學院 本科畢業(yè)設計外文資料翻譯 系 別： 工程技術系 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 姓 名： 賈朋渤 學 號： 05211628 2015 年 4 月 1 日 外文資料翻譯譯文 近年來，隨著塑料工業(yè)的飛速發(fā)展和通用與工程塑料在強度和精度等方面的不斷提高，塑料制品的應用范圍也在不斷擴大，如：家用電器、儀器儀表，建筑器材，汽車工業(yè)、日用五金等眾多領域，塑料制品所占的比例正迅猛增加。一個設計合理的塑料件往往能代替多個傳統(tǒng)金屬件。工業(yè)產(chǎn)品和日用產(chǎn)品塑料化的趨勢不斷上升塑料工業(yè)的機械和裝備的水平對該工業(yè)的發(fā)展起著關鍵作用。比起傳統(tǒng)的塑料擠出機，單螺桿塑料擠出機有他積極的優(yōu)勢，通常他能加工出高分子量、高粘度熱塑性好的塑料。其中有高生產(chǎn)率低熔點、高熔體強壓力的塑料有利于化學降解，產(chǎn)品質量高，因此是最佳的塑料生產(chǎn)這使得單螺桿塑料擠出機生產(chǎn)經(jīng)濟，特別適用于穩(wěn)定的擠壓。 所謂注塑成型（Injection Molding）是指，受熱融化的材料由高壓射入模腔，經(jīng)冷卻固化后，得到成形品的方法。該方法適用于形狀復雜部件的批量生產(chǎn)，是重要的加工方法之一。 注射裝置是使樹脂材料受熱融化后射入模具內的裝置。從料頭把樹脂擠入料筒中，通過螺桿的轉動將熔體輸送至機筒的前端。在那個過程中，在加熱器的作用下加熱使機筒內的樹脂材料受熱，在螺桿的剪切應力作用下使樹脂成為熔融狀態(tài)，將相當于成型品及主流道，分流道的熔融樹脂滯留于機筒的前端（稱之為計量），螺桿的不斷向前將材料射入模腔。當熔融樹脂在模具內流動時，須控制螺桿的移動速度（射出速度），并在樹脂充滿模腔后用壓力（保壓力）進行控制。當螺桿位置，注射壓力達到一定值時我們可以將速度控制切換成壓力控制。 螺桿的回轉航程和固定筒壁的相互作用是擠出機的泵出過程中必要的參數(shù)。為了運輸塑料材料，其摩擦在螺桿的表面要低，但在固定的筒壁要高。如果達不到這個基本標準，塑料可能會隨著螺桿旋轉，而不是在軸向/輸出方向上移動。在輸出區(qū)域，螺桿和機筒的表面通常都覆蓋著的溶解物以及來自溶解物和螺桿通道之間的外力，而其除了 處理有極高粘性的材料時都是無效的，如硬質 PVC 材料和有超高分子量的聚乙烯。溶解物流在輸出部分是 受內摩擦系數(shù)（粘度）影響，尤其是當模具提供了一個高阻力的熔體流時。 常見且更多使用的單螺桿型使用的是傳統(tǒng)設計，即機筒和螺桿保持基本一致的直徑，包括具有例如減小螺 桿通道體積，有連續(xù)可變速度、壓力控制，和通風（揮發(fā)）系統(tǒng)的擠出機。一些特殊的設計使用了圓錐或 拋物線外形的螺桿，用以達到特殊的混合和捏合效果。它們可以包含偏心的核心，根據(jù)不同坡度變化的動 程，揉捏轉子，適應性的核心環(huán)，和間歇的軸向運動。桶內可能有螺紋，可伸縮的螺桿形狀以及進料設備。 一個成功的擠出操作需要密切注意很多細節(jié)，如（1）進給材料的質量和在適當溫度下的物質流，（2）足以 融化、但不會分解聚合物的溫度曲線，以及（3）不會分解塑料的啟動和關機。 應采取措施，防止促進塑料表面上水分的膠合和濕氣的吸收凝結，如顏料濃縮物中的色素。料斗干燥機已被 證明在干燥塑料中非常有用。它們還可以在操作中提高擠出機受加熱和熔解能力限制的輸出的能力。圖 顯示了與加熱輸入擠出機所需的熔化塑料，有或沒有料斗干燥機作為預熱器時相關的不同。擠出機使塑料 熔體均勻熔化，并使之通過與產(chǎn)品的橫截面形狀關聯(lián)的模具口。所形成的 TP 的熔體（擠出的）是冷了卻的，或是加熱的TS熔體，因為它是向下放置的進而得以遠離模具出口或是通過下游設備拔出。 注射成型是塑料加工中最普遍采用的方法。該方法適用于全部熱塑性塑料和部分熱固性塑料，制得的塑料制品數(shù)量之大是其它成型方法望塵莫及的，作為注射成型加工的主要工具之一的注塑模具，在質量精度、制造周期以及注射成型過程中的生產(chǎn)效率等方面水平高低，直接影響產(chǎn)品的質量、產(chǎn)量、成本及產(chǎn)品的更新，同時也決定著企業(yè)在市場競爭中的反應能力和速度。 外文原文 In recent years, with the rapid development of plastics industry and general and engineering plastics in the intensity and precision, continuous improvement, the application of plastic products is also expanding, such as: household electrical appliances, instruments, construction equipment and automobile industry, Japan with hardware and many other fields, the proportion of plastic products is rapidly increasing. A well-designed plastic parts can often replace the more traditional metal parts. Household products plastic industrial products and the rising trend. The level of working equipment plays a pivotal role in the development of the plastic industry.The processing of very high-molecular-weight and high-viscosity thermoplastics in single-screw extruders today is usually done only in extruders with a positive-advantages over conventional extrusion. Among these are high output at low melting temperatures and high melt pressures; reduced shear of the plastics, which makes this system energy-saving and very economical; gentle plastic of the plastics; on thermal or chemical degradation, hence optimum product quality; and particularly stable extrusion so that output, pressure and melting temperature surges are prevented. Called Injection Molding (Injection Molding) refers to the heat melting the material by the high-pressure injection mold cavity, cooled after curing, are molded method. This method is suitable for mass production of complex shaped parts, is an important processing methods. Injection device is heated to melt the resin material after the injection mold