木塑挤出机机头设计--本科毕业设计（论文）.doc

青岛科技大学本科毕业设计（论文）概论木塑是用木材剩余的原料、竹子屑、水稻的外壳、麦子的桔梗、黄豆的皮、甘蔗渣等低价值的自然界随处可见的植物垃圾为主要材料然后通过和塑料进行复合，经过一系列的加工最终生产出来的复合质料。它既拥有了植物纤维所具备的有点，也具备了塑料的各种有点，具有非常广泛的实用范畴非，可以说木塑型材几乎包含了整个拥有相近复合材料（例如：塑料、塑钢、铝合金等等）的领域。木塑材料聊的出现也相应的解决了以往木材和塑料行业的产品只能够一次性使用的现状。实现了重复利用，资源再生，符合现阶段政府的政策性问题。人们生活水平一步一步的快速提高高，安居工程迅速的普及。伴随着不停扩张的装饰装修原材料市场，人们对于原材料的数量和原材料的质量要求也在不停的提高。木塑组合式扣板型材作为高档次的现阶段装修和装饰必备的原材料，市场潜力非常的大。木塑制品具有外观装饰效果好、坚固耐用、加工特性好、造型稳定性好、可调性优良、可回收利用、环保等特点，木塑加工分为三个步骤（配料、混料和挤出）。挤出成型技术分成三种成型方式分别为：注射成型、压制成型、挤压成型（一步法和多步法）。要想提高木塑材料的质量主要是要想办法让具有亲水性的木粉和具有疏水性的塑料材料的相互融合性能提高，使聚合物基本体从单组分变成多组分，以此来提高木粉含量，也可以提高木塑复合材料的强度，要解决木塑材料的复合性差和难以成型的缺点最好的方法就是将木材和塑料进行复合炼化的设备进行改良。 经过研究调查发现现阶段国内外木塑挤出机最常见的有单螺杆挤出机、平行双螺杆共挤机、锥形双螺杆共挤机。单螺杆挤出机的输送靠摩擦来实现，但是此类挤出机在挤出的时候木质材料需要在螺杆和流道中停留很长一段时间，在摩擦效应和加热板的双重作用下非常容易烧焦，虽然结构简单，维修费用低但是复合炼制的效果不是很好，机筒内的空气排出速度慢，影响产品的生产。双螺杆共挤机的位移机制是通过两个螺杆之间挤压力来带动实现物料的移动。因为它的空气排出系统先进效率高，因此不会形成空气的四处流动，在往机头中加入原材料的时候更加的容易，塑化成型的效果更好，物料在螺杆和流道中停留时间短，不会出现烧焦现象。 木塑复合材料工业业推广于1980年美国，目前木塑复合材料产品在加拿大、日本、德国、美国、英国、韩国等国家有着非常普及的使用程度，生产工业技术和木素复合材料装饰装修市场已经非常的规范。中国市场在国家政策和市场需求的推动下正在兴起。现今木制品市场需求逐渐扩大，而天然木材越来越少，因此木塑行业兴起是必然的，本次设计国木塑挤出设备的研究是开始于1999年到现在已经有十几年的历史。基本已经能够满足国内中低档需求，然而想要达到国际先进水品还有很长的路要走。木塑组装式扣板型材是在未来许多年中各行各业需要材料，必然会在近几年兴起，随着需求量扩大，材料畅销，挤出机需要优化设计、降低工艺成本是必然的进程。而挤出机头的设计在减少挤出工艺成本方面拥有至关重要的作用。 本文主要研究木塑组装式扣板型材挤出机头设计。伴随着本次设计国的木塑复合材料机械工业水平的不断提高和蓬勃发展，木塑复合材料制品应用范围不断的的扩大，对木塑挤出成型技术的要求更加的严格。挤出机主机关键部位螺杆已经非常的先进，温度调节控制系统也已经基本完善。但是挤出模的结构仍然没有得到快速发展，结构设计仍需优化。本文的主要设计任务是对挤出机机头的各个部分零件的工作面的尺寸、外型的尺寸和整体的构造进行优化。 1 木塑复合材料的国内外发展概况1.1 木塑复合材料木塑复合材料的生产起源于1900年的欧洲，在传入北美洲之后渐渐的发展起来。1916年罗斯公司将木塑复合材料应用于变速器的控制手柄从而开拓了市场，从那以后的几十年各种大小型工厂总是使用热固性塑料黏结植物材料并以此来生产制造木塑复合材料。1960年以后一般使用乙烯基单体或含有碳碳双键的预聚物来浸泡和注射实体的木材以此来达到木材的预处理，在此之后用具有很高能量的各种射线或自由基激发剂来激发聚合物，用来制造高机能的木塑复合材料。1980年以后日本、印度、美国等国家致力于研究塑料填充改性技术，但是收效不大。到1990年以后采用热塑性材料为木塑复合材料的原材料，用来制造托盘和包装盒等产品。日本EIN株式会社在2001年研究出了更加优良性能的木塑板才用于制造墙板和门窗等家具产品。