塑料管材挤出机头的设计.doc

湖南工业大学专科毕业设计（论文）（2011届）专科毕业设计（论文）塑料管材挤出机头的设计学 院（部）： 机械工程学院 专 业： 机械设计与制造 学 生 姓 名： 陈 芝 班 级：机械0822 学号 08395032255 指导教师姓名：刘金华 职称 教授 最终评定成绩 2011年 5 月36摘 要挤出成型方法广泛应用于管材、棒材、异型材、中空制品以及单丝等产品的生产。挤出机同时还可以对塑料进行混合、塑化、脱水、造粒、和喂料等准备工序或半成品加工。因此挤出成型已成为最普遍的塑料成形加工方法之一。挤出成型是在挤出机中通过加热、加压而使物料以流动状态连续通过口模成型的方法，是一种技术要求较高的成型方法。挤出模的设计要求设计者对塑料特性的完全掌握和对挤出模具设计具有的丰富经验。双螺杆挤出机做为应用范围比较广泛的挤出机，而在设计过程中，实际遇到的问题很复杂，由于塑料的种类不同，它们的剪切速度、表面粘度不同，以及润滑剂、填充剂由于种类和配量的不同，其流动性也不同。故挤出模的结构设计仍以实际经验为主，多数采用最终试模的方式确定其形状。本设计中主要设计的是挤出模中各零件的工作面尺寸、外形尺寸、整体结构形式，由于塑料材质特性对于挤出模的要求非常的高，所以进行了主要零件的加工制造工艺的设计，还进行了机头和挤出主机的连接方式的设计。关键词：挤出机，挤出模，硬质PVCABSTRACTExtrusion molding method is widely used in pipe, bar, profile, wire and other insulating products and single products. Extruder can also be used in mixing plastic, plastics, dehydration, granulation, and the feed preparation process or processing semi-finished products .Therefore, extrusion becomes one of the most popular plastic forming methods. Extrusion is a method that in an extruder by heating and pressing leaving a continuous state of the material to flow through die molding, and it is a forming method of high technical requirements. Extrusion die design requires the designer has a complete control of the plastic properties and rich experiences in Extrusion die design. As the extruder that has the most extensive range of applications, single screw extruder actually is faced with complex problems in the design process. Because of different types of plastics, shear rate and the surface of viscosity are different. The mobility of lubrication agents and fillers are different due to different categories and allocation. Therefore, the design of extrusion die is still based on practical experience.Mostly the way of the ultimate test mode is used to determine the shape. This design mainly designs the working area size , Contour size and overall structur of each part. Because the material properties of plastic has high requirements on extrusion die , I