device. From the resin material to squeeze into the first barrel, by turning the screw will melt delivered to the front barrel. In that process, the role of the heater heating the resin material to machine cylinder to heat, shear stress in the screw under the action of a molten resin, forming the equivalent of goods and main channel, shunt molten resin stuck in the front barrel (called measure), the constant screw the material injected into the cavity. When the molten resin flows in the mold, to control the screw speed (injection speed), and in the resin after cavity filled with a pressure (holding pressure) control. When the screw location, injection pressure reaches a certain value, we can speed control switch pressure control. The essential parameter in the extruder’s pumping process is the interaction between the rotating fights of the screw and the stationary barrel wall. For the plastic material to be conveyed, its friction must be low at the screw surface but high at the barrel wall. If this basic criterion is not met, the plastic will probably rotate with the screw and not move in the axial/output direction. In the output zone, both screw and barrel surfaces are usually covered with the melt, and external forces between the melt and the screw channel walls have no effect except when processing extremely high viscosity materials such as rigid PVC and ultrahigh molecular weight PE. The flow of the melt in the output section is affected by the coefficient of internal friction (viscosity), particularly when the die offers a high resistance to the flow of the melt. The usual and more popular single screw types use conventional designs with basically uniform diameters of the screw and barrel. Examples include extruders that have decreasing screw channel volume, continuous variable speed, pressure control, and a venting (devolatilization) system. Special designs use conical or parabolic screws for special mixing and kneading effects. They can include eccentric cores, variable pitch superimposed flights of different pitch, kneading rotors, fitted core rings, and periodic axial movement. Barrels may have internal threads,telescopic screw shapes, and feeding devices. A successful extrusion operation requires close attention to many details, such as (1) the quality and flow of feed material at the proper temperature, (2) a temperature profile adequate to melt but not degrade the polymer, and (3) a startup and shutdown that will not degrade the plastic. Care should be used to prevent conditions that promote surface condensation of moisture on the plastic and moisture absorption such as by the pigments in the color concentrates. Hopper dryers have proven very useful in drying plastics. They can also enhance extruder capacity in operations where the output is limited by the heating and melting capacity of the extruder. The relative difference in heat input required from the extruder to melt the plastic, with and without the hopper dryer used as a preheater. The extruders form a homogeneous plastic melt and force it through a die orifice that is related to the shape of the product’s cross section. The formed TP melt (extrudate) is cooled or the TS melt heated as it is being dropped downward away from the die exit or drawn through downstream equipment. Plastic injection molding is the most commonly used method. This method is suitable for all thermoplastic and thermoset parts, obtained large quantities of plastic products is unmatched in other molding methods, injection molding process as one of the main injection mold, precision in quality, manufacturing cycle and injection molding process in terms of the level of production efficiency, directly affect the product quality, yield, cost and product updates, but also determines the competition in the market responsiveness and speed. 