欧洲各国则研发了用挤出、注射和压延等方法来制造各种各样的木塑复合材料。国内对木塑复合材料的研发和制造起始于20世纪90年代，经过不懈的努力终于大功告成研发出包装盒、木塑复合材料宽幅版材和多种多样的镂空型材产品。从21世纪初到现在本次设计国和木塑复合材料研发方面有关的各种期刊、书籍和文献资料公开发表的大约有200篇左右，专利80多项，发展非常迅速，但是大部分研究成果还没有在实际生产中应用。现今木塑复合材料产品销量位居世界第二，是仅次于北美地区的第二木塑复合材料生产基地，发展态势良好，发展前景广阔。据估计中国木塑材料的市场状况每年的增长情况都会超过去年的30%。 在本次设计国各个科研机构和各大木塑企业的努力下，新产品开发迅速木塑复合材料的微发泡成型技术就是现阶段研究的热点。经过微孔发泡的原料，发出的泡孔的尺寸和密度比起以前经过发泡的发泡材料是远远小于的。小气泡能更好的防止原料在发泡过程中产生的裂缝的扩张，通过使裂缝的比较尖锐的一端变钝从而让材料的韧性、冲击的强度等各方面的机能提高，泡孔的存在可以使材料的密度减小，利于搬运，提高产品的使用性能。在各大企业中生产制造木塑复合材料板材主要使用挤出成型、热压成型和注射成型这3种方法。其中挤出成型又分为一步法和两步法。目前国内的大部分公司都使用两步法进行木塑复合材料的生产。从21世纪初到现在隶属于北京化工大学的特种挤出技术研究中心一直致力于新型一步法木塑复合材料挤出成形技术的研发，而且已经完成，具备了一整套的生产工艺规程。热压成型技术适合用于具有高含量木材纤维（大约70%左右）的木塑复合材料制造。热压成型工艺是将木制的纤维原料在20摄氏度左右的温度下进行充分的搅拌复合之后，再对其进行加热加压形成木塑复合材料的生产过程。和其它成型技术相比较，热压成型技术的优点是能够使用不同形态下的木质纤维原料和塑料复合在一起加工生产出完整的型材。但是很少有企业用热压成型技术来生产木塑复合型材，因此和挤出成型技术相比较热压成型技术的研究要少很多。目前本次设计国的木塑产业正在向模块化、大型化、高效化、精密化、专业化、电子化、网络化、多功能化方向发展。木塑复合材料有以下特点1. 抗弯曲性能强：国标要求地板载荷2500N，而现阶段大部分木塑复合材料的载荷介于35006800N，是国标要求的3倍多。因为在木塑复合材料当中加入了塑料，从而木塑复合材料具有良好的弹性模量，由于其中木质纤维和塑料完全复合在一起从而具备良好的抗压、抗弯曲的能力。比普通木质材料更加耐用以及拥有更高的强度。2.具有良好的加工性能：木塑复合材料是由木质纤维和塑料复合制造而成，与木料的加工特性相似易于加工并且机械性能比木质原料更加优良。3.具有优良的可调整性能：在添加的助剂的作用下原料中的塑料产生了发泡、聚合、改性、固化等等的一系列的变化，并且以此来达成了对木塑复合材料的强度和硬度的改变。还具备了防静电、抗老化、阻止燃烧等其它优良的性能。4.具有耐水、耐腐性能：木塑材料因为加入了塑料因而与木质材料相比耐水耐腐蚀性能有了显著提高，并且虫子不喜欢减少了虫蛀的烦恼，没有细菌的繁殖。所以使用寿命更长了。5.具备光稳定性，在染色的时候能够很好的着色，染上的颜色不易脱落。6.变废为宝材料来源广泛：其最大优点便是使用的原材料比较廉价，来源广泛，而且可以实现100%回收再使用。它最重要的原材料是聚乙烯或者聚丙烯和木头粉末、玉米秸秆、水稻的外壳或木纤维等常见材料以及少许添加剂。可以自己分解，不会在环境污染越来越严重的今天进一步加重对于环境的破坏，给能够减轻政府处理垃圾的负担，是真正的绿色环保产品。7.形状尺寸随心所欲：能够随自己的心意来设计制造共挤机头中的型芯和口模，加工自己需要的形状尺寸。使适用范围更加广阔。木塑型材的主要用途是在资源越来越短缺的今天尽量减少资源的浪费减少环境破坏及污染，用合成的“木”来代替天然形成的木。木塑复合材料因为这些作用又被称为“生态木”和“环保木”。现今全球的木材资源短缺，让木塑复合材料有了巨大的市场。 目前使用频率比较高的木塑复合材料产品大概有以下几种：装饰类、包装类、结构类和特型类等。从原材料的特性方面看，木塑复合材料的适用范围似乎可以完全覆盖了像塑料、原木、铝合金、塑钢这种类型的复合材料现在的所能够使用范畴，可以对它们进行替代。而且已经在向其它行业进军，抢占市场，发展势头凶猛，不可遏制。