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购买文档就送对应 纸 咨询 14951605 下载文档送全套 纸 14951605 或 1304139763 哈尔滨工业大学华德应用技术学院 毕业设计（论文） 题 目 木塑复合材料快速成型机 专 业 机械设计制造及其自动化 学 号 1109511133 学 生 郑美微 指 导 教 师 毕经毅 答 辩 日 期 哈工大华德学院 购买文档就送对应 纸 咨询 14951605 要 首先介绍 木塑复合材料 挤出成型生产工艺，单螺杆挤出机的工作原理、基本结构及各系统在工作中的作用，根据设计任务书要求确定挤出机的基本参数并对挤出机主要零件螺杆和机筒进行了设计最后对螺杆和机筒的制造要求、修复方法提出了自己的一些看法。 挤出成型是橡胶工业的基本加工工艺之一。它是指利用挤出机及其辅机，使胶料在螺杆的推动下连续不断地向前运动，再借助于口型挤出各种所需形状的半成品，然后由特定的辅机配合，来完成挤出成型或其他作业的工艺过程。挤出成型工艺的优 点主要是操作简单、经济，半成品质地均匀、致密，容易变换规格和断面形状，设备占地面积小，结构简单，造价低，灵活机动性大，生产能力大且能连续操作。 挤出机与成型模具，它是制件成型的主要部件，熔融塑料通过它获得一定的几何截面和尺寸。本设计将主要针对挤出机的工作原理进行分析研究。单螺杆挤出机主要由传动系统、加料系统、挤压系统、加热冷却系统、控制系统和机架等几部分组成。 关键词 挤出成型，挤出机，螺杆，机筒，设计 购买文档就送对应 纸 咨询 14951605 of in to of of of of is of of to of by of to or is of is to an of an is it is a of of is is of 买文档就送对应 纸 咨询 14951605 目录 摘要 . . 1 章 绪论 . 塑复合材料挤出概述 . 塑缝合材料挤出成型设备的组成 . 出机的分类 . 分类方法 . 单螺杆挤出机用途及特点 . 计类型的确定 . 2 章 单螺杆挤出机 . 螺杆挤出机原理 . 螺杆挤出机主要技术参数和规格 . 螺杆直径 . 螺杆中心距公称尺寸 . 螺杆长径比 . 螺杆转速要求及范围 . 挤出机功率的确定 . 挤出机加热功率的确定 . 3 章 单螺杆挤出机主要零部件的设计 . 杆的设计 . 螺杆的基本尺寸初步确 . 螺杆材料的选择 . 螺杆设计计算 . 螺杆的技术要求 . 螺杆传动系统及止推轴承布置设计 . 筒的设计 . 机筒的结构类型选择及特性 . 机筒的结构尺寸设计 . 机筒材料的选择 . 流板 . 买文档就送对应 纸 咨询 14951605 出机电机的选择 . 动系统的设计 . 传动方案的确定 . 齿轮参数 . 齿轮轴的确定 . 螺杆齿轮轴段计算 . 轴承寿命校核 . 键的校核 . 箱体的设计 . 4 章 单螺杆挤出机辅助系统的设计 . 量给料系统 . 温系统 . 空排气系统 . 气控制系统 . 直流调速系统 . 加热控制系统 . 论 . 谢 . 考文献 . 录 1 . 录 2.买文档就送对应 纸 咨询 14951605 哈工大华德学院毕业设计（论文）评语 姓名： 学号： 专业： 毕业设计（论文）题目： 工作起止日期： _ 年 _ 月 _ 日起 _ 年 _ 月 _ 日止 指导教师对毕业设计（论文）进行情况，完成质量及评分意见： _ 指导教师签字： 指导教师职称： 评阅人评阅意见： _ _ _ 评阅教师签字： _ 评阅教师职称： _购买文档就送对应 纸 咨询 14951605 答辩委员会评语： _ 根据毕业设计（论文）的材料和学生的答辩情况，答辩委员会作出如下评定： 学生 