turn to the design of manufacturing process design of the major part, and also method of connection of head unit and main unit of extruderKeywords: extruder，extrusion die，rigid PVC目 录第1章 绪论51.1 选题的意义51.2 国内外研究的现状51.3 挤出机的发展趋势8第2章 塑料挤出机92.1 挤出机的发展历程92.2 塑料挤出机的辅助设备及控制系统92.3 挤出机的分类及挤出制品用途122.4 塑料挤出机挤出成型生产工艺路线132.5 挤出机的机械原理15第3章 挤出模的结构和功能173.1 挤出模的结构173.2 挤出模的功能173.3 挤出模设计准则及设计步骤18第4章 挤出模参数设计计算204.1 材料材质特性204.2 挤出机形式的确定204.3 挤出模各零件尺寸设计204.4 挤出模各零件工作表面尺寸设计计算204.5 挤出模各零件整体尺寸设计20第5章 挤出模的加工制造275.1 各零件的技术要求305.2 各零件的工艺路线制定32第6章 机头和挤出主机连接方式的设计33设计心得34致 谢35参考文献36第1章 绪论1.1 选题的意义在塑料挤出成型设备中，塑料挤出机通常称之为主机，而与其配套的后续设备塑料挤出成型机则称为辅机。塑料挤出机经过100多年的发展，已由原来的单螺杆衍生出双螺杆、多螺杆，甚至无螺杆等多种机型。塑料挤出机（主机）可以与管材、薄膜、捧材、单丝、扁丝、打包带、挤网、板（片）材、异型材、造粒、电缆包覆等各种塑料成型辅机匹配，组成各种塑料挤出成型生产线，生产各种塑料制品。因此，塑料挤出成型机械无论现在或将来，都是塑料加工行业中得到广泛应用的机种之一近年来，我国家电工业的高速发展对模具工业，尤其是塑料模具提出了越来越高的要求，2004年，塑料模具在整个模具行业中所占比例已上升到30%左右，据有关专家预测，在未来几年中，中国塑料挤出成型工业还将持续保持年均增长速度达到10%以上的较高速度的发展。通过本次毕业设计实践，采用CAD/CAM(Master CAM、UG、Pro/E)技术可以使设计者从繁沉计算和绘图工件中得到解脱。采用人机结合，各尽所长，充分发挥其人的创造思维能力，控制设计过程，使挤出机的设计趋于合理化。本次毕业设计实践，是对我们所学知识的一种检索，我相信它会使我们在各方面都得到很大的提高。1.2 国内外研究的现状塑料成型加工是一门工程技术，所涉及的内容是将塑料转变为塑料制品的各种工艺。其成型方法有：压缩模塑、层压成型、冷压模塑、传递模塑、低压成型、挤出成型、挤拉成型、注射成型、吹塑成型、浇铸、手糊成型、纤维缠绕成型、压延、涂覆、发泡成型、二次成型、二次加工等。其中挤出成型也称挤压模塑或挤塑，它是在挤出机中通过加热、加压而使物料以流动状态连续通过口模成型的方法，是塑料成型加工的重要成型方法之一。大部分热塑性塑料都能用此方法成型。挤出成型是在挤出机上进行的，挤出机是塑料成型加工机械的主要装备之一。挤出法主要用于热塑性塑料的成型，也可用于某些热固性塑料。挤出的制品都是连续的型材，如管、棒、丝、板、薄膜、电线电缆包覆层等。此外，还可用于塑料的混合、塑化造粒、着色、掺合等。与其他成型方法相比，挤出机及其成型有下述主要特点：生产过程是连续的，因而其产品也是连续的；生产效率高；应用范围广，不仅能连续生产各种制品，而且还可以进行混合、塑化、造粒、脱水喂料和着色等的准备工序；投资少，收效快。根据螺杆的数量，塑料挤出机可以分为：无螺杆挤出机（其中又分柱塞式挤出机和黏弹熔体挤出机）、单螺杆挤出机、双螺杆挤出机（其中又分平行双螺杆挤出机和锥形双螺杆挤出机以及反向和同向旋转的双螺杆挤出机）、多螺杆挤出机或行星螺杆挤出机；根据螺杆的转速，塑料挤出机可以分为：普通挤出机、高速挤出机和超高速挤出机；根据装配结构，塑料挤出机可以分为：整体式挤出机和分体式挤出机；根据安装位置的不同，塑料挤出机可以分为：卧式挤出机（螺杆在空间呈水平安装）、立式挤出机（螺杆直立于地面安装）；根据其功能的不同，塑料挤出机还可以分为：排气式挤出机、混炼挤出机、两段式挤出机和超高分子量聚合物挤出机、往复式单螺杆挤出机等。目前国内应用最多的是务实单螺杆整体装配式挤出机和双螺杆挤出机。在常规单螺杆挤出机组的性能方面，我国已能生产螺杆直径为12250 mm的多种规格、门类齐全的挤出机组，长径比大多为2530。一些新型的混炼元件如分离型、屏障型、分流型、变流道型以及流速位置变换型等混炼元件得到了较为广泛的应用。