双螺杆挤出机设计
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1双螺杆挤出机设计概述
1.1 双螺杆挤出机概述
塑料挤出成型是在挤出机中通过加热、加压而使塑料以及熔融流动状态连续通过口模成型的方法，或简称为挤塑。挤出成型是聚合物加工中出现较早的一门技术,在19世纪初已有使用。挤出成型可加工的聚合物种类很多,制品更是多种多样,成型过程也有许多差异比较常见的是以固体块状加料挤出制品的过程。其挤出成型过程为:将颗粒状或粉状的固体物料加入到挤出机的料斗中,挤出机的料筒外面有加热器,通过热传导将加热器产生的热量传给料筒内的物料,温度上升,达到熔融温度。机器运转,料筒内的螺杆转动,将物料向前输送,物料在运动过程中与料筒、螺杆以及物料与物料之间相互摩擦、剪切,产生大量的热,与热传导共同作用使加入的物料不断熔融,熔融的物料被连续、稳定地输送到具有一定形状的机头(或称口模)中。通过口模后,处于流动状态的物料取近似口型的形状,再进入冷却定型装置,使物料一面固化,一面保持既定的形状,在牵引装置的作用下,使制品连续地前进,并获得最终的制品尺寸。最后永切割的方法截断制品,以便储存和运输。
挤出成型加工的主要设备是挤出机，此外，还有机头口模及冷却定型、牵引、切割、卷取等附属设备。其挤出制品都是连续的形体，在生产及应用上都具有多方面的优点。据统计，在塑料制品成形加工中，挤出成型制品的产量约占整个塑料制品的50％以上。所以，挤出成型在塑料制品成型加工工业中占有重要地位。
塑料在挤出机内熔融塑化，通过口模成为所需要的形状，经冷却定型而得到与口模断面形状相吻合的制品。
挤出成型是塑料加工工业中最早的成型方法之一。早在19世纪初期，挤出机就用于生产铅管、面条。早期的挤出机是柱塞式的，直到1936年才研制成功电加热的单螺杆挤出机，这就是现代塑料挤出机的起源。
同其他成型方式相比，挤出成型具有以下突出优点。
1.设备成本低，制造容易，因此投资少，见效快，占地面积小，生产环境清洁。
2.生产效率高。挤出机的单机产量较高。特别适合于较长的尺寸的制品。如制造较长的管材，板材、型材、薄膜等，而且产品质量均匀、密实。其生产效率的提高比其它成型方法快。
3.挤出成型可以实现连续化、自动化生产。生产操作简单，工艺控制容易，产品质量稳定。
4.可以根据产品的不同要求，改变产品的断面形状。其产品为管材、棒材、片材、板材、薄膜、电缆、单丝、中空制品及异型材等。
5.应用范围广。只要改变螺杆及辅机，就能适用于多种塑料及多种工艺过程。例如，可以加工大多数热塑性塑料及部分热固性塑料，也能用挤出法进行共混改性、塑化、造粒、脱水和着色等。
6.可以进行综合性生产。挤出机与压延机配合，可以喂料生产压延薄膜，与油压机配合生产各种模压制品。
随着聚合物加工业的发展，作为聚合物的主要加工设备之一的挤出机得到了飞速发展，并以其优异的加工性能得到了越来越广泛的应。
一套完整的挤出设备由主机和相应的辅机以及其它控制系统组成。 通常这些组成部分统称为挤出机组。它主要包括挤出系统、传动系统和加热冷却系统及控制系统。
1.挤出系统 它由料斗、螺杆和机筒组成，是挤出机工作的核心部分。其作用是使塑料塑化成均匀的熔体，并在此过程中建立压力，再被螺杆连续、定压、定温、定量地挤出机头。
2.传动系统 它由电机、调速装置及传动装置组成。其作用是驱动螺杆，并保证供给螺杆在工作过程中所需的扭矩和转速。
3.加热冷却系统 它由温度控制设备组成。其作用是通过对机筒进行加热和冷却，保证挤出系统的成型在工艺要求的温度范围内进行。
4.控制系统 它主要由电器、仪表和执行机构组成。其作用是调节控制螺杆的转速、机筒温度、机头压力等。
在挤出成型中，应用得最广的是单螺杆挤出机和双螺杆挤出机。双螺杆挤出机是在挤出机机筒中并排地安装两根螺杆的一种挤出机，它是在单螺杆挤出机的基础上发展起来的。最初的双螺杆挤出机是20世纪30年代后期在意大利开发的。Roterto Colombo开发了同向旋转式双螺杆挤出机，Carlo Pasqutti开发了异向旋转式双螺杆挤出机。
单螺杆挤出机易于加工粒料，对粉料则不易加工。对那些形状不规则的或是含湿度很大的悬浮料、乳剂料或分子量很高因而粘度很高的料等，实际上无法加工。单螺杆挤出机对于加入无机填料的适应能力也是差的，且混炼效果较差。
与单螺杆挤出机相比，双螺杆挤出机具有一系列的优点，如双螺杆挤出机可以用在混炼、排气、脱水、造粒粉料直接挤出以及玻璃纤维或其他填料的填充增强改性等方面。据资料介绍，近年来西欧工业国家的双螺杆挤出机的数量已达到挤出机台数的40%左右。特别是在成型加工中，应用更多、更广。例如，在管材和造粒中几乎全部使用双螺杆挤出机，在板材和型材的成型中，双螺杆挤出机约占80－90%。尤其对RPVC粉料、LDPE塑料的加工，双螺杆挤出机更是具有极大的优越性。因为其剪切速率较低（主要指异向旋转的双螺杆挤出机）、自洁性好、在机筒中物料停留时间短。此外，双螺杆挤出机还具有剪切力大、传热面积大、计量准确、回流少、供料性能好、混炼效果好、塑化效果好等优点。目前，双螺杆挤出机主要用作成型加工、预塑混炼、聚合反应以及废料处理方面。近几年来，我国在双螺杆挤出机的生产和应用方面同样也都得到了迅速的发展。