同时因为木塑材料具有环保等特性符合可持续发展的方针政策，因此会得到政府的大力支持和推广。1.2挤出机挤出机分为很多种，比如：单螺杆共挤机，双螺杆共挤机、联合共挤机、多螺杆共挤机。图1-1单螺杆共挤机Figure 1-1 Single screw co-extruder最早的单螺杆共挤机是三段式的螺杆，根据添加塑料的类型（结晶型与非结晶型）分为渐变型与突变型螺杆。单螺杆挤出机的物料运送靠的是摩擦力和剪切力来完成的，但因为摩擦和粘度的影响木材的粉末在螺杆及流道停留时间过长容易烧焦。虽然混炼效果不好排气效果差，但是它更换螺杆简单，制造安装容易，造价比较低，维修费用低。随着科学的发展和复合材料的不断更新，螺杆也在不断的推陈出新现在已经拥有200多种新型螺杆具有代表性的有：分流型螺杆、沟槽型螺杆、分离型螺杆、变流道螺杆、屏障型螺杆剪切锥螺杆、排气型螺杆、分段螺杆和空心螺杆等。伴随着这些螺杆的现世，单螺杆挤出机的生产率大幅度提高，向着高效率、专业化方向不断的发展。图1-2双螺杆共挤机Figure 1-2 Twin-screw extruder因为单螺杆挤出机的种种不便以及添加剂、填充剂的增多双螺杆共挤机也在迅速的发展。因为单螺杆生产一定数量的产品所产生的消耗比双螺杆生产相同数量的产品所产生的消耗要高很多，这也促使人们加大了对双螺杆共挤机的研发力度。单螺杆的消耗比双螺杆的大是因为单螺杆将计量段的啰槽做的比较浅，以此来防止因为挤出机机头的压力形成的物料反向流动。这个反向流动的压力和啰槽的深度的立方成正相关。就是因为啰槽设计的浅了，才会在挤出的时候将更多的机械能转变成热能输送进熔融状物料中去。所以单螺杆挤出机同产量的消耗比双螺杆的高。也就是说,单螺杆挤出机的效率比双螺杆共挤机的低。双螺杆还有一个比单螺杆优秀的地方是他能够“自己清洁”,因为双螺杆的两根螺杆是相互咬合在一起的，他们的这种咬合可以有效的防止机筒内无物料区域的物料的滞留。这样就能够很好的阻止了物料在机筒内停留过长时间防止烧焦和氧化。由于双螺杆共挤机中原料的接触面积大，所以能够有效的将从外部吸收的热量进行会转化，而且不会产生过热现象将物料烧焦。现阶段国内外各大企业使用的的双螺杆共挤机大概分为以下几种:按照旋转方向分为异向旋转和同向旋转;按照啮合程度可以分为啮合型和非啮合型;按照轴线方向可以分为平等的和锥形的;按照转速可以分为高速的和低速的;按照结构可以分为整体式的和组合式的1。双螺杆共挤机是靠螺杆之间的咬合来运送原材料所以没有物料会因为挤出机的压力而回流往机筒中加入材料的时候更加方便，机筒中空气排出效果好，塑化效果强，材料停留时间短不会出现烧焦的现象。虽然双螺杆共挤机具有很多的优点，但是仍然有着很多难以攻克的难题，比如所在对复合原材料进行切割让其形成粒状材料的时候，异型材的口模就会因为强大的反向压力而让物料承受的剪应力增加。这种情况会造成机器过热，为了避免这种个情况只能降低机器工作时候的转速。但是这样效率会很低，影响生产。联合型挤出机中的双节挤出机很好的解决了这个问题,它分为混炼和挤出两个部分第一部分只用于对原材料的复合炼制，在复合炼制之后进入与口模相连的下一部分,进行挤出程序，将型材平稳完整的挤出2。典型的多螺杆共挤机有“行星螺杆共挤机”和“双R型共挤机”3。“行星螺杆挤出机”由一根主螺杆和六个以上十二个一下的行星齿轮相互咬合而成的。原材料在主螺杆和行星齿轮的挤压下被挤成很薄的片状，然后在螺杆之间的压力下向前移动通过口模将成型的型材挤出。行星螺杆挤出机具有原材料在机筒内停留时间短、剪切力小、能量耗费小、能有效的防止氧化，适合加工敏感性的材料。双R型挤出机”又称“开启式”挤出机,它是由一个主螺杆与一垂直平面内的短螺旋辊和一水平面内的光面短辊组成的4。 图1-3多螺杆共挤机Figure 1-3Multi-screw extruder共挤机组成：共挤机由传动系统、挤压系统和加热冷却装置组成。(1)传动系统：螺杆主要是靠传动系统来运转，这个系统给共挤机螺杆提供挤出成型过程中需要的能量。一般来说要配备电动机和减速装置。(2)挤压系统又包含机筒、螺杆、机头、料斗和模具，原材料经过挤压从而塑化成匀称的熔融体状态，然后在挤出机螺杆压力的作用下把成型的原材料不断的从机头挤出。(3)加热冷却装置：加热冷却装置是塑料挤出机必需的零部件，有了加热冷却装置才能保证塑料能够正确的挤出。