以直径为90 mm的单螺杆挤出机为例，从1961年其产量为90 kg/h，到1995年提高到600 kg/h，34年间产量整整提高了6.7倍；又如WP公司生产的同向平行双螺杆挤出机从19952001年的6年间，其螺杆转速从600 r/min提高到1800 r/min，产量则相应提高了2.5倍。2000年我国挤出机的产量已达7784台，其中同向平双844台，异向平双及锥双1255台，在进口1817台挤出成型机中绝大部分是大型的、精密的机器。在国外，2003年10月在德国举办的“International Trade Fair Platics & Rubber”上展出的ZSK系列同向平行双螺杆挤出机的单耗（即名义比功率）均小于0.1 kW/(kg/h)，而国内的单耗为0.150.16 kW/(kg/h)。发达国家的挤出机已普遍采用现代电子和计算机控制技术，操作台设有荧光屏检测，对整个挤出过程的工艺参数如熔体压力及温度，各段机身温度，主螺杆和喂料螺杆的转速、喂料量，各种原料的配比，电机的电流电压等参数进行在线检测，并采用微机闭环控制。有的公司已采用网上远程演播、检测、诊断和控制，对挤出成型生产线进行网络控制。这对保证工艺条件的稳定、提高产品的精度是极为有利的。1986年欧洲塑料管总用量为213.4万吨，1998年增长到346.5万吨，年均增长率为5.2%，超过同期国民经济增长速度;美国1997年塑料管材产量为216万吨，日本60万吨。国外将塑料管广泛应用于排水管、供水管、输送燃气用和供热水用管。塑料挤管机是挤出成型机的一种，它由挤出机、挤管机头、定径装置、冷却装置、切割装置及堆放装置等组成。如图1-1所示图1-1 管材挤出机组1塑料管 2牵引机 3真空定型及冷却装置 4机头 5挤出机其中单螺杆挤出机的基本结构主要包括挤出装置、传动机构和加热、冷却系统传动装置、加料装置、料筒、螺杆、机头和口模等部分，如图1-2所示图1-2 挤出机结构图图中：1为机头连接法兰；2为滤板；3为冷却水管；4为加热器；5为螺杆；6为料筒；7为油泵；8为测速电机；9为止推轴承；10为料斗；11为减速箱；12为螺杆冷却装置。总的来说，由于我国的塑料工业与发达国家相比起步还是晚一些，因此在经济规模上，尤其是在管料性能、效率和传动系统等方面与发达国家相比还存在一定的差距1.3 挤出机的发展趋势 1）模块化和专业化塑料挤出机模块化生产可以适应不同用户的特殊要求，缩短新产品的研发周期，争取更大的市场份额；而专业化生产可以将挤出成型装备的各个系统模块部件安排定点生产甚至进行全球采购，这对保证整期质量、降低成本、加速资金周转都非常有利。2）高效、多功能化塑料挤出机的高效主要体现在高产出、低能耗、低制造成本方面。在功能方面，螺杆塑料挤出机已不仅用于高分子材料的挤出成型和混炼加工，它的用途已拓宽到食品、饲料、电极、炸药、建材、包装、纸浆、陶瓷等领域。3）大型化和精密化实现塑料挤出机的大型化可以降低生产成本，这在大型双螺杆塑料造粒机组、吹膜机组、管材挤出机组等方面优势更为明显。国家重点建设服务所需的重大技术装备，大型乙烯工程配套的三大关键设备之一的大型挤压造粒机组长期依靠进口，因此必须加快国产化进程，满足石化工业发展需要。4)智能化和网络化发达国家的塑料挤出机已普遍采用现代电子和计算机控制技术，对整个挤出过程的工艺参数，如熔体压力及温度、各段机身温度、主螺杆和喂料螺杆转速、喂料量，各种原料的配比、电机的电流电压等参数进行在线检测，并采用微机闭环控制。这对保证工艺条件的稳定、提高产品的精度都极为有利第2章 塑料挤出机2.1 挤出机的发展历程挤出机起源于1 8世 纪 ， 英 格 兰 的 J o s e p h B r a ma h于 1 7 9 5年制造的用于制造无缝铅管的手动活塞式压出机被认为是世界上第一 台挤出机 。从那时开始， 在 1 9世纪前 5 0年内， 挤出机基本上只应用于铅管的生产、 通心粉和其它食品的加工、 制砖及陶瓷工业。 在作为一种制造方法的发展过程中，第 1次有明确记载的是 R B r o o m a n在 1 8 4 5年 申请的用挤出机生产固特波胶电线的专利。固特波公 司的 HB e w l g y随后对该 挤 出机进 行了改进，并于 1 8 5 1 年将它用于包覆在 D o v e r 和 C a l a i s公司之间的第 1根海底电缆的铜线上。在此后的 2 5年内， 挤出方法 1 3渐重要 ， 并且逐渐由电动操纵的挤出机迅速替代了以往的手动挤出机。初期机械操纵的柱塞式挤出机生产了成千上万公里的绝缘电线和电缆， 从而牢固地确立了挤出法用于生产电缆的地位。早期生产电缆的挤出机无论是手动的、 机械的或者液压的， 全都是柱塞式的。