雙螺桿擠出機設計論文[帶圖紙].doc

湖南工業(yè)大學2010屆本科畢業(yè)設計（論文）1第1章緒論1.1塑料擠出概述當今世界四大材料體系（木材、硅酸鹽、金屬和聚合物）中，聚合物和金屬是應用最廣泛和最重要的兩種材料。據統(tǒng)計，在塑料制品成型加工中，擠出成型制品的產量大約占整個塑料制品產量的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、改性等復合材料和聚合物合金生產過程中，螺桿擠出很大程度上取代了密煉、開煉等常規(guī)工藝。擠出機幾乎成為任何一個塑料有關公司或研究所最基本的裝備之一。擠出成型有如此發(fā)展趨勢主要原因為：螺桿擠出機能將一系列化工基本單元過程，如固體輸送、增壓、熔融、排氣、脫濕、熔體輸送和泵出等物理過程集中在擠出機內的螺桿上來進行。近年來，擠出工程的創(chuàng)新表現，更多的過程，如發(fā)泡、膠聯、接枝、嵌段、調節(jié)相對分子質量甚至聚合反應等化學加工過程都愈來愈多地在螺桿擠出機上進行。螺桿擠出工藝裝備有較高的生產率和較低的能耗，減少生產面積和操作人員數量，降低生產成本，也易于實現生產自動化，創(chuàng)造好的勞動條件和減少少的環(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愈多的應用。雙螺桿擠出機與單螺桿擠出機相比，能使熔體得到更加充分的混合，應用更廣。1.2塑料擠出成型設備的組成一套完整的擠出設備由主機、輔機及控制系統(tǒng)組成。擠出機是塑料擠出成型的主要設備，即主機。由擠壓系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)及加熱冷卻系統(tǒng)和主機控制系統(tǒng)組成。（1）擠壓系統(tǒng)由機筒、螺桿和料斗組成，是擠出機的核心工作部分。（2）傳動系統(tǒng)由電機、調速裝置和傳動裝置組成。作用是給螺桿提供所需轉速和扭矩。（3）加熱冷卻系統(tǒng)由溫控設備組成。作用是通過對機筒進行加熱和冷卻，以保證擠出系統(tǒng)成型在工藝要求的溫度范圍內進行。（4）控制系統(tǒng)主要由儀表、電器及執(zhí)行機構組成。作用是調節(jié)控制機筒溫度、機頭壓力和螺桿轉速。湖南工業(yè)大學2010屆本科畢業(yè)設計（論文）2擠出機需配置相應的輔助機械設備才能實現擠出成型。根據制品的種類確定輔助設備的組成。通常包括：機頭、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)行機構組成。根據自動化水平的高低，可控制擠出機、輔機的拖動電機及其他各種執(zhí)行機構按所需的速度、功率和軌跡運行監(jiān)控主輔機的流量、溫度及壓力，最終實現對整個擠出成型設備的自動控制和對產品質量的控制。1.3擠出機的分類1.3.1分類方法隨著擠出機的廣泛應用和不斷的發(fā)展，出現了各種類型的擠出機，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和臥式擠出機。按可否排氣分為排氣擠出機和非排氣擠出機。按螺桿轉速分為普通擠出機、高速擠出機和超高速擠出機按螺桿數目的多少和結構分為無螺桿擠出機、單螺桿擠出機、雙螺桿擠出機、多螺桿擠出機。按用途可分為配混造粒擠出機和生產制品用擠出機。1.3.2各擠出機的結構特點及用途（1）單螺桿擠出機單螺桿擠出機，造價低、易操作，但塑料混合、分散和均化效果差，滯留時間長且分布廣，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）同向雙螺桿擠出機雙螺桿擠出機的特征是兩根相互平行的組合式螺桿裝在具有8字形孔的機筒內。如果兩根螺桿旋轉方向相同，稱為同向型雙螺桿擠出機。根據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。選用雙螺桿擠出機的優(yōu)越性：生產能力大，根據理論計算，在同螺桿直徑下，雙螺桿擠出機生產量能達到單螺桿擠出機的4倍（實測為24倍）。能耗低，雙螺桿擠出機的單位能耗僅約為單螺桿擠出機的1/31/2左右。湖南工業(yè)大學2010屆本科畢業(yè)設計（論文）3產品質量好，由于雙螺桿擠出機的塑化、混煉性能好，在保證產品強度的條件下，原材料的消耗量下降約1/41/5。雙螺桿擠出機在歐美國家中應用的比例：管材100%板材90%造粒100%異型材80%平膜片材90%發(fā)泡材60%70%同向雙螺桿擠出機的顯著特點是高效能和多功能。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。