JZ1201(SJ7025挤出机) - 刘帅 (1).pdf

沈 阳 化 工 大 学 科 亚 学 院 本 科 毕 业 设 计 题目：SJ70/25 挤出机螺杆结构设计 专业：机械设计制造及自动化 班级：机制 1201 班 学生姓名：刘帅 指导教师：王敬伊 论文提交日期：2016 年6 月 3日 论文答辩日期：2016 年6 月 3日 毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）任务书 机制 专业1201 班学生：刘帅 毕业设计（论文）题目：SJ70/25 挤出机设计 毕业设计（论文）内容：相关文献检索 计算说明书一份 1 张 0#装配图，1 张 1#装配图，1 张零件图 毕业设计（论文）专题部分： 挤出机螺杆结构设计 起止时间：2016.03-2016.06 指导教师：年月日 摘摘 要要 本设计的目的为设计一款单螺杆的塑料挤出机， 塑料挤出机也属 于塑料机械的种类之一。单螺杆有效长度一般分为三段，按螺杆直径 大小、螺深、螺距确定三段有效长度，一般按各占三分之一划分。料 口最后一道螺纹开始叫输送段,物料在此处要求不能塑化，且在此处 要预热、受压挤实，此处物料实际是固体塞，可以理解为此处物料受 挤压后像是子一样是一固体，因此它的功能就是完成输送任务了。第 二段叫压缩段，此时螺槽体积由大逐渐变小，并且温度要达到物料塑 化程度，此处产生压缩由输送段三，在这里压缩到一，这叫螺杆的压 缩比31，有的机器也有变化，完成塑化的物料进入到第三段。 第三段是计量段，此处物料保持塑化温度，像计量泵那样准确、定量 输送熔体物料，以供给机头，此时温度不能低于塑化温度，一般略高 点。以挤出机机头料流方向以及螺杆中心线的夹角为根据，可以将挤 出机机头分成直角机头和斜角机头等。 一是用螺栓使机头的外壳固定 于机身之上，模芯座在机头里面的模中，然后用螺帽将其固定于机头 的进线端口，模芯座的内部还装有模芯，而且都有孔位于模芯和模芯 座的中心，其作用为通过芯线。依据加压方式种类的不同可将挤出工 艺可以分成连续挤出和间歇挤出两大类。 以上为该设计的设计理论构 想。 在本设计中通过前期准备查阅资料，根据设计任务书要求，并且 因加工材料的特殊性，初步该设计确定为单螺杆排气式挤出机，并开 始准备工作，资料收集整理完成后，设计可行性得到验证，于是开始 相关的机件设计工作。设计工作开始后，通过对比新型挤出机，单螺 杆挤出机和多螺杆挤出机的技术参数，发现单螺杆排气挤出机，更适 用于塑料的加工，随后根据设计指标确定了螺杆的技术参数。进而根 据螺杆的参数推算出机筒等相关配件的设计方案， 初步完成整体设计 方向。整体设计方向完成后，根据产品的技术指标，根据已选定的螺 杆对螺槽深度、压缩比、螺纹断面等一系列配件进行设计和论证，并 对螺杆设计的长径比、加料段、塑化段等设计进行验证。以上工作完 成后，开始第一阶段的设计校核工作，经校核发现整体设计工作合理 无误，并开始着手准备第二阶段的设计工作并进行校核与验算，经校 核发现设计符合技术指标并符合设计指导书要求，设计完成。 总的来说本课题在完成设计说明书要求的前提下， 完成了如下内 容： （1）对各种不同类型的挤出机总体结构进了深入的探究 （2）根据设计说明书的主要技术参数设计完成了挤出机的整体 结构设计。 （3）运用 AutoCAD 绘制装配图 1 张，零件图 2 张。 （4）本设计运用 AutoCAD 进行整体结构的设计， 可以缩短产品 的开发周期，提高产品质量降低成本。 关键词关键词：塑料机械；塑化； 成型加工； 压缩； Abstract The purpose of this design is to design a single-screw plastic extruder, plastic extrusion machines also belong to one type of plastic machinery. Single screw effective length is generally divided into three sections, according to the screw diameter, screw depth, the effective length of the pitch to determine the three sections, each one-third by the general division. After discharge port last thread started calling transportation section, the material here can not claim plastics, and here is preheated, the real squeeze pressure, the material here is actually a solid plug, can be understood