在这种生产过程中， 柱塞将热的古塔波胶压入到通有铜导线口模中， 古塔波胶从口模中 挤 出， 这样就包覆在铜导线上形成绝缘层 。 自第一台挤出机问世以来，挤出技术得到的良好快速的发展。从开始的柱塞式到更为先进的螺杆式，从原始的手动操作到完全的自动控制，从产品单一到产品的多元化，挤出成型技术正逐渐成熟。如今，挤出成型具有生产效率高，制造方便，可以连续化生产等特点，他、它在塑料成型加工工业中占有很重要的地位。半个世纪以来，我国的塑料工业经历了从无到有，从小到大的发展过程，尤其是改革开放二十年来得到高速发展，已初步形成了部类齐全的工业体系，从产量上已跻身于世界先进行列。塑料机械行业是为塑料工业提供技术装备的行业，强劲的市场需求促进塑料机械工业的发展。挤出成型技术得到了很好的发展。2.2 塑料挤出机的辅助设备及控制系统塑料挤出机组的辅机主要包括放线装置、校直装置、预热装置、冷却装置、牵引装置、计米器、火花试验机、收线装置。挤出机组的用途不同其选配用的辅助设备也不尽相同，如还有切断器、吹干器、印字装置等。校直装置：塑料挤出废品类型中最常见的一种是偏心，而线芯各种型式的弯曲则是产生绝缘偏心的重要原因之一。在护套挤出中，护套表面的刮伤也往往是由缆芯的弯曲造成的。因此，各种挤塑机组中的校直装置是必不可少。校直装置的主要型式有：滚筒式（分为水平式和垂直式）；滑轮式（分为单滑轮和滑轮组）；绞轮式，兼起拖动、校直、稳定张力等多种作用；压轮式（分为水平式和垂直式）等。预热装置：缆芯预热对于绝缘挤出和护套挤出都是必要的。对于绝缘层，尤其是薄层绝缘，不能允许气孔的存在，线芯在挤包前通过高温预热可以彻底清除表面的水份、油污。对于护套挤出来讲，其主要作用在于烘干缆芯，防止由于潮气（或绕包垫层的湿气）的作用使护套中出现气孔的可能。预热还可防止挤出中塑料因骤冷而残留内压力的作用。在挤塑料过程中，预热可消除冷线进入高温机头，在模口处与塑胶接触时形成的悬殊温差，避免塑胶温度的波动而导致挤出压力的波动，从而稳定挤出量，保证挤出质量。挤塑机组中均采用电加热线芯预热装置，要求有足够的容量并保证升温迅速，使线芯预热和缆芯烘干效率高。预热温度受放线速度的制约，一般与机头温度相仿即可。冷却装置：成型的塑料挤包层在离开机头后，应立即进行冷却定型，否则会在重力的作用下发生变形。冷却的方式通常采用水冷却，并根据水温不同，分为急冷和缓冷。急冷就是冷水直接冷却，急冷对塑料挤包层定型有利，但对结晶高聚物而言，因骤热冷却，易在挤包层组织内部残留内应力，导致使用过程中产生龟裂，一般PVC塑胶层采用急冷。缓冷则是为了减少制品的内应力，在冷却水槽中分段放置不同温度的水，使制品逐渐降温定型，对PE、PP的挤出就采用缓冷进行，即经过热水、温水、冷水三段冷却。塑料挤出机的控制系统包括加热系统、冷却系统及工艺参数测量系统，主要由电器、仪表和执行机构（即控制屏和操作台）组成。其主要作用是：控制和调节主辅机的拖动电机，输出符合工艺要求的转速和功率，并能使主辅机协调工作；检测和调节挤塑机中塑料的温度、压力、流量；实现对整个机组的控制或自动控制。挤出机组的电气控制大致分为传动控制和温度控制两大部分，实现对挤塑工艺包括温度、压力、螺杆转数、螺杆冷却、机筒冷却、制品冷却和外径的控制，以及牵引速度、整齐排线和保证收线盘上从空盘到满盘的恒张力收线控制。 挤塑机主机的温度控制电线电缆绝缘和护套的塑料挤出是根据热塑性塑料变形特性，使之处于粘流态进行的。除了要求螺杆和机筒外部加热，传到塑料使之融化挤出，还要考虑螺杆挤出塑料时其本身的发热，因此要求主机的温度应从整体来考虑，既要考虑加热器加热的开与关，又要考虑螺杆的挤出热量外溢的因素予以冷却，要有有效的冷却设施。并要求正确合理的确定测量元件热电偶的位置和安装方法，能从控温仪表读数准确反映主机各段的实际温度。以及要求温控仪表的精度与系统配合好，使整个主机温度控制系统的波动稳定度达到各种塑料的挤出温度的要求。 挤塑机的压力控制为了反映机头的挤出情况，需要检测挤出时的机头压力，由于国产挤塑机没有机头压力传感器，一般是对螺杆挤出后推力的测量替代机头压力的测量，螺杆负荷表（电流表或电压表）能正确反映挤出压力的大小。挤出压力的波动，也是引起挤出质量不稳的重要因素之一，挤出压力的波动与挤出温度、冷却装置的使用，连续运转时间的长短等因素密切相关。当发生异常现象时，能排除的迅速排除，必须重新组织生产的则应果断停机，不但可以避免废品的增多，更能预防事故的发生。通过检测的压力表读数，就可以知道塑料在挤出时的压力状态，一般取后推力极限值报警控制。 螺杆转速的控制螺杆转速的调节与稳定是主机传动的重要工艺要求之一。螺杆转速直接决定出胶量和挤出速度，正常生产总希望尽可能实现最高转速及实现高产，对挤塑机要求螺杆转速从起动到所需工作转速时，可供使用的调速范围要大。