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钢塑复合托辊主体模具结构设计（太原）,复合,主体,模具,结构设计,太原
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毕业设计钢塑复合托辊主体模具结构设计 学生姓名： 韩建锋 学号： 102011141 系 部： 机械工程系 专 业： 机械设计制造及其自动化 指导教师： 王喜刚 二零一四年六月I 诚信声明 本人郑重声明：本设计及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成设计时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。 本人签名： 年 月 日 太原工业学院毕业设计 毕业设计任务书设计题目：钢塑复合托辊主体模具结构设计系部：机械工程系 专业： 机械设计制造及其自动化 学号：102011141学生： 韩建锋 指导教师（含职称）：王喜刚 副教授 专业负责人： 田静 1设计的主要任务及目标了解常用机械加工设备结构及应用能够综合运用所学专业知识设计机械产品及其零部件能够独立熟练地检索各方面文献资料2设计的基本要求和内容按照学院有关要求完成毕业设计内容设计钢塑复合托辊主体模具结构图设计模具非标零件图设计钢塑复合托辊结构及零部件图3 主要参考文献 1陶凤琴.王道胤主编.机械工程材料简明教程.北京：北京理工大学出社，1991 2王运炎.金属材料与热处理.北京：机械工业出版社，1998 3范全福.金属工艺学.北京：高等教育出版社，1983 4周晔.王晓澜. 模具工实用手册. 南昌：江西科学技术出版社，2004. 5许鹤峰.闫光荣. 数字化模具制造技术. 北京：化学工业出版社，2001.4进度安排毕业设计各阶段名称起 止 日 期1分析题目，确定设计思路，进行开题检查2014.3.122014.3.142设计钢塑复合托辊主体模具结构原理图idworks软件绘制），设计说明书和设计笔录同步进行 2014.3.142014.4.20 3进行中期检查 2014.4.202014.4.254设计计算托辊和模具结构各零件尺寸，并绘图 2014.4.252014.5.255动画制作，设计说明书及图纸整理，准备答辩 2014.5.252014.6.10钢塑复合托辊主体模具结构设计摘要 钢塑复合托辊是将一般托辊的钢管辊体改为在钢管上包缚一层塑料的复合管材辊体，结合钢和塑料材料的优良特性，使托辊的耐磨、耐腐蚀等性能得到提高，而且使用时的噪音，使托辊的质量得到提升。本设计给出了尼龙轴承座和橡胶迷宫式内、外密封圈三件套结构，三者与辊体很好的配合，保证了钢塑复合托辊的质量，使我国托辊从一般的钢制托辊有一个质的提升。为了生产加工这种复合托辊辊体管材，本设计重点设计出了一种以大直径、短长度钢管为内衬的钢塑复合辊体管材的挤出模具结构，为生产出高性能的托辊辊体提供了方便。特别是模具中导向锥和口模采用锥面和正方形面的四点接触，既保证了模具和挤出的钢塑复合管材的同轴度，又能使熔融的塑料流体有四个均匀的通道，它与模具中调节螺钉双重保护和控制了挤出的钢塑复合辊体管材耐磨层厚度均匀和表面光洁。同时设计过程中还对超高分子量聚乙烯塑料的性能和挤出辊体管材所用到的的装置作了简要介绍和分析。关键字：挤塑模具，钢塑复合托辊，超高分子量聚乙烯，辊体管材，成型设备 Gangsu composite roller main body mould structure designabstract Gangsu composite roller is the general steel pipe roller of roller economic restructuring for the package on steel pipe tied a layer of plastic composite pipe roller body, combined with the excellent characteristics of steel and plastic material, make the roller wear resistant and corrosion resistant performance was improved, and the noise when using, make the quality of the roller was promoted. This design gives the nylon and rubber bearing and labyrinth seal structure of three-piece, three with the roller body good, ensure the quality of the steel-plastic composite roller, roller in our country from general steel roller has a qualitative improvement. In order to production and processing the composite roller roller pipe body, this design mainly devised a with large diameter, shorter length of steel tube for lining gangsu composite roller body pipe extrusion die structure, for the idler roller body with high performance provides convenient. Especially mold guide cone and mold by using cone and square the four-point contact, not only ensure the mold and the extrusion of steel-plastic composite pipe alignment, and make molten plastic fluid has four uniform channel, it has to do with double protection and control of the mold adjustment screw extrusion of steel-plastic composite pipe roller body wear-resisting layer thickness and smooth surface. At the same time the design process of the performance of ultra-high molecular weight polyethylene