2 木塑型材挤出机头的概论2.1挤出机头的作用木塑共挤机的机头是木塑复合材料挤出成型的必要部分，他能够让从共挤机流出的融态物料从旋转运动变为平行直线运动，并且形成木塑物料塑化所需要的压力，为塑件的密度与强度提供了保障，如此才能获得截面形状相近的型材。机头的用处是将旋转运动的木塑熔体转变为平行直线运动，匀称平稳的导入模套中，并给木塑原材料必须的成型压力。木塑原材料在机筒内塑化压实，经过过滤板沿着机头的流道通过机头脖颈流入机头口模，在芯棒和口模的组装配合下，形成了一个截面一直缩小的环状空间，使熔融状木塑原料在芯棒的四周围成一层密实而又不间断的条形覆盖层。套筒是为了保证机头的流道合理性以及消除死角而存在的。木塑原材料挤出的时候可能会有压力的波动。因此机头上往往设计安装有均压环。为了保证芯棒和口模的同心度有些机头还装备了模具的矫正和调整装置。2.2挤出机头的分类挤出机机头有两种，一种是流线型机头，一种是板式机头。(1)按照挤出成形的产品分类可以分成管机头和棒机头两种。管机头和棒机头一般用来制造生产棒材、管材、板材、片材、网材、粒料、各类异型材、吹塑产品、电缆电线等塑件。(2)按照产品挤出机挤出方向分类可分成直向机头和横向机头两种。将机头内木塑物料的流动方向和挤出机螺杆的轴向方向相同的共挤机机头称为直向机头，比如说硬管机头；将机头内木塑物料的流动方向与挤出机螺杆的轴向成一个角度的共挤机机头称为横向机头，比如说电缆机头。(3)按照共挤机头中压力的大小可以将机头分为低压机头、中压机头和高压机头三种。物料流动的压力比4 Mpa小的的称为低压机头、物料流动压力在4Mpa和10Mpa之间的称为中压机头、物料流动压力比10Mpa大的的称为高压机头。90按照机头物料流动方向与螺杆中心线之间的夹角分类将机头分成斜角机头和直角机头。机头物料流动方向与螺杆中心线之间的夹角为1200是斜角机头，机头物料流动方向与螺杆中心线之间的夹角为900的是直角机头。下面4图是各种类机头的二维图纸，直观的表达出了各种机头组成部件以及机构形式。 1-螺旋面 2-芯线 3-挤出机螺杆 4-过滤板 5-导向板 6-电热器 7-口模图2-1套管式包覆机头Figure 2-1 casing covering the nose1计插孔 2口模 3芯棒 4、7电热器 5调节螺钉6机头体8、10熔料测温孔9机头11芯棒加热器图2-2 旁侧式管挤管机头Figure 2-2 lateral pipe extrusion tube head 1芯棒 2口模 3调节螺钉 4分流器支架 5分流器 6加热器 7机头体 图2-3 直通式挤管机头Figure 2-3mandrel head2.3挤出机头的组成 1-管道 2-定径管 3-口模 4-芯棒 5-调节螺钉6-分流器 7-分流器支架 8-机头体 9-过滤板1011-电加热图(加热图)图2-4管材挤出成型机头Figure 2-4 Pipe extrusion head以上图管材挤出成型机头为例，它由口模、型芯、过滤网、过滤板、分流器、分流器支架调节螺钉、定型套还有机头体构成。(1)口模的作用:用来决定挤出型材的外表面的尺寸的,型芯的作用是用来决定挤出型材的内表面的尺寸的,口模和型芯之间的空隙组成了型材产品的截面尺寸和形状，它们之间的空隙大小和形状确定了型材产品的形态(2)过滤网和过滤板：过滤板和过滤网是将正在进行旋转运动的熔融体木塑复合材料转变成平行直线运动同时给予木塑熔融材料一定的压力使材料密度增加，在过滤杂质方面有着非常显著的效果，而且过滤板能够起到支撑过滤网的用处。(3)分流器和分流器支架：分流器是对经过它的熔融状木塑复合材料进行导流让木塑复合材料在其作用下分开，从而能够平缓地进入下一个区域区,与此同时能够对熔融状木塑复合材料进行再次加热和塑化;分流器支架的主要作用是支撑分流器和型芯，也可以对进行了导流的木塑复合材料熔体的剪切复合力进行加强，但是该部件容易产生熔接痕，会降低挤出产品的硬度和强度。一般来说小机头的分流器和分流器支架都会铸造成一个整体(4)机头体：机头体就是模架,它的作用是机头的各个零件连接组合在一起并支撑这些零件机头体是与挤出机的机筒连接在一起的，在机筒与机头体的连接处为防止塑料熔融体发生泄漏需要进行密封。(5)温度调节系统：温度调节系统是为了让塑料熔融体在机头中平稳流动以及提高挤出成型材料质量而在机头上添加的系统，是塑料挤出成型必不可少的部分。