中國地質大學長城學院 2015 屆畢業(yè)論文 設計 中 國 地 質 大 學 長 城 學 院 本 科 畢 業(yè) 設 計 題目 小型塑料擠出機設計 系 別 工程技術系 專 業(yè)機 械 設 計 制 造 及 其 自 動 化 學 生 姓 名 賈 朋 渤 學 號 05211628 指 導 教 師 于 建 波 職 稱 高級工程師 2015 年 4 月 25 日 中國地質大學長城學院 2015 屆畢業(yè)論文 設計 小型塑料擠出機設計 摘 要 隨著塑料擠出成型工藝的廣泛應用和發(fā)展 單螺桿擠出機由于其操作容易 成本低 應用性廣等特點而成為塑料制品的主要成型設備之一 通過對國內外文獻的閱讀總結 對單螺桿擠出機加料段是否加置襯套 以及襯套上開設槽紋的形狀進行分析 根據(jù)普通 單螺桿擠出機和加料段機筒開直槽單螺桿擠出機 IKV 單螺桿擠出機 固體輸送段物料 輸送存在的問題 研制了一種加料段機筒配置螺旋溝槽襯套的新型單螺桿擠出機 通過 對襯套的設計 解決了襯套開設直槽存在溫度高 剪切應力大 摩損嚴重等問題 優(yōu)化 了擠出機的性能 提高了生產(chǎn)效率 關鍵詞 單螺桿擠出機 機筒 設計 中國地質大學長城學院 2015 屆畢業(yè)論文 設計 ABSTRACT With the extensive application and development of plastic extrusion molding process Due to the single screw extruder its easy operation low cost and wide applicability to become one of the main characteristics of the plastics molding equipment Through reading literature summary Single screw extruder feed zone is plus home bushings and the shape of the opening groove bushing analyzed Analysis the conveying problems existing in the solid conveying zone of the conventional single screw extruders and the single screw extruders that use the IKV system a kind of single extruder whose feed section was comprising of a feed bushing that has several helical grooves in its inner surface was designed Its conveying theory was also studied It can realize positive conveying in the solid conveying zone Besides it can also solve the bush opened straight groove presence of high temperature shear stress wear and other serious problems optimize the performance of the extruder improve production efficiency Key words Single Screw Extrude Barrel Design 中國地質大學長城學院 2015 屆畢業(yè)論文 設計 目 錄 1 緒論 1 1 1 課題背景 1 1 1 1 普通 單螺桿擠出機 1 1 1 2 加料段機筒開軸向溝槽的單螺桿擠出機 1 1 2 研究目標及內容 4 2 主要機構及零部件的方案對比 選擇 4 2 1 單螺桿擠出機的結構 5 2 1 1 單螺桿擠出機組成 5 2 2 傳動方案的設計和選擇 5 2 2 1 擠出機驅動功率的確定 5 2 2 2 擠出機的轉速要求及調速范圍 5 2 2 3 擠出機的傳動系統(tǒng)的組成 6 2 3 螺桿的結構及材料 7 2 3 1 螺桿的材料的選擇 7 2 3 2 螺桿結構形式 8 2 3 3 螺桿的表面處理 8 2 4 機筒的結構及材料 8 2 4 1 機筒材料的選擇 8 2 4 2 機筒的表面處理 8 2 4 3 機筒的結構形式 8 2 4 4 機筒與機頭的連接形式 9 2 5 加熱冷卻方案的對比和選擇 9 2 5 1 加 熱功率的確定 10 2 5 2 擠出機的加熱方法 10 2 5 3 擠出機的冷卻裝置 11 2 6 機筒與支架間的連接 12 2 7 擠出機加料系統(tǒng)的設計 12 3 重要結構的設計及校核 13 3 1 傳動系統(tǒng)的設計及校核 13 3 1 1 皮帶傳動設計 13 3 1 2 V 帶輪的結構尺寸 15 3 2 加料套的設計 18 3 2 1 擠出機加料套的設計 18 3 3 螺桿的設計及校核 20 3 3 1 螺桿的設計 20 3 3 2 螺桿的強度計算及校核 23 3 4 機筒的設計及強度校核 25 3 4 1 機筒壁厚的選擇 25 3 4 2 機筒的強度校核 26 中國地質大學長城學院 2015 屆畢業(yè)論文 設計 3 5 螺桿尾部平鍵的強度計算 26 結 論 27 參考文獻 28 致 謝 29 中國地質大學長城學院 2015 屆畢業(yè)論文 設計 1 1 緒論 1 1 課題背景 擠出成型具有以下特點 結構簡單 加工制造及維護成本低 操作方便 生產(chǎn)效率 高 擠出過程連續(xù) 見效快 具有很高的性能價格比 大部分熱塑性材料都可以用擠出 成型方法生產(chǎn)加工 螺桿擠出機是高分子材料加工最常見的裝備之一 到目前為止 單螺 桿擠出機已有將近 90 年的研究歷史 過去想要實現(xiàn)產(chǎn)量增加 制品的質量優(yōu)化 一般都 是在擠出機理論方面進行研究和對擠出機的機構進行優(yōu)化設計 但并未有太大改善 1 1 1 普通單螺桿擠出機 普通單螺桿擠出機其物料輸送主要依賴于加料段機筒 螺桿與物料間的相互摩擦作 用來完成的 而通常見到的擠出機其機筒的內壁都是光滑的 未開溝槽 由塞流固體輸 送理論可知 欲使生產(chǎn)率 最大 則牽引角 應最大 即表明 聚合物對螺桿的摩擦因Qs 數(shù)應盡量減小 而聚合物對機筒的摩擦因數(shù) 則應盡量增大 而普通單螺桿擠出機 bf 一般較小 所以固體輸送率 就很低 從而擠出機的產(chǎn)量較低 bf 另外 加料段的冷卻只在機筒的加料口范圍 而此段與前面的熱機筒缺少隔熱設施 所以熱機筒的熱量就會傳遞過來 使冷卻不能充分進行 不但不能使摩擦系數(shù) 增大 bf 反而有可能使物料在摩擦熱的作用下開始塑化 從而大大降低固體輸送率 1 1 2 加料段機筒開軸向溝槽的單螺桿擠出機 以前 研究改進螺桿時 通常是根據(jù)計量段的熔體輸送理論公式來計算螺桿的擠出 量大小的 粘度和機頭壓力是影響擠出量的重要因素 