目前，双螺杆有许多种类型，其主要可以分为：
1.从螺杆轴线是否平行可分为平行式和锥形式双螺杆；前者两根螺杆的轴线互相平行，后者两螺杆的轴线相交成一角度。平行双螺杆挤出机相比较于锥形双螺杆基础机的优点是：平行双螺杆挤出机具有压延长度较大，压延有强烈的塑化与均化能力的效果，而且螺杆平均直径小，转速较低，因此，平均剪切速率也较低，压延频率高，有效停留时间并 速度调节环扩大了调速范围，维持了工作速度的恒定，实现了转速的无差调节。电流调节环可把起动电流稳定在允许的最大值，达到最优控制。在过载或堵转时可获得理想的下垂特性。在电阀电压波动时，由于其的快速作用，保证了电机的转矩平衡，而不致产生自转速量的变化。
本调速系统采用了新一代的可控硅调速装置，相同于进口系统，主控制板采用紧凑板结构，调节器、触发器及保护环节集中在一快板上。主回路器件选用了可控硅模块，主机的控制装置集中在一个小型笼式箱体内，主控板与箱体的连接采用翻板方式，能旋转，具有结构紧凑，技术先进，性能可靠，使用维护方便等优点。
主螺杆电机采用三相全控桥具有速度控制和电流控制的双闭环调速系统，其具有良好的动态性能和静态指标。
6.5.2 加热控制系统
本挤出机加热控制回路用小型断路开关代替了老式的熔断器，在过载和短路保护时，小型开关自动断开，在故障排除后，则可重新合上该开关，继续参加工作。
加热装置采用电阻加热器，其中料筒上的三段加热装置采用了先进的瓷块加热器，其热容量高，寿命长，安装使用方便，且安全可靠。
本系统共设置了十二组加热段：
螺杆油温加热段功率为 15KW
料筒第一段加热功率为 6KW
料筒第二段加热功率为 2.5KW
料筒第三段加热功率为 3KW
合流芯加热功率为 2KW
在控制箱前端部设置了五组电加热器和热电偶的插接装置，供用户选择使用，每组最大输出功率不得超过7KW。
加热器供电电压采用220V/380V三相四线制的供电方式，使装置在加热过程中电网三相负荷保持平衡。同时也可用于单相220V和线压380V的加热装置上。
在控制箱的每个温度指示调节仪下方，设置了三只加热指示灯，当电加热圈加热时，指示灯发亮，当电加热圈中有一组加热元件损坏时，对应的指示器熄灭，及时反映出该组电热圈有否损坏，以便及时进行更换，保证加热要求。
加热段的温度控制采用了国际DIN规格（96×96）的时间比例式温度指示调节仪，配用热电偶实现现温度的检测指示，调节和自动控温。至此，整个锥形双螺杆挤出机的设计已基本完成。
7 设 计 心 得
经过两个多月的努力，四年大学的毕业设计终于完成了，之所以要用“终于”这字眼，是因为它确实是来之不易。记得刚刚接到设计任务书时，看着上面写得密密麻麻的设计要求：翻译、计算、校核、编程等等，无一样是轻易就可以完成的，只感到千头万绪，不知从何做起。后来在傅老师的指导下，我们对株洲时代工程塑料制品有限公司及益阳橡胶塑料机械集团有限公司进行了参观实习，通过翻看查阅了大量相关资料和文献，渐渐地我对设计有了大概全面的了解。同时，也掌握了设计的基本方法和步骤。在具体设计过程中，虽然遇到了许多困难和问题，但在导师耐心的指导下，通过不断地翻阅相关资料和思考，一步一步地解决所遇到的问题，最终较圆满地完成了图纸和说明书的工作。当看着图纸和说明书从打印机出口一寸一寸地输出来时，心里真是感到无比的兴奋与激动。努力终于有了收获，这一划一线、一字一句无不凝聚着自己所有的付出。
在这次设计中，我最大的收获就是学会了如何借助手册和资料来进行合理、规范的设计，可以说，在这短短的两个月设计时间里，我到图书馆所借的书比我之前四年大学里所借的书加起来还要多。
另外，在为期两个多月的设计工作中，由于挤出机设计所涉及的知识较为广泛，所以整个设计过程又是一个学习的过程。通过不断地查阅资料、请教老师，并且进行现场参观与实物测绘，对有关塑料机械的理论知识和设计有了较深程度的认识，增强了实际操作经验。同时，为日后工作的独立设计能力打下了一个良好的基础。
在为期几个月的设计工作中，我个人获益良多。在知识的增长方面，扩展了自己的知识面，加深了对专业知识的掌握程度，培养了学以致用的能力；而在工作作风的培养上，则加强了整体思考问题的全局观念，培养了分工合作的协作精神，增强了对所负责工作任务的责任感。这些都为以后的学习和工作打下了良好的基础。在这次设计中，我走过弯路，遇过挫折。但通过这些挫折与教训，我学到了更多的东西，也增强了自己解决问题的信心。
尽管我已经尽了最大的努力，但是，我还是很清醒地认识到，由于一方面时间匆促，另一方面又受到知识和经验的限制，我所初步设计出来的这个系统还有很多需要完善的地方。希望能在以后的时间里不断地得到修正和改进。
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