而且对转速的稳定性要求高，因为转速的波动将导致挤出量的波动，影响挤出质量，所以在牵引线速度没有变化情况下，就会造成线缆外径的变化。同理如牵引装置线速波动大也会造成线缆外径的变化，螺杆和牵引线速度可通过操作台上相应仪表反映出来，挤出时应密切观察，确保优质高产。 外径的控制如上所述为了保证制品线缆外径的尺寸，除要求控制线芯（缆芯）的尺寸公差外，在挤出温度、螺杆转速、牵引装置线速度等方面应有所控制保证，而外径的测量控制则综合反映上述控制的精度和水平。在挤塑机组设备中，特别是高速挤塑生产线上，应配用在线外径检测仪，随时对线缆外径进行检测，并且将超差信号反馈以调整牵引或螺杆的转速，纠正外径超差。 收卷要求的张力控制为了保证不同线速下的收线，从空盘到满盘工作的恒张力要求，希望收排线装置有贮线张力调整机构，或在电气上考虑恒线速度系统和恒张力系统的收卷等等。 整机的电气自动化控制这是实现高速挤出生产线应具备的工艺控制要求，主要是：开机温度联锁；工作压力保护与联锁；挤出、牵引两大部件传动的比例同步控制；收线与牵引的同步控制；外径在线检测与反馈控制；根据各种不同需要组成部件的单机与整机跟踪的控制2.3 挤出机的分类及挤出制品用途 挤出机分类 塑料挤出机按其螺杆数量分为单螺杆、双螺杆。目前以单螺杆挤出机应用最为广泛，适宜于一般材料的挤出加工。双螺杆挤出机由于具有由摩擦产生的热量较少、物料所受到的剪切比较均匀、螺杆的输送能力较大、挤出量比较稳定、物料在机筒内停留长,混合均匀 。 单螺杆挤出机无论作为塑化造粒机械还是成型加工机械都占有重要地位。其发展的主要标志在于其关键零件螺杆的发展。近几年以来，人们对螺杆进行了大量的理论和实验研究，至今已有近百种螺杆且已标准化。常见的有分离型、剪切型、屏障型、分流型与波状型等。 从单螺杆发展来看，尽管近年来单螺杆挤出机已较为完善，但随着高分子材料和塑料制品不断的发展，还会涌现出更有特点的新型螺杆和特殊单螺杆挤出机。从总体而言，单螺杆挤出机向着高速、高效、专用化方向发展。 两种挤出机的区别：单螺杆的机器和双螺杆的机器:一个是一根螺杆,一个是两根螺杆.都是用的一个电机带动的.功率因螺杆不同而不同.50锥双的功率约为20KW,65的约为37KW.产量与料及螺杆有关,50锥双的产量约为100-150KG/H,65锥双约为200-280KG/H.单螺杆的产量就只有一半。挤出机按其螺杆数量可以分为单螺杆、双螺杆和多螺杆挤出机。目前以单螺杆挤出机应用最为广泛，适宜于一般材料的挤出加工。双螺杆挤出机由于具有由摩擦产生的热量较少、物料所受到的剪切比较均匀、螺杆的输送能力较大、挤出量比较稳定、物料在机筒内停留长,混合均匀 。SJSZ系列锥形双螺杆挤出机具有强制挤出、高质量、适应性广、寿命长、剪切速率小、物料不易分解、混炼塑化性能好、粉料直接成型等特点，温度自控，真空排气等装置。适用于管、板、异形材等制品的生产。单螺杆挤出机无论作为塑化造粒机械还是成型加工机械都占有重要地位，近几年业，单螺杆挤出机有了很大的发展。目前德国生产的大型造粒用单螺杆挤出机，螺杆直径达700mm，产量为36t/h。单螺杆挤出机发展的主要标志在于其关键零件螺杆的发展。近几年以来，人们对螺杆进行了大量的理论和实验研究，至今已有近百种螺杆，常见的有分离型、剪切型、屏障型、分流型与波状型等。从单螺杆发展来看，尽管近年来单螺杆挤出机已较为完善，但随着高分子材料和塑料制品不断的发展，还会涌现出更有特点的新型螺杆和特殊单螺杆挤出机。从总体而言，单螺杆挤出机向着高速、高效、专用化方向发展。双螺杆挤出机喂料特性好，适用于粉料加工，且比单螺杆挤出机有更好的混炼、排气、反应和自洁功能，特点是加工热稳定性差的塑料和共混料时更显示出其优越性。近些年来国外双螺杆挤出机已经有很大的发展，各种形式的双螺杆挤出机已系列化和商品化，生产的厂商也较多，大致分类如下：(1)按两根轴线相对位置，有平行和锥形之分；(2)按两根螺杆啮合程序，有啮合型和非啮合型之分；(3)按两根螺杆的旋转方向，有同向和异向之分，在异向中又有向内、向外之分；(4)按螺杆旋转速度，有高速和低速之分；(5)按螺杆与机筒的结构，有整体和组合之分。在双螺杆挤出机的基础上，为了更容易加工热稳定性差的共混料，有的厂家又开发出多螺杆挤出机如行星挤出机等。 挤出制品的用途热塑性塑料和部分热固性塑料适用于挤出成型。其制品主要有管材、棒材、板材、异型材、薄膜、单丝、扁带和电线电缆等。塑料挤出制品广泛应用于国民经济各个领域。薄膜、中空制品、打包带等是包装材料的重要组成部分；农副业大量使用塑料薄膜作育秧薄膜、棚模；机械工业使用塑料棒材可以方便的加工各种零部件；建筑工业使用的挤出成型的制品越来越多，如墙壁装饰板、窗用密封条等；石油工业大量使用塑料管材作输油管道。