plastic and extrusion roller body of tubing used the device makes a brief introduction and analysis.Key words: gangsu composite roller, ultra-high molecular weight polyethylene, roll pipe body,molding equipment,extrusion dieII目录摘要IabstractII目录I1 前言11.1 研究目的及主要内容11.2 国内外托辊的发展状况11.2.1 国外托辊的发展状况21.2.2 国内托辊的发展状况31.2.3 我国托辊的发展前景51.3 UHMW-PE钢塑复合托辊61.3.1 超高分子量聚乙烯（UHMWPE）的发展史61.3.2 超高分子量聚乙烯托辊72 钢塑复合托辊的设计与制造92.1 托辊的结构分析和材料选择92.1.1 托辊分析92.1.2 材料选择和热处理102.2 托辊轴的设计与加工102.3 托辊轴承座、内外密封圈的设计和制造112.4 托辊辊体的加工122.5 托辊自动压装132.6 重点质量指标的工艺控制133 钢塑复合辊体模具结构设计153.1 模具的设计原则153.2 挤塑模具结构设计153.2.1 挤塑模具的三种类型153.2.2 辊体管材模具的确定173.3 部分重要零件尺寸的确定183.3.1 挤压式模芯（导向锥）尺寸的确定183.3.2 口模尺寸的确定213.3.3 口模体尺寸的确定243.3.4 导向套尺寸的确定254 托辊辊体管材的挤出成型原理及设备264.1 塑料挤出的基本原理264.2 挤出成型设备264.2.1 挤出机274.2.2 送料装置（牵引装置）294.2.3 预热装置304.2.4 定型、冷却装置314.2.5 切割装置33结论35参考资料36致谢37I1 前言1.1研究目的及主要内容本设计本着设计出一种寿命长、质量轻、转速高、阻力系数小的钢塑复合托辊和加工这种钢塑复合辊体的挤出模具。有效减小国内托辊与国外的差距，提高生产效率和生产质量。通过本次钢塑复合托辊主体模具结构的分析与设计，不仅对托辊生产的质量、效率、产品成本的提高有一定的作用，而且通过对托辊和模具结构的分析，不断地优化和改善模具结构，使之加工出的钢塑复合辊体集塑料和钢材的优点于一身，耐磨层紧密包缚在钢管上，进而提高托辊的质量。使国内托辊较以前的钢制托辊有一个质的提升。能够充分了解和认识一些模具结构，对一些标准零件进行合理的选用，对非标准零件进行合理的设计和计算。严格对各零件的加工工艺、装配工艺、精度要求进行选择。从而设计出一套能够加工出钢塑复合托辊辊体的模具。通过合理的设计可以促进整个生产系统的人流，物流，信息流更加顺畅，减少人员，物料移动等成本，提高空间时间的利用率，改善整个生产过程的整体效率，帮助整个企业降低成本提高整体生产效益。通过运用一些物流系统分析与设施规划的方法与理论，可以让我们更深刻的掌握这些我们所学的专业知识。也是对于我们在大学里所获得的的思想及解决问题的方法的一种锻炼与提升。主要内容有： （1）、设计钢塑复合托辊结构及零部件图 (2)、设计钢塑复合托辊主体模具结构图 (3)、设计模具非标零件图1.2 国内外托辊的发展状况随着带式输送机的普遍应用，托辊的适用范围也日益扩大，在欧美、日本等工业发达国家发展迅速，日本的皆爱喜（JRC）公司、美国的朗艾道（LONGAIRDOXCO）公司等在高质量的托辊研制方面处于领先水平。但是，目前国内外生产的托辊普遍存在的现状为：（1）灰尘和水都会进入托辊中，更何况对极为恶劣的污染源-粘稠流动性物体（如煤泥、湿炉渣和腐蚀性物质等）的污染都未采取任何措施，直接影响着托辊的使用寿命；（2）托辊两端的同轴度和径向圆跳动的几何偏差较大，影响了托辊的灵活转动；（3）由于受生产工艺的限制，采用的钢管的重量都较大，并且装配合格率不能保证100%，致使托辊的运行阻力系数不能减小。因此，托辊普遍存在过早失效、精度较低、重量和旋转阻力过大的严重缺陷。多年来，无数从事输送机械研究和生产的工程技术人员致力于对托辊的研究改造，发明了“注油托辊”、“陶瓷托辊”、“复合材料托辊”、“外座式托辊”等多种新产品。但这些方法都是对托辊上述缺陷的一些局部补救措施，并未能从根本上将其彻底解决。1.2.1国外托辊的发展状况1国外带式输送机技术的发展很快，其主要表现在两个方面：一方面是带式输送机的功能多元化、应用范围扩大化，如高倾角带式输送机、管状带式输送机、空间转弯带式输送机等各种机型；另一方面是带式输送机本身的技术与装备有了巨大的发展，尤其是长距离、大运量、高带速等大型带式输送机已成为发展的主要方向，其核心技术是开发应用了带式输送机动态分析与监控技术，提高了带式输送机的运行性能和可靠性。国外己经使用或己经进行设计的几条典型长距离带式输送机输送线。（1）西班牙的撒哈拉沙漠带式输送机线路是世界最长的长距离输送机线路，该线路长达100km，用两年半时间建成，并于1972年投入使用，用来将位于石质高原地区的布。克拉露天矿的磷灰石矿石运往艾尔阿雍海港。总投资额为两亿马克。预计该线路能达行30年，年平均运输量为1000万吨磷灰石矿石（2000t/h）。整条线路由长为6.911.8km的11台带式输送机组成。带宽为l000mm，采用ST3150型钢丝绳芯胶带，带速为4.5 m/s。（2）恰那矿20km地面带式输送机系统是代表了现代带式输送机发展水平的一条输送线。该输送系统由一条长为10.3km的平面转弯带式输送机和一条10.1km的直线长距离带式输送机构成。转弯带式输送机的曲率半径为9km，弧长为4km，两条输送机除线路参数外其他参数相同，运输能力为2200t/h，带宽1050mm，输送带抗拉强度为3000N/mm，安全系数为5，拉紧装置为重锤拉紧。允许行程为25m，驱动采用3台700KW直流电动机，双滚筒驱动。系统采用了先进的托辊制造和安装技术、水平转弯技术和动态分析技术。（3）津巴布韦钢铁公司（ZISCO）15.6km水平转弯越野带式输送机于1996年投入使用，是世界上单机最长的带式输送机。该输送机将ZISCO的New Ripple Creek矿经过二次破碎的铁矿石运送到Zimbabwe的炼钢厂附近。输送量为干矿石500t/h，湿矿石600t/h，系统全长15.6km，物料提升高度为90m。1.2.2国内托辊的发展状况我国生产制造的带式输送机的品种、类型较多。在“八五”期间，通过国家一条龙“日产万吨综采设备”项目的实施，带式输送机的技术水平有了很大提高，煤矿井下用大功率、长距离带式输送机的关键技术研究和新产品开发都取得了很大的进步。如大倾角长距离带式输送机成套设备、高产高效工作面顺槽可伸缩带式输送机等均填补了国内空白，并对带式输送机的减低关键技术及其主要元部件进行了理论研究和产品开发，研制成功了多种软起动和制动装置以及以PLC为核心的可编程电控装置，驱动系统采用调速型液力偶合器和行星齿轮减速器。（1）继续向大型化发展。大型化包括大输送能力、大单机长度和大输送倾角等几个方面。