毕业设计（论文）答辩成 绩评定为： 对毕业设计（论文）的特殊评语： _ 答辩委员会主任（签字）： 职称： _ 答辩委员会副主任（签字）： 答辩委员会委员（签字）： _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 年 月 日 购买文档就送对应 纸 咨询 14951605 哈尔滨工业大学华德应用技术学院 毕业设计（论文）任务书 学生姓名 郑美微 系部 机电工程系 专业、班级 1095111 指导教师姓名 毕经毅 职称 讲师 从事 专业 农业机械化工程 外聘 否 题目名称 木塑复合材料快速成型机设计 一、设计（论文）目的、意义 国内外发展现状： 木纤维塑料配混料研究已有 80 多年历史，但一直未能工业化， 15 年前左右，才很小量用于低值的吸声制 品。由于环境观念的加强，美国建筑工业寻找象木一样的替代材料（不腐蚀、不翘曲、维修方便，外观与木材相似），而韩国和日本的纸、木材加工厂为寻找锯木粉、废木屑等的应用，都推动和加速了 研究和应用开发。把木粉填充配混料加工成建筑和结构用型材是目前挤出行业最活跃的部门之一，新应用开发也层出不穷，所以尽管已有几十年的研究历史，但由于 大的潜在应用市场，使其象一种新产品受到人们普遍关注。不少国家投入力量加快开发和应用步伐，尤其是型材的生产，被称为是一个“热门”市场。 选题的目的和意义： 木塑复合材料与快速成形技 术有机的结合，是新材料与新技术的实际应用，有着巨大的发展前景。木塑复合材料快速成形机提高了木塑复合材料从概念到市场的产品开发周期。为未来木塑复合材料的大量应用打下坚实的基础。 本论文介绍的快速成形设备主要用于木塑复合材料的快速成形，成本较低，具有较好的推广价值。 购买文档就送对应 纸 咨询 14951605 二、设计（论文）内容、技术要求（研究方法） 本设计内容主要包括：总体结构方案的拟定；吐丝喷嘴结构设计，使其能够正常吐丝而不流涎； 温度控制部分要保证温度控制的稳定性，并注意温度惯性对成形的影响；机械结构设计要充分考虑原料成形设备的体积和重量；工作台为三维可动结构；绘制木塑复合材料快速成形机总体装配图；编写设计说明书 . 拟解决的主要问题： 1、木塑复合材料快速成形机的整体设计 2、零件设计的基本要求（ 从满足机器的使用功能和经济性两方面来考虑 .） 三、设计（论文）完成后应提交的成果 1. 设计计算说明书一份 2. 纸 两 张 ， 3 个零件图 四、设计（论文）进度安排 1、 查找相关文献资料； 2、 参考前人设计经验对木塑复合材料快速成形机的设计提出创新点，并拟定总体设计方案； 3、 木塑复合材料快速成形机整体的结构设计； 4、 应用 件对木塑复合材料快速成形机绘制总成结构图，零、部件工作图； 5、 完成设计说明书的编写。 购买文档就送对应 纸 咨询 14951605 五、主要参考资料 1 丁松聚主编 M械工业出版社， 2 周大隽等 M械工业出版社 ,3 彭建声，秦晓刚 M答 机械工业出版社，1996,594 肖祥芷 M国防工业出版社 ,1996,75 罗继相 策 M6 俞新陆主编 锻压车间设备 M械工业出版社， 1993 7 现代模具技术编委会 术 M防工业出版社， 1995 8 范宏才 M械工业出版社 ,1994. 六、备注 指导教师签字： 年 月 日 教研室主任签字： 年 月 日 购买文档就送对应 纸 咨询 14951605 购买文档就送对应 纸 咨询 14951605 - 1 - 第 1章 绪 论 木塑复合材料挤出概述 当今世界四大材料体系（木材、硅酸盐、金属和聚合物） 中，聚合物和金属是应用最广泛和最重要的两种材料。据统计，在塑料制品成型加工中，挤出成型制品的产量大约占整个塑料制品产量的 50%以上。