as the material is squeezed here like a child, like a solid, so its function is to complete the transportation task. The second stage compression section called, this time by a large spiral groove volume becomes smaller, and the temperature to achieve the degree of plastics materials, produced here by the transportation section of a three compression, where the compression to a, called the screw compression ratio - 3: 1, some machines have changed, complete the plastics material into the third. Third is the metering section, where plastics material to maintain the temperature, as accurate as metering pumps, quantitative material conveying melt to supply the nose, then the temperature not lower than the plasticizing temperature, generally slightly higher point. Extruder head at an angle and material flow direction according to the center line of the screw can be divided into a crosshead extruder head and angled nose and so on. First, make head bolts that hold the cover on top of the fuselage, the mandrel holder in the head inside the mold, followed by nuts fixed to the head of the line ports, internal mandrel seat is also equipped with core, and have holes in the center of the mold core and core holder, through its role as the core. Based on the way the different types of pressure can be extrusion process can be divided into continuous extrusion and intermittent extrusion two categories. Above for the design theory conceived design. In this design, prepared by the early access to information, according to the design task book requirements, and because of the special nature of the work material, designed to determine the initial single-screw vented extruder, and started preparatory work, the data collected after the completion of the design feasibility has been verified, mechanical design work began dependent. After the design work began by comparing the technical parameters of the newextruder,asinglescrewextruderandamulti-screwextruder, single-screw vented extruder was found more suitable for plastics processing, the screw is then determined in accordance with design specifications technical