(6)调节螺钉：调节螺钉是用来调节口模和型芯的同轴度的，通过调节同轴度来保证它们之间的环隙进而调节挤出型材的形状和质量。(7)定型模从成型区流出的木塑复合材料虽然大体形状已经非常接近需要挤出的产品的截面形状，但是因为物料本身拥有自重，而木塑复合材料仍然处于较高温度因此会不可抗拒的产生些许的形变。所以需要用定型模为初步挤出的产品进行冷却从而定型，让挤出产品拥有更好的表面质量和严格的尺寸形状。3木塑扣板式型材挤出机头的设计3.1挤出机头的设计原则由挤出机的作用可以了解到，设计挤出机机头的时候不仅要保证木塑复合材料挤出型材工艺规程要求，而且最好设计机头的时候要尽量的让机头的机构简单。（1）要根据木塑复合材料产品的大小尺寸和机构以及用料来选择合适的挤出机头的大体结构，保证符合工艺要求。（2）机头应该具备一定的压力，能够使木塑复合材料从旋转运动转变成平行直线运动，并且具有将木塑复合材料成形为产品的能力。（3）应设计出压缩区保证足够的压缩比。（4）共挤机机头的流道需要形成一个光滑的流线型形状，不能在其中出现凹槽和死角，机头流道的各个组成部分的截面要平缓过渡，这样才能让木塑复合材料在机头中平缓匀称的流动挤出产品才能合格的挤出。（5）要设计有调节装置。（6）机头要保证拥有合适的强度和硬度，需要有合适的连接方式和机筒进行紧密连接。进行机头设计的时候要想到安装和拆卸问题，机头机工时候要容易，操作简单，为了保证机头的受热均匀要设计成左右上下都对称的结构。（7）选择制造机头的材料的时候需要考虑到木塑复合材料在流道中流动的时候会对机头中的零件（如机头体、型芯、分流器等）产生摩擦损耗，气体会对零件腐蚀，因此选材时要选择耐磨、耐热、耐腐蚀、加工性能好和在受热情况下形变量小的材料。3.2挤出型材设计本次设计是木塑扣板式型材挤出机头，本次设计的是扣板式墙板。因为是由木质材料和塑料共同组成，因此比普通的木质墙板更加抗弯曲、耐水、耐腐蚀，具有良好的紫外线光稳定性、着色性，还能抗白蚁等虫害。经过精心的设计，终于设计出了如图3-1和3-2所示的木塑扣板式墙板图3-1挤出型材工程图Figure3-1 Extruded profiles dimensional map图3-2挤出型材3维图Figure3-2 Extrusion profile 3 dimensional map根据对挤出型材的分析，构思分析要制造的挤出机机头各部分零件以及总体结构的大体形状，设计一个能够挤出所需型材的机头。挤出机头的作用是将挤出机挤出的熔融状物料由不规则形状逐渐变成所需要挤出型材产品的截面形状，即口模截面形状。共挤机机头的流到需要整体平缓变化的，称为流线型机头；具有突变截面的则称为平板式机头。后者剪切应力突变，易挂料，不适于高温、高速挤出，更不适于热敏性较大的RPVO型材挤出。但是完全流线型流道因物料较难平衡，也不易加工制造，因而在实践中逐步开发了带有平板式原件的流线型机头，也称短流道（直通式机头）。故根据本型材，采用此机头。为了进一步提高匀称木塑材料熔体的塑化程度和稳定料流的平行直线流动，在进料端还设置了多孔板。人们习惯将共挤机机头的流道分成发散段、分流段、压缩段和成型段四个部分。根据这些原理和机头结构组成，设计了两套挤出机机头的形状。具体图形如图3-3示。图3-3挤出机机头1总装图Figure3-3 Extrusion head assembly diagram2 这是木塑组装式扣板型材挤出机机头1，本次设计将机头整体分为4个大部分分别为：口模、上模板、下模板、进料口。口模是挤出型材的成型段通过螺栓与上下口模板连接，上下模板组成的空腔用来安放以及固定型芯，型芯自带的后圆弧可以对物料进行导流，进料口靠着螺栓与上下模板连接。在木塑型材的挤出过程中为了保证物料能在机头里平稳流动，不因为物料冷却而形成固态，因此在机头的外面加上加热装置-加热板，加热板内侧加有电阻丝，以此来保证物料的熔融状态。 这是本次设计的第二套机头，在此机头上，将机头主体分为两大部分即上图3-4挤出机机头2组装图Figure3-4 Extrusion head assembly diagram1下模体。两体用螺栓连接，外面装有加热板用来保证物料熔融状态流动。