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湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）過程管理資料
湖 南 工 業(yè) 大 學(xué)
本科畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告
（2010屆）
學(xué) 院（部）：
機(jī)械工程學(xué)院
專 業(yè)：
機(jī)械工程及自動化
學(xué) 生 姓 名：
蘇志遠(yuǎn)
班 級：
機(jī)工062
學(xué)號06405600206
指導(dǎo)教師姓名：
林益平
職稱 教授
2010年 元 月 15 日
- 11 -
題目：雙螺桿塑料擠出機(jī)
1. 雙螺桿塑料擠出機(jī)設(shè)計概述
1.1雙螺桿塑料擠出機(jī)概述
????塑料擠出成型是在擠出機(jī)中通過加熱、加壓而使塑料以及熔融流動狀態(tài)連續(xù)通過口模成型的方法，或簡稱為擠塑。擠出成型是聚合物加工中出現(xiàn)較早的一門技術(shù),在19世紀(jì)初已有使用。擠出成型可加工的聚合物種類很多,制品更是多種多樣,成型過程也有許多差異，比較常見的是以固體塊狀加料擠出制品的過程。
雙螺桿塑料擠出機(jī)有主機(jī)，機(jī)頭和輔機(jī)組成。其中主機(jī)是核心部分，由傳動系統(tǒng)，擠壓系統(tǒng)，加熱冷卻系統(tǒng)，控制系統(tǒng)組成。
其擠出成型過程為:將顆粒狀或粉狀的固體物料加入到擠出機(jī)的料斗中,擠出機(jī)的料筒外面有加熱器,通過熱傳導(dǎo)將加熱器產(chǎn)生的熱量傳給料筒內(nèi)的物料,溫度上升,達(dá)到熔融溫度。機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn),料筒內(nèi)的螺桿轉(zhuǎn)動,將物料向前輸送,物料在運(yùn)動過程中與料筒、螺桿以及物料與物料之間相互摩擦、剪切,產(chǎn)生大量的熱,與熱傳導(dǎo)共同作用使加入的物料不斷熔融,熔融的物料被連續(xù)、穩(wěn)定地輸送到具有一定形狀的機(jī)頭(或稱口模)中。通過口模后,處于流動狀態(tài)的物料取近似口型的形狀,再進(jìn)入冷卻定型裝置,使物料一面固化,一面保持既定的形狀,在牽引裝置的作用下,使制品連續(xù)地前進(jìn),并獲得最終的制品尺寸。最后用切割的方法截斷制品,以便儲存和運(yùn)輸。
加料擠出系統(tǒng)
整體方案設(shè)計
雙螺桿擠出機(jī)有嚙合型的，也有非嚙合型的；嚙合型的又分同向旋轉(zhuǎn)的和異向旋轉(zhuǎn)的；異向旋轉(zhuǎn)嚙合型雙螺桿又有平行雙螺桿擠出機(jī)和錐形雙螺桿擠出機(jī)之分。主要考慮的參數(shù)是雙螺桿直徑（Φ72MM）、中心距、長徑比、螺桿轉(zhuǎn)數(shù)范圍、功耗、擠出量、螺桿軸向推力。
1.2 擠出系統(tǒng)設(shè)計
1.2.1 螺桿設(shè)計
（1）螺桿元件的設(shè)計 根據(jù)實現(xiàn)功能的不同，可將螺桿元件分為輸送元件（它由螺紋元件組成，可有不同的螺紋頭數(shù)和導(dǎo)程），剪切元件（主要是捏合盤及其組成），混合元件（主要是齒形元件等）。
（2） 螺桿局部構(gòu)型設(shè)計 整根螺桿的組合分兩個方面：一是完成不同局部功能的各種螺桿區(qū)段（即局部構(gòu)型）設(shè)計；二是針對整個擠出過程完成的任務(wù)，整跟螺桿的組合設(shè)計。
（3）螺桿機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計
雙螺桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計包括芯軸、螺桿軸、螺桿元件的設(shè)計以及各種螺桿元件的類型、數(shù)量及如何裝配在一起等總體規(guī)劃設(shè)計。
（4）螺桿的材質(zhì)及熱處理
螺桿材質(zhì)的選自要考慮強(qiáng)度、耐磨度、耐腐蝕等問題，國內(nèi)雙螺桿擠出機(jī)廠家一般用合金結(jié)構(gòu)鋼，制成螺桿后氮化處理，氮化層厚度一般0.3-0.5mm。
1.2.2 機(jī)筒設(shè)計
根據(jù)擠出過程和工藝的需要，將不同功能，不同結(jié)構(gòu)形狀的若干機(jī)筒段用不同的方法把它們組合成一根整體機(jī)筒，與相應(yīng)的組合螺桿裝在一起，成為擠壓系統(tǒng)。
1.3 傳動系統(tǒng)設(shè)計
雙螺桿擠出機(jī)傳動系統(tǒng)的作用是在設(shè)定的工藝條件下，向兩根螺桿提供合適的轉(zhuǎn)數(shù)范圍、穩(wěn)定而均勻的速度、足夠且均勻相等的扭矩（功率），并能承受擠出過程中所產(chǎn)生的巨大的螺桿軸向力。下圖是德國某公司的傳動箱的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
傳動系統(tǒng)
（1）主驅(qū)動電動機(jī)選型
常用的電機(jī)有直流電動機(jī)、交流變頻調(diào)速電機(jī)、滑差電機(jī)、整流子電機(jī)，其中以直流電機(jī)和交流變頻調(diào)速電機(jī)居多。
（2）傳動箱設(shè)計
雙螺桿擠出機(jī)的傳動箱由兩部分組成，即減速部分和扭矩分配部分。這兩部分雖然功能不同，但聯(lián)系緊密，有時互相制約。根據(jù)目前流行的結(jié)構(gòu)看，其布置設(shè)計主要分兩種：一種是將減速部分和扭矩分配部分很明顯的分開，即分離式;一種是將兩者和在一起。追求的目標(biāo)總的來說是實現(xiàn)規(guī)定的螺桿轉(zhuǎn)數(shù)（范圍）、螺桿旋轉(zhuǎn)方向、扭矩均勻分配、軸承合理布置的前提下，通過傳動方案的確定和結(jié)構(gòu)設(shè)計，采取措施，降低齒輪負(fù)載，抵消或減小傳動齒輪的徑向載荷，傳遞更大的功率和軸向力，提高軸承的壽命，裝配維修方便。