parameters. And then extrapolated based on the parameters of screw barrel and other related accessories design, initially completed the overall design direction. After the completion of the overall design direction, depending on product specifications, according to the selected screw depth of the grooves, the compression ratio, the threaded section and a series of accessories for the design and feasibility studies, and the aspect ratio of screw design, feed zone, plastic of the segment, such as design verification. After completion of the above, check the beginning of the first phase of the design work, after checking found that the overall design is correct and reasonable, and began preparing for the second phase of the design work and checking and checking, after checking found that the design meets the technical indicators guide book and meet the design requirements, the design is complete. Overall this topic at the completion of the design specification requirements of the premise, completed the following: (1) for various types of extruders overall structure into the depth inquiry (2) Based on the technical parameters of the design specification of the design is completed the overall design of the extruder. (3) the use of AutoCAD assembly drawing 1, Fig. 2 parts. (4) The use of AutoCAD design of the overall structure of the design, it can shorten product development cycles, improve product quality and reduce costs. Key words：Plastic Machinery; Plasticizing; Molding Processing; The Compression 目目 录录 第一章绪论 1 1.1 单螺杆挤出机 1 1.1.1 基本操作 1 1.1.2 排气挤出机 2 1.1.3 橡胶挤出机 3 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 4 1.3 挤出机市场现状与发展趋势 5 第二章挤出机总体方案的确定 7 2.1 挤出机总体布局的基本要求 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 8 2.2.2 螺杆的选用原则 8 2.2.3 螺杆的分类 9 2.2.4 螺杆方案的确定 9 2.3 机筒类型的确定 9 2.3.1 机筒的结构类型 9 2.3.2 机筒方案的确定 12 2.4 本设计整体方案得确定 12 第三章挤出机的整体设计 14 3.1 PE 铝塑板的基本特性 14 3.2 产品的设计要求 14 3.3 螺杆设计 14 3.3.1 螺槽深度和压缩比的确定 15 3.3.2 螺距和螺纹升角的确定 21 3.3.3 三段式螺杆长度的确定 21 3.3.4 螺纹断面设计 26 3.3.5 螺杆设计的校核 29 3.3.6 第二阶螺杆各参数的确定 34 结论 37 致谢 39 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第一章绪论 1 第一章绪论 1.1 单螺杆挤出机单螺杆挤出机 螺杆挤出机分为多螺杆挤出机和单螺杆挤出机。 