其中不仅包括板、管、膜、丝、和型材等制品的直接成型，还包括热成型、中空吹塑等坯料的挤出加工。除此之外，在填充、共混、改性等复合材料和聚合物合金生产过程中，螺杆挤出很大程度上取代了密炼、开炼等常规工艺。挤出机几乎成为任何一个塑料有关公司或研究所最基本的装备之一。 挤出成型有如此发展趋势主要原因为：螺杆挤出机能将一系列化工基本单元过程，如固体输送、增压、熔融、排气、脱湿、熔体输送和 泵出等物理过程集中在挤出机内的螺杆上来进行。近年来，挤出工程的创新表现，更多的过程，如发泡、胶联、接枝、嵌段、调节相对分子质量甚至聚合反应等化学加工过程都愈来愈多地在螺杆挤出机上进行。螺杆挤出工艺装备有较高的生产率和较低的能耗，减少生产面积和操作人员数量，降低生产成本，也易于实现生产自动化，创造好的劳动条件和减少少的环境污染。螺杆挤出这种工艺不仅广泛地用于聚合物加工，而且在建材、食品、纺织、军工、和造纸等工业部门中都得到了愈来愈多的应用。 塑复合材料挤出成型设备的组成 一套完整的挤出设备由主机、辅 机及控制系统组成。 挤出机是塑料挤出成型的主要设备，即主机。由挤压系统、传动系统及加热冷却系统和主机控制系统组成。 （ 1） 挤压系统 由机筒、螺杆和料斗组成，是挤出机的核心工作部分。 （ 2） 传动系统 由电机、调速装置和传动装置组成。作用是给螺杆提供所需转速和扭矩。 （ 3） 加热冷却系统 由温控设备组成。作用是通过对机筒进行加热和冷却，以保证挤出系统成型在工艺要求的温度范围内进行。 （ 4） 控制系统 主要由仪表、电器及执行机构组成。作用是调节控制机筒温度、机头压力和螺杆转速。 挤出机需配置相应 的辅助机械设备才能实现挤出成型。根据制品的种类购买文档就送对应 纸 咨询 14951605 - 2 - 确定辅助设备的组成。通常包括：机头、冷却系统、定量给料系统、电气控制系统、真空排气系统等。 控制系统由各种电器、仪表及执行机构组成。根据自动化水平的高低，可控制挤出机、辅机的拖动电机及其他各种执行机构按所需的速度、功率和轨迹运行监控主辅机的流量、温度及压力，最终实现对整个挤出成型设备的自动控制和对产品质量的控制。 出机分类 类方法 随着挤出机的广泛应用和不断的发展，出现了各种类型的挤出机，其分 类方法各异，主要有以下几种： 按装置位置分为立 式挤出机和卧式挤出 按可否排气分为排气挤出机和非排气挤出机。 按螺杆转速分为普通挤出机、高速挤出机和超高速挤出机 按螺杆数目的多少和结构分为无螺杆挤出机、单螺杆挤出机、双螺杆挤出机、多螺杆挤出机。 按用途可分为配混造粒挤出机和生产制品用挤出机 螺杆挤出机用途及特点 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，但要预热、受压挤实，过去老挤出理论认为此处物料是松散体，后来通过证明此处物料实际是固体塞，就是说这里物料受挤压后是一固体象塞子一样，因此只要完成输送任务就是它的功能了。 单螺杆挤出 机原理：第二段叫压缩段 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 3： 1，有的机器也有变化，完成塑化的物料进入到第三段。 单螺杆挤出机原理：第三段是计量段 此处物料保持塑化温度，只是象计量泵那样准确、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。 购买文档就送对应 纸 咨询 14951605 - 3 - 单螺杆挤出机主要供挤出软、硬聚氯乙烯、聚乙烯等热塑性塑料之用，它与相应的辅机（包括成型机头）配合，可加工多种塑料制品，如膜、管、 板、丝带等，亦可用于造粒。 塑料挤出 机设计先进，质量高，塑化好，能耗低，采用渐开线齿轮传动，具有噪音低，运转平稳，承载力大，寿命长等特点。 