3.3挤出机头材料的选取 挤出机机头制作材料需要满足以下要求:(1)易于机械加工；(2)耐压、耐温、耐磨损；(3)具有足够的强度和刚性；(4)具有足够的表面硬度，便于抛光至满意的表面质量；(5)能经受适当的热处理，变形小、尺寸变化不明显；(6)耐化学浸蚀，防腐性能好；(7)可提供表面处理的可能性，如镀铬、渗氮、渗碳等；(8)具有良好的导热性，且无内应力。在综合考虑了需要加工的型材、加工时需要的加工温度、加工材料的腐蚀性、加工时需要添加的助剂、需要受到的应力的大小、加工是否简单方便和热处理工艺等各个方面的问题之后，经过慎重的选择最终选择了适合制造共挤机机头的材料有以下几种：(1)表面硬化钢表面硬化钢具有极低的含碳量(通常小于千分之二)。表面硬化钢在对钢材表面进行了渗碳处理之后，钢材表面的碳含量可以高达千分之八。渗碳处理的表面在0.6mm到2mm之间处达到最高硬度。经过实践显示在通常情况下经过表面渗碳处理候不但能够是表面更加坚硬，耐压和耐磨度也有显著提高，未经过渗碳处理的内部钢结构也使钢材拥有良好的韧性。(2)氮化钢氮化钢是钢材在加工的时候在氮气环境下往钢材里添加添加剂（如铝、铬、钼、钒等等）而形成的具有极高硬度的钢材。对钢材表面进行氮化处理之后不需要再次进行淬火再次加工，因此不会产生钢材的畸变。氮化钢在保留了内部未氮化部分钢材的韧劲之外，还拥有着高强度的表面。渗氮处理的表面在0.03mm到0.08mm之间处是该材料硬度最高的地方。因此具备了可精加工的余量。氮化钢在盐水中会因为化学反应而导致表面硬度降低，但是相应的也会提高该类钢材的耐磨性能。(3)全硬钢全硬钢很硬，因为在进行热处理的时候会对钢材进行加热候放入水中让其快速冷却，产生马氏体的原因。理论上讲冷却的速度越快产生的马氏体就越多，硬度就越高。它的耐磨性能也非常好，不过它却有着柔韧性小，比较脆在受到压力的时候容易出现裂痕等缺点，所以不适合用于大型挤出机机头的制造。3.4木塑组装式扣板型材挤出机头1各部分零件设计3.4.1口模和芯棒的设计 由于口模和芯棒决定了所需型材的形状、尺寸，所以口模物料出口和芯棒的尺寸必须严格按照所需型材的尺寸、形状来设计。口模与芯棒组合后形成的熔料空腔截面容积，从进料端至出料端要有一个缩小值，这个缩小值大小用成型模具设计时选择的压缩比大小来决定（模具的压缩比即分流锥前空腔截面积与模具出料口截面积的比值，一般在2.58范围内，熔料黏度大时取小值，黏度小取大些值）。可以设计出口模的大体形状，首先木塑材料进入机头体，经由分流器流入流道，使熔料由螺旋流动变为直线流动。然后通过口模的形状最终成型窗框型材，其中由于融料的流速，所以要选取适当的流道长度，口模的内径是成型制品外径表面尺寸零件，芯棒和口模共同决定了型材的形状。由于所要挤出的型材为板型材，所以口模本次设计选择的是方板，又因芯模的缘故，最后确定将口模单独独立出来，将口模设计为如图3-5所示图3-5挤出机口模Figure3-5Extrusion Die口模设计的过程中主要会受到口模的结构和选用的材料、能否平均的控制温度、口模内部流道合理性等因素的影响。对口模进行精准设计的主要原因在于：在保证挤出件给料平均尺寸相等的前提下尽可能的提高生产效率并得到给定的形状。因为木塑复合材料在挤出后会因为各种原因发生一定形状的不可控的形变，所以在进行口模设计的时候只进行理论计算是不行的，需要结合以往的加工经验，根据挤出件的形状尺寸和木塑复合材料的热稳性进行设计。因为木塑复合材料具有塑料的一些特性（比如说具有黏性），加上不规则形状等原因，要对流道中木塑复合材料的流动轨迹进行分析并根据分析设计口模具有很大的困难。所以木塑复合异型材口模的设计在经过初步的设计之后，还需要进行试加工，根据加工出来的产品对口模进行进一步精加工。在初步加工时要保证口模的形状和要挤出件的大体形状要相同。当然，这是一个总的原则。木塑复合材料异型材挤出机头的设计从口模截面设计开始。型坯离开口模时，常因为Barus效应（主要由木塑复合材料的弹性记忆效应形成的，如聚合物成份、机头结构、挤出的压力和温度等都是影响因素）发生膨胀变形，而型材的牵引拉伸又会使其缩小减薄，冷却定型亦会使型材截面收缩。设计口模截面尺寸则是对Barus效应和牵引拉伸及冷却定型作用的综合考虑。设计芯棒的时候需要考虑到挤出型材挤出后的膨胀与收缩问题，挤出机的口模和芯棒的形状共同决定了挤出型材的形状所以芯棒的设计需要考虑到物料流经芯棒的时候受到的阻力不能太大，能够让物料顺利的挤出最终成型型材。