单螺杆挤出机为聚合物工业中最 重要的一种挤出机。主要优点为设计简单、坚固而可靠、成本较低、以及性价比高。 塑化挤出机的螺杆一般具有 3 个不同的几何段，见下图 1-1： 图 1-1 常规挤出机螺杆几何形状 这种几何形状被称作“单级”。“单级”是指该类型螺杆尽管有 3 个不同的几何 段，但实际上只有一压缩段，最靠近进料口的第一段螺槽般较深。物料在此段中大 都以固体状态存在，因此这一段被称为螺杆的进料段。 最靠近模头的最末段螺槽一般 较浅。物料在此段中大多以熔融状态存在。此单杆段被称为挤出段或计量段。第二段 连接着进料段和计量段。此段称为压缩段或过渡段。 1.1.1 基本操作基本操作 单螺杆挤出机的操作及其简便，从加料斗添加物料。 通常物料因重力由加料斗向 挤出机机筒运动。在干燥状态下部分物料流动性差， 为防止部分物料在进料斗中产生 挂料必须采用特殊措施。若物料进入机简，即处于机筒和螺杆之间的环状空隙内，并 进而被螺棱主动螺腹及被动蝶腹螺槽包围，机简静止同时蝉杆旋转。由此，摩擦力作 用于物料以及机筒和螺杆表面。至少低于熔点处于固体状态， 这些摩擦力用于向前输 送物料。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第一章绪论 2 物料向前输送时，即因摩擦生热和机筒加热器散热而被加热。 当温度超过物料熔 点，将在机筒的内表面形成熔膜，塑化段开始。必须指出的是，塑化段起点通常不是 压缩段起始点。 由聚合物性能、 挤出机的几何形状和操作条件决定各功能段的分界线。 因此，分界线会随着操作条件变化而变化。然而，螺杆的几何段由设计定型，不会因 操作条件变化而改变。当物料向前运动时， 在熔融变化作用下各个位置的固态物料量 而减少。当全部固态聚合物熔融时将达到塑化段的末端，熔体输送段开始。在固体输 送段中，会把熔体均匀输送给模头。 当聚合物进入模头后，即呈现出模头流道的形状，当高聚物离开模头时，其形状 和模头流道最后断面形状相对符合。因模头会产生流动阻力， 须有压力迫使物料通过 模头。该压力通常被称为模头压力。模头压力由模头形状(特别是流道)、通过模头的 流率、高聚物熔体温度、以及高聚物熔体的流变特性所决定。模头压力不因挤出机产 生而由模头产生。挤出机只产生一定的压力，来使物料通过模头。如果模头、模头温 度、挤出量、聚台物均相同，则不论挤出机哪个类别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 在设计与功能方面排气挤出机同非排气挤出机差别巨大。 排气挤出机机筒上有一 个或一个以上排气口，挥发物经此逸出。 排气挤出机能不间断从聚合物内连续排放挥 发物。排气增添了非排气挤出机没有的功能。除去排出挥发物，还能利用排气口向聚 合物混合某些组分，例如填充剂、反应组分和添加剂等等。该功能提升了排气挤出机 的功能性，而且还据有额外优点， 即只要封闭排气口并在可能情况下改变螺杆的几何 形状，排气挤出机便可用作常规非排气挤出机。 图 1-2 排气挤出机基本结构 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第一章绪论 3 螺杆设计的关键在于对排气挤出机的正确运用。 排气口溢料是排气挤出机的主要 技术瓶颈之一。该条件下，排气口释放挥发物的同时，聚合物也会产生部分外流。所 以挤出机螺杆得设计必须保证排气口(排气段)下面聚合物为负压，由此必须研发二级 挤出螺杆，最重要的是排气挤出机设计的二级挤出螺杆。 二级挤出螺杆因两个压缩段 是被释压/排气段分隔，类似于沿一根轴串联相接的两个单级挤出螺杆。 1.1.3 橡胶挤出机橡胶挤出机 用于加工弹性体的挤出机的历史长于任何其它类型。 橡胶加工挤出机在 19 世纪 后期问世。早期一些挤出机制造商们包括美国 John Royle 和英国 Frsncis Shaw，德国 主要的橡胶挤出机制造商之一是 Paul TrosteL。最早的橡胶挤出机制造目的为热喂料 挤出。这些挤出机负责辊炼机及其它混炼装置热料喂料工作。1950 年前后冷喂料挤 出被开发出来。冷喂料挤出公认具有如下优点： 设备投资资本小： 料温控制性好； 节约劳动成本； 适用于更广泛品种配混胶料。 1.2 多螺杆挤出机多螺杆挤出机 1.2.1 双螺杆挤出机双螺杆挤出机 双螺杆挤出机分为锥形双螺杆挤出机及平行双螺杆挤出机两类。 平行双螺杆挤出 机有异向和同向的区别。近年来，伴随着国内工业、电子等领域的高速发展，材料改 性与配混技术的需求增大。同向双螺杆配混挤出机的市场需求量最大， 曾经成为双螺 杆的代名词。但由最初高技术含量设备转变为普遍生产设备。 按一般定义来说双螺杆挤出机有两根阿基米德螺杆。 定义更加明确后其将归类到 双螺杆挤出机这一特定分类中。因操作原理、 设备设计以及实用领域方面存在巨大差 异，使双螺杆挤出机分类庞杂，故很难全面评价双螺杆挤出机。