擠出成型是將物料送入加熱的機 筒與旋轉地螺桿之間進行固體物料的輸送 熔融壓縮 熔體均化 最后定量和定壓的通 過機頭口模而獲得所需的產(chǎn)品 其本質就是對物料擠出過程中由固態(tài)到熔融狀態(tài)的客觀 描述 各段之間是相互影響的 螺桿的熔融塑化能力是提高螺桿螺桿生產(chǎn)能力和保證制 品質量的關鍵 螺桿三個區(qū)段的工作能力必須保持均衡 才能使螺桿達到最佳的工作效 能 即固體輸送能力與熔融塑化能力必須相互滿足 強化固體輸送能力 提高熔融能力 并在此前提下 保證螺桿能有更多的均化能力 所以各段之間是相互影響 例如 如果 加料斗中出現(xiàn) 架橋 現(xiàn)象或加料口形狀設計不合適 都會導致加料口堵塞加料段固體 物料填充不充分 塑料壓實不固定 壓縮點位置波動 此外 熔融起始位置不僅取決機 筒的熱傳導狀態(tài) 剪切熱的產(chǎn)生 而且還受塑料的壓縮狀態(tài) 即壓實快慢的影響 由此 各段波動不均 產(chǎn)量不穩(wěn)定 當轉速提高后現(xiàn)象更為嚴重 通過采取一些措施雖對上述問題有所改善 例如 在加料斗中設置攪拌器和螺旋槳 葉來克服 架橋 現(xiàn)象 但塑料在螺桿上壓實不充分 壓力增高緩慢的問題還未能很好 中國地質大學長城學院 2015 屆畢業(yè)論文 設計 2 的解決 在 20 世紀 70 年代德國亞琛工業(yè)大學塑料加工研究所 簡稱 IKV 的科研人員通過 對固體輸送率進行研究 設計出新的擠出機 該設備通過加料段強制加料 來保證輸送 率 依靠壓縮段和熔體輸送段上的原件確保擠出質量 為了提高固體輸送量 IKV 還提 出了強制冷卻機筒加料段的方法 目的是使被輸送的物料的溫度能保持在軟化點或熔點 以下 避免過早出現(xiàn)熔膜以保持物料的固體摩擦性質 1 機筒 2 加料座 3 料斗 4 溝槽 5 加料套 6 冷卻水通道 7 隔熱墊 圖 1 1 IKV 系統(tǒng)的基本結構 IKV 螺桿的強制輸送功能主要通過機筒在加料段內的套筒結構完成的 它的基本結 構如下 在機筒加料段套筒上開設內錐孔 并在錐孔內壁開設軸向溝槽 套筒的外表面 開有冷卻介質的螺旋溝槽或冷卻循環(huán)水 同時在料斗座與機筒間加設隔熱層 防止機筒 熱量向后傳導 a 粉料的楔形結構 b 粒料的楔形結構 1 螺桿 2 加料套 3 粉料 4 粒料 圖 1 2 物料的楔形結構斷面圖 中國地質大學長城學院 2015 屆畢業(yè)論文 設計 3 它的工作原理如下 機筒開設軸向直槽 物料隨螺桿轉動的趨勢受溝槽側面的阻力 螺桿轉動 物料軸 向轉動 其效果相當于提高了 而減小了打滑和回流 從而提高了固體輸送率 錐孔 的內孔 溝槽的斜度 縮短了物料壓實時間 與光滑機筒擠出機的固體輸送原理相同 固體輸送段機筒開設直槽的單螺桿擠出機的也為摩擦擠壓傳輸 冷卻系統(tǒng)將高壓和物料 摩擦產(chǎn)生的熱量帶走 避免固體輸送機理被過早出現(xiàn)的熔膜而破壞 普通擠出機在加料 段建立的壓力是很小的 其擠出量在主要依靠于背壓 但在具有開槽襯套的擠出機加料 段 物料能在其末端建立比背壓高的壓力 因此 產(chǎn)量幾乎不受背壓的影響 在加料段 就能很好的完成了輸送物料 綜上 加料段機筒開槽 通過可提高物料的輸送率 進而 增加擠出機的擠出產(chǎn)量 此外 擠出機的性能相對來說更加穩(wěn)定 但是它也有缺陷如下 因為摩擦力與摩擦系數(shù)成正比 而 IKV 系統(tǒng)的加料段正是高壓高摩擦和高速工作的 的工作環(huán)境 因此螺桿和機筒工作過程中的磨損比較嚴重 所以要選擇較耐磨的材料作 為螺桿材料和機筒材料的材料 所以設備的成本大大增加 在加料段高速高摩擦的工作條件下 物料與螺桿及機筒間產(chǎn)生大量的摩擦熱 為保 持穩(wěn)定的擠出量 必須對加料區(qū)進行強制冷卻 進入熔融段后 需要對物料再進行加熱 浪費了能源 加大了額外的能耗 冷卻水結垢或堵塞 可能會降低冷卻效率 使冷卻效果不佳 還會是冷卻水消耗量 增大 由于螺桿承受高強度的摩擦和旋轉 所以螺桿要有較高的耐磨性耐腐蝕性 增加了 設備成本 IKV 系統(tǒng)是根據(jù)固體摩擦理論研究制造的 因此這種系統(tǒng)并不適于所有類型的擠出 機如熔料擠出機 造粒出機等 美國發(fā)明專利 專利號 5909958 公布一項新的技術 來改善加料段機筒開槽擠出 機存在的一些問題 不同于常規(guī)開槽機筒的是機筒溝槽上設置有鍵 并且溝槽的徑向深 度大于鍵的徑向高度 槽深是由鍵在溝槽中的改變徑向高度位置來控制的 因此溝槽的 深度就適應不同形狀 大小的塑料顆粒 從而滿足摩擦需求 獲得最高的輸送效率 這 種機構的優(yōu)點有 產(chǎn)量較高 更加穩(wěn)定的加工過程 連高分子量聚乙烯材料都可以加工 并且 開槽部分的輸送效率 聚合物以及螺桿的能相匹配 由于槽和鍵的組合形式 更 換物料時 可以順便清洗料筒 這種特性是普通加料段機筒不具備 在實際的加工要求 下 加工過程是可以通過調節(jié)溝槽的深度調節(jié)的 可以更加優(yōu)化 這種擠出機的主要優(yōu) 點是 精確的控制輸送效率 溫度 壓力等 能實現(xiàn)高效穩(wěn)定擠出 中國地質大學長城學院 2015 屆畢業(yè)論文 設計 4 1 螺桿 2 機筒 3 鍵 4 控制機構 圖 1 3 槽深可獨立改變的加料段結構 該發(fā)明的另一種設計形式是 溝槽設計成傾斜的 所以使槽深全長不相等 而鍵的 全長厚度相同 或者溝槽的全長深度設計成相等的 但鍵的全長厚度不相等 上端薄 下端厚 下游端厚度略小于溝槽深度 放在等深度溝槽里形成了一端槽深 一端槽淺 漸變形槽深就是由上述兩種形式構成的 每一條溝槽上都有相應的結構與鍵連接 用來 時刻控制鍵的高低位置變化 這樣機筒的中心孔的尺寸和溝槽的深度就能通過調節(jié)被準 確的控制 通過監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)并傳送給加工控制器 通過控制器調節(jié)執(zhí)行機構控制 溝槽的槽深 同時也能夠控制工藝參數(shù) 綜上所述 通常是通過在加料段機筒內壁開設縱向直槽來提高加料段的固體輸送效 率 但正如上面所講 機筒內壁開設縱向直槽擠出機相對于傳統(tǒng)擠出機在輸送效率上是 有所提高 但仍不能滿足高產(chǎn)高效的生產(chǎn)需求 并且還存在強制冷卻耗能等問題 因此 本課題的研究目的是通過對單螺桿擠出機的固體輸送理論進一步研究分析 設計一種在 加料段加設襯套 并且襯套上開設螺旋形溝槽的擠出機 通過擠出機螺桿與螺旋溝槽式 襯套相匹配 從而提高擠出機的固體輸送效率 實現(xiàn)擠出機的產(chǎn)量增長 1 2 研究目標及內容 高速 高產(chǎn)化的單螺桿擠出機是目前擠出機發(fā)展的主要研究方向 它能較好的提高 企業(yè)的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質量 進而增加企業(yè)效益 本文就是在分析總結前人的研究經(jīng)驗 的基礎上 通過探索高產(chǎn)量擠出機的工作原理和工作方式 來改進單螺桿擠出機的傳動 系統(tǒng) 擠壓系統(tǒng)和加料系統(tǒng) 使其能夠滿足較高產(chǎn)量的的工作需求 1 根據(jù)選題 本論文的設計參數(shù) 選用國產(chǎn)擠出機型號為 SJ 45 作為研究對象 其主要技術參數(shù) 螺桿直徑 D 45mm 螺桿的長 L D 25 螺桿轉速為 50 主電動機min r 功率為 7 5kw 加熱功率 2kw 加熱段為 3 機器中心高度為 1000mm 溶體材料為聚苯乙 烯 2 擠出機總體結構理論闡述及總體方案的確定 通過收集擠出機及機械行業(yè)的相 中國地質大學長城學院 2015 屆畢業(yè)論文 設計 5 關資料 對傳動裝置 機筒 加熱裝置 等部件進行討論并設計計算 3 完成零件圖和總裝圖 根據(jù)計算所得理論尺寸運用 AutoCAD 軟件完成部件和裝 配圖 2 主要機構及零部件的方案對比 