计类型的确定 现在在工业生产中复合材料的应用非常广泛，本次设计的挤出机要可以对塑料混合、改性，主要用于生产木材和塑料配混料为主料的复合材料。 由于单螺杆挤出机具有 设计先进，质量高，塑化好，能耗低，采用渐开线齿轮传动，具有噪音低，运转平稳，承载力大，寿命长等特点。 特别适于聚合物的改性，如共混、填料、增强及反应挤出。并且本次设计的挤出机主要用于复合塑料挤出，因此应设计单螺杆挤出机 购买文档就送对应 纸 咨询 14951605 - 4 - 第 2章 单螺杆挤出机 螺杆挤出机原理 螺杆挤出机是塑料成型加工最主要的设备之一，它通过外部动力传递和外部加热元件的传热进行塑料的固体输送、压实、熔融、剪切混炼挤出成型。螺杆挤出机自诞生以来，经过近百年的发展，已由普通螺杆挤出机发展为新型螺杆挤出机。尽管新型螺杆挤出机种类繁多，但就挤出机理而言，基本是相同的。传统螺杆挤出机挤出过程，是靠机筒外加热、固体物料与机筒、螺杆摩擦力及熔体剪切力来实现的。“摩擦系数”和“摩擦力”，“粘度”和“剪应力”是影响传统螺杆挤出机工作性能的主要因素，由于影响“摩擦”和“粘度”的因素十分复杂，因此， 传统螺杆挤出机挤出过程是一个非稳定状态，难以控制，对某些热稳定性差、粘度高的热敏性塑料尤为突出。自 60 年代以来，世界上各国学者对螺杆挤出机理进行了大量研究，也取得了明显的成就，但由于他们的研究大多局限于传统塑料挤出成型机理、机械结构形式和换能方式，因而一直未能取得重大突破。传统螺杆挤出机所存在的如体积庞大、能耗高、噪音大、产品质量提高难等一系列缺点没有得到根本解决。 螺杆挤出机主要技术参数和规格 杆直径 螺杆直径：即螺杆的外径，它是挤出机的重要参数，一般用 D 表示，单位为 表征挤出机 挤出量的大小。 在设计或选用挤出机前，一般挤出机生产能力及转速已经确定，螺杆直径的选取主要是根据挤出机的产量来确定设计参数：生产以聚氯乙烯（ 主料的复合塑料，最大产量为 200Kg/h，最高转速为 260r/ 根据我国同向双螺杆挤出机基本参数表 ( 5420螺杆直径系列标准，取螺杆公称直径 :D=72 杆中心距公称尺寸 购买文档就送对应 纸 咨询 14951605 - 5 - 单螺杆中心距公称尺寸。 指平行布置两螺杆中心的距离，用 a 表示，单位为 据螺杆直径、螺杆计量段螺纹槽深度和计量段啮合程度确定。 杆长径比 螺杆长径比。（ L/D）来表示，即螺杆有效螺纹部分长度 L 与螺杆外径 可以表征螺杆的塑化能力和塑化质量，用（ L/D）来表示，如下图2示： 图 2杆示意图 现代塑料挤出工业螺杆长径比较早期螺杆大，国内应用较多的长径比一般范围是 1540，多采用 15，最长可达 40 乃至更高。螺杆长径比的增加有如下好处：（ 1）螺杆加压充分，能提高塑料制品的物理机械性能。（ 2）提高塑化质量，制品外观质量好。（ 3）有利于类似于 料挤管的成型。（ 4）螺杆特性曲线斜 率小，挤出量稳定，挤出量可以提高 20%40%。但螺杆长径比与很多因素有关，因此可以根据加工条件和实际需要再由试验确定，还可以由统计类比的方法来确定。国产同向旋转挤出机的主要技术参数表 ( 5420显 示 生 产 能 力 为 300kg/h 的 螺 杆 挤 出 机 螺 杆 长 径 比 L/D=1540，取 L/D=40。 杆转速要求及范围 螺杆转速范围：用 最高转速） 最低转速）表示，其单位购买文档就送对应 纸 咨询 14951605 - 6 - 是 r/ 对挤出机速度要求有两方面，既能实现无级调速又要有一定的调速范围。要求实现无级调速的目的是容易控制挤出质量并与辅机的一致配合；要求有一定的调速范围的目的是为了适应多种加工物料及满足多种工艺要求。