因结构原因双螺杆挤 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第一章绪论 4 出机结构复杂性远高于单螺杆挤出机。因为设计变量参数，例如旋转角度、啮合度等 等在双螺杆结构设计中大量增加。双螺杆挤出机分类见表表 1-2。几何构型是双螺杆 挤出机分类的主要依据。部分双螺杆挤出机与单螺杆挤出机功能上异常类似。 此外的 双螺杆挤出机得操作模式与单螺杆挤出机完全不同。 1.2.2 多螺杆挤出机多螺杆挤出机 配备两根以上螺杆的挤出机普遍存在，最为人所知的一例是行星辊式挤出机。见 图 1-3. 图 1-3 行星辊式挤出机 该挤出机表面上类似与单螺杆挤出机，但进料段同标准单螺杆挤出机一致。但挤 出机混合段存在差异。在挤出机行星辊段内， 均匀分布着不少于六个行星螺杆环绕在 主螺杆四周旋转。行星螺杆段内，主螺杆又称作太阳螺杆，太阳螺杆同行星螺杆与机 筒啮合。所以，该行星螺杆必须同行星机筒段上的螺棱对应螺槽。并且行星机筒段一 般用法是与进料料筒段相连接着的分离料筒段。 在挤出机的源头部分， 在行星螺杆前端， 物料和普通单螺杆挤出机中做运动向前。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第一章绪论 5 塑化过程在物料到达行星段时充分进行，在行星螺杆、 机筒和太阳螺杆之间的辊压作 用产生的物料产生强烈的混合。相对机筒长度而言，螺旋形设计的太阳螺杆、机筒和 行星螺杆的表面积大。进而产生有效的排气、热交换与温度控制。故能加工热敏性配 混料并使降解最小。也如以上原因，行星式齿轮挤出机通常用作增塑和硬质 PVC 配 料的配混和挤出。行星辊段也被用作普通挤出机的一般附加装置来改善混合性能。四 螺杆挤出机则是另一种多螺杆挤出机形式，如图 1-4。 图 1-4 四螺杆挤出机 排除溶剂是这种挤出机的主要用途，可使溶剂从 40%低至 0.3%。附加在机筒上 的圆拱形排气室则为急骤排气发生场所， 其后四根螺杆排出因急骤排气产生的多泡物 料。普遍情况下，都装备着后续排气段用来进一步降的低溶剂含量。 1.3 挤出机市场现状与发展趋势挤出机市场现状与发展趋势 在挤出机应用方向不断拓展以及技术越加完善的前提下， 与挤出机市场的上升势 头相悖的是国产挤出机的价格低迷。 由于国内部分厂家恶意竞价导致产品粗制滥造的 行为，已经严重影响到我国企业的国际声誉和品牌形象， 还严重影响了我国挤出机产 业发展。 学者研究认为，今后挤出机产业的发展会朝向低价格、高技术含量的趋势发展。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第一章绪论 6 就目前研究成果看，单螺杆挤出机和锥形双螺杆挤出机将是国产主机的发展趋势，技 术愈加成熟，销量最大化，供大于求已是这类产品的通用规格所面临的现状。发展平 行异向双螺杆挤出机是国内主机市场今后的重点方向， 如此才能适应大挤出量前提下 的成型需要。第六代、第七代高速、大长径比则为平行同向双螺杆挤出机发展趋势。 超微型、大长径比、超大型、优良排气性、高产出等为单螺杆挤出机的发展趋势。适 应特殊加工需要的螺杆机筒结构，必将成为大家争相研发的重点。事实上，单螺杆挤 出机是一种低能耗、低成本的技术模式，只要是合理的结构设计，包括双螺杆挤出机 的效率达到应有效能。据报道美国先以用单螺杆挤出机为主。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第二章挤出机总体方案的确定 7 第二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挤出机总体布局的基本要求 （一） 螺杆挤出机必须先满足用户。 例如处理操作的材料， 生产流程， 操作范围， 经济效益。 （二）在经济性高并合理的条件，使用尽可能短的传动链，精简有关机构、改善 传输精度传输效率。 （三）确保挤出机正确处理震动的强度、热变形、噪声水平等技术问题。 （四）挤出机必须满足于其布局参数标准系列。 同时尽可能保证挤出机构成系列 化产品。 （五）对于高生产率和高自动化程度的挤出机，应尽可能提高其自动化水平。 （六）必须易于观察操作处理；易于维护调整机床，容易运输装运和拆分；提高 防护性，保障安全生产。 2.2 螺杆类型的确定螺杆类型的确定 挤压系统的主要零件为螺杆。它各部分的形状变化，直接影响螺杆的作业效果。 对塑料产品产量、质量存在非常严重的影响。 以挤出机机头料流方向以及螺杆中心线 的夹角为根据，可以将挤出机机头分成直角机头和斜角机头等。 一是用螺栓使机头的 外壳固定于机身之上，模芯座在机头里面的模中， 然后用螺帽将其固定于机头的进线 端口，模芯座的内部还装有模芯，而且都有孔位于模芯和模芯座的中心，其作用为通 过芯线。依据加压方式种类的不同可将挤出工艺可以分成连续挤出和间歇挤出两大 类。前者所用的设备为螺杆式挤出机，后者的设备为柱塞式挤出机。