挤出机同时还可以对塑料进行混合、塑化、脱水、造粒、和喂料等准备工序或半成品加工。因此挤出成型已成为最普遍的塑料成形加工方法之一。2.4 塑料挤出机挤出成型生产工艺路线塑料管挤出成型生产工艺路线1、聚氯乙烯管挤出成型生产工艺路线 聚氯乙烯塑料管的挤出成型可用单螺杆挤出机，也可用双螺杆挤出机。两种挤出机挤出成型塑料管用生产工艺路线略有不同。(1)单螺杆挤出机挤出成型PVC管生产工艺顺序 挤出成型管用料按配方要求计量高速热混合原料混合均匀料冷却降温造粒挤出机把原料塑化呈熔融态模具成型管坯降温定型管材冷却降温牵引切割扩口检查质量检斤入库(2)双螺杆挤出机挤出成型PVC管生产工艺顺序挤出成型管用料按配方要求计量高速热混合原料混合均匀料冷却降温挤出机把原料塑化呈熔融态模具成型管坯降温定型管材冷却降温牵引切割扩口检查质量检斤入库图2-1是聚氯乙烯管挤出成型用料的混配工艺路线。图2-2是硬质聚氯乙烯管挤出成型生产工艺路线。图2-1PVC管挤出成型用料的混配工艺路线1主原料PVC储料仓；2辅助原料（稳定剂、润滑剂、填充料等）储料仓；3主原料自动计量；4辅助料自动计量；5辅助料顺序投料控制；6高速热混合机；7塑料冷却混合机图2-2硬质聚氯乙烯管挤出成型生产工艺路线1挤出机；2成型模具；3冷却定型套；4一水槽；5牵引机；6切割机；7管材储存输送装置软质聚氯乙烯管的挤出成型生产工艺路线与硬质聚氯乙烯管的挤出成型生产工艺路线相同，只是挤出成型管坯用成型模具结构，管坯的冷却定型方法和管材的收卷方式不同于硬管成型。软质聚氯乙烯管的挤出成型生产工艺路线见图2-3。图2-3软质PVC管挤出成型生产工艺路线1挤出机；2软管成型模具；3冷却水槽；4一牵引机；5收卷机2、聚烯烃类（聚乙烯、聚丙烯）塑料管挤出成型生产工艺路线聚烯烃类（聚乙烯、聚丙烯）塑料管的挤出成型生产工艺路线比较简单，一般情况下不需要什么原料准备工作。生产聚烯烃类管时，可直接把粒料投入挤出机料斗中挤出成型。聚烯烃类塑料管的挤出成型生产工艺顺序如下。原料开袋检查质量挤出机把原料塑化熔融模具成型管坯真空定径套冷却定径真空喷淋冷却管材冷却降温牵引盘卷检验质量检斤入库2.5 挤出机的机械原理在原料粉末里添加水或适当的液体，并进行不断的搅拌。将搅拌好的材料，用高挤出压力从多孔机头或金属网挤出。 通常是把材料放入圆筒形容器以后，用螺杆挤出材料。在使用变频技术以后，可对压力进行控制，从而可以选择最合适的线性速度。单螺杆挤出机原理单螺杆一般在有效长度上分为三段，按螺杆直径大小 螺距 螺深确定三段有效长度，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，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。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3：1，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，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。第3章 挤出模的结构和功能3.1 挤出模的结构 挤出模的主要零件有口模、芯棒、过滤板、过滤网、分流器、分流器支架、调节螺钉、定型套和机头体。各自作用如下：1）口模是成形塑件的外表面，2)芯棒是成形塑件的内表面，3）过滤板是将塑料熔体由螺旋运动变为直线运动并造成一定压力，促进熔体塑化均匀及支撑滤网的作用，4）过滤网主要是过滤杂质和造成一定压力，5）分流器是使通过它的熔体变成薄环状，平稳地进入成形区。同时，进一步加热和塑化塑料，6）分流器支架主要用于支撑分流器和芯棒，同时也能对分流后的塑料熔体加强混合作用，7）定型套对成形管材进行冷却定型，以保证制品良好质量，正确的尺寸和几何形状，8）调节螺钉用来控制成形区内的口模和芯棒之间的间隙及同轴度，以保证挤出塑件壁厚的均匀，9）机头体用来组装机头各零件并与挤出机相连接。3.2 挤出模的功能挤出模做为挤出成型装置，其结构形式就决定其功能如何。