1.4 雙螺桿擠出機(jī)輔助系統(tǒng)設(shè)計
（1） 壓力調(diào)節(jié)裝置
擠出過程中沿螺桿軸向方向的壓力分布是擠出過程的操作因變量之一，它會影響能量的轉(zhuǎn)換和混合效果，沿螺桿方向的壓力分布跟螺桿構(gòu)型、物料特征與操作條件有關(guān)。
（2） 排氣系統(tǒng)
雙螺桿擠出機(jī)一般都設(shè)有排氣系統(tǒng)，用于將擠出過程中物料中的空氣、殘留單體、低分子揮發(fā)物、溶劑、反應(yīng)生成物中的氣體排出。
排氣效果的好壞，排氣口冒不冒料，與排氣系統(tǒng)各組成部分的合理設(shè)計與匹配有很大關(guān)系。
（3） 加料系統(tǒng)
雙螺桿擠出機(jī)一般使用計量加料，有時也采用溢流加料，強(qiáng)制加料。
所謂計量加料，就是加料裝置給擠出系統(tǒng)加多少料，擠出系統(tǒng)就擠出多少料。擠壓系統(tǒng)的擠出量與螺桿轉(zhuǎn)數(shù)無關(guān)。
加料系統(tǒng)的調(diào)速電機(jī)可以采用直流電機(jī)，也可以采用變頻調(diào)速電機(jī)，計量方式有體積計量、失重計量、稱重計量。
（4） 加熱冷卻系統(tǒng)
擠出過程物料要吸熱變成粘流態(tài)才能完成擠出，一般的加熱方式是電加熱和載體加熱。冷卻有風(fēng)冷，油冷、水冷。
（5） 安全保護(hù)系統(tǒng)
雙螺桿擠出機(jī)設(shè)有很多安全裝置，如螺桿扭矩過載保護(hù)，止推軸承過載保護(hù)，計量加料裝置和主機(jī)聯(lián)鎖，潤滑系統(tǒng)保護(hù)。
2 選題依據(jù)、主要研究內(nèi)容、研究思路及方案
2.1 選題依據(jù)
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，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)展趨勢主要原因為：螺桿擠出機(jī)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(jī)內(nèi)的螺桿上來進(jìn)行。近年來，擠出工程的創(chuàng)新表現(xiàn)，更多的過程，如發(fā)泡、膠聯(lián)、接枝、嵌段、調(diào)節(jié)相對分子質(zhì)量甚至聚合反應(yīng)等化學(xué)加工過程都愈來愈多地在螺桿擠出機(jī)上進(jìn)行。螺桿擠出工藝裝備逐步取代了一些由多臺經(jīng)典化工裝備組成的生產(chǎn)線。連續(xù)生產(chǎn)代替間歇生產(chǎn)，必然有較高的生產(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，也易于實現(xiàn)生產(chǎn)自動化，創(chuàng)造好的勞動條件和減少少的環(huán)境污染。與此同時，螺桿的攪拌作用也提高了混合質(zhì)量。正因如此，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(yīng)用。
2.2 主要研究內(nèi)容
雙螺桿擠出機(jī)最重要的部分是擠出系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)，要著重設(shè)計螺桿和機(jī)筒以及兩者的配合，這個設(shè)計要自主設(shè)計傳動系統(tǒng)，要獨立設(shè)計調(diào)速裝置。
2.3 研究思路及方案
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。
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(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(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。
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)、可實現(xiàn)高速運(yùn)轉(zhuǎn)、產(chǎn)量高等特點，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)計的擠出機(jī)主要用于復(fù)合塑料擠出，因此應(yīng)設(shè)計同向嚙合雙螺桿擠出機(jī)。
3.工作進(jìn)度及具體安排
2009-2010學(xué)年第1學(xué)期
第18—20周 寫開題報告
2009-2010學(xué)年第2學(xué)期
第1到4周 實習(xí)
第5到8周 編寫設(shè)計說明書、繪草圖，中期檢查
第9到12周 繪裝配圖、零件圖，輸出說明書、圖紙
第13周 作好答辯前的準(zhǔn)備工作
第14周 畢業(yè)答辯
4.指導(dǎo)教師意見
指導(dǎo)教師：
年 月 日
說明：開題報告作為畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯委員會對學(xué)生答辯資格審查的依據(jù)材料之一，此報告應(yīng)在導(dǎo)師指導(dǎo)下，由學(xué)生填寫，將作為畢業(yè)設(shè)計（論文）成績考查的重要依據(jù)，經(jīng)導(dǎo)師審查后簽署意見生效。