日产2KmPVC塑料管挤出生产线初步设计方案.doc

1 29 武汉工业学院武汉工业学院 毕业设计毕业设计 论文题目 日产论文题目 日产 2Km PVC 塑料管挤出生产线初步设计方案塑料管挤出生产线初步设计方案 姓姓 名 名 学学 号 号 院院 系 系 专专 业 业 指指 导导 教教 师 师 2012 年年 06 月月 02 日日 2 29 日产 2Km PVC 塑料管挤出生产线初步设计方案 摘要摘要 本设计采用悬浮法生产的聚氯乙烯开展日产 2Km 聚氯乙烯塑料管挤出生 产线初步方案设计 介绍了塑料管挤出生产线的设计原理 工艺过程中需要注意的 问题 包括质量影响因素 工艺条件及合成工艺中的各种助剂选择 对塑料管挤出 生产线的工艺过程进行详细的叙述 从物料衡算和设备计算和选型三个方面进行了 工艺计算 对车间进行布局设计 画出了整个工艺的流程图 厂房平面布局图 关键词关键词 PVC 管 生产线 工艺计算 The Preliminary Design of PVC Plastic Pipe Extrusion Line of 2Km Daily Production Abstract In this design the production line of PVC pipe from suspension method material was preliminaryly designed as daily production of 2km PVC pipe Introduction of the design mechanism of the plastic pipe extrusion production line problems that need attention in the process including factors affecting the quality the various additives in the process conditions and synthesis technology selection were presented And calculation from the material balance equipment selection of three aspects of the accurate calculation of the process were conducted with drawingof flow chart of the whole process and plant layout diagram Key word PVC plastic pipe Production line Process calculation 3 29 目 录 1 概述 1 1 1 目的与意义 1 1 2 硬质聚氯乙烯管材的优点及其发展史 1 1 3 国家产业政策要求发展 PVC 塑料管材 2 2 国内外主要工艺路线的比较和选择 2 3 助剂作用及主要助剂简介 3 3 1 稳定剂 3 3 2 填充剂 3 3 3 润滑剂 4 3 4 加工助剂 4 3 5 抗冲改性剂 4 4 PVC U 管成型用原料和配方 4 4 1 PVC U 管材主要原料 PVC 树脂选择 4 4 2 PVC U 管材生产配方 5 5 PVC U 管材生产工艺流程概述 5 5 1 生产工艺 5 5 2 工艺流程框图 6 6 产品质量指标 6 7 主要设备的工艺计算 7 7 1 生产线产能计算 7 7 2 原始数据 7 7 3 物料平衡 7 8 主要设备选型及台数计算 9 8 1 原料的配混 9 8 1 1 混合机结构及工作方法 9 8 1 2 混合机选型 9 8 2 上料 10 8 2 1 弹簧上料结构 10 8 2 2 上料机的选型 11 4 29 8 3 螺杆挤出机 11 8 3 1 螺杆挤出机结构 12 8 3 2 螺杆挤出机选型 12 8 4 塑料管成型模具 13 8 5 冷却定径套 14 8 6 牵引 15 8 7 切割 16 9 废料处理 16 10 