雙螺桿擠出機(jī)設(shè)計(jì)論文[帶圖紙].doc

湖南工業(yè)大學(xué)2010屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）1第1章緒論1.1塑料擠出概述當(dāng)今世界四大材料體系（木材、硅酸鹽、金屬和聚合物）中，聚合物和金屬是應(yīng)用最廣泛和最重要的兩種材料。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在塑料制品成型加工中，擠出成型制品的產(chǎn)量大約占整個(gè)塑料制品產(chǎn)量的50%以上。其中不僅包括板、管、膜、絲、和型材等制品的直接成型，還包括熱成型、中空吹塑等坯料的擠出加工。除此之外，在填充、共混、改性等復(fù)合材料和聚合物合金生產(chǎn)過(guò)程中，螺桿擠出很大程度上取代了密煉、開煉等常規(guī)工藝。擠出機(jī)幾乎成為任何一個(gè)塑料有關(guān)公司或研究所最基本的裝備之一。擠出成型有如此發(fā)展趨勢(shì)主要原因?yàn)椋郝輻U擠出機(jī)能將一系列化工基本單元過(guò)程，如固體輸送、增壓、熔融、排氣、脫濕、熔體輸送和泵出等物理過(guò)程集中在擠出機(jī)內(nèi)的螺桿上來(lái)進(jìn)行。近年來(lái)，擠出工程的創(chuàng)新表現(xiàn)，更多的過(guò)程，如發(fā)泡、膠聯(lián)、接枝、嵌段、調(diào)節(jié)相對(duì)分子質(zhì)量甚至聚合反應(yīng)等化學(xué)加工過(guò)程都愈來(lái)愈多地在螺桿擠出機(jī)上進(jìn)行。螺桿擠出工藝裝備有較高的生產(chǎn)率和較低的能耗，減少生產(chǎn)面積和操作人員數(shù)量，降低生產(chǎn)成本，也易于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化，創(chuàng)造好的勞動(dòng)條件和減少少的環(huán)境污染。螺桿擠出這種工藝不僅廣泛地用于聚合物加工，而且在建材、食品、紡織、軍工、和造紙等工業(yè)部門中都得到了愈來(lái)愈多的應(yīng)用。雙螺桿擠出機(jī)與單螺桿擠出機(jī)相比，能使熔體得到更加充分的混合，應(yīng)用更廣。1.2塑料擠出成型設(shè)備的組成一套完整的擠出設(shè)備由主機(jī)、輔機(jī)及控制系統(tǒng)組成。擠出機(jī)是塑料擠出成型的主要設(shè)備，即主機(jī)。由擠壓系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)及加熱冷卻系統(tǒng)和主機(jī)控制系統(tǒng)組成。（1）擠壓系統(tǒng)由機(jī)筒、螺桿和料斗組成，是擠出機(jī)的核心工作部分。（2）傳動(dòng)系統(tǒng)由電機(jī)、調(diào)速裝置和傳動(dòng)裝置組成。作用是給螺桿提供所需轉(zhuǎn)速和扭矩。（3）加熱冷卻系統(tǒng)由溫控設(shè)備組成。作用是通過(guò)對(duì)機(jī)筒進(jìn)行加熱和冷卻，以保證擠出系統(tǒng)成型在工藝要求的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。（4）控制系統(tǒng)主要由儀表、電器及執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。作用是調(diào)節(jié)控制機(jī)筒溫度、機(jī)頭壓力和螺桿轉(zhuǎn)速。湖南工業(yè)大學(xué)2010屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）2擠出機(jī)需配置相應(yīng)的輔助機(jī)械設(shè)備才能實(shí)現(xiàn)擠出成型。根據(jù)制品的種類確定輔助設(shè)備的組成。通常包括：機(jī)頭、冷卻系統(tǒng)、定量給料系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、真空排氣系統(tǒng)等?？刂葡到y(tǒng)由各種電器、儀表及執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。根據(jù)自動(dòng)化水平的高低，可控制擠出機(jī)、輔機(jī)的拖動(dòng)電機(jī)及其他各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)按所需的速度、功率和軌跡運(yùn)行監(jiān)控主輔機(jī)的流量、溫度及壓力，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)擠出成型設(shè)備的自動(dòng)控制和對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的控制。