選擇 2 1 單螺桿擠出機的結構 2 1 1 單螺桿擠出機組成 1 傳動系統(tǒng) 由驅動電機和減速器等裝置所組成 作用是提供給螺桿轉動所需的轉速 和扭矩 2 加料系統(tǒng) 由加料斗和上料裝置組成 滿足擠出機連續(xù)生產(chǎn)的需要 3 擠壓系統(tǒng) 主要由螺桿 料斗和機筒所組成 它是擠出機的核心 其作用是使聚合 物材料在螺桿推動下連續(xù) 均勻和定量地將熔體擠出 4 加熱冷卻系統(tǒng) 由溫度控制元件 加熱器和鼓風機 組成 作用是按設定條件對機 筒 或螺桿 進行加熱或冷卻 保證聚合物材料能在擠出工藝要求的溫度范圍內進行擠出 5 控制系統(tǒng) 主要由檢測元件 儀表 電氣元件等組成 作用是調節(jié)控制擠出機的運 行狀況和工藝參數(shù) 2 2 傳動方案的設計和選擇 傳動系統(tǒng)是擠出機的重要組成部分之一 作用是給螺桿提供動力 使螺桿能在給定 的工藝條件 如擠出溫度 轉速和機頭壓力等 下 獲得所必須的扭矩和轉速 以完成 對物料的塑化和傳送 2 2 1 擠出機驅動功率的確定 擠出機驅動功率受很多因素的影響 因此計算擠出機的驅動功率沒有確定的公式可 以依靠 但可以根據(jù)經(jīng)驗公式來估算出范圍 然后再進一步確定 2 1 2NKDn 式中 擠出機的驅動功率 用 N 表示 單位千瓦 螺桿的直徑 用 D 表示 單位厘米 cm 螺桿的轉速 用 n 表示單位為轉 分 r min 是系數(shù) 它由實驗和統(tǒng)計分析確定 通過對我國生產(chǎn)的擠出機分析統(tǒng)計 對直徑 擠出機 一般 對于直徑 的擠出機 90Dm 0 34K 90m 0 8K 中國地質大學長城學院 2015 屆畢業(yè)論文 設計 6 220 354 03 58NKDnkw 2 2 2 擠出機的轉速要求及調速范圍 對擠出機螺桿速度的要求有兩方面 一應能無級調速 另一是應該有一定的調速范 圍 前一個要求是為了保證擠出質量 同時與輔機完美配合 而后一個要求則是為了滿 足擠出機應具有加工多種物料的能力 而擠出機的調速范圍 其實就是擠出機螺桿的最 高轉速和最低轉速的比值 確定擠出機的調速范圍是非常重要的 這是因為其直接關系 到所能加工物料和制品的種類范圍 擠出設備的生產(chǎn)率高低 產(chǎn)品的質量合格與否 是 否方便操作等 大多數(shù)擠出機其調速范圍在 1 6 內 小規(guī)格機臺 如 SJ 30 等 由于通用性較大 調速范圍要求更大一些 一般 1 10 專用擠出機調速范圍則小些 在本設計中擠出機的最大轉速取 擠出機的最低轉速取max50 innr min5 ir 2 2 3 擠出機的傳動系統(tǒng)的組成 擠出機的傳動系統(tǒng)一般由原動機 如電動機或油馬達 減速裝置和調速裝置所組 成 本次設計中的傳動系統(tǒng)是由電機 皮帶和減速箱所組成的 傳動鏈形式如下 電動機 皮帶 減速箱 雙鍵 螺桿 1 電機的選擇 由于驅動 IKV 擠出機所需的電機功率要比普通的擠出機大的多 根據(jù)前面得出的擠 出機的驅動功率 初步選電機功率為 7 5kW 電機則選用三相異步電動機 型號為 Y132 M 2 表 2 1 Y132 M 2 電機的主要技術參數(shù) JB T 96161 999 電機型號 額定功率 kW滿載轉速 rpm滿載電流 A 功率 因素 重量 kg Y132 M 2 7 5 1440 15 4 0 85 81 2 減速器的選擇 計算電機到螺桿的總傳動比 140 28 5ni 電 機 額 定 轉 速總 選減速箱傳動比 則皮帶輪的傳動比為 20i減 速 箱 i 依據(jù)電機的功率和螺桿的轉速要求 確定選用 ZLYJ 系列減速箱 ZLYJ 系列減速箱 中國地質大學長城學院 2015 屆畢業(yè)論文 設計 7 是為塑料螺桿擠出機專門配套設計的高精度硬齒面帶推力座的傳動部件 其利用齒輪的 速度轉換器 將電機的回轉數(shù)減速到所要的回轉數(shù) 并得到較大轉矩的裝置 使用它的 目的是為了使轉速降低同時使轉矩增加 塑料專用減速機的齒輪采用高強度低碳合金鋼 經(jīng)滲碳淬火而成 齒面硬度高 齒輪均采用數(shù)控磨齒工藝 精度高 接觸性好 傳動效 率高 傳動平穩(wěn) 噪音小 承載能力高 易于拆檢 易于安裝 本設計中所選用的減速箱 為 ZLYJ 146 20 常用的減速箱的裝配形式通常有以下幾種 圖 2 1 減速箱的裝配形式 根據(jù)螺桿擠出機的安裝要求 裝配方式選擇第一種 螺桿的軸向推力為 在 ZLYJ 146 20 承受的軸向推力范圍內 9153ZPKN 采用飛濺潤滑 自然冷卻 表 2 2 ZLYJ 146 20 減速器的主要技術參數(shù) 公稱轉速 rpm 產(chǎn)品型號 公稱傳動 比 輸入 1n輸出 2n 許用輸入功率 kW輸出扭矩 mN ZLYJ 146 20 20 1000 50 8 11 1549 2 3 螺桿的結構及材料 2 3 1 螺桿的材料的選擇 對螺桿材料的性能有以下要求 1 耐高溫 高溫下不變形 2 耐磨損 壽命長 3 耐腐蝕 物料具有腐蝕性 4 高強度 可承受大扭矩 高轉速 5 具有良好的切削加工性能 中國地質大學長城學院 2015 屆畢業(yè)論文 設計 8 6 熱處理后殘余應力小 熱變形小等 基于以上要求的考慮 選擇螺桿的常用材料 38CrMoAl 2 3 2 螺桿結構形式 常用的注塑螺桿有三種 由于主要用于加工非結晶性塑料 如硬質聚氯乙烯 聚苯 乙烯等 所以螺桿采用漸變式 熔融段螺槽等距變深 加料段螺槽等距等深 計量段螺 槽等距等深 螺桿制造加工容易 成本低 因為螺紋升程相等 所以物料受熱面積較大 從而從機筒上吸收的熱量增加 有利于固體塑料的均化 塑化 加料段的第一個螺槽深度 大 方便物料的推進 2 3 3 螺桿的表面處理 7 氮化深度為 0 4 0 6mm 硬度為 700 900 脆性 調質 HB 260 2902 2 4 機筒的結構及材料 2 4 1 機筒材料的選擇 如同對螺桿的材質要求一樣 為滿足機筒的工作需要 機筒的材料采用 38GrMoAl 2 4 2 機筒的表面處理 氮化深度為 硬度 脆性 級 0 47m 940HV 2 2 4 3 機筒的結構形式 a b c d 中國地質大學長城學院 2015 屆畢業(yè)論文 設計 9 a 整體式 b 分段式 c 襯套式 d 雙金屬式 圖 2 2 常見的機筒結構形式 在本設計在由于加料段設置了加料套 所以采用分段式機筒 b 與整體式機筒相比 這種機筒的機械加工比較容易 2 4 4 機筒與機頭的連接形式 a 鉸狀螺釘連接 b 螺釘連接 c 剖分連接 d 冕狀螺母連接 圖 2 3 幾種常見的機筒與機頭的形式 選擇機筒與機頭連接形式時 應考慮裝拆機頭是否便捷 減少輔助工時 提高生產(chǎn) 效率 故本設計采用鉸狀螺釘連接的方式 2 5 加熱冷卻方案的對比和選擇 保證擠出過程得以進行 溫度控制是一個重要因素 擠出壓力增減 螺桿的轉速 外加熱功率和周圍介質的溫度變化等都會影響機筒中物料的溫度 通常是通過加熱或冷 卻的方式不斷控制調節(jié)機筒內塑料的溫度來實現(xiàn)的 中國地質大學長城學院 2015 屆畢業(yè)論文 設計 10 2 5 1 加熱功率的確定 目前擠出機的加熱功率仍主要根據(jù)經(jīng)驗公式來進行估算 其計算方法如下 按機筒受熱內表面積來計算 2 21 0bHDLA 2 式中 為機筒的內徑 cm bD 為螺桿長徑比 L A 為單位面積的加熱功率 一般由經(jīng)驗來選定 一般取2 Wcm23 4 Wcm 在這里 取 則2 8 211 4 53 860400bHDLAkw 由擠出機機筒的長度限定和計算得所到的加熱功率 將機筒分為 3 段加熱 各段的 加熱功率為 加熱段數(shù)為 2kw3B 2 5 2 擠出機的加熱方法 擠出機的加熱方法通常有三種 電阻加熱 載熱體加熱和電感應加熱等 1 載熱體加熱 是指利用載熱體 如蒸汽 熱油等 作為加熱介質的加熱方法 蒸汽加熱其壓力很 難維持一定的恒值 且波動較大 熱油 如硅油 加熱穩(wěn)定 但加熱時間較長 現(xiàn)在使 