在实际生产中，因挤出机开始工作时，机头压力容易出现超常值，所以螺杆转速应缓慢增至工作要求速度；当螺杆运转平稳后，由于加工的原料、制品及生产能力不同要求，要保证质量提高产量，除控制温度、压力等条件外，主要是靠改变螺杆转速进行控制调节。因此，要求螺杆转速在一定范围内可调。多 数挤出机的调速范围在 1： 6，对通用性大的小规格挤出机调速范围可达到 1： 10，根据经验，确定螺杆转速范围为： n=50260r/ 挤出机功率的确定 驱动电机功率 表示，单位为千瓦（ 它表征挤出机的驱动能力。挤出机螺杆消耗的功率所涉及的因素是多方面的。双螺杆挤出机功率的确定通常是根据经验选取，根据我国同向双螺杆挤出机基本参数表 ( 5420取挤出机主电机功率 :P=55出机加热功率的确定 挤出机加热功率是指机筒加热功率：用 H 表示，单位为千瓦（ 表了挤出机的加热能力。 通常情况下按机筒的内表面积计算加热功率： H= )/()2(10001 = 0272(1000 1 =中 H 机筒加热功率，单位为 0D 机筒内直径，单位为 A 单位面积的加热功率， W/ 2 A 值根据各种塑料性能靠经验选定，取 A=210 W/ 2 购买文档就送对应 纸 咨询 14951605 - 7 - 第 3 章 单螺杆挤出机主要零部件的设计 单螺杆挤出机主要零部件包括螺杆、机筒、分流板、过滤网、料斗及料斗传输螺杆、电机、减速器等装置。 杆的设计 螺杆是挤出机的核心部分，是输送、塑化塑料的最重要部件。其结构性能将直接影响挤出机的生产率、塑化混合质量和能量消耗。 由于聚氯乙烯（ 非结晶型高聚物，它从玻璃化温度到粘流温度的温度范围较大，其熔融过程是在一个比较长的距离后才能全部熔融，出于制造成本和胶料的均匀混炼和塑化考虑，采用渐变型普通螺杆，螺纹断面形状为矩形。 螺杆的基本尺寸初步确定 螺杆的螺纹长度为： L=15D=30 72=1080 (3根据实践经验，螺杆三段长度的分配如表 3 表 3长度分配比例表 塑料类型 加料段1 晶 型塑料 10%25% 全长 55%65% 全长 22%25% 全长 结 晶 型 塑料 60%65% 全长 12 螺距 25%35% 全长 所以：加料段 1L =（ 10%25%） L，取 1L =1080=130缩段 2L =（ 55%65%） L，取 2L =1080=702量段 3L =（ 22%25%） L，取 3L =1080=248杆压缩比。因压缩比的确定非常复杂，目前国内根据经验选取。对塑料而言，螺杆几何压缩比大多数为 25,根据常用塑料螺杆的几何压缩比表，选取螺杆压缩比： =3 为了加工方便，等距螺杆取 S=D 螺距 S： S=D=72买文档就送对应 纸 咨询 14951605 - 8 - 螺纹头数： i=1 螺纹升角 ： =D=37 2 1 03 7 2 1 0= 1741 (3螺棱法向宽度 e：根据对紧密共轭齿廓的要求和齿轮传动啮合基本原理，考虑到螺杆制造和安装方便，同时为了更好的对物料进行充分混合，把螺杆设计成接近共轭型，取螺棱法向宽度为： e=30 螺棱轴向宽 b： b=e/30/=槽法向宽 E： E=S 30=72 30=槽轴向宽 B： B=杆与机筒间隙 = 螺杆材料的选择 螺杆工作时不仅所受扭矩较大，而且是在高温、高压下工作。因螺杆要与机筒配合工 作，所以还要受到机械摩擦磨损、刮磨及塑料摩擦的作用，某些塑料还会有较强的化学腐蚀作用。所以螺杆可能产生扭断、因磨损严重而与机筒间隙增大使产量降低等失效形式。 根据以上螺杆的实际工况，要保证螺杆能正常工作，必须选择合适的材料。其材料性能要求为：机械性能好，耐磨性能好，耐腐蚀性能好，加工性能好。由于 38合性能好且是挤出机螺杆应用最广泛的材料，因此选择 38为螺杆的材料。 