水力输送装置的长度已达440公里以上。带式输送机的单机长度已近15公里，并已出现由若干台组成联系甲乙两地的“带式输送道”。不少国家正在探索长距离、大运量连续输送物料的更完善的输送机结构。（2）扩大输送机的使用范围。发展能在高温、低温条件下、有腐蚀性、放射性、易燃性物质的环境中工作的，以及能输送炽热、易爆、易结团、粘性的物料的输送机。（3）使输送机的构造满足物料搬运系统自动化控制对单机提出的要求。如邮局所用的自动分拣包裹的小车式输送机应能满足分拣动作的要求等。（4）降低能量消耗以节约能源，已成为输送技术领域内科研工作的一个重要方面。已将1吨物料输送1公里所消耗的能量作为输送机选型的重要指标之一。（5）减少各种输送机在作业时所产生的粉尘、噪声和排放的废气。就国内的托辊生产发展而言，由于我国的带式输送机的带速较国外偏低，相应的托辊技术与国外相比也有着较为明显的差距，主要表现在：（1）使用寿命短。德国井下托辊使用寿命为45000h，英国规定为50000h，而我国托辊的寿命为30000h左右；（2）运行阻力系数大。国产普通托辊的旋转阻力系数约为0.018左右，进口托辊的旋转阻力一般在0.012左右；（3）托辊重量较大。同型号托辊国内比国外重10%，托辊越重，消耗钢材越多，消耗功率就越大；（4）噪声大。同型号托辊国内的产品要比国外的产品噪声分贝数高30%。相比较以前，国内的托辊技术也有了相当明显的进步，如北京起重运输机械研究所、上海煤炭科学研究院在托辊的技术方面都有了突破性的进展。近年来，我国在大型带式输送机的设计、制造上也有了长足的进步。从20世纪60年代末我国己经生产200余条钢丝绳芯带式输送机，在煤矿、磷矿、铁矿和港口使用。其中单机长度达7602m的大型带式输送机已投入使用。目前，包括总长l0km的输送线等多条长距离带式输送机系统正在设计计划中。据有关资料显示：近年来，国内对带式输送机主要部件托辊的相关理论研究技术性能明显提高，为带式输送机配件向大型化方向发展奠定了基础。随着对带式输送机配件的可行性和经济性要求的不断提高，其设计观点也在逐步发展。先进的设计观点，设法减小运行阻力，对输送机进行工矿预测和优化。但和国外相比还有着相当大的差距。我国输送机托辊寿命为2万小时，国外托辊寿命5-9万小时，我国现有的托辊生产技术与国外的托辊相比使用寿命短、速度小、阻力大，国产托辊寿命仅为国外产品的30%-40%。托辊是带式输送机的关键运动部件及重要组成部分。国内的托辊绝大部分仍采用钢铁辊，笨重、能耗高、启动力矩大，不耐腐蚀，在腐蚀与磨损联合作用下，使用寿命短。加之一般采用钢质滚动轴承，需定期润滑，且不适于在潮湿、粉尘、腐蚀环境中工作，严重影响着输送机的正常运转和输送效率。而改性超高分子量聚乙烯托辊可取代传统的皮带传输用钢制托辊，具有高韧性、高强度、质量轻的特点。 具体来说国内外托辊的差距主要表现在以下三个方面：（1）管体的材质，国外多采用新型材料如聚乙烯托辊，尼龙，塑料，玻璃钢等类型较多，而国内则还大多选用钢制托辊较为笨重且能耗较高。（2）对于密封件的要求，托辊是以滚动体，运动过程伴着磨损，一般必须进行润滑，因此密封件直接关乎托辊寿命。（3）加工与装配，国外的生产技术成熟于国内，且自动化程度高，而国内由于条件限制，还有待提高。因此，现阶段确定适合我国生产工艺、使用情况的托辊生产线，提高托辊质量降低托辊生产成本，对我国的带式输送机发展状况是有很大改观的1。1.2.3 我国托辊的发展前景 目前，国产托辊的性能有了很大的提高，但是和国外托辊的性能还是有着不小的距离。对改善托辊的性能，我国投入了大量人力物力，随着新时代的先进技术的飞速发展，未来输送机托辊将向着大型化发展、扩大使用范围、物料自动分拣、降低能量消耗、减少污染等方面发展。大型化包括大输送能力、大单机长度和大输送倾角等几个方面。水力输送装置的长度已达440公里以上带式输送机托辊的单机长度已近15公里，并已出现由若干台组成联系甲乙两地的“带式输送道”。扩大输送机托辊的使用范围，是指发展能在高温、低温条件下有腐蚀性、放射性、易燃性物质的环境中工作的，以及能输送炽热、易爆、易结团、粘性物料的托辊。 扩大使用范围，是扩大托辊的使用范围，也是为托辊行业发展煤炭、水泥、电力、化工、建材、矿山、冶金等方面。托辊可以向着多元化发展，在食品生产、电子、木业、烟草、医药也可以运用起来，那样就可以让托辊的作用越来越来重要，对托辊的发展也是有着重要的推进的作用。因为人们需要托辊，就需要去研究和开发跟先进、性能更好的托辊。物料自动分拣，目前，我国的带式输送机和国外的有着明显的差距，我国采用封闭式储带结构和绞车红紧为主，张紧小车易脱轨，输送带易跑偏，输送带伸缩时，托辊小车不自移，需人工推移，检修麻烦。而国外采用结构先进的开放式储带装置和高精度的大扭矩、大行程自动张紧设备，托辊小车能自动随输送带伸缩到位。输送带有易跑偏，不会出现脱轨现象。对生产的自动化方面的研究，是我们输送机目前比较大的难题，也是输送机发展方向。降低能量消耗，我国现有的托辊技术与国外比较，寿命短、速度低、阻力大，而美国等使用的新型注油托辊，其运行阻力小，轴承采用稀油润滑，大大地提高了托辊的使用寿命，并可作为高速托辊应用于带式输送机上，使用面广，经济效益显著。我国输送机托辊寿命为2万h，国外托辊寿命59万h，国产托辊寿命仅为国外产品的30%40%。这就存在打量的材料的浪费，因此改善托辊的性能，提高托辊的使用寿命，是现在托辊生产商面临的严峻问题，也是我国输送机的一大重要缺点。不改善寿命低的缺点，不符合我们的科学发展观。找到改善托辊的寿命，降低能源的消耗的方法，更有利于托辊行业的发展。减少污染，此处的污染不是对环境的污染，而是在生产过程中各种物质（水、空气、流动性物体稀泥等）对托辊的污染。托辊是带式输送机的心脏。它的防水、防尘，尤其是对半流动性物体（稀泥）污染的密封性能、两端轴承位置的精度、外圆径向圆跳动、运行阻力、转动惯量、运行时的噪音、防腐蚀锈蚀、耐磨性等综合性能，都能给带式输送机的使用带来直接的影响。因此，减少对托辊的污染，对带式输送机有着不可重要的作用，更对托辊行业的发展有着不可忽略的作用2。1.3 UHMW-PE钢塑复合托辊本设计的内容之一是在钢管外包缚一层超高分子量聚乙烯塑料的钢塑复合托辊的设计。钢管外包覆一层UHMWPE塑料形成壁厚均匀和表面光滑的复合托辊辊体，就需要对挤出机机头模具结构进行设计和改进，从而生产出这样高质量的辊体。而钢塑复合托辊具备了钢管的特性和工程材料超高分子量聚乙烯（UHMWPE）的优良性能。下面介绍一下超高分子量聚乙烯的性能和应用。1.3.1 超高分子量聚乙烯（UHMWPE）的发展史3超高分子量聚乙烯英文名ultra-high molecular weight polyethylene(简称UHMWPE)，是分子量100万以上的聚乙烯。热变形温度(0.46MPa)85，熔点130136。）是一种线型结构的具有优异综合性能的热塑性工程塑料。世界上最早由美国AlliedChemical公司于1957年实现工业化，此后德国Hoechst公司、美国Hercules公司、日本三井石油化学公司等也投入工业化生产。