1.3擠出機(jī)的分類1.3.1分類方法隨著擠出機(jī)的廣泛應(yīng)用和不斷的發(fā)展，出現(xiàn)了各種類型的擠出機(jī)，其分類方法各異，主要有以下幾種：按裝置位置分為立式擠出機(jī)和臥式擠出機(jī)。按可否排氣分為排氣擠出機(jī)和非排氣擠出機(jī)。按螺桿轉(zhuǎn)速分為普通擠出機(jī)、高速擠出機(jī)和超高速擠出機(jī)按螺桿數(shù)目的多少和結(jié)構(gòu)分為無(wú)螺桿擠出機(jī)、單螺桿擠出機(jī)、雙螺桿擠出機(jī)、多螺桿擠出機(jī)。按用途可分為配混造粒擠出機(jī)和生產(chǎn)制品用擠出機(jī)。1.3.2各擠出機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及用途（1）單螺桿擠出機(jī)單螺桿擠出機(jī)，造價(jià)低、易操作，但塑料混合、分散和均化效果差，滯留時(shí)間長(zhǎng)且分布廣，物料溫差較大（指同一斷面處）和難以吃粉料。因此，它只適用于一般性造粒和塑料制品的加工。（2）同向雙螺桿擠出機(jī)雙螺桿擠出機(jī)的特征是兩根相互平行的組合式螺桿裝在具有8字形孔的機(jī)筒內(nèi)。如果兩根螺桿旋轉(zhuǎn)方向相同，稱為同向型雙螺桿擠出機(jī)。根據(jù)兩根螺桿的嚙合型式不同，可分為嚙合型和非嚙合型兩種，常用的為嚙合型。選用雙螺桿擠出機(jī)的優(yōu)越性：生產(chǎn)能力大，根據(jù)理論計(jì)算，在同螺桿直徑下，雙螺桿擠出機(jī)生產(chǎn)量能達(dá)到單螺桿擠出機(jī)的4倍（實(shí)測(cè)為24倍）。能耗低，雙螺桿擠出機(jī)的單位能耗僅約為單螺桿擠出機(jī)的1/31/2左右。湖南工業(yè)大學(xué)2010屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）3產(chǎn)品質(zhì)量好，由于雙螺桿擠出機(jī)的塑化、混煉性能好，在保證產(chǎn)品強(qiáng)度的條件下，原材料的消耗量下降約1/41/5。雙螺桿擠出機(jī)在歐美國(guó)家中應(yīng)用的比例：管材100%板材90%造粒100%異型材80%平膜片材90%發(fā)泡材60%70%同向雙螺桿擠出機(jī)的顯著特點(diǎn)是高效能和多功能。高效能集中于高混煉、高扭矩、低能耗，特別適合工程塑料的共混改性、填充、增韌、增強(qiáng)。多功能表現(xiàn)為螺桿的多種功能的組合，組成不同功能的螺桿形式，以適應(yīng)不同塑料、樹脂的擠出，特別是高性能對(duì)樹脂和塑料合金的加工。（3）異向雙螺桿擠出機(jī)異向雙螺桿擠出機(jī)的顯著特點(diǎn)是：物料的輸送能力和擠出能力比同向雙螺桿擠出機(jī)的強(qiáng)，在同螺桿直徑下，擠出量比同向擠出機(jī)一般高1倍左右，物料在機(jī)筒內(nèi)的滯留時(shí)間比同向機(jī)要短，并且剪切發(fā)熱小，溫差小，物料溫度分布十分均勻，物料分散充分。（4）錐形雙螺桿擠出機(jī)雙螺桿是異向嚙合。（5）多螺桿擠出機(jī)我國(guó)已開發(fā)出四螺桿反應(yīng)混煉機(jī)。它綜合了捏合機(jī)、螺桿擠出機(jī)、縮聚反應(yīng)器、混煉機(jī)、研磨機(jī)的特點(diǎn)。1.4設(shè)計(jì)類型的確定現(xiàn)在在工業(yè)生產(chǎn)中復(fù)合塑料的應(yīng)用范圍很廣，本次設(shè)計(jì)的擠出機(jī)要可以對(duì)塑料混合、改性，主要用于生產(chǎn)以聚氯乙烯（PVC）為主料的復(fù)合塑料。由于同向雙螺桿擠出機(jī)具有分布混合及分散混合良好、自潔作用較強(qiáng)、可實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)轉(zhuǎn)、產(chǎn)量高等特點(diǎn)，特別適用于聚合物的改性，如共混、填料、增強(qiáng)及反應(yīng)擠出。并且本次設(shè)計(jì)的擠出機(jī)主要用于復(fù)合塑料擠出，因此應(yīng)設(shè)計(jì)同向嚙合雙螺桿擠出機(jī)。湖南工業(yè)大學(xué)2010屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）4第2章同向嚙合雙螺桿擠出機(jī)2.1同向嚙合雙螺桿擠出機(jī)工作原理及其特性同向嚙合雙螺桿擠出機(jī)與單螺桿擠出機(jī)一樣，承擔(dān)輸送、塑化、混合和混煉聚合物的工作，但在工作上與單螺桿擠出機(jī)有許多不同點(diǎn)。同向嚙合雙螺桿擠出機(jī)表現(xiàn)為物料的正位移輸送特性。所謂正位移輸送特性是這移動(dòng)的外部表面物質(zhì)置換了系統(tǒng)中的部分液體的輸送方式。