图3-6是设计的芯棒图形。根据挤出型材的形状将芯棒分为左中右三种。 a. b.C.a-芯棒左b-芯棒右c-芯棒中图3-6芯棒Figure3-6Mandrel3.4.2木塑组装式扣板型材挤出机头1上下模板的设计图3-7下模板Figure3-7 Under Templates为了方便芯棒的安装与拆卸，将分流段和压缩段设置成由上下两块模板扣在一起组成的，芯棒通过上下模板上的凹槽进行固定，为了给芯棒通气在下模板的固定槽上还要钻有通气孔。通气孔主要是是为了保证物料在流道里面的温度。由于流体在平稳的区域流动时中间的物料流动速度比两边的物料流动速度要快许多，为了保证物料流动速度尽量一致进而达到控制同一时间各部分物料的均匀，达到无聊在六道中统一的目的，在上下模板的型腔上要设计一个凸起来分流。这个突起在加工时需要用铸造来制造然后进行抛光打磨。上下模板扣在一起靠与口模和进料口连接的螺栓固定在一起。图3-8下模板俯视图Figure3-8 Under a plan view of the template图3-9下模板主视图Figure3-9 Under Templates front view 上模板的大体形状和下模板基本相同，作用以及加工制造方法因此也是相似但是因为下模板已经具有能够与芯棒连接的通气孔来让芯棒保持住一定的温度，从而达到让物料不滞留在芯棒和流道上，还能产生对物料的成型压力。因此在上模板就不需要再另加通气孔。因此就不再这追加零件的介绍以及二维图纸。图3-10是下模板的三维视图图3-10上模板Figure3-10 Template3.4.3木塑组装式扣板型材挤出机头1进料口的设计挤出机头的进料口非常重要，它连接着机筒和机头，熔融状塑料经过机筒压力的作用进入进料口，需要在进料口对熔融状塑料进行分散，让物料能够均匀地沿着挤出机的空腔缓缓流动。因此本次设计设计的进料口与机筒的连接处是一个与进料口一体的圆柱，在圆柱上攻上螺纹，利用螺纹将进料口和机筒连接在一起。进料口的进料部分是一个逐渐扩大的锥形结构，在物料进入进料口后让物料能够完全的分散开，达到让物料沿着挤出机空腔缓缓流动的目的。为了保证进料口能够和机筒紧密连接并且不会有缝隙，本次设计采用的是将圆形的螺纹连接，在进料口的后方圆柱上攻上螺纹。因为要求流道尽量光滑无死角因此采用铸造的方法制造然后进行进一步的处理。图3-11是本次设计设计的进料口。图3-11进料口三维图Figure3-11Inlet three-dimensional map图3-12进料口主视图Figure3-11Inlet front view图3-13进料口俯视图Figure3-13Inlet plan view3.4.4木塑组装式扣板型材挤出机头1加热板的设计挤出机机头加热板的设计需要注意温度高了或者温度低了熔融状木塑复合材料都会因为温度不对从而发生破裂。要是加热温度达不到要求使温度太低的话，熔融状木塑复合材料和流道之间的摩擦力会增大，木塑复合材料的粘度增加，物料的流动阻力增加，使熔体容易被破坏，也容易产生物料堆积的现象，最终导致木塑复合材料不能充满整个流道。增加了产品挤出成型的难度。而且还会影响物料的塑化效果，致使木粉不能完全被物料包含，进而使产品的强度降低。如果加热板的加热使整体温度合适，木塑复合材料挤出时就会拥有较好的强度和硬度，产品会因此质量提升很多。所以在设计挤出机机头的时候，加热板是必不可少的。在加热板内部缠绕有电阻丝，利用电加热的方法对机头进行加热。为了方便安装和拆卸，加热装置设计为可分开式的上下两部分，利用螺栓连接紧固。加热圈的尺寸是根据机筒的尺寸选取确定的。下图是本次设计设计的加热板。图3-14下加热板Figure3-14Heating plate3.4.5木塑组装式扣板型材挤出机头1的组装 接下来对设计完成的木塑组装式扣板型材挤出机头1进行组装。图3-15型芯组装图Figure3-15Part assembly diagram首先进行进料口与下模板的组装，他们之间靠的是螺栓连接，采用M20X1.5的8个螺栓进行连接，安全可靠。芯棒和下模板之间用芯棒上自带的凸起卡在上下模板之间，让上下模板一起进行固定，使其不能进行移动从而达到固定芯棒的效果。连接好芯棒和下模板之后将上模板扣上即可，下模板和上模板之间靠着进料口和口模的螺栓进行固定连接。