生产中的现象及解决方法 17 11 原料消耗及电力估算 18 11 1 原料消耗 18 11 2 电力估算 19 12 生产车间布置与总体设计 19 12 1 车间布置 19 12 2 物料的贮存与运输 19 13 劳动定员与生产线的技术指标 20 13 1 劳动定员 20 13 2 生产线技术指标 21 14 安全与环保 21 谢辞 23 参考文献 24 1 29 1 概述概述 1 1 目的与意义目的与意义 PVC 塑料管是以聚氯乙烯树脂为主要原料 混入各种助剂 填充物等辅助材料 经混合 挤出 生产出管材 或经注塑生产管件 由于它具有质轻 耐腐蚀 外形 美观 无不良气味 加工容易 施工方便等特点 在建筑工程中获得了越来越广泛 的应用 主要用作房屋建筑的自来水供水系统配管 排水 排气和排污卫生管 地 下排水管系统 雨水管以及电线安装配套用的穿线管等 据大量水质监测数据表明 采用冷镀锌钢管后 一般使用寿命不 到 5 年就锈蚀 铁腥味严重 居民纷纷向 政府部门投诉 造成一种社会问题 塑料管材与传统金属管道相比 具有自重 轻 耐腐蚀 耐压强度高 卫生安全 水流阻力小 节约能源 节省金属 改善 生活环境 使用寿命长 安装方便等特点 受到了管道工程界的青睐并占据了相 当重要的位置 形成一种势不可当的发展趋势 目前自来水输送 生活污水排 放 建筑电线等所用的管大部分是采用硬质 聚氯乙烯管 PVC U 或 UPVC 本生产线设计中选择生产 PVC U 管 即硬质聚氯乙烯管 1 2 通过初步设计一条日产 2Km PVC 塑料管挤出生产线 完成设计任务书 设 计说明书 设计计算 设计概算书 参考文献 文献综述等内容 包括对塑料配 方 工艺过程 生产设备的调研 生产线的组成 生产线的技术参数的确定 生 产能力计算及设计图纸 1 2 硬质聚氯乙烯管材的优点及其发展史硬质聚氯乙烯管材的优点及其发展史 PVC U管是30年代中期在德国首先研制成功的 50年代发展较快 到60年代已 在欧洲 美国 日本等经济发达国家的给供水管道中普遍使用 根据国际水协代表 大会报告 近十几年来PVC U管使用率持续增长 塑料管材管件是化学建材的主要品种 而 PVC U 管材管件则是塑料管的主导产 品 给水用 PVC U 管材管件的开发始于国家 七五 期间 在国家政策指导下 经 过多年的应用和发展 已经具备了应用技术法规完整 施工技术研究深入 产品加 工工艺成熟的优势 上海 广州 武汉 天津等省市在供水管道工程中已全面停止 使用普通镀锌管 采用塑料管 2 5 PVC U硬聚氯乙烯管是世界上一些发达国家正在大力开发和应用的一种新型化 学材料 它在输送流体方面 具有重量轻 耐压 强度高 输送液体的摩擦阻力小 耐化学腐蚀性能强 施工安装及维修方便 节省钢材及能源 使用寿命长 减轻工 人施工劳动强度 建设投资较低等优点 因此在一些方面用PVC U硬聚氯乙烯管代 替钢管 可以缓解我国生产建设中的钢材紧缺 能源不足的局面 其经济效益是显 著的 2 29 1 3 国家产业政策要求发展国家产业政策要求发展 PVC 塑料管材塑料管材 PVC 应用于给水管网历史悠久目前在世界各地应被广泛应用 这不仅因为 PVC 管道具有上述许多优点 而且已经具有许多丰富的加工使用经验 无疑 PVC 给水管 材 管件今后在我国仍将具有十分广阔的市场前景 我国给水塑料管材从 20 世纪 60 年代开始少量应用 改革开放后的近 10 年管材 应用较快 为在全国推广应用塑料管道 国家专门成立了由五部委组成的全国化学 建材协调小组 制定了一系列推广政策 推广初期重点对 PVC 管道进使我国 PVC 管材 管件得到迅猛的发展 通过引进国外的先进技术设备和管理经验 国内已经 建立了一批年产数万吨以上的 PVC 管材 管件现代化企业 主要原料和管材 管行 了试点工作 取得了不少经验 也件的生产加工能力成倍增长 工艺水平和产品质 量不断提高 我国已经能为给水管网提供质量可靠 配套完备的 PVC 给水管材 管 件 根据 2010 年远景规划预测 2010 年全国新建 改建 扩建工程中采用塑料管 比例为 建筑供水管 85 以上 