因此通常不常选 用本法生产，该罚仅适用于黏度非常大的塑料或者是流动性极差， 例如硝酸纤维素塑 料一类塑料制品的成型加工。 因而根据设计说明书的设计指标和所生产产品的塑料聚 乙烯材料特性，确定为单螺杆排气式挤出机。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第二章挤出机总体方案的确定 8 2.2.1 螺杆的工作性能指标评定螺杆的工作性能指标评定 （1）塑化质量据挤出机的专业规定标准，挤塑生产的塑料产品应必须符合质 量标准。 螺杆为挤出生产影响产品质量的关键要素， 材料的混合质量， 塑化均匀与否， 材料径向温度差是否足够低，且压力必须是平衡的，少量消耗能源，提高生产率，这 些都受到螺杆作业质量的影响。 （2）比流量 该比值越高，该螺杆的塑化能力也随着增大，比流量单位是（kg/h） /（r/min） （3）比功率 该比值越小，生产同样数量的塑料制品，消耗能量越少，比功率单 位（kw/ /h） （4）通用性指螺杆能否适用于不同的塑料挤塑工艺，机头能在不同塑料产品 阻力下工作。 （5）经济性制造机械成型加工比较容易，易于维护，工作寿命比较长。 2.2.2螺杆的选用原则螺杆的选用原则 （1）根据塑料产品种类选择塑料产品的种类很多，有非结晶型及结晶型，挤塑生 产两种制品时，对本身得粘度、稳定性和流动性能及温度条件要求都不相同。因此不 同的螺杆类型适用于不同产品。 （2） 螺杆结构尺寸受机头模具的阻力的影响挤出机螺杆螺纹均化段的螺槽深 浅度当和机头阻力大小要相互匹配选取，机头阻力则螺纹槽要浅些； 阻力小时则螺槽 就应深些。相对排气式挤出机来说，要求在第二阶段，其均化段螺槽深于第一阶螺杆 均化段螺纹槽要，否则易出现排气口处易溢料现象。 （3）按挤出机用途来选择不同种类不同用途挤出机，以工作性质和挤出制品 种来作为选配螺杆的依据。 对于特定挤出塑料制品的挤出机， 可按该塑料制品的要求， 订购专门螺杆挤出机。若挤出机要挤塑不同的制品， 则应选择的螺杆要具有较大通用 性。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第二章挤出机总体方案的确定 9 2.2.3 螺杆的分类螺杆的分类 依据螺杆的结构与其螺杆螺纹部分的几何特性，分为普通螺杆、 排气螺杆和新型 螺杆。 (1)普通螺杆普通螺杆挤出机是目前使用最为广泛的挤出机类型，能挤塑粉料 与粒料。该螺杆螺纹可分为加料段、塑化段及均化段。普通螺杆与新型螺杆相比存在 许多不足，有逐步被新型螺杆代替的趋势。 (2) 排气螺杆在挤塑生产的过程中，为排除物料中的、水蒸气挥发物气体和空 气，而专门进行设计的螺杆。 (3)新型螺杆该螺杆与普通螺杆比较，在螺杆不同点位设计了非螺纹元件，用 于改进塑料的熔融塑化质量、混合以及缩短挤塑生产时长。 2.2.4 螺杆方案的确定螺杆方案的确定 鉴于本设计要求为设计加工一种 PE 铝塑板挤出机。PE 是乙烯的一种高聚合物， 为使在挤出 PE 过程中排除挥发物、水蒸气和空气，故而选用排气螺杆。并根据设计 产量得要求确定为 70/25 螺杆。 2.3 机筒类型的确定机筒类型的确定 机筒与螺杆相互配合工作，共同构成挤出机挤压系统。 挤塑物料中机筒的作用和 螺杆工作的重要性相当。螺杆与机筒是挤塑系统零件主要组成部分， 更是挤出机关键 零件。机筒结构形式选择和制造的精度等级等因素，将会直接影响塑料产能和质量。 2.3.1 机筒的结构类型机筒的结构类型 机筒结构形式设计的选择，应在确保机筒工作强度的基础上， 优先考虑机筒有利 于原料的塑化，结构形式应方便机械加工；且能得到出众的精度；其二是要尽量减少 使用较贵重合金钢。以上几点对挤出机的制造工艺和制造费用，都有巨大的影响。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第二章挤出机总体方案的确定 10 （1）整体式机筒使用整体式机筒的情况较多，相对而言整体式机筒有利于保 障机械加工精度，设备运转中各部加热较均匀， 也有利于机筒的加热系统和冷却系统 的设置。通常小直径挤出机机筒都包括沟槽加料段部分。 大直径挤出机的机筒则无加 料段。整体式机筒的示意图见图 2-1. 图 2-1 整体式机筒 （2）分段式机筒因机筒过长，长径比值比较大的挤出机及排气式挤出机，为 方便机械加工及节省合金钢材，普遍运用分段式机筒。 该类别机筒在机加工时较有难 度。难点为二段机筒内圆直径同心度精度和尺寸一致性的保证难以达到指标。 因中间 使用法兰盘连接，因而对机筒加热均匀性上，致使连接部分受到影响。也给加热系统 和系统冷却系统的设置造成较大难度。分段式挤出机的机筒示意图见 2-2. 图 2-2 分段式机筒示意图 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第二章挤出机总体方案的确定 11 分段式机筒连接形式有两种分别为：法兰与机筒焊接连接， 螺纹连接和卡套式连 接。 焊接式连接相对简便， 缺点合金钢材性能差， 易出现焊接应力， 使机筒出现形变。 