上下模板之间能留下缝隙，为的是防止熔融状物料从两模板之间的缝隙当中流出来。安装完毕的机头是这样的。图3-16总组装图Figure3-16Assembly drawing在机头的主体部分之外需要有加热板对机头进行加热，加热板分为上下两部分，采用的是螺栓连接，用M10X1.5的螺栓进行连接。组装完毕后对三维视图进行半剖效果如下图所示。图3-17机头1半剖视图Figure3-17A first half-section3.5木塑组装式扣板型材挤出机头23.5.1木塑组装式扣板型材挤出机头2各部分零件设计木塑组装式扣板型材挤出机头2仍然使用木塑组装式扣板型材挤出机头1的挤出型材，因此口模的形状的芯棒的形状不需要再次进行设计改进，但是对型芯的尺寸进行部分修改。第二套挤出机机头本次设计采用的是将口模与进料口设计为一体式，不再分成三个部分。而是将整个机头的整体分为上下两个部分，上下两部分之间通过螺栓进行连接，在机头的前半部分靠近机筒连接处开一个直径60厚度10的凹槽来进行过滤板的放置。图3-18下模体Figure3-18Lower mold body图3-19下模体俯视图Figure3-19A plan view of the lower mold body图3-20下模体主视图Figure3-20A front view of the lower mold body木塑组装式扣板型材挤出机头2的下模体进料处由于流体在平稳的区域流动时中间的物料流动速度比两边的物料流动速度要快许多，为了保证物料流动速度尽量一致进而达到控制同一时间各部分物料的均匀，达到无聊在流道中统一的目的，仍然有一个凸起的弧度来对物料进行分流和减缓中间部分的流速。仍然有凹槽可以对芯棒进行固定，只不过由螺栓前后连接改变为螺栓上下连接。在进料口的进口需要过滤板。过滤板是将正在进行旋转运动的熔融体塑料材料转变成平行直线运动同时给予塑料熔融材料一定的压力使材料密度增加，还能有效的过滤杂质，并且起到一定的支撑作用。图3-21过滤板Figure3-21Filter plates下模体的形状和上模体形状大体相似不再对其进行详细描述，只不过不需要在上模体加上通气孔，不然略显多余。上下模体之间用螺栓连接。图3-22上模体Figure3-22The mold body既然是挤出机的机头，那加热板是必不可少的，本次设计对加热板进行了一些改良，由原先的L型改成现在的形状，在装配的时候更加简单方便，加热效果更好，两块加热板之间仍然采用螺栓连接。图3-23加热板Figure3-23heating panel3.5.2木塑组装式扣板型材挤出机头2的组装机头的组装图本文是用proe软件中的组件命令进行组装的，先装下模体，打开下模体后选择缺省命令点击确定，然后进行芯棒的安装，选择芯棒和下模体接触的三个面对芯棒进行完全约束后，点击确定按钮完成一个芯棒的安装，按照上述方法依次对6个芯棒进行安装。芯棒和上下模体之间靠着芯棒上自带的凸起和上下模体之间的凹槽之间配合进行固定。图3-24初步组装图Figure3-24Preliminary assembly diagram将芯棒安装完成后，把上模板扣在下模体上用6个M20X1.5的螺栓进行固定。上下模体之间不能留有缝隙，避免因为留有缝隙导致流道内熔融状木塑复合材料的流出，增加生产成本。图3-25机头2总装图Figure3-25Second head assembly drawing图3-26半剖视图Figure3-26 Half-section图3-27流道视图Figure3-27 Runner view 4主要零部件的计算与分析4.1流道分析 挤出机机头的流道大体分为以上四个部分本次设计们进行机头的流道设计的时候需要注意以下几点： (1)挤出木塑复合材料产品的中心要和挤出机的螺杆中心重合； (2)机头的流道不能有死角和无过度呈900的直上直下部分，流道各部分要尽量平缓。 (3)木塑复合材料从机头中挤出的时候需要匀速，不能忽快忽慢。 两套挤出机机头的计算方法相差不大，在此重点介绍第一套挤出机机头的计算。(1)口模空隙：挤出的产品的截面形状不仅仅靠口模的空隙来决定，影响它的因素还有共挤机对木塑复合材料的塑化效果、木塑复合材料在挤出机中的温度和压力、木塑复合材料被挤出后由于原料的自重等问题产生的形变等。 所以很难去计算，查阅资料后发现一