用也不多 2 電阻加熱 目前應用較廣的加熱方式就是電阻加熱 具有結構簡單 質量輕 尺寸小 便于安 裝的特點 電阻加熱是通過利用電阻產(chǎn)熱來實現(xiàn)加熱機筒和機頭的目的一種加工方式 其中帶 狀電阻加熱器和鑄鋁 或鑄銅 加熱器是兩種主要的加熱器 帶狀電阻加熱器 它的結 構是將電阻絲纏繞包在絕緣材料云母片中 外面在覆以鐵皮 然后再包圍在機筒或機頭 上 特點體積小 尺寸緊湊 拆裝方便 但其承受的加熱功率低 當加熱溫度較高時云 母易氧化 其壽命和加熱效率取決于加熱器是否在所有點都能很好的與金屬及同相接觸 如果設置不當 易導致機筒加熱不均 加熱器本身局部過熱而損壞 近年來 擠出機上 多采用鑄鋁加熱器 它是將電阻絲裝于具有絕緣粉填充的銅管中 然后彎曲成一定的形 狀再鑄于鋁合金中 使用時將兩半鑄鋁塊包到機筒或機頭上通電加熱即可 這種加熱器 具有原來電阻加熱器體積小 拆裝方便的優(yōu)點外還因電阻絲為氧化鎂粉銅管所保護 故 抗氧化 抗震 防潮等性能大大增加 同時使用壽命延長 可以承受的加熱負荷較高 鑄鋁加熱器的加熱范圍為 如果加熱溫度要求過高 宜采用鑄銅加熱器 其 結構與鑄鋁加熱器一樣 中國地質大學長城學院 2015 屆畢業(yè)論文 設計 11 3 電感應加熱 電感應加熱實質是通過電磁感應在機筒內產(chǎn)生電的渦流而使機筒發(fā)熱 進而對機筒 中物料起到加熱的作用 電感應加熱具有如下幾個特點 減少塑料加工設備的預熱時間 提高勞動生產(chǎn)效率 塑料是由機筒直接加熱的 減少預熱的時間 機筒的徑向方向上受熱均勻 所以溫度梯度較小 提高產(chǎn)品的質量及產(chǎn)量 對溫度的控制調節(jié)的反應靈敏 從而有較好保證的溫度 穩(wěn)定性 確保了制品的質量 由于電磁感應加熱的發(fā)熱效率高 加熱均勻 從而使產(chǎn)品的品質及產(chǎn)量顯著提高 節(jié)能效果好 與原電阻絲加熱圈相比較節(jié)電效果都在 30 以上 針對不同的生產(chǎn) 原料 不同的產(chǎn)品生產(chǎn)需求 節(jié)電效果也不同 目前已使用的產(chǎn)品中節(jié)電效率最大可達 75 在正確操作使用的下 壽命較長 感應加熱器也有缺點 感應線圈絕緣性能會限制加熱溫度 這對成型加工溫度要求 較高的工程塑料是不適合的 其次是徑向尺寸較大 拆裝不方便 通過對比 本設計選用鑄鋁加熱器進行分段加熱 2 5 3 擠出機的冷卻裝置 擠出機設置冷卻系統(tǒng)的目的和加熱系統(tǒng)一樣 都是為了保證塑料能在工藝要求的強 度范圍內塑化 采用鼓風機進行鼓風使熱量被鼓入的冷風帶走 每一個冷卻段需配置一 臺單獨的風機 并且在機筒表面都要有通道 防止空氣隨意地流動 從而保證均勻冷卻 綜上采用風冷的方式進行冷卻 其結構形式如圖 中國地質大學長城學院 2015 屆畢業(yè)論文 設計 12 1 鑄鋁加熱器 2 機筒 3 螺桿 4 鼓風機 圖 2 4 風冷加熱 表 2 3 DF 3 型風機的參數(shù)性能 電動機 電機重 量 型號 流量 hcm 3全壓 Pa 轉速 r min 噪音 dB 功率 kW 電壓 V 三相 DF 3 405 450 2840 75 0 18 380 或 220 5 3 2 6 機筒與支架間的連接 1 調整螺釘 2 機筒 3 螺桿 4 支架 圖 2 5 機筒與支架間的連接結構 為了便于調節(jié)機筒的中心和防止軸向竄動 支架上有 3 個螺釘用于調節(jié) 2 7 擠出機加料系統(tǒng)的設計 為保證擠出機連續(xù)生產(chǎn) 必須在擠出機上設置加料裝置 加料裝置對物料進料以及 輸送起重要作用 加料裝置一般由加料斗和上料裝置組成 加料斗的形狀一般設計成對稱的 常見的有圓柱形 圓柱 圓錐形和正方形等 料斗 的側面開有觀察孔 以便觀測料位的變化 料斗的底部有開合門 用于終止或控制加料 中國地質大學長城學院 2015 屆畢業(yè)論文 設計 13 量 料斗上方裝有蓋子 以防止塵土及雜物進入 確保產(chǎn)品質量合格 本設計用的料斗設計如下 1 料斗蓋 2 料斗 3 視鏡 4 開合門 圖 2 6 加料斗 3 重要結構的設計及校核 3 1 傳動系統(tǒng)的設計及校核 3 1 1 皮帶傳動設計 現(xiàn)在已知電機功率 轉速 皮帶傳動比 連續(xù)工7 5Pkw 140 minnr 1 4i 作 1 計算功率 c 取工作情況系數(shù) 故1 3AK 3 3 759 c kw 2 選擇 V 帶的帶型 根據(jù) 和 選用基準寬度制 SPZ 型窄 V 型帶 cp1n 3 確定帶輪的基準直徑 并驗算帶速 vd 取小帶輪的基準直徑 12m 驗算帶速 v 3 4 1408 606dnms 因為 故帶速合適 5 3 mss 計算大帶輪的基準直徑 2d 3 5 21 41 159 7di 其中 為彈性滑動系數(shù) 中國地質大學長城學院 2015 屆畢業(yè)論文 設計 14 取標準值為 2160dm 4 實際傳動比 3 6 21160 43 di 5 初定中心距 3 7 012 5dam 3 8 70 71609 4 初定中心距 054m 6 確定帶基準長度 dL 210120 2 4ddaa 3 9 2 6 54 508 7 取 d160Lm 7 計算實際中心距 a 3 0016508 754 922dLm 10 安裝時所需最小軸間距 3 min 18 970165da 11 張緊或者補償伸長所需最大軸間距 3 max0 35 3 97dLm 12 8 小帶輪包角 1 3 12157 380 1daa 13 9 計算單根帶所能傳遞的額定功率 0P 根據(jù)帶型 和 查的12dm 14 innr 02 7Pkw 10 考慮傳動比的影響 額定功率的增量 1 5 11 計算 V 帶的根數(shù) Z 中國地質大學長城學院 2015 屆畢業(yè)論文 設計 15 3 019 753 4 2 01 01caLpZk 14 帶長修正系數(shù) 取LK LK 包角修正系數(shù) 取 a09 Z 取 4 需要 4 根帶 12 計算單根 V 帶的初拉力 0F 202 5 1 capFmvKz 3 15 2 9 750 840 64N V 帶單位長度質量 取m kg 13 有效圓周力 tF 3 16 19 751 284ctpv 作用在軸上的力 3 17 10 175 32sin20 64sin 6 2QaFZN 3 max0 5 73 9 18 考慮到新帶的初拉力為 1 5 倍 正常拉力 maxF 綜上所述 選用的 V 帶型號為 SPZ 1600 GB T 11544 1997 4 根 帶基準長度 160m 帶的基準直徑 中心距控制在 單根帶初拉12d 2160dm 5623a 力 20 6N 3 1 2 V 帶輪的結構尺寸 1 帶輪的材料 根據(jù)帶輪的線速度要求 故材料可以選用 HT200 2 小帶輪的結構形式 由小帶輪基準直徑 和帶型 SPZ 根據(jù)機械設計手冊小帶輪的結構形式選擇實心式1d 小帶輪孔徑及其直徑偏差 3 0 250387Hm 19 中國地質大學長城學院 2015 屆畢業(yè)論文 設計 16 小帶輪輪轂直徑 1d 3 8 2 3876dm 20 因電機的伸出軸長度為 所以取小帶輪長0m0L 小帶輪輪槽截面尺寸 基準線上槽深 in2ah 基準線下槽深 9f 最小輪緣厚度 mi5 基準寬度 8db 第一槽對稱面至端面的最小距離 min7f 槽間距 120 3e 輪槽角 小帶輪外徑 1216adah 小帶輪輪寬 4 2750BZef m 圖 3 1 小帶輪的結構圖 3 大帶輪的結構形式 減速箱的輸入軸直徑為 32dm 則大帶輪孔徑及其偏差 0 2507H 根據(jù)小帶輪基準直徑 和帶型 SPZ 再根據(jù)機械設計手冊大帶輪的結構形式選用腹1d 板式 腹板厚度為 s 大帶輪輪轂直徑 5 2 364 因減速箱的輸入軸的伸出長度為 所以取大帶輪長度80 80Lm 中國地質大學長城學院 2015 屆畢業(yè)論文 設計 17 大帶輪輪槽截面尺寸 基準線上槽深 min2ah 基準線下槽深 