基本淘汰传统铸铁管 建筑给水 热水和采暖管道 85 以上 电线护套管 90 以上 建筑雨水管 80 以上 城市供水管 80 以上 村 镇供水管 85 市政供水管 50 以上 城市燃气管 中 低压管 60 以上 重点 发展的塑料管品种以 PVC 和 PE 管为主 并大力发展新型复合管道 改性管品种以 PVC PE 管为主 并大力发展新型复合 改性塑料管 五部委联合发文规定 自 2000 年 6 月 1 日起在城镇新建住宅中 禁止使用镀锌管用于室内给水管道 由此可 见国家产业政策要求发展 PVC 管道 6 2 国内外主要工艺路线的比较和选择国内外主要工艺路线的比较和选择 目前大多数生产 PVC 管材的企业都是采用螺杆挤出机进行干法塑化工艺连续操 作 在螺杆挤出机转动时 装入料斗中的干混料或粒料借助转动的螺杆进入加料筒 中 由于料筒的外加热及 PVC 干混料本身和干混料与设备之间的剪切摩擦热 使混 料熔化而呈为熔体在设备中不断往前流动 各组分受螺杆的搅拌而均匀分散 熔体 在机头口模处成型后成连续体被螺杆挤到机外 经冷却凝固 即成管材 在挤出成 型阶段中的关键设备是挤出机和成型机头 即挤出过程和成型过程 挤出成型工艺 是聚合物加工领域中生产品种最多 变化最多 生产率高 适应性强 用途广泛 产量所占比重最大的成型加工方法 挤出成型是使高聚物的熔体 或粘性流体 在挤 出机的螺杆的挤压作用下通过一定形状的口模而连续成型 所得的制品为具有恒定 断面形状的连续型材 目前大多数生产 PVC 管材的企业都是采用螺杆挤出机进行干 法塑化工艺连续操作 螺杆挤出机又可分为单螺杆挤出机和多螺杆挤出机 PVC 管材的挤出机可以用 单螺杆挤出机 也可以用双螺杆挤出机 两种挤出机各有各的特点 单螺杆挤出机 3 29 特点 a 结构简单 价格低 b 适合聚合物的塑化挤出 适合颗粒料的挤出加工 对聚合物的剪切降解小 但物料在挤出机中停留时间长 c 操纵容易 工艺控制简 单 双螺杆挤出机 a 结构复杂 价格高 b 具有很好的混炼塑化能力 物料在挤 出机中停留时间短 适合粉料加工 C 产量大 挤出速度快 单位产量耗能低 但 是使用单螺杆挤出机生产 PVC 管材的企业 干混料不能直接使用 还必须经过混炼 塑化加工成粒料的工序才能进行生产 而双螺杆挤出机适合粉料加工 它可以直接 使用混合好的 PVC 料 减少了造粒的工序 但多了废料的磨粉工序 另外 由于双 螺杆挤出机的产量大 挤出速度快 一般可达到 2 4 米 分钟 适合 PVC 塑料型材 的大规模生产 而单螺杆挤出机一般只用作小型辅助型材生产 挤出速度仅为 1 2 米 分钟 而且目前国产双螺杆挤出机的质量已基本达到进口双螺杆挤出机的水平 价格仅为进口机的 1 3 1 5 所以近年来 随着硬 PVC 制品产量的增加 直接使用 干混料加工 PV 制品的双螺杆挤出机应用越来越广 双螺杆挤出机的型号日渐增多 对双螺杆挤出理论的研究也日渐深入 7 综上所述 本项目采用锥型异向双螺杆挤 出机生产 PVC 管材 3 助剂作用及主要助剂简介助剂作用及主要助剂简介 塑料制品用主要原料中加入助剂 是为了使塑料制品成型加工顺利进行或改变 树脂主要原料的性能 以满足塑料制品应用条件时要求 这就是助剂加入主要原料 中的作用 比如有某些助剂的加入 可改变熔料的黏度 耐高温 不易分解 改善 熔料的流动性 有的能够改进制品的力学性能 还有的能改变塑料制品的外观质量 和颜色等 按助剂的不同功能作用分类 常用塑料助剂有 增塑剂 稳定剂 抗氧 剂 光稳定剂 阻然剂 发泡剂 抗静电剂 着色剂 润滑剂 填充料 交联剂 偶联剂等 10 助剂应用选择应该注意如下 助剂应与树脂相容性好 稳定地在制品分散 不挥发 不渗出 不喷霜 以保持 制品质量 在高温条件下不分解变质 对机器设备无腐蚀作用 多种助剂混合应用不产生相互对抗作用 不降低各助剂扇原有功能作用 选用毒性小 对环境污染影响小的助剂 3 1 稳定剂稳定剂 生产饮水 PVC 管材 热稳定剂的选择是十分关键的 既要适合卫生性能的要求 又要适合加工工艺的要求 才能生产出合格的管材 适用的热稳定剂有甲基硫醇锡 