杆设计计算 到此已知螺杆参数为： 最高转速：m a x 2 6 0 / m i n 4 . 3 /n r r s最高产量： G=200Kg/h 螺杆直径： D=72螺距 S： S=72 径比： L/D=30 螺槽法向宽度： E=槽轴向宽度： B=买文档就送对应 纸 咨询 14951605 - 9 - 螺棱法向宽度： e=30棱轴向宽度： b=纹升角 ： =1741 查表得 :聚氯乙烯（ 堆积密度为 3/500 固相密度 3/1400 液相密度 3/1200 熔池温度 90由于双螺杆挤出机的理论很不成熟，加之螺杆啮合部分容积相对于整个螺杆来说很小，故可以把双螺杆看成两根单螺杆进行 计算，然后做一定的因双螺杆啮合带来数据校正。 （ 1）计算熔融速率。 为了保证稳定的挤出过程，熔体输出量、固体输送量和固体熔融量应该平衡。即： Q （ 3中 固体输送量； 单位面积熔融速率； A 固体粒料与机筒的接触面积； m 熔体密度； Q 熔体输出量； 取螺杆转速 G=200Kg/h /= 534 1 0 / （ 3 估算面积 A。由于螺杆啮合部分没有机筒对物料进行加热，但螺纹啮合处没有机筒部分占整个机筒的比例较小，因此机筒的总面积约为 L ,其中螺槽占 假设其中固体与熔体塑料各占一半，则固 体总面积 A：L 购买文档就送对应 纸 咨询 14951605 - 10 - 熔融速率：= (3（ 2）计算计量段螺槽深度。 为了保证螺杆的硬特性，避免压力波动引起过大的输出量波动， 应取较小的 值，但为了达到较好的混合质量，又不能取得过小。综合上述原因，取： 由 Q得： 535 1 0 / (3（ 3）验算计量段长度。 螺杆的剪切速率为：3 = (3当温度为 ，由流变曲线得： 4100Pa s 有上文可知： 531 1 0 / (3令 P =P ，由式：3331 ( ) c o s s i b H L 得： （ 3 333 ( ) c o s s i b H = 497合格 （ 4）确定加料段螺槽深度。 根据常用塑料的几何压缩比表，取： =3 则加料段螺纹槽深度 1h 为： 1h = 2330 . 5 4 ( ) D D h D h =（ 3 取 1h = 验算压缩比1133()D h hD h h = 正确 （ 5）验算压缩段长度。 计算螺槽内固体粒料厚度减小的速率，即形成熔膜的速率22Z = 44 1 0 / （ 3 即固体粒料在压缩段中移动时，在每秒钟移动的距离上螺槽深度的减小购买文档就送对应 纸 咨询 14951605 - 11 - 量不能超过 否则固体粒料来不及完全熔融而堵塞螺槽，引起产量波动。此时固体粒料顺着螺槽的流动速率 1 ( ) c o D b = （ 3 则压缩段顺着螺槽展开的长度2 1 32 () = 由（ 3 3 则压缩段的最小长度22L=2 =1032由于 14041034 （ 6）螺杆中心距的确定。 考虑到螺杆的安装和物料的混合均匀，又不至于螺杆产生干涉，取螺杆的中心距 a:a=3 =（ 6）归纳设计结果。 加料段长度： 1L =259料段螺槽深度： 1h =缩段长度： 2L =1404量段长度：3L=497量段螺槽深度：3 槽轴向宽度： B=棱轴向宽度： b=杆中心距 a： a =杆的技术要求 材料：采用氮化钢 38 表面处理：对材料进行氮化处理，处理深度为 螺杆外圆硬度 65性不大于 2 级。 螺杆外圆极限偏差应符合 1184规定。螺杆的上、下偏购买文档就送对应 纸 咨询 14951605 - 12 - 差分别为： 上偏差： m 下偏差： 39 m 螺杆全长直线度公差值应符合 1184精度等级规定。所以螺杆的直线度公差值为： 10
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