螺纹连接的机筒螺纹机制造难度大。进行机筒热处理过程中， 要特殊保护螺纹部 分，防止螺纹损坏。图 2-3 是几种常见机筒连接的结构形式。 图 2-3分段式机筒的连接结构 （a）法兰连接。（b）有衬套法兰连接。（c）铰链式夹头连接。 （3）卡套式连接相对容易，在机筒连接处加工出沟槽，将两个半圆环装入槽内， 在半环上连接法兰套，最后用螺栓紧固法兰套。为防止法兰套转动，将固定键装在法 兰和机筒间，如图 2-4.这种连接方式加工简单，装卸方便，应用十分广泛。 图 2-4 机筒用卡套式法兰连接示意图 （3）衬套式机筒大直径挤出机上应用最广泛的是衬套式机筒，来节省较贵重 的合金钢材。用普通碳素钢或铸钢制造机筒，渗碳合金刚则制造机筒的内衬套。该结 构形式见图 2-5。当衬套磨损时，将衬套更换即可。但因衬套薄而长导致热处理和机 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第二章挤出机总体方案的确定 12 械加工难度较大，因此使用较少。 图 2-5 衬套式机筒示意图 （4） 双金属层机筒 用离心浇铸法在机筒体碳素钢或铸钢的内壁上铸一层耐磨合 金，通过机械加工内孔尺寸。该机筒既节省了合金钢的同时抗腐蚀性和耐磨性得到保 障。 2.3.2机筒方案的确定机筒方案的确定 挤出机得挤压系统由螺杆和机筒相互配合进行工作，协助进行挤压塑化工艺，生 产出挤塑产品。在挤塑工艺结束后，同螺杆和机筒承受的很大压力力、物料得腐蚀以 及扭矩和摩擦压。 因而确定渗碳合金钢 38 AAMC lor 。 结合设计得所需和螺杆的形式， 选择双段焊接式的机筒。 2.4 本设计整体方案得确定本设计整体方案得确定 在市场化竞争条件下，挤出机产品因市场的开放性和全球性竞争也越发激烈，产 品的质量、技术水平、开发时间、创新能力、成本和服务这一系列附加条件都将成为 挤出机产品的竞争指标。老旧的设计思路、 生产技术和经营模式都是企业亟待解决的 问题，尽可能最大限度运用先进的手段设计，优化产品总体性能，节约资本的同时缩 短生产周期，并且根据市场和用户需求及时调整车略，抓住有利时机快速进入市场。 所以每个现代企业都需要运用综合手段提升产品的科技水准， 提升产品质量及生产模 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第二章挤出机总体方案的确定 13 式，高产能的同时节约成本。 挤出机的总体结构的设计图 2-6 所示： 图 2-6 挤出机得总体结构 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第三章挤出机的整体设计 14 第三章挤出机的整体设计 不同生产线对挤出机要求具有差异性， 挤出机的设计性能需要根据不同塑料做合 理的规划。根据本次挤出机的设计需求，要对挤出机的生产塑化制品有一定的了解。 3.1 PE 铝塑板的基本特性铝塑板的基本特性 铝塑板是由高纯度铝合金板、无毒低密度聚乙烯（PE）芯板、保护膜等多层材 料复合而成。铝塑板正面涂覆氟碳树脂（PVDF）涂层时可用于室外，当其正面可采 用非氟碳树脂涂层时可用于室内。 P 板聚乙烯铝塑板即 E 铝塑，PE,的全拼为 Polyethylene，是高分子有机化合物中 最结构简单的,是由聚乙烯合成的当今应用最广泛的高分子材料,按照密度的分类为低 密度聚乙烯、中密度聚乙烯和高密度聚乙烯。因低密度聚乙烯较软而多用高压聚合; 高密度聚乙烯具机械强度大、刚性强和硬度大而多用低压聚合。 3.2 产品的设计要求产品的设计要求 设计制品有的效宽度 12201750;厚度为 1.05mm;其中铝箔厚度为 0.03 0.5mm;产量为 500550kg/h;中心高为 1000mm。 3.3 螺杆设计螺杆设计 挤出机最重要部件为螺杆，产品质量与产量直接受其性能影响。 螺杆上发生的挤 出过程为整个理论的基础依据。故而挤出机螺杆的设计其理论最重要实用化方向。 不分段的设计的最早设计方式，伴随产业进步，把螺杆计量段、压实段和分为加 料段是比较合理的的事实被实践及理论二者证明。螺杆直径确定： 70mm，螺杆长径 比 25。螺杆有效长度 L 和螺杆的直径 D 之比便为螺杆的长径比 L/D，若为新型螺杆， 螺杆有效长度中须包含混炼段长度。故而长径比为代表挤出机性能的重要指标。欧洲 的塑料橡胶机械制造业委员会建议的长径比为 12、15、(18)、20、(24）、25、28、 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第三章挤出机的整体设计 15 30、35，应尽可能少用或不用括号中的数值。对于特定的排气螺杆，40 左右或更长 的长径比为最佳。 L=25D=25150=3750mm 普通螺杆全长应分为三段， 分别是加料段 L1 、 压缩段 L2 以及计量段 L3,计量段 也被称作均化段。熔融理论中，熔融起点及熔融重点和熔融段长度 Lm 于螺杆中并非 固定不变，各自随着挤出工艺条件及塑料性能改变而改变。