甲基硫醇锡热稳定剂是用于聚氯乙烯 PVC 加工中最有效的稳定剂品种 广泛用 于硬质及软质 PVC 的加工 最主要的优点是它能完全溶于 PVC 从而可制得完全透 4 29 明的各类制品 又因为它具有可靠的安全性 因此 其制品可广泛用于各种食品包 装材料及上水管 3 2 填充剂填充剂 生产硬质 PVC 碳酸钙是使用最普通和使用量最大的填充剂 碳酸钙除了可以降 低成本之外 还可以改善一些性能 碳酸钙还容易吸潮 在雨季尤为严重 碳酸钙 中过量水分存在能使 PVC 制品产生气泡及银纹 这不仅影响外观 还降低物理性能 因此在 CaCO3贮运过程中要避免因吸潮而产生的结块和 架桥 在生产的捏合工序 时要注意不断排气 3 3 润滑剂润滑剂 润滑剂主要是指塑料中能降低熔体粘度或防止聚合物与加工设备金属表面粘着 而改进可加工性的物质 它对挤出加工过程是很重要的 将润滑剂加入 PVC 中 在 熔化前是降低树脂粒子之间的摩擦 熔化后是降低树脂分子之间的摩擦 以及降低 熔体与加工设备之间的粘附 降低熔化后的熔体粘度以促进流动 以及防止树脂与 金属设备表面的粘着 适用于硬 PVC 无毒给水管材的内外润滑剂品种很多 选用硬 脂酸 硬脂酸钙 聚乙稀蜡 石蜡等组成润滑体系较好 这一润滑体系均为无毒添 加剂 且价格低廉易得 3 4 加工助剂加工助剂 AMS 树脂是 甲基苯乙烯的低结构 泡沫塑料的相对密度小 强度大 为聚合 度为 2 10 的线型低聚物 其六聚体又称为 M 80 另一类为环状二聚物 11 12 AMS 无毒 透明 加入 PVC 中可显著降低熔体黏度 降低能耗 提高制品的光 泽度和透明度 加入量为 5 20 份 3 5 抗冲改性剂抗冲改性剂 冲击改性剂是指加入到脆性聚合物中能提高其冲击强度的含弹性体成分的物质 未改性的硬 PVC 有缺口敏感性 12 要提高硬制品的韧性 则需添加能与 PVC 半相容 的 低模量的物质 冲击改性剂来实现 本设计采用 MBS 树脂来改性 4 PVC U 管成型用原料和配方管成型用原料和配方 4 1 PVC U 管材主要原料管材主要原料 PVC 树脂选择树脂选择 生产 PVC 管材的原料主要是悬浮法聚合的聚氯乙烯树脂 PVC 粉末为一种白色粉末 密度在 1 35 1 45g cm 之间 表观密度在 0 4 3 0 5g cm 视增塑剂含量大小可为软 硬制品 一般增塑剂含量 0 5 份为硬制品 3 5 25 份为半硬制品 大于 25 份为软制品 13 根据国家标准 GB T5761 93 悬浮法通用型聚氯乙烯树脂检验标准 规定 悬 5 29 浮法 PVC 分为 PVC SGl 到 PVC SG8 八种树脂 其中数字越小 聚合度越大 分子量 也越大 强度越高 但熔融流动越困难 加工也越困难 表 1 我国悬浮法聚氯乙烯树脂的型号及相关参数 型号聚合温 度 粘数 ml g K 值聚合度参考用途 SG 148 2154 14477 751800 1650高级电绝缘材料 SG 250 5143 13674 731650 1500电绝缘材料 一般软制品 SG 353 0135 12772 711500 1350电绝缘材料 农膜 塑料 鞋 SG 456 5126 11970 691250 1150薄膜 人造革 高强度硬 管 SG 558 0118 10768 661100 1000透明制品 硬管 型材 SG 661 8106 9664 63950 850唱片 透明片 硬板 焊 条 SG 765 595 8762 60850 750吹塑瓶 透明片 管件 SG 868 586 7359 55750 650过氯乙烯树脂 生产 PVC 管材所用的树脂必须符合挤出加工的要求 本设计中选用 SG5 型号的 PVC 树脂可行 这种树脂一般要求 K 值为 68 左右 挥发物 0 4 同时对树脂的白 度及杂质含量如黄 黑点及鱼眼等也有一定的要求 PVC 树脂的堆密度对挤出工艺 有一定的影响 生产时应视具体情况对工艺作相对的调整 4 2 PVC U 管材生产配方管材生产配方 表 2 本设计 PVC U 管配方 14 原料名称单位 份 