根据挤出成型特点知其主要功能如下：a:使来自挤出机的塑料熔体由螺旋运动转化为直线运动；主要是通过过滤板来完成的，b:通过模腔流道的剪切流动使塑料熔体进一步塑化均匀；这是由塑料粘度决定的，c:通过模腔几何形状与尺寸的变化产生成形压力，以使型材致密；主要是由于压缩比的存在，d:通过成形段及模唇的调节作用，获得所需截面形状的连续型材3.3 挤出模设计准则及设计步骤 挤出模设计准则根据挤出模的功能可知挤出机头的设计不但要满足塑料成型工艺的要求，而且其结构要简单，故确定具体设计方案如下：1）正确选择机头结构形式，应按照所要挤出的制品的原料和要求及成型工艺的特点，正确选用和确定机头结构形式；2）具有一定的成形功能和作用，机头应能将塑料熔体从挤出的螺旋运动转换成直线运动，并在机头内产生适当的压力；3）应设计出压缩区保证足够的压缩比；4）内腔呈光滑流线型，保证塑料熔体在机头内均匀平稳流动顺利挤出，且机头的截面变化要均匀，避免死角、凹槽等；5）要设计有调节装置；6）机头要有足够的刚度和强度，结构要简单、紧凑、与机筒连接紧密、装卸方便、易加工、易操作，同时机头设计成对称形状，以保证受热均匀；7）机头成型区应有正确的截面形状，设计时要合理的确定流道尺寸，控制成型长度，从而保证截面形状，保证制品质量；8）合理选择机头材料。与塑料熔体相接触的部分，由于摩擦磨损及塑料成型时产生的气体对机头的腐蚀，机头体、口模、芯棒和分流器及支架等零件的材料应选取耐热、耐磨、耐腐蚀、韧性高、硬度高、热处理变形小及加工性能好的钢材和合金钢。 挤出模设计步骤根据以上设计原则，挤出模的设计不是简单的几何尺寸的计算，设计时需要确定机头中各零件的功能作用，同时要准确掌握挤出成型工艺特点。设计步骤如下：1） 根据设计要求了解材料材质特性并确定挤出机形式，2） 计算口模内径和芯棒外径尺寸，3） 确定过滤板出口处直径D0，4） 确定拉伸比和压缩比，5） 确定机头内其他尺寸，6） 机头结构的具体设计，7） 冷却定型套的设计与计算，8） 机头主要零件的加工工艺设计，9） 机头和挤出主机的连接方式的设计第4章 挤出模参数设计计算4.1 材料材质特性我所设计的挤出机要加工的塑料可以选取硬质聚氯乙烯。因为硬质PVC主要性能：机械强度高，电气性能优良，化学稳定性好，粘度高。其成型性能：非结晶材料，吸湿性小，流动性差，极易分解，在高温下与钢、铜接触更易分解。高粘度使得与其相接触的零件表面粗糙度要求高，同时非结晶性、流动性差、极易分解等都是设计时必须考虑的因素。硬质PVC的性能及成型性能决定了挤出机中所有与PVC接触的零件的性能要求要高，在设计过程中这些性能是这些零件的设计准则。4.2 挤出机形式的确定双螺杆挤出机做为应用范围比较广泛的挤出机，螺杆直径为45mm，机头为直通式。直通式机头结构简单，容易制造，但经过分流器及分流器支架时形成的分流痕不易消除，其结构笨重、长度较大。其主要特点：熔体在机头内挤出流向与挤出机螺杆平行。再根据硬质PVC材料的特性以及挤出加工的要求选择机头中与PVC直接接触的零件的材料为38CrMoALA（铬钼钢）。4.3 挤出模各零件尺寸设计根据管材的挤出特点，对于不同塑料的管机头的主要零件尺寸及其工艺参数都有一定的限制，以保证挤出的管材质量及其优良的成型工艺。本设计中采用的塑料是硬质PVC。根据硬质PVC的性能特点可以确定一些零件在设计过程是用到的公式中的系数，同时可以确定挤出模的压缩比和分流器扩展角。4.4 挤出模各零件工作表面尺寸设计计算1、口模的设计计算口模是成型管材外部轮廓的机头零件，其结构如图4-1，其主要尺寸有口模内径D、定型长度L1、压缩段长度L2和压缩区锥角。尺寸的设计主要靠经验公式，查有关设计手册，有关经验公式如下：图4-1： 口模结构图1）、口模内径D： D= d1/k 3-1 式中： D口模内径（mm） d1塑料管材外径（mm） 系数（见表）表4- 系数k选取表塑料种类定型套定管材内径定型套定管材外径聚氯乙烯.聚酰胺.聚烯烃.2）、口模定型段长度L1： L1=（0.33.0）d1 3-2 或 L1 =ct 3-3 式中： L1口模定型段长度（mm） d1塑料管材外径（mm） c系数（见表2） t塑料管材壁厚（mm）表4-2系数c选取表塑料品种硬聚氯乙烯软聚氯乙烯聚酰胺聚乙烯系数c18331525132314223）、压缩区锥角：压缩区的锥角一般在1060范围内选取，当过大时，挤出的管材表面会较粗糙，对于低粘度材料可选取较大值，反之取较小值。4)、口模压缩段长度L2： L2=（1.52.5）D0 3-4 式中： L2口模压缩段长度（mm） D0塑料熔体在过滤板出口处的流道直径（mm）5）、根据以上公式计算口模内径尺寸如下： 根据聚氯乙烯的成型特性，塑料熔体在通过挤出模后，由于冷却管材会出现弹性回复，即管材直径会增大，同时还要经过定性套定型，再根据表1确定系数 k=1.00 。 即口模内径D= d1/k =40/1.00 =40.00（mm）实际口模内径根据经验和试模后而定，并通过调节螺钉调节口模与芯棒间的间隙使其达到合理值。