9f 最小輪緣厚度 i5 基準寬度 8db 第一槽對稱面至端面的最小距離 min7f 槽間距 120 3e 輪槽角 大帶輪外徑 216024adah 大帶輪輪寬 750BZef m 圖 3 2 大帶輪結構圖 帶輪的技術要求 輪槽工作面上不能出現(xiàn)砂眼和氣孔 任意兩槽的基準直徑差不得大于 各輪0 4m 槽間距的累積誤差最大不能超過 0 6m 中國地質大學長城學院 2015 屆畢業(yè)論文 設計 18 3 2 加料套的設計 3 2 1 擠出機加料套的設計 加料套結構參數(shù)的確定 機筒加料套的基本結構設計特點 機筒加料套溝槽形狀為螺旋型 槽淺棱窄且槽寬 為了避免剪切 螺槽深度小于所加粒料的粒徑 加料套螺旋角采用漸變的 使擠出量穩(wěn) 定 加料套的長度 L 加料套的長度 從加料口到襯套出口的距離 L 通常 本設計中取 3 5 D 加料套的螺旋角設計成漸變的 而螺旋角效果最佳范圍為 時 52LDm 30 5 所以加料套的導程由 漸變?yōu)?1480m 加料套溝槽的形狀 在本設計中加料套溝槽設計成螺旋形的 而螺旋形溝槽的形狀可以是長方形 三角 形或其他形狀 截面為長方形溝槽的結構使用廣泛 效果更佳 所以在本設計中 選用 長方形螺旋溝槽 加料套螺紋頭數(shù) 的確定2M 溝槽的數(shù)目一般與螺桿直徑有關 溝槽的容積相當于螺桿直徑的 左右 槽數(shù)太多 1 0 會導致物料回流 使輸送量下降 故溝槽數(shù)目一般大于 6 個 直徑大的機筒 槽數(shù)可相 應增加 所以加料套的螺紋頭數(shù)取 28 加料套的溝槽深度 H 加料套的溝槽深度 螺棱頂面到螺槽底部的距離 為了防止剪切 溝槽深度應小于 物料顆粒的最大粒徑 因為物料在溝槽中運動 所以螺槽的深度將會物料與摩擦力的大 小產(chǎn)生一定的影響 根據(jù) TGL 理論的受力了解到 物料在溝槽里與溝槽三面都有接觸 即螺槽底面和兩側面 而物料受到的外摩擦正是源自這三面 若螺槽深度過大 就會導 致螺槽兩側面的面積隨之增加 物料所受的摩擦力也隨之增大 所以螺槽的深度應當適 當 減小的螺槽深度也有利于提高固體輸送率 所以 依據(jù)物料顆粒的粒徑大小和經(jīng)驗 選定加料套的溝槽深度 2 5Hm 加料套的螺槽寬度 b 加料套的螺槽寬度應不但要比物料顆粒的大 還受到螺桿的直徑大小的影響 根據(jù)固體 輸送率公式可知 固體輸送率會隨著加料套螺棱寬度 的大小變化而改變 因此螺棱的2e 寬度 不太大 螺槽的寬度適當大些 根據(jù)經(jīng)驗了解到加料套總的螺槽寬度應該在 D 到2e 范圍內 即 到 之間 螺槽寬度取 總螺槽寬度為 滿足0 5D 45m706 5m52 條件 所以合適 根據(jù)所取參數(shù)設計出加料套的結構如下圖 中國地質大學長城學院 2015 屆畢業(yè)論文 設計 19 圖 3 9 基于 TGL 理論的加料套結構圖 加料套的基本特點 加料套溝槽外圓開開設螺旋水槽來對加料段進行冷卻 中國地質大學長城學院 2015 屆畢業(yè)論文 設計 20 加料套的內表面設有螺旋溝槽 8 條 螺桿螺槽的旋向和溝槽的旋向相反 內襯上開有鍵槽 加料座與內襯通過平鍵進行連接 避免了加料套旋轉 內襯與加料套焊接后精加工至最后尺寸 3 3 螺桿的設計及校核 3 3 1 螺桿的設計 螺桿各段的長度 常規(guī)單螺桿通常分為三段 工藝條件和物料性能對螺桿各段的長度起重要作用 因為該 擠出機的加料段配備了螺旋式加料套 且加料套的長度 所以 加料段52LDm 長度為 1735LDm 壓縮段的作用是熔融物物件并建立熔體壓力 除應考慮物料熔融前后的表觀密度變 化外 還應考慮在壓力下熔融塑料的壓縮性 螺桿加料段的填充程度以及在擠出過程中 物料的回流因素 壓縮段長度的確定目前多根據(jù)經(jīng)驗 所以取壓縮段長度為 21045L 計量段的作用是將來自壓縮段的已熔物料進行組分均化 并按要求恒定地擠入機頭 中去 因此計量段長度長些 可以使物料的均化時間長一些 使物料均化更充分 達到 更好的效果 所以本設計取螺桿的計量段長度為 3860LDm 綜上螺桿的長度為 1231540125L 螺槽深度及壓縮比 計量段螺槽深度應當使該段的均化能力與壓縮段的熔融能力相互滿足 以控制擠出量 此外 計量段螺槽深度的選擇還應與使用的機頭相匹配 計量段的螺槽深度較小時 塑 化效果更好 可作高制品質量 30 451 8HKDm 取 0 4K 加料段的螺槽深度 1 與常規(guī)的螺桿相比 加料套開有螺旋溝槽的的加料段 螺槽深度稍小 但是壓縮比 還是較大的 以為有螺旋溝槽的存在 取幾何壓縮比 所以加料段的螺槽深度取2 132 86Hm 螺旋角 和螺距 S 根據(jù)經(jīng)驗同時為了設計和方便加工 取 45SDm 螺旋角 740 螺桿螺棱法向寬度 和軸向寬度1eb 中國地質大學長城學院 2015 屆畢業(yè)論文 設計 21 由 TGL 理論 雙螺棱推動理論 知道 固體輸送率受螺桿的螺棱寬度的影響 如果 過大 固體輸送率則會降低 因此稍小螺桿螺棱的寬度更有利 根據(jù)經(jīng)驗 計算得 0 1 45 eDm 72cosb 螺紋頭數(shù) 單頭螺紋1M 螺紋的斷面形狀 常見單螺桿的螺紋面有兩種形狀 其中一種形狀是鋸齒形 另一種形狀是矩形 如 圖 3 11 所示 前者優(yōu)化了塑料的流動情況 提高了塑化能力 同時避免了存料現(xiàn)象的發(fā) 生 適用于均化段和壓縮段 后者的螺槽根部有一個很小的圓角半徑 它有最大的裝填 體積 并且機械加工較容易 適用于加料段 a 矩形斷面 b 鋸齒形斷面 圖 3 11 常見螺紋斷面形狀 本設計螺紋采用矩形 螺棱推進面與螺紋根徑表面成 夾角 螺槽的容積較大 因90 為用小圓弧過渡 螺紋根徑處的圓角半徑 12 推 力 面 R背 面13 809Hm 21 中國地質大學長城學院 2015 屆畢業(yè)論文 設計 22 圖 3 12 螺紋斷面形狀 螺桿的頭部形狀 料流形態(tài)在塑料熔體從螺旋槽進入機頭流道的時候 會發(fā)生很大的改變 其流動形 態(tài)由螺旋帶狀的流動變?yōu)橹本€流動 為了使擠出質量得到有效的保障 就要求從螺桿進 入機頭的物料盡量平穩(wěn) 同時還要防止物料局部受熱時間過長 從而物料避免熱分解現(xiàn) 象的發(fā)生 其中螺桿末端螺紋形狀 螺桿頭部形狀以及機頭體中的流道的設計和分流板 的設計等起重要的影響作用 國內外常用的螺桿頭部結構形式如圖 3 13 所示 圖 3 13 常見螺桿頭部的結構 本設計采用圓頭形螺桿頭 a 螺桿頭的球半徑為 結構如圖20Rm 中國地質大學長城學院 2015 屆畢業(yè)論文 設計 23 圖 3 14 螺桿頭部結構 螺桿尾部的密封結構 目的 為了防止從料斗加入的物往螺桿尾部即傳動方向漏出 在螺桿尾部的無螺紋部分 往往設計有密封部分 措施 采用的螺紋與螺桿螺紋旋向相同 因為旋轉方向一樣 該結構不但能起密封作用 并且還能將漏到密封內的物料推回到螺桿的工作部分 圖 3 15 螺紋尾部密封結構 螺桿整體結構 圖 3 16 螺桿的整體結構圖 3 3 2 螺桿的強度計算及校核 1 IKV 擠出機的壓力最大點通常在加料段末端出現(xiàn) 與常規(guī)的擠出機不同 并且壓力 數(shù)值大 因此取加料段處的壓力進行校核 根據(jù)經(jīng)驗螺桿受到的壓力取 50PMa 中國地質大學長城學院 2015 屆畢業(yè)論文 設計 24 圖 3 17 螺桿受力分析圖 2 螺桿的軸向力 ZP 3 21 2260 980 45109DPKN 3 螺桿的強度計算 當螺桿與減速箱主軸用較長的圓柱面配合時 可以將螺桿視作一段固定的懸臂梁 配合較松 浮動式連接 擠出時螺桿可被物料浮起 在加料段螺桿的根徑處存在危險斷 面 由軸向力 引起的壓應力ZPC 3 26201 5501449 337 8CSSDPMPaAd 22 其中 為螺桿最小斷面處的根徑 S Sm 因為螺桿無冷卻孔 故 0 扭矩 產(chǎn)生的剪應力nM 3 max240 7 5959091 6 381 166nSNMMPaWdD 23 