超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）是一种线型结构的具有优异综合性能的热塑性工程塑料。世界上最早由美国AlliedChemical公司于1957年实现工业化，此后德国Hoechst公司、美国Hercules公司、日本三井石油化学公司等也投入工业化生产。我国于1964年最早研制成功并投入工业生产。限于当时条件，产物分子量约150万左右，随着工艺技术的进步，目前产品分子量可达100万400万以上。超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）的发展十分迅速，80年代以前，世界平均年增长率为8.5%，进入80年代以后，增长率高达15%20%。而我国的平均年增长率在30%以上。1978年世界消耗量为12，00012，500吨，而到1990年世界需求量约5万吨，其中美国占70%。超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）平均分子量约35万800万，因分子量高而具有其它塑料无可比拟的优异的耐冲击、耐磨损、自润滑性、耐化学腐蚀等性能。而且，超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）耐低温性能优异，在-40时仍具有较高的冲击强度，甚至可在-269下使用。超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）优异的物理机械性能使它广泛应用于机械、运输、纺织、造纸、矿业、农业、化工及体育运动器械等领域，其中以大型包装容器和管道的应用最为广泛。另外，由于超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）优异的生理惰性，已作为心脏瓣膜、矫形外科零件、人工关节等在临床医学上使用。1.3.2 超高分子量聚乙烯托辊4超高分子量聚乙烯托辊(UHMWPE)是新一代以塑代钢的高新技术产品,其主要原料是超高分子量聚乙烯,并根据托辊表面材料的变化,对其制造结构也做了相应的改变,使其耐磨,转动等系数得到很大的提高,区别于金属托辊，我们采用了工程塑料中机械物理性能最为优越的超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）作为材料，通过挤出成型与钢管形成座套和钢塑辊体。与传统材料相比，它在性能上有着突出的优势。（1）、超高分子量聚乙烯的分子结构为缠绕式线性排列方式，因此它的抗冲击强度极高，欧美国家很早就将这种材料用在防弹衣和装甲防护上，我国近年来也在研发应用超高材料来逐步替代笨重的金属材料。作用于托辊，它不会因长期的转动，跌落或撞击产生断裂。（2）、超高分子量聚乙烯制品的摩擦系数极小，近似于冰面。作为托辊表面，可有效降低与皮带表面的摩擦，从而延长了皮带的使用寿命。（3）、超高分子量聚乙烯的耐磨性极好，是所有工程塑料中耐磨性最好的。实验数据显示在相对条件下它的耐磨性是碳钢或不锈钢的5-7倍。仅此一点，其使用寿命就比钢制托辊延长了三倍以上。（4）、超高分子量聚乙烯的耐腐蚀性极好。常温下，任何浓度的酸，碱，盐，硫等腐蚀介质都难与其产生化学反应。作为托辊，不必担心腐蚀，锈蚀的问题。（5）、超高分子量聚乙烯的吸水率极低（0.01%），因此其本身的抗粘附性极好，即使在水或油媒介下，粉尘都不会在其表面粘着，结垢。作为托辊，一是不用担心表面因粘附物料而咬伤皮带，二是不用担心因转动部位结垢而增加旋转阻力。（6）、超高分子量聚乙烯的比重很轻，只有0.94左右，是碳钢的1/8。作为托辊，安装更换轻松方便且运转无噪声，降低了工作强度，净化了工作环境。（7）、超高分子量聚乙烯托辊可以具备双抗（抗静电，无卤阻燃）特性（MT558.1-2005），应用在煤矿等特殊环境下，安全性得以保证。托辊使用寿命的延长，使得更换维修次数减少，即减轻了工作人员的劳动强度，又使设备的维护费用降低，并提高了使用效率。2 钢塑复合托辊的设计与制造2.1 托辊的结构分析和材料选择2.1.1 托辊分析本设计出的托辊结构见图2-1(详图见图纸hjf-00)，主要包括辊体、轴、轴承座、轴承、内密封圈、外密封圈、弹簧垫圈和挡圈等5。托辊的密封形式是托辊的设计要点，其作用是防尘、防水，使轴承有良好的工作环境。目前使用的是非接触迷宫式密封，大多数设计是二道轴向密封和三道径向密封，考虑到轴承座的制造深度，二道密封可以满足防尘防水的要求。按照托辊的规格，本设计中给出的是89x600规格的托辊。复合辊体管材的内衬钢管为无缝冷拔钢管，按照钢管国家标准选择钢管的外径为73mm，厚度为4mm，复合托辊的外径为89mm，耐磨层（超高分子量聚乙烯塑料）厚度为8mm，托辊的辊体长度为600mm6。钢塑复合托辊具体的设计结构及尺寸将在下文中详细介绍。钢塑复合托辊整体结构如下图2-1所示（详图见图纸hjf-00）: 图2-1 托辊结构 1.辊体 2.轴 3.轴承座 4.轴承 5.内密封圈 6.外密封圈 7.弹簧垫圈 8.挡圈2.1.2材料选择和热处理本设计中制造托辊的材料主要是钢材、尼龙和橡胶，托辊轴一般用20号钢冷拨轴；托辊轴的金属材料是20号钢，是一种碳素钢，20号钢韧性和塑性较好，有一定的伸长率，具有良好的焊接性能和热加工性。热处理是金属材料在固态下，通过适当的方式进行加热、保温和冷却，改变材料内部组织结构，从而改善材料的性能的一种加工方法。20号钢的热处理方式是淬火，特殊情况下也可以进行正火。考虑托辊的尺寸大小，毛坯成型方法及热处理和制造工艺，托辊的轴的表面强度差应保持3050HBS。轴承（6204 GB/T 276-1994-6204）的材料是轴承钢，由于轴承承受的压力很大，进行淬火处理，使其来提高轴承的耐磨性和强度5。2.2 托辊轴的设计和加工 托辊轴建议采用20号钢冷拨轴，轴的尺寸精度和表面粗糙度应满足与轴承内孔的配合要求，冷拨轴的直线度应满足托辊两端轴承同轴度的要求。由于轴的表面不加工，这样轴的其他加工工序变得比较容易。 (1)轴的切断 如果把轴的长度作为托辊装配时的轴向基准，其值 L非常重要，如果出现大的误差，轴承将无法定位。如果用车床加工应避免人为超差现象。还应注意量具的标定，最好的加工方法是圆锯机切断，自动控制切断长度尺寸。 (2)铣两端安装槽 应在专用铣床上加工，在有工装保证的条件下，可用普通铣床加工。 (3)托辊轴的中心孔 如果把中心孔作为组装时的同轴度基准，应在较好的车床上加工，不允许在普通钻床上加工，对于短轴，最好在微型车床上加工，这样设备投资少，效率高。(4)卡簧槽的加工及轴端倒角 如果轴的切断长度精确，卡簧槽以轴两端定位加工就变得相当容易，长轴在车床上加工，短轴可用微型车床加工。轴的加工一定要严格保证其表面精度，特别是与轴承接触的部分。