2、芯棒的设计计算芯棒是成型管材内部轮廓的机头零件，其结构如图4-2，通过用螺纹与分流器联接，其主要尺寸有芯棒外径d、芯棒定型段长度L3、芯棒压缩段长度L4。各尺寸的设计主要靠经验公式来确定。查有关设计手册，有关经验公式如下：图4-2：芯棒结构图1）、芯棒外径d： d=D -2 3-5 式中：d芯棒外径（mm） D口模内径（mm） 口模与芯棒的单边间隙，通常取（0.830.94）塑料管材壁厚（mm）2）、芯棒定型段长度L3 = L1 ，3)、芯棒压缩段长度L4 = L2=（1.52.5）D0 ，4）、根据公式计算芯棒外径尺寸如下: 由硬质PVC的成型特性以及已确定的口模直径知，经过挤出的成型塑件会膨胀，所以这里选取的芯棒外径小于实际管材内径，即系数小于1。本设计中取0.94。 即 芯棒外径 d=D -2 =40-20.942.00 =36.2（mm）3、过滤板出口处直径D0的确定：该直径应与挤出机机筒出口处直径一致。机筒出口处直径根据螺杆直径确定为45mm,由此确定过滤板出口处直径D0=45(mm)。4、拉伸比和压缩比的确定:拉伸比和压缩比是塑料挤出成型工艺参数，两者都与口模和芯棒尺寸有关。各种塑料的拉伸比和压缩比都是通过实验确定的。拉伸比：是指口模与芯棒在成型区的环形间隙截面积与所挤出的管材的截面积之比。挤出时，管材离开口模后，由于压力降低，塑料制品出现因弹性回复而膨胀的现象，管材截面积将增大。另一方面，又由于牵引和冷却收缩的关系，管材截面积也有缩小的趋势。这种膨胀与缩小的大小于塑料性质、口模温度与压力、定径套的结构形式等因素有直接关系。目前，由于理论计算尚不成熟，通常根据拉伸比来确定口模与芯棒间环形空隙的截面积与挤出管材的截面积之比。即：管材拉伸比经验公式：I= (d12-d22)/(D2-d2) 3-6 式中： I拉伸比 D 、 d 分别为口模内径和芯棒外径 d1 、 d2塑料管材的外内径表4-3 常用塑料挤出所允许的拉伸比塑料硬质PVCABSPEPA拉伸比1.001.081.001.101.201.501.403.00压缩比：是指过滤板出口处最大进料截面积与口模和芯棒在成型区的环形间隙截面积之比。它反映挤出成型过程中塑料熔体的压实程度。对于低粘度塑料，压缩比=410；对于高粘度塑料，=2.56.0 。1）根据所计算数据确定拉伸比 I= (d12-d22)/(D2-d2) =1.05较大拉伸比的好处有：（1）、在生产过程中，变更管材规格时，一般不需拆装口模和芯棒，可以通过改变拉伸比来实现；（2）、在加工某些容易产生熔体破裂现象的塑料时，用较大尺寸的口模和芯棒，可以生产较小规格的管材，这样既可以避免产生熔体破裂，又可提高产量。2）根据硬质PVC为高粘度材料，故确定压缩比=5。5、口模和芯棒其他主要尺寸计算：1）、口模定型段长度根据表2 L1 =ct =（1833）2 =3666 (mm) L1 =（0.33.0）d1 =（0.33.0）40.00 =12120（mm） L1的确定与塑件的壁厚、直径、形状、塑料性能即牵引速度有关。过长则料流阻力增大，使牵引困难，且管材表面粗糙；过短则起不到定型作用。根据两种计算结果确定口模定型段长度L1=50（mm）。2）、口模压缩段长度 L2 =（1.52.5）D0 =1.845 =80（mm）3）、压缩区锥角：根据塑料材料硬PVC的成型性能知，取=30。 4）、芯棒的定型长度L3应与口模定型长度L1相等，故： L3=L1=50（mm）5）、芯棒压缩段长度：此处长度应与口模压缩段长度保持一致。故：L4= L2=80(mm)。6、分流器和分流器支架的设计计算1）分流器参数设计分流器与分流器支架结构如图4-3。对于小型挤出机分流器和分流器支架可设计成一体形式。分流器主要参数有：扩展角、分流锥面长度L5、分流器头部圆角R、分流器表面粗糙度R。各参数的确定原则如表5。图4-3：分流器结构图 表4-4 分流器参数确定表参数 取值扩展角扩展角的选取与塑料粘度有关，高粘度塑料应控制在3060，且扩展角应大于口模压缩段的压缩角分流锥面长度L5L5=（0.61.5）D0式中 D0过滤板出口处的直径分流器头部圆角RR=（0.52.0）mm分流器表面粗糙度RR应小于（0.40.2）m根据以上原则确定分流器各参数：分流器的直径d2应等于芯棒外径，故取d2=36.2 (mm)，扩展角=45，分流锥面长度：根据分流器直径与扩展角的三角函数关系，以及经验公式取L5=(0.61.5)D0 确定L5=145=45（mm），分流器头部圆角R=1.0mm，分流器表面粗糙度R =0.3m。2）分流器支架参数的设计分流器支架内径d3可根据口模压缩段长度与压缩角的三角函数关系计算得到，d3=2tan1580+36.2=81（mm），分流