多功能表現為螺桿的多種功能的組合，組成不同功能的螺桿形式，以適應不同塑料、樹脂的擠出，特別是高性能對樹脂和塑料合金的加工。（3）異向雙螺桿擠出機異向雙螺桿擠出機的顯著特點是：物料的輸送能力和擠出能力比同向雙螺桿擠出機的強，在同螺桿直徑下，擠出量比同向擠出機一般高1倍左右，物料在機筒內的滯留時間比同向機要短，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）錐形雙螺桿擠出機雙螺桿是異向嚙合。（5）多螺桿擠出機我國已開發(fā)出四螺桿反應混煉機。它綜合了捏合機、螺桿擠出機、縮聚反應器、混煉機、研磨機的特點。1.4設計類型的確定現在在工業(yè)生產中復合塑料的應用范圍很廣，本次設計的擠出機要可以對塑料混合、改性，主要用于生產以聚氯乙烯（PVC）為主料的復合塑料。由于同向雙螺桿擠出機具有分布混合及分散混合良好、自潔作用較強、可實現高速運轉、產量高等特點，特別適用于聚合物的改性，如共混、填料、增強及反應擠出。并且本次設計的擠出機主要用于復合塑料擠出，因此應設計同向嚙合雙螺桿擠出機。湖南工業(yè)大學2010屆本科畢業(yè)設計（論文）4第2章同向嚙合雙螺桿擠出機2.1同向嚙合雙螺桿擠出機工作原理及其特性同向嚙合雙螺桿擠出機與單螺桿擠出機一樣，承擔輸送、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有許多不同點。同向嚙合雙螺桿擠出機表現為物料的正位移輸送特性。所謂正位移輸送特性是這移動的外部表面物質置換了系統(tǒng)中的部分液體的輸送方式。嚙合同向雙螺桿擠出機必須縱向開放，否則螺桿會因為發(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，此時摩擦拖曳和粘性拖曳所起的作用越大。但是無論開放程度多大，物料沿螺槽流動時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，由加料口到機頭，兩螺桿間有一通道，當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，因此物料不會進入嚙合區(qū)繞同一根螺桿繼續(xù)前進而被另一螺桿托起，在擠出機機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的主要技術參數和規(guī)格螺桿直徑螺桿直徑：即螺桿的外徑，它是擠出機的重要參數，一般用D表示，單位為mm，它表征擠出機擠出量的大小。在設計或選用擠出機前，一般擠出機生產能力及轉速已經確定，螺桿直徑的選取主要是根據擠出機的產量來確定設計參數：生產以聚氯乙烯（PVC）為主料的復合塑料，最大產量為200Kg/h，最高轉速為260r/min。根據我國同向雙螺桿擠出機基本參數表(JB/T5420-91)和螺桿直徑系列標準，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。根據螺桿直徑、螺桿計量段螺紋槽深度和計量段嚙合程度確定。湖南工業(yè)大學2010屆本科畢業(yè)設計（論文）5螺桿長徑比螺桿長徑比。（L/D）來表示，即螺桿有效螺紋部分長度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量，用（L/D）來表示，如下圖2.1所示：圖2.1螺桿示意圖現代塑料擠出工業(yè)螺桿長徑比較早期螺桿大，國內應用較多的長徑比一般范圍是2025，多采用25，最長可達40乃至更高。螺桿長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械性能。（2）提高塑化質量，制品外觀質量好。（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%。但螺桿長徑比與很多因素有關，因此可以根據加工條件和實際需要再由試驗確定，還可以由統(tǒng)計類比的方法來確定。國產同向旋轉擠出機的主要技術參數表(JB/T5420-91)顯示生產能力為300kg/h的螺桿擠出機螺桿長徑比L/D=2832，取L/D=30。螺桿轉速要求及范圍螺桿轉速范圍：用maxn（最高轉速）minn（最低轉速）表示，其單位是r/min。對擠出機速度要求有兩方面，既能實現無級調速又要有一定的調速范圍。要求實現無級調速的目的是容易控制擠出質量并與輔機的一致配合；要求有一定的調速范圍的目的是為了適應多種加工物料及滿足多種工藝要求。在實際生產中，因擠出機開始工作時，機頭壓力容易出現超常值，所以螺桿轉速應緩慢增至工作要求速度；當螺桿運轉平穩(wěn)后，由于加工的原料、制品及生產能力不同要求，要保證質量提高產量，除控