重力 G 產(chǎn)生的彎應力 b 222243 3 4 5 78 5102 6SbLDd MPa 螺桿的材料比重 鋼材取 3 47 810 MPacm 24 合成應力 3 2 224 69 3 65c 25 中國地質大學長城學院 2015 屆畢業(yè)論文 設計 25 安全系數(shù) 2 8sn 材料屈服極限 50MPa 許用應力 3 612 8sn 因為 所以螺桿強度足夠強 4 螺桿推力面上的擠壓應力 F 因為承受全部軸向力 螺桿推力面需校核其擠壓力 3 3222449107 5 8zZFPMPaDd 26 許用擠壓壓力 0 3 8502SMa 因為 故安全 F 3 4 機筒的設計及強度校核 3 4 1 機筒壁厚的選擇 表 3 1 我國某些擠出機的機筒壁厚 mm 螺桿直徑 30 45 65 90 120 150 200 機筒壁厚 20 25 20 25 30 45 40 45 40 45 40 45 50 60 機筒的外徑 085Dm 機筒的內徑 4b 選擇機筒的壁厚 2 螺桿與機筒的配合間隙 0 表 3 2 螺桿與機筒之間的間隙值 mm JB T 8061 1996 螺桿直徑 20 25 30 35 40 45 50 55 60 上 0 18 0 20 0 22 0 24 0 27 0 30 0 30 0 32 0 32偏 差 下 0 08 0 09 0 10 0 11 0 13 0 15 0 15 0 16 0 16 螺桿直徑 65 70 80 90 100 120 150 200 偏 上 0 35 0 35 0 38 0 40 0 40 0 43 0 46 0 54 中國地質大學長城學院 2015 屆畢業(yè)論文 設計 26 差 下 0 18 0 18 0 20 0 22 0 22 0 25 0 26 0 29 3 4 2 機筒的強度校核 因為機筒內外直徑之比 強度計算可以利用厚壁圓筒理論公式進 k1 R 外 內 行 根據(jù)厚壁圓筒理論 機筒工作時 內部有高壓熔體 故機壁上每一點都處于三向應 力即切向應力 徑向應力 和軸向應力 max max z 切向應力 3 220ax 5 4 5 89bpRrMPa 27 徑向應力 3 max50pMPa 28 軸向應力 3 2205 19 54bZprMPaR 29 按第四強度理論 最大變形能量理論計算 其強度條件為 2 21 zr r 3 222 5089 5 19 0 1MPa 30 231 8 490npMkdl 因為許用應力 故安全 p 中國地質大學長城學院 2015 屆畢業(yè)論文 設計 27 3 5 螺桿尾部平鍵的強度計算 螺桿尾部通過平鍵與減速箱連接 根據(jù)平鍵輕微沖擊的載荷性質 其許用擠壓應力 為 10 2pMPa 平鍵傳遞的扭矩 3 31 max7 50995128 5 nNNm 選擇 A 型平鍵 鍵的長度 10L 鍵的寬度 b 鍵的工作長度 9l 鍵與輪轂鍵槽的接觸高度 0 54khm 鍵的高度 8hm 螺桿尾部軸的直徑 3d 3 830 62 s pMPan 32 綜上 單個平鍵的擠壓強度不能滿足要求 所以采用雙鍵 在沿周向 的方向上180 布置兩個平鍵 雙鍵的工作長度 1 50lLm 因此合適 32048np pMPa 所選用的平鍵為 鍵 10 100 GB T 1096 2000 表 3 3 鍵連接的許用擠壓應力 許用壓力 Mpa 載荷性質許用擠壓應力 許用壓力 連接工作方式 鍵或轂 軸的 材料 靜載荷 輕微沖擊 沖擊 鋼 120 150 100 120 60 90 p 靜連接 鑄鐵 70 80 50 60 20 45 動連接 鋼 50 40 30 結 論 中國地質大學長城學院 2015 屆畢業(yè)論文 設計 28 這次設計主要是對單螺桿擠出機的主要構件進行設計 與常規(guī)的 IKV 擠出相比 傳 統(tǒng)的 IKV 擠出機加料套溝槽的形狀是軸向的 而它的加料套溝槽的形狀是螺旋的 能夠 避免軸向溝槽剪切力大的問題 從而解決了物料溫度升高進而降低擠出機的產(chǎn)量的問題 經(jīng)過計算和分析 加料段的固體輸送率得到較好提高 塑化質量優(yōu)越 大幅度的提高了 擠出機的產(chǎn)量 本設計只是在理論上對擠出機主要構件進行了計算和分析 但在實際生 產(chǎn)中該擠出機的這些構件能否實現(xiàn) 還需要做進一步的證明 參考文獻 1 濮良貴 紀名剛主編 機械設計 第 8 版 北京 高等教育出版社 2006 5 2 郭克希 王建國 機械制圖 第 7 版 北京 機械工業(yè)出版社 2006 8 3 左健民 液壓與氣壓傳動 第 4 版 北京 機械工業(yè)出版社 2007 5 4 王伯平主編 互換性與測量技術基礎 第 2 版 北京 機械工業(yè)出版社 2008 12 5 劉鴻文主編 材料力學 第 4 版 北京 高等教育出版社 2004 6 孫恒 陳作模 葛文杰主編 機械原理 第 7 版 北京 高等教育出版社 2006 5 7 王先逵主編 機械制造工藝學 第 2 版 北京 機械工業(yè)出版社 2006 1 8 熊詩波 黃長藝主編 機械工程測試技術基礎 第 3 版 北京 機械工業(yè)出版社 2006 5 9 劉廷華主編 聚合物成型機械 北京 中國輕工業(yè)出版社 2011 2 10 王衛(wèi)衛(wèi)主編 材料成型設備 第 2 版 北京 機械工業(yè)出版社 2011 8 中國地質大學長城學院 2015 屆畢業(yè)論文 設計 29 11 張景松 流體力學與流體機械之流體機械 徐州 中國礦業(yè)大學出版社 2001 12 高澤遠 王 金主編 機械設計基礎課程設計 沈陽 東北工學院出版社 1987 13 鞏云鵬 田萬祿等主編 機械設計課程設計 沈陽 東北大學出版社 2000 14 溫詩鑄 黃平 摩擦學原理 第 2 版 北京 清華大學出版杜 2002 13 26 15 章浩 張西良 周士沖 機電一體化技術的發(fā)展與應用 J 農機化研究 2006 7 16 德國 K H 哈比希著 嚴立譯 材科磨損與硬度 北京 機械工業(yè)出版社 1987 17 普朗特 流體力學概論 中譯本 郭永懷等譯 科學出版社 1987 18 魯?shù)?格多爾霍夫 齒輪傳動機構中國專利 P 96106518 8 1991 06 26 19 Charles W Beardsly Mechanical Engineering ASME Regents Publishing Company Inc 1998 20 T Ramayah and Noraini Ismail Process Planning Concurrent Engineering Concurrent Engineering 2010 致 謝 畢業(yè)設計已經(jīng)接近了尾聲 這也意味著我的大學生活就要結束了 學生生活一晃而過 回首走 過的歲月 心中倍感充實 首先 我要特別感謝我的指導老師于建波老師 做設計的過程是艱辛的 在這個過程中于建波 老師給了我很大的的幫助 沒有他的盡心指導和嚴格的要求 我也不會順利完成這次設計 每次遇到 難題 于老師不管忙或閑 總會抽空來找我面談 然后一起商量解決的辦法 于老師平日里工作繁多 但我做畢業(yè)設計的每個階段 從選題到查閱資料 論文提綱的確定 中期設計的修改 后期論文格式 調整等各個環(huán)節(jié)中都給予了我悉心的指導 這幾個月以來 于老師不僅在學業(yè)上給我以精心指導 同 時還在思想給我以無微不至的關懷 在此謹向于老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意 這次的畢業(yè)設計 對于培養(yǎng)我們理論聯(lián)系實際的設計思想 鞏固 加深和擴展有關機械設計方面 的知識等方面有重要的作用 其次 我還要感謝那些曾給我授過課的每一位老師 是你們教會我專業(yè)知識 畢業(yè)設計能夠順利 中國地質大學長城學院 2015 屆畢業(yè)論文 設計 30 完成 你們有很大的功勞 最后 要向這四年大學生活期間所有幫助過我的同學們以及各位老師們說一聲謝謝