本设计中轴的结构是在光轴上车出一个小的阶梯，结构如下图2-2（详图见图纸hjf-001）图2-2 托辊轴2.3 托辊轴承座、内外密封圈的设计和制造托辊两端轴承座质量的好坏直接影响与轴承的组装精度，轴承座的以下两个尺寸极其重要，见图2-2(详细尺寸见图纸hjf-003)，H值在装配时影响轴承的轴向定位精度，d值直接关系到轴承座与轴承的配合精度。材料是尼龙1010。为了和轴承很好的配合，d=47mm。 图2-3 托辊轴承座 托辊两端的密封装置在托辊中也起着很重要的作用，密封质量的好坏直接关系到整个托辊的使用寿命和平稳性。本设计中钢塑复合托辊的密封装置采用内外迷宫式密封圈。材料都为橡胶，制造内外密封圈对其制造模具的要求也比较高。如下图2-3内、外密封圈结构示意图(具体设计见图纸hjf-004和hjf-005)： 图2-4 迷宫式内外密封圈尼龙轴承座和橡胶内、外密封圈三件套密封结构其优良性能为： 首先托辊辊子重量降低了百分之五十。 减少了托辊辊子转动惯量，提高了辊子灵活度。 降低了轴承座在生产加工过程中由于铸造引起的废品率由百分之三十减少到百分之五左右。2.4 托辊辊体的加工 托辊辊体由挤出模具制得，在钢管外壁形成紧而均匀的耐磨层，它的的加工分切断、两端镗孔（镗孔深度为47.5mm）、内外倒角3道工序。目前托辊管的切断方法有以下3种7。 （1）滚切 优点是效率高，长度尺寸精确；缺点是切口变形大。 （2）锯切 经电控和测量改造后的锯床，可切出符合尺寸精度的钢管，与滚切比较效率较低。 （3）车床切断 车床切断是没有专用机械前提下的简单加工方法，效率低，切断时应注意转速，以防止较长钢管加工过程中长度方向的弯曲变形。2.5 托辊自动压装 与金属托辊不同，金属托辊除过压装外还需要焊接，而钢塑复合托辊装配线只有一道装配工序，因而其主要设备只有一个，即托辊自动压装机床。此处选用的设备为托辊自动压装机床，如图2-3所示，该设备主要用以托辊冲压轴承座、铸铁轴承座、轴承密封、防尘盖等依次压装8。图2-5托辊自动压装机床2.6重点质量指标的工艺控制托辊的径向跳动。托辊的径向跳动误差主要受钢管形状偏差和装配误差影响。在批量生产条件下,钢管的实际圆度偏差应控制在托辊径向跳动公差值的1/2以内;装配工装的误差控制在1/31/2。径向跳动的检测方法参见GB1059589。 旋转阻力和防水性能。GB1059589对防水接触式托辊的旋转阻力和防水性能两项指标应分别测试。通过生产实践证明,这两项指标互相影响,旋转阻力减小时防水性能降低,防水性能提高时旋转阻力增大。 影响这一对技术质量指标的因素较多,因此必须综合考虑。其因素主要有:(1) 密封圈唇边与托辊轴接触配合的松紧程度；(2) 密封圈的弹性及硬度(影响其轴向和径向压缩量)；(3) 轴承游隙及轴的窜动量；(4) 托辊轴与密封圈接触面的粗糙度；(5) 密封圈唇边的缺陷； (6) 润滑脂的耐火性能及其充填。3 钢塑复合辊体模具结构设计3.1 模具的设计原则9 模具质量好坏直接影响塑料挤压质量，所以，对模具的设计及加工要求校准具体要求如下：（1） 凡和塑料接触的模具表面应光滑，光洁度要高，一般要求6或以上。特别是模套的承径区，更应光洁（可镀铬，厚度0.030.05mm），保证塑料成型的面光洁度。（2） 熔融塑料流动的道路要流畅，料流道路上无突变，无突起等阻挡，也不能有死角。在机头及模具中一切造成料流停留、涡流的地区都应避免。（3） 塑料在模具内具有一定压力，模套角度必须大于模芯角度。（4） 模具应具有互换性，应考虑各部位的尺寸公差要求。（5） 模具寿命要长，最常用的45#钢和工具钢（最好经淬火热处理HRC45左右）。为了提高挤压式模芯的耐磨性，可采用45#钢模芯座上镶嵌钨钢模头的合成机构。3.2 挤塑模具结构设计3.2.1 挤塑模具的三种类型 挤塑制品生产中使用的模具主要有三种形式，即：挤压式、挤管式和半挤管式。三种模具的结构基本一样，仅仅在于导向锥前端有无管状承径部分或管状承径部分与口模的相对位置不同。挤塑机模具的三种类型10见图，其优缺点分别叙述如下：图3-1 挤塑机模具的三种类型（1）、挤压式（又称压力式）模具 挤压式模具的导向锥缩在口模承径后面。熔融的塑料是靠压力通过后模实现最后定型的，挤出的耐磨层结构紧密，外表平整。导向锥与口模间的夹角大小决定料流压力的大小，影响着耐磨层质量和挤出的复合辊体质量。导向锥与口模间尺寸机器表面光洁度也直接决定着挤出复合托辊辊体的几何形状尺寸和表面质量。口模孔径大小必须考虑解除压力后塑料的“膨胀”，以及冷却后的收缩等综合因素。由于是压力式挤出，塑料在挤出模口处产生较大的反作用力，因此，出塑量要较挤管式低得多。目前绝大部分电线电缆的绝缘层均用挤压式模具生产，但也有一些被挤管式和半挤管式模具所替代。挤压式的另一个缺点是偏心调节困难，绝缘后保不容易控制。（2）、挤管式（又称套管式）模具 导向锥口端面伸出口模口端面或模口端面持平的挤出方式成为挤管式。挤管式挤出时由于导向锥承径部分的存在，使塑料不是直接压在钢管上，而是沿着管状承径部分向前移动，先形成管状，然后经拉伸再包覆在钢管上。这种形式的模具一直只用于电缆护套挤出，近年来绝缘的挤出也越来越多的加以采用，因为它与挤压式相比有如下的优点： 挤出速度快。挤管式模具充分利用塑料可拉伸的特性，流量由导向锥、芯棒和口模之间的环形截面积来确定，它远远大于包覆在钢管上脑膜层的厚度，所以，线速度可根据塑料拉伸比的不同而有所提高。 挤管式能保证较好的同心度以及辊体的耐磨层厚度均匀和质量。 导向锥与钢管间的间隙较大，使磨损减少，提高导向锥的使用寿命。 配模方便。因为导向锥内孔与钢管的的间隙范围较大，是导向锥的通用性增大。同一套模具，可以用调整拉伸比的办法，控制不同钢管的直径、不同厚度的包覆层。 塑料经拉伸发生“定向”作用，结果使塑料的机械强度提高，这对结晶性高聚物的挤出尤其有意义。 耐磨层厚度容易控制。 在某些特殊要求中挤包得松，在线芯等管材上形成一个松包的空心管子，常用于光纤的生产。 挤管式的缺点： 耐磨层的致密性较差。因为导向锥与口模之间的夹角较小，塑料在挤出时受到的压实（紧）力较小。为了克服此缺陷，可以在挤出中增加拉伸比，使分子排列整齐而达到提高耐磨层紧密的目的。 塑料与钢管结合的紧密性差，这正是挤塑中挤管式不能广泛获得使用的主要原因。一般可以通过抽气挤出来提高塑料与钢管结合的紧密程度，当然，提高拉伸比也是有用的。 外表质量不如挤压式圆整。（3）、半挤管式（或半挤压式） 导向锥有伸出管状承径部分，但比较短。导向锥承径（平直部分）的端面缩进口模口端面的挤出方式称为半挤管式。这是挤压式和挤管式的过度形式，通常在大规格绞线绝缘挤包挤护套要求紧密时采用。它有一些压力，使塑料层压实。 半挤管式的缺点： 对于较细线芯，当其发生各种形式的弯曲时，将产生偏心，因而不宜采用。 对不规则管材通过时会因存在不规格的摆动，因而造成偏心，因而不宜采用。 有时会出现倒料现象。3.2.2 辊体管材模具的确定10 由于本设计要设计出一种以大直径、连续进入的钢管为内衬，钢管外壁包缚一层塑料的托辊辊体管材的挤出模具，并且要连续不断挤出这种复合管材，耐磨层塑料必须压实在钢管上，不得有松动，以免出现传送带打滑现象。由于这种大直径、连续性，以及耐磨层必须均匀的压实在钢管上等特点，本设计按挤压式挤出模具设计出了钢塑复合托辊主体模具结构，整体原理图如下图3-2。