嚙合同向雙螺桿擠出機(jī)必須縱向開放，否則螺桿會(huì)因?yàn)榘l(fā)生干涉而不能正常嚙合。意味著螺槽的寬度一定要大于螺棱的寬度，在縱向留下一定的輸送物料的通道?？v向開放程度越大，正位移輸送能力損失也越多，此時(shí)摩擦拖曳和粘性拖曳所起的作用越大。但是無(wú)論開放程度多大，物料沿螺槽流動(dòng)時(shí)在螺棱出仍然受阻而改變方向，因此具有一定的正位移輸送能力。由于螺槽縱向開放，由加料口到機(jī)頭，兩螺桿間有一通道，當(dāng)物料由加料口加到一根螺桿上后，物料在摩擦拖曳作用下沿著這跟螺桿的螺槽向前輸送物料至下方的楔形區(qū)，在這里物料會(huì)受到一定的壓縮。因螺棱比螺寬窄，那么另一根螺桿的螺棱不會(huì)把物料向前輸送的道路堵死。兩根螺桿在楔形區(qū)有大小相等、方向相反的速度梯度，因此物料不會(huì)進(jìn)入嚙合區(qū)繞同一根螺桿繼續(xù)前進(jìn)而被另一螺桿托起，在擠出機(jī)機(jī)筒表面的摩擦拖曳下沿另一根螺桿的螺槽向前輸送。2.2同向嚙合雙螺桿擠出機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)和規(guī)格螺桿直徑螺桿直徑：即螺桿的外徑，它是擠出機(jī)的重要參數(shù)，一般用D表示，單位為mm，它表征擠出機(jī)擠出量的大小。在設(shè)計(jì)或選用擠出機(jī)前，一般擠出機(jī)生產(chǎn)能力及轉(zhuǎn)速已經(jīng)確定，螺桿直徑的選取主要是根據(jù)擠出機(jī)的產(chǎn)量來(lái)確定設(shè)計(jì)參數(shù)：生產(chǎn)以聚氯乙烯（PVC）為主料的復(fù)合塑料，最大產(chǎn)量為200Kg/h，最高轉(zhuǎn)速為260r/min。根據(jù)我國(guó)同向雙螺桿擠出機(jī)基本參數(shù)表(JB/T5420-91)和螺桿直徑系列標(biāo)準(zhǔn)，取螺桿公稱直徑:D=72mm。螺桿中心距公稱尺寸雙螺桿中心距公稱尺寸。指平行布置兩螺桿中心的距離，用a表示，單位為mm。根據(jù)螺桿直徑、螺桿計(jì)量段螺紋槽深度和計(jì)量段嚙合程度確定。湖南工業(yè)大學(xué)2010屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）5螺桿長(zhǎng)徑比螺桿長(zhǎng)徑比。（L/D）來(lái)表示，即螺桿有效螺紋部分長(zhǎng)度L與螺桿外徑D之比，它可以表征螺桿的塑化能力和塑化質(zhì)量，用（L/D）來(lái)表示，如下圖2.1所示：圖2.1螺桿示意圖現(xiàn)代塑料擠出工業(yè)螺桿長(zhǎng)徑比較早期螺桿大，國(guó)內(nèi)應(yīng)用較多的長(zhǎng)徑比一般范圍是2025，多采用25，最長(zhǎng)可達(dá)40乃至更高。螺桿長(zhǎng)徑比的增加有如下好處：（1）螺桿加壓充分，能提高塑料制品的物理機(jī)械性能。（2）提高塑化質(zhì)量，制品外觀質(zhì)量好。（3）有利于類似于PVC粉料擠管的成型。（4）螺桿特性曲線斜率小，擠出量穩(wěn)定，擠出量可以提高20%40%。但螺桿長(zhǎng)徑比與很多因素有關(guān)，因此可以根據(jù)加工條件和實(shí)際需要再由試驗(yàn)確定，還可以由統(tǒng)計(jì)類比的方法來(lái)確定。國(guó)產(chǎn)同向旋轉(zhuǎn)擠出機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)表(JB/T5420-91)顯示生產(chǎn)能力為300kg/h的螺桿擠出機(jī)螺桿長(zhǎng)徑比L/D=2832，取L/D=30。螺桿轉(zhuǎn)速要求及范圍螺桿轉(zhuǎn)速范圍：用maxn（最高轉(zhuǎn)速）minn（最低轉(zhuǎn)速）表示，其單位是r/min。對(duì)擠出機(jī)速度要求有兩方面，既能實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速又要有一定的調(diào)速范圍。要求實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速的目的是容易控制擠出質(zhì)量并與輔機(jī)的一致配合；要求有一定的調(diào)速范圍的目的是為了適應(yīng)多種加工物料及滿足多種工藝要求。在實(shí)際生產(chǎn)中，因擠出機(jī)開始工作時(shí)，機(jī)頭壓力容易出現(xiàn)超常值，所以螺桿轉(zhuǎn)速應(yīng)緩慢增至工作要求速度；當(dāng)螺桿運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)后，由于加工的原料、制品及生產(chǎn)能力不同要求，要保證質(zhì)量提高產(chǎn)量，除控