螺槽深度由加料段深 H1 变化为计量段槽深 H3 区间被称作压缩段，长度为螺杆设计者人为设计的，当螺杆设 计出来时该长度便已经确定。 3.3.1 螺槽深度和压缩比的确定螺槽深度和压缩比的确定 螺槽深度是极其重要的参数，能从制品的质量与产量两个方面加以分析。 （1）计量段槽深的确定： 计量段中的熔料的剪切速率可按下式计算： 3 H Dn （式 3.1） 显然易见，计量段螺槽深度 3 H 越小，同一个的螺杆转速下剪切速率便愈大，故 而分子间内摩擦力随之增大。从式（3.1）中可以看出，熔料发生内摩擦产生的热量 正与剪切应力和剪切速率成正比关系。因剪切应力产生的热量与螺槽深度 H3的平方 成反比。 Q 2 3 2 2 )( H Dn aa （式 3.2） 式中 Q熔料因剪切产生的热量； 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第三章挤出机的整体设计 16 剪切应力； 剪切速率； a 熔料的表现粘度。 由已知可得，当螺槽深度较浅，则物料层内部会产生比较多的热。除此之外，因 螺杆上物料层较薄，故而由外界加热器传进来的热量也易将塑料加热。 以上因素都证 明了当计量段槽深较小时，对促进塑料的塑化质量有较大好处。由混合效果得出，当 计量段槽深 H3较小，而混炼程度较高，制品会比较均匀。在本章后面我们将深入证 明：当计量段槽深较浅，而压力波动与温度波动都比较小会对制品的综合质量起优化 作用。但我们应知道，如聚乙烯等能承受高剪切速率的的塑料，才可选用较小槽深， 因为这类塑料的成型温度范围相对宽（如聚乙烯成型温度范围是 150220,其范围 达 70），热稳定性优良。当剪切或其他一些因素造成的局部过热时，不易造成严 重后果。 相反如硬聚氯乙烯等热敏性塑料无法承受高剪切速率的塑料， 因其粘度较高， 若是螺槽深度较浅，将引起过多的因高剪切产生的热量。 加之此类塑料的成型温度范 围比较窄，粘流温度 T f 和分解温度 Td比较接近（如硬聚氯乙烯加工温度范围为 150190，其范围仅 40），热稳定性差，强烈的内摩擦过程放热会使它们因 过热分解甚至烧焦。故而加工这类塑料的螺杆计量段螺槽深度 H3不能选择过小。表 中的数值并非无法突破，尤其是短时间承受高剪切时， 例如在某些类型新型螺杆的屏 障棱上，文章在后面还要进一步分析此类问题。 表 3-1各塑料的最大切速率 塑料 最大剪切速率/S 1 LDPE（相对分子质量较高）56 LDPE（相对分子质量较低）104 HPVC26 SPVC60 PS10892 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第三章挤出机的整体设计 17 根据表格取=71 1 S 由公式 3 H Dn （式 3.3） 得 以上计算从挤出质量的方向剖析了计量段螺槽深度 H3的影响，除此之外我们还 可以从产量的角度对计量段螺槽深度 H3的影响加以分析。从熔体输送理论生产率公 式得：正流 Qd正比于螺槽深度 H3，而压力流 Qp正比于 H3的立方。由此可得：当 机头压力较低，若增加计量段螺槽深度可增加产量； 当机头压力持续增大到超过临界 压力时，加深 H3不再使生产率增加，而且甚至还产生负作用（图 3-1）。 图 3-1 计量段槽深对产量 Q 得影响 1螺槽深度 H3较浅；2螺槽深度 H3较深 也可由融体输送理论对螺槽深度 3 H 的最佳值加以估算， 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第三章挤出机的整体设计 18 ) 2 (6 3 3 2 3 1 WH Q H v d d z p (式 3.4) 将上式对 3 H 求导并令导数等于零，经一系列推导，可求得 3 H 的最佳值： 2 1 2 3 3 ) 6 ( DSin LK H Q （式 3.5） 在式中 Q K 形状系数 当口模系数未知时 H3的值无法加以确定。有以上分析可得，H3的决定受到方方 面面因素影响， 难以用单一简单理论公式加以计算。 设计时， 也可根据经验公式 （3.5） 来决定螺槽深度 H3 3 H=kD（式 3.6） 据统计螺槽深系数 k 值，发现一般规律如图 32。由图可得，计量段螺槽深系 数 k 普遍位于 0.020.07 范围中。若是螺杆直径较大，则 k 值应选择较小，若是螺杆 直径较小，则 k 值应选择较大；热稳定性较好的塑料 k 普遍较小，热稳定性较差的塑 料 k 值普遍较大；且当螺杆长径比较大时，k 值可选择较大。原因为长径比较大的螺 杆计量段 L3可以设计的较长，此时因螺槽深度 H3加大而造成压力流 Q p的增加以及 混炼段 M 的下降可以通过计量段的增加弥补。并且在设计新型螺杆时，因附加混炼 元件保证了塑料的熔融与均化，故而新型螺杆的计量段槽深系数 k 也可以取得最大 值。从图 32 还可得出如下结论：根据塑料热稳定性的不同，系数 k 分为三个区域。 上层适用与 PVC 等热稳定性较差的塑料