整个挤出模具是由挡板、支撑板、机径、芯棒、导向套、模体、承载板、锁母、调节螺钉、口模体、口模、导向锥等零件组合而成(详图见图纸MJ-00)。1挡板、2支撑板、3机径、4芯棒、5导向套、6模体、7承载板、8锁母、9调节螺钉、10口模体11口模、12导向锥、13长螺栓、14螺栓、15螺栓、16电热圈图3-2 模具原理图 动作过程：钢管被外置驱动装置推动沿着导向套5内孔进入挤压式模具，到达与口模体11右端面平齐的位置停止，挤塑机与此模具机劲3相连接，开始挤出塑料，熔融的料流沿模体6料流孔进入模体6和芯棒4形成的回转流道，并沿着导向锥12与口模11形成的四个均匀通道通过，并被口模11挤压,均匀地包缚在钢管上形成钢塑复合托辊的辊体。此时驱动装置开始连续动作，使钢管与包缚层一起通过定径区，从而挤出钢塑复合辊体。调节螺钉9通过对口模体10及口模11的微调，进而调节挤出的管材耐磨层厚度13。3.3 部分重要零件尺寸的确定3.3.1 挤压式模芯（导向锥）尺寸的确定 由于钢塑复合托辊辊体管材所用的内衬钢管为外径为72mm的冷拔钢管，辊体外径为89mm，本章模具非标零件设计将以这两个尺寸为基准开始设计，具体尺寸确定过程下文将详细讲述11。挤压式模芯结构见图3-3（详图见图纸MJ-12）图3-3 导向锥d1 :导向锥内经 这是对挤出质量影响最大的结构尺寸之一，根据钢管的尺寸对其进行设计。 太小：钢管穿过困难，经过不畅，易于刮伤钢管。因钢管经过不畅，挤出时钢管一顿一顿，还容易造成耐磨层呈竹节式，粗细不均，另外由于磨损增加，钢管易损。 太大：钢管在导向锥内摆动、跳动，容易造成挤出偏心；另外，挤出过程中容易倒料（俗称回料），有害于耐磨层质量。一般而言：d1=d小+（15mm）=73+2=75mm （式3.1）对于小截面的钢管或纤芯内径应该相应减小。d2:导向锥外径d2实际上是决定导向锥头部端面厚度e的尺寸，e=(d2-d1)/2=1mm （式3.2）e太薄：制造困难；导向锥寿命短，易坏。e太厚：则塑料流动发生突变，在端面形成涡流区，引起挤出压力波动；而且，也是一个死角，影响耐磨层质量。一般，模头壁厚e=0.31mm，小模芯取前者，大模芯取后者。：外锥角根据机头结构和塑料流动特性设计。当塑料在挤出时，从受力分析中可知：角小时，则推力大而压力小，刺死挤出的速度快、产量高，但塑料的表面不光滑，包的不紧密。反之角大时，推力小而压力大，此时，挤出速度慢、产量低，但塑料表面光滑，包的紧密。通常要求小于模套的内锥角。一般控制在45以下，角度越小，流道越平滑，突变小，对塑料的结构也有利。在挤出超高分子量聚乙烯等结晶性高聚物时，这种突变而致的预留内应力的避免尤其重要，只有充分予以注意，才能有效的提高制品的耐龟裂性。常用=2040，一般可取=30。对于挤包层较厚而又需要挤包的紧些时可取60.本设计中导向锥的锥度=60.：内锥角 在保证螺柱壁厚的情况下，越大越好。但内锥角与内承径之间要吻接好，不得出现台阶，以免对钢管经过产生困难。在特殊情况下内锥加工困难，可以加工成台阶式内孔，为了使钢管容易穿过，台阶应以60喇叭口相接。：内承径（内承线） 大小决定钢管通过模芯时的稳定性及模芯的使用寿命。 太短：钢管在模芯中稳定性差，而且容易磨损使内孔扩大，此时钢管的位置不易固定，容易产生偏心。 太长：钢管所受的摩擦阻力增大，可能引起钢管推弯或停滞不前；另外，加工困难。 一般挤出电线或电缆的承径较长，使包线较平直，不易偏芯，增加模芯使用寿命。 =（35）d1 （式3.3） 对于钢管等管材类，为防止和模芯摩擦产生竹节，同时穿过也方便些。承径长度取： =(0.93)d1=0.95x75=71.25mm （本设计中取70mm） （式3.4） 对于模芯内经大的选取下限，内径小的选取上限。 :锥部长度 这是设计输出的参考尺寸，从D，d2，就可求出, tan()= （式3.5）就有： =74mm （式3.6）1：锥体长度为了和芯棒凸起配合，本设计中： 1=+33=74+33=107mm如果1太长或太短与机头内部结构配合不当，可以回过头来重新改编锥角。D：导向锥最大直径该尺寸是导向套和芯棒所决定的，要求与其严格吻合，不得出现“前台”，也不得出现“后台”，这里也不准倒角，否则将造成滞留塑料的死角，直接影响耐磨层组织和表面质量。本设计中： D=160mm3.3.2 口模尺寸的确定口模与导向锥外锥面的接触部分截面为正方形，与口模锥面为四点接触，正方形各角落形成均匀的间隙作为塑料流道，四点接触能很好的保证导向锥和口模的同心度，从而确保钢管穿过时与口模的同心度，使挤出的钢塑复合辊体耐磨层厚度均匀，保证托辊质量。口模结构见图3-4（详图见图纸MJ-11）12：图3-4 口模D大：口模内径D大决定挤出层外景大小及基础层表面质量。太大：塑料拉伸较大，使挤出物表面粗糙无光。太小：虽然表面光滑，但容易造成外径粗细不均。 考虑到塑料出模后，解除压力的膨胀 和经冷却后的收缩，一般都以下列经验公式选配口模尺寸： D大=d大+（0.050.20mm） （式3.7）有的情况下亦可设计为： D大=d大-（0.050.10mm） 这时挤出的耐磨层比较光亮。 （式3.8） 式中 d大托辊（耐磨层）外径本设计中口模内径 D大=89-0.1=88.9mmL：口模承径（定径区）口模承径的长短对机头内料流的压力、偏心度控制的难易和挤包表面的光洁度有很大的关系。L长：熔融塑料流动阻力大，机头内料流压力高，塑料不易流出，表面不光；生产效率低。但是，定径区长，复合托辊辊体外径均匀。L短：熔融塑料流动阻力小，机头内料流压力高，塑料容易流出，表面光洁；生产速度快。但是，因定径区短，辊体外径不均匀，塑料挤包压力不够。挤压式口模承径长度取托辊外径或口模内径的一定陪比。一般取 L=（0.23）D大对粘度大，成型性好的塑料，定径区长度可以相对短一些。PVC塑料在熔融状态下粘度较大，收缩较小，因此L可短些。PVC一般L=（0.51.2）D大.对PVC而言，L太长除上面讲的缺点外，还会因承径长、阻力大是塑料温度升高导致分解、焦烧。 对成型性较差的塑料，口模定径区必须适当加长。PE塑料在熔融状态下粘度小，收缩较大，因此L可长些，PE一般L=（13）D大。对PE而言，如果L短，则塑料压不实，外径不均匀，经常取的尺寸L=2D大。 （式3.9）本设计中口模定径区长度L=1D大=1x88.=88.9mm,在此为了方便起见L取85mm.口模大内锥角和小内锥角： 一般口模大内锥角必须大于导向锥的外锥角。本设计的口模内锥角分为两段，大内锥角和小内锥角小，是通过放样形成的孔形成的锥角，为的是与导向锥外锥部形成四点接触，空隙为塑料熔体流道。四点接触保证钢塑复合辊体的耐磨层厚度均匀。期中角差（-）是极其重要的。这个角差的存在，才能使塑料流道截面逐步收缩，挤出时压力逐渐增大，是塑料层组织紧密，从四个间隙均匀流过包覆在钢管表面。角差小、压力小、阻力也小；角差越大，压力也越大，塑料与钢管包得越紧，但阻力也大，降低塑料挤出量，降低了生产率。 挤压式模具，其夹角较大，有利于挤包得紧一些；挤管式模具其夹角较小，有利于挤管形成，包的松一些。 一般=3050，（-）=610（也有310），对流动性好的材料，角差可大些，反则反之。 对塑料挤包层较厚同时挤包的紧一些时可取大些。本设计中 =100 ， =40 对于绝缘特别薄或某些挤管式角度较小。D1：口模外径 D1根据口模体内孔设计，一般要小于口模体内孔0.13mm。但D1不宜过小，则间隙过大将形成散热不均。由于是非标零件，结合现实生活中普通模具尺寸的情况。本设计取：D1=148.9mmD2：口模压座外径根据口模体内孔设计，为满足工艺要求此尺寸要和口模体密切配合确保同心度。与口模体之间间隙一般要小于0.11.5mm。间隙太大影响定性，甚至在挤出过程中发生自行偏心。本设计中：D2=172.9mmf：模套压座厚度按照口模体深度进行设计，本设计取：f=100mm。:间隙（导向锥端面与口模承径之间的距离）调节导向锥和口模的间隙，可以获得所需要的耐磨层厚度，保证耐磨层的均匀性，增大，就增大了塑料料流对钢管的压力，塑料流动阻力小，提高了挤出机的生产率，挤出产品表面紧密且光滑。但是： 太大：使塑料的反压力大，塑料倒流，从导向锥内孔中向后流动，可能阻止钢管前进；另外，导致对准中心困难，容易发生偏心。 太小：使塑料向前流动阻力增加，出料不畅；易造成耐磨层包的不紧，甚至当导向锥头部顶住口模的定径区时，由于塑料出口受阻，产生巨大的内压力使挤塑机损坏，造成事故。 一般，=12mm或(0.52)P,式中P是耐磨层厚度，以不产生塑料倒流为原则。0.5P的情况应尽量避免。本设计中：=0.75x8=6mm3.3.3 口模体尺寸的确定口模体结构如下图3-5所示，口模体根据口模尺寸和结构进行设计。图3-5 口模体图中口模体的内孔直径及长度严格与口模相配合，而口模体中的内锥角角度值与口模大内锥角相同，继续与芯棒形成间隙成为料流流动的通道。而且内孔表面的粗糙度值都要比较小，使口模体表面达到高的精度，与口模很好的配合，保证模具质量。其余尺寸均按照实际情况进行合理确定。按照挤塑模具设计中模具零件的公差配合、形位公差及表面粗糙度要求合理选择出了模具零件的精度（详细尺寸见图纸MJ-10）。3.3.4 导向套尺寸的确定10 模具中导向套是钢管经过的通道，如下图3-6所示，它的结构非常重要，它要保证钢管通过时与模具的同轴度，也是挤出钢塑复合辊体管材的先决条件。其左端内孔要与钢管长时间接触，要有较高的精度和硬度，内径为75mm，保证73mm的钢管要平稳通过。右端与承载钢管的承载板相配合。整个导向套及承载板、导向锥内孔与钢管形成三段面接触，保证钢管运动的同轴度和平稳性。详细尺寸和材料见图纸MJ-5。图3-6 导向套以上是对模具的部分非标零件重要尺寸进行了设计和归纳，其它各个非标零件的尺寸根据冷拔无缝钢管、导向锥、口模以及实际情况分别进行确定。本设计中其它非标零件的尺寸均通过实地考察和实际情况，在满足工艺要求和装配关系的情况下进行合理的确定，详细尺寸及设计要求见图纸14。4 托辊辊体管材的挤出成型原理及设备本文第3章给出了钢塑复合辊体管材挤出模具结构，通过此模具的加工在钢管上形成紧密、厚度均匀的耐磨层（超高分子量聚乙烯塑料）的钢塑复合管，将此管体作为托辊的辊体，利用这种钢塑复合辊体的优良特性来提高托辊的质量。而本章是对挤出成型原理、复合辊体管材的挤出过程及所用的设备进行了阐述和选择。4.1塑料挤出的基本原理15塑料加工业是一项综合性很强的技术性产业。它涉及高分子化学，高分子物理，界面理论，塑料机械，塑料加工模具，配方设计原理及工艺控制等方面。基础理论主要研究在挤出机内的运动情况与变化规律。挤出机中塑料在一定外力作用下，于不同温度范围内出现的高聚物的三种物理状态，与螺杆结构，塑料性能，加工条件之间的关系。从而进行合理工艺控制。以达到提高塑料制品产量与质量的目的。塑料高分子材料，再恒定的压力下受热时，于不同的温度范围内，出现玻璃态，高弹态，粘流态三种物理状态。一般塑料的成型温度在粘流态温度以上。挤出成型也叫挤压模塑或挤塑，它是在挤出机中，物料自料斗进入料筒，在螺杆旋转作用下，通过料筒内壁和螺杆表面摩擦剪切作用向前输送到加料段，在此松散固体向前输送同时被压实；在压缩段，螺槽深度变浅，进一步压实，同时在料筒外加热和螺杆与料筒内壁摩擦剪切作用，料温升高物料开始熔融，压缩段结束；均化段的作用是使物料均匀，定温、定量、定压挤到机头后成型，再经定型装置定型得到制品。4.2挤出成型设备主机挤出系统：有螺杆与料筒组成，是挤出机关键部分。其作用是塑化物料，定量、定压、定温挤出熔体传动系统：驱动螺杆，提高所需的扭矩和转矩加热和冷却系统：保证塑料和挤出系统在成型过程中温度达工艺要求辅机由机头、模具定型装置、冷却装置、推动或推动装置、切割装置组成图4-1 成型系统图控制系统：塑料挤出机将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行控制。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、螺杆圈数、螺杆冷却、制品冷却和外径的控制，以及推动速度和推力的均匀。4.2.1挤出机塑料挤出机的主机是挤塑机，它由挤压系统、传动系统和和加热冷却系统组成。挤压系统：挤压系统包括螺杆、机筒、料斗、机头和模具，塑料通过挤压系统而塑化成均匀的熔体，并在这一过程中所建立压力下，被螺杆连续的挤出机头。螺杆：是挤塑机的最主要部件，它直接关系到挤塑机的应用范围和生产率，由高强度耐腐蚀的合金钢制成。机筒：是一金属圆筒，一般用耐热、耐压强度高、坚固耐磨、耐腐蚀的合金钢或内衬合金钢的复合钢管制成。机筒与螺杆配合，实现对塑料的粉碎、软化、熔融、塑化、排气和压实，并向成型系统连续均匀输送胶料。一般机筒的长度为其直径的1530倍，以使塑料得到充分加热和塑化。料斗：料斗底部装有截断装置，以便调整和切断物流，料斗的侧面装有视孔和标定计量装置。机头和模具：机头由合金钢内套和碳素钢外套构成，一般机头内装有成型模具。而本设计中机头与模具独立存在，机头的挤料口与挤出模具通过机劲连接。机头的作用是将旋转运动的塑料熔体转变为平行直线运动，均匀平稳的导入模套中，并赋予塑料以必要的成型压力。塑料在机筒内塑化压实，经多空滤板沿一定的流道通过机头脖颈流入成型模具，模芯模套适当配合，形成截面不断减小的环形空隙，是塑料熔体在钢管的周围形成连续密实的管状包覆层。模具中有校正和调整的装置，便于调整和校正模芯和模套的同心度。挤塑机按照机头料流方向和螺杆中心线的夹角，将机头分成斜角机头（夹角120）和直角机头。模具模芯及模芯座的中心有孔，用于通过钢管；在机头前部装有均压环，用于均衡压力；挤包成型部分由导向锥座和口模组成，口模的位置可由螺栓通过支撑来调节，以调整口模对导向锥的相对位置，便于调节挤包层厚度的均匀性。模具外部装有加热装置和测温装置。传动系统传动系统的作用是驱动螺杆，供给螺杆在挤出过程中所需要的力矩和转速，通常由电动机、减速器和轴承等组成。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计实现高产，对挤塑机要求螺杆转速从启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，因为转速的波动讲导致出量的波动，影响挤出质量，所以要在推动线速度没有变化的情况下，就会造成复合管外径变化。同理如推动装置线速波动也会造成复合管外径变化，螺杆和推动速度可通过操作工作台相应仪表反映出来，挤出时应密切观察，确保优质高产。 加热冷却装置加热冷却是塑料挤出过程中能够进行的必要条件。现在挤塑机通常是电加热，分为电阻加热和感应加热，加热片装于机身、机脖、机头各部分。加热装置有外部加热筒内的塑料，使之升温，以达到工艺操作所需要的温度。冷却装置是为了保证塑料处于工艺要求的温度范围而设置的。集体说是为了排除螺杆旋转的剪切摩擦产生的多余热量，以避免温度过高使塑料分解、焦烧或定性困难。机筒冷却分为水冷和风冷两种，一般中小型挤塑机采用风冷比较合适，大型则采用水冷或两种形式结合冷却；螺杆冷却主要采用中心水冷，目的是增加固体输送率，稳定出胶量，同时提高产品质量；但在料斗处的冷却，一是为了加强对固体物料的输送作用，防止因升温使塑料粒发粘堵塞料口，二是保证传动部分正常工作。挤出机的选择 驱动装置推动速度选择为1m/min， 超高分子量聚乙烯密度p=1.05g/cm 托辊辊体外径为89mm 钢管外径为73mm 包覆层截面积s=44.5-36.5=20.36 （式4.1） V=20.36X60=2036/min Q=2036X1.05=2137.8g/min 其中：V体积流量 Q质量流量据此选择SJ-90的挤出机，外形尺寸（mm）2800X800X1600，其参数如表： 表4-1 挤出机参数螺杆直径D/mm90长径比28:1螺杆最高转速(r/min)120最高产量200电动机功率N/kw60名义比功率kw/(kg/h)0.3比流量(kg/h)/(r/min)1.67机筒加热段数4机筒加热功率/kw28中心高/mm10004.2.2送料装置（牵引装置） 本设计中采用下图驱动设备对钢管进行推动，能够很好地控制钢管前进的速度以及保证钢管运行平稳。并且能在较大范围内无极平滑变速（调速范围通常不小于10）16。图4-2 驱动牵引装置4.2.3预热装置 在钢塑复合托辊辊体的生产及应用中，会出现包覆的塑料层与钢管层脱离，使两者的链接出现问题。产生这个问题的原因是钢制与塑料的膨胀率及收缩率都不同。钢铁具有明显的热胀冷缩现象，这种现象会使钢管与塑料层之间堆积力，是他们相互间的变形不同，最终导致两者脱层。尤其是在低温条件下生产的钢塑复合辊体，这种问题更突出。因为，在低温条件下，钢管处于收缩状态，包覆的塑料层与钢管紧密的连接在一起，但随着使用条件的不同，温度升高，钢管将恢复原状或处于膨胀状态，而塑料的膨胀明显低于钢管，这样他们之间就会产生力的作用，使之变形。当环境温度降低后，他们又将收缩，各自的收缩率不同，导致收缩后的形态不同，这样周而复始的膨胀和收缩，最终导致它们之间产生间隙，发生脱层。为了减少这种变形差距，尽量防止脱层现象的出现，冬天应对钢管预热。在此选用一烘箱对其进行与热处理。烘箱的长为2米，高为1.2米，宽为0.8米，中心度高1米。预热的功率计算如下：烘箱长2m，推动速度1m/s，钢管的比热C=0.46KJ/kgk预热前的温度T1=0C，预热后的温度T2=30C,钢管的密度=7.85g/cm钢管在烘箱中的停留时间t=2/1=2min=120s烘箱中钢管的质量为M=V=7.85x(x1332-x528)=31.4kg （式4.2）烘箱中钢管吸收的热量为Q=CMt0.46x31.4x(30-0)=562.2KJ (式4.3)烘箱的加热功率W=Q/t=562.2/120=4.75.0KW （式4.4）4.2.4 定型、冷却装置 离开模具的管材熔体型坯，必须冷却固化，才能传递推理，成型为管材。为使制品具有正确的几何形状、尺寸和好的表面光滑度，应使用定径装置。定径方法，管材定型方法有两种：内径定性法和外径定型法。所谓内径定型法，即定径装置控制管材内径尺寸及圆度，使熔体管包紧于定径套的外表面冷却硬化。外径定型法，即定径装置控制管材外径尺寸及圆度。由于我国国家标准对塑料管材规格系列依据外径确定，因此，一般情况下，塑料管材生产采用外径定型工艺。外径定型工艺通常分为两类：压力定型和真空定型。近年来，管材基本采用真空外定型工艺。与压力定型相比，真空定型有以下优点：引管简单快速，废料少；压力定型方法中，压缩空气存留在管内，随着生产的连续进行，气体温度不断升高，而真空定型空气在管内自由流动，管材内壁冷却效果好；能较好地控制尺寸公差；管子在机头出口处成塑化状态，几乎没有变形；管材的内应力小；没有被螺塞撕裂的危险；不会因螺塞磨损而停产；机头口模与真空定型装置二者分离，因而温度能单独控制。几种定径方法如图： 图4-3 内径定径法 图4-4 真空定径法 图4-5 内压法在真空定型中，管材型坯与定径装置之间接触，通过定径装置抽真空达到。管内只需维持大气压，平衡空气压力的钻孔安装在机头模芯上，一般选用真空槽式定型。真空槽式定型：即定径元件固定在密封的水槽内，在想水槽中供给冷却水的同时，水环式真空泵对水槽抽真空，将水和空气一并抽出水箱，使水槽内形成真空负压力，熔体管坯通过处于减压状态的水箱时，由于内部大气压的作用，是起定径元件内壁方向膨胀而紧贴于定径元件内壁，达到冷却定型的目的。采用真空槽式定径有以下优点：使用同一机头口模，可通过选择不同直径的定径套以及控制真空度来是管坯膨胀和收缩，而获得不同管径的管子；管材冷却充分；由于毛细管作用，睡在定径套和管子之间起润滑作用，使定径套和塑料管之间摩擦力大大减小，因此推管容易，推理大。定径套成管状，使用黄铜、铜铍合金或铝制成。定径套处于密封好的真空槽内，定径套周围保持真空状态。卫视塑料管紧贴在定径套上，沿定径套开出许多真空吸附孔，并按一定的间隔均匀排布，其结构形式有小圆孔及沟槽两种。小圆孔直径一般取0.4mm至1mm，沟槽一般宽0.8mm至1.2mm。此选用小圆孔直径0.6mm。成型体辊冷却，冷却方式有两种，一种是浸浴式冷却，另一种是喷淋式冷却。浸浴式通常用于小口径管材，直径大于110mm的管材倾向采用喷淋冷却。浸浴式冷却水槽中隔有46档（或分几段组分而成）每档23米长，以维持温度梯度，调节冷却速度。冷却在槽中应保持一定的水位，通知调整进入槽中的冷却水流量调整冷却槽温度。浸浴式冷却主要问题是水槽中垂直温度差及水的浮力可能使管材变形，特别是对较大口径管材17。采用沿管材圆周均匀布置喷水头的喷淋式冷却不仅可避免上述问题，而且冷却强度明显提高，因为水流以相当高的速度冲到管材壁上，阻止了界面暖水层的形成。而且喷淋冷却沿管材圆周的热传递均一。喷嘴一般沿管材圆周均匀布置，根据管材口径大小，可安置46个。冷却水中3mm以下的异物不应引起喷嘴堵塞。水箱长度选为6米。4.2.5 切割装置 通过挤塑模具加工出的辊体管材切割装置是生产过程中托辊质量控制环节的一部分，理想的切割装置应具备以
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