树脂PVC SG5 100 增塑剂邻苯二甲酸二辛酯 DOP 2 稳定剂甲基硫醇锡2 润滑剂石蜡 0 5 加工助剂 甲基苯乙烯 AMS 10 填料偶联剂处理过的轻质 CaCO38 颜料钛白粉 2 增白剂Uvitex OB 0 5 抗冲剂甲基丙烯酸甲酯 MBS 5 6 29 5 PVC U 管材生产工艺流程概述管材生产工艺流程概述 5 1 生产工艺生产工艺 把成型 PVC 塑料管原料按配方要求分别计量 然后分别用高速热混机低速冷混 机掺混在一起搅拌均匀 过筛后投入到双螺杆挤出机内 原料塑化呈熔融态 从成 型模具中挤出成型管坯 再将管状由定径机定径 以达到工艺要求的 PVC 管直径和 厚度 经水冷箱定型后切割成所需长度 即得挤出成型 PVC 管 15 17 整个生产工艺流程见附图 5 2 工艺流程框图工艺流程框图 图 1 工艺流程框图 PVC 管材生产工艺流程可分为三个过程 1 成型料准备过程 包括配方 混合 高速和低速 过筛或者造粒 2 挤出成型过程 将配好的物料在上料器的作用下 由料仓送至挤出机的加料斗 中 然后物料由加料斗进入挤出机进行加热 塑化 塑化完全后 塑化料被定 量挤出 3 定型包装过程 经过冷却定径箱泠却定型 再经过牵引机 切割机 上光烘干 固化后 检验合格即为成品 18 19 6 产品质量指标产品质量指标 我国采用 ISO 国际标准的对应技术文件 结合国内 PVC U 管材的发展情况和质 量水平 制定了符合我国国情并向国际标准靠拢的国家标准和行业标准 不同的用 途有不同的产品标准如表 3 表 3 项目国家标准项目国家标准 化工用硬聚氯乙 烯管材 GB T4219 1996 建筑排水用硬聚 氯乙烯管材 GB T5836 2 92 给水用硬聚氯乙 烯管材 GB T10002 1 96 埋地排污 废水 用硬聚氯乙烯管 GB T10002 3 96 原料及助剂 高速混合过筛低速搅拌 挤出口模定径冷却定型牵引 切割捆扎包装成品 7 29 材 低压输水灌溉用薄壁 硬聚氯乙烯管材 GB T13664 92 农用硬聚氯乙烯 管材 JB T5125 91 对于饮水用压力管件 其卫生指标也有相应的标准可依 1 铅的萃取值 第一次小于 1 0mg L 第二次小于 0 3mg L 试验方法按 GB9644 规定 2 锡的萃取值 第二次小于 0 02mg L 试验方法按 GB9644 测定 3 镉的萃取值 三次取值均不大于 0 01mg L 试验方法按 GB9644 测定 4 汞的萃取值 三次萃取值均不大于 0 001mg L 试验方法按 GB9644 测定 5 氯乙烯单体含量 1 0mg kg 试验方法为 在管件的管壁上切取 0 3 0 5g 试样 按 GB4615 规定测定 从以上数据可知 PVC 饮水用管件在生产过程中除了对树脂有一定要求外 应 严格制使用含铅 锡 镉 汞等重金属的辅助材料 除以上所列内容外 国家标准 GB T17219 1998 对饮水用管件也有较为严格的要求 管件生产企业应予以重视 7 主要设备的工艺计算主要设备的工艺计算 7 1 生产线产能计算生产线产能计算 生产线的生产规模是日产 2Km 聚氯乙烯塑料管 此次生产的 PVC 管产品规格 为 75 200 mm 取 200mm 管径为计算值 则壁厚为 6 6mm 密度在 1 35 1 45g cm 3 之间 2KmPVC 管的体积为 0 1 0 0934 3 14 2000 8 02 m 3 则 22 每天生产的成品 PVC 塑料管质量大概为 8 02 1400 11222 46Kg 按每日工作 24 小时 其每小时成品生产能力约 467 60kg 下面 以该数据为基础 对生产设备进 行工艺计算 7 2 原始数据原始数据 一 聚合聚生产能力 日产 2kmPVC 塑料管材 二 年工作时间的确定 年工作小时数 年工作日 365 104 双休日 10 固定假日 30 停工检修 10 临时故障 211d 机头清理 换过滤网时间 1 次 6 天 8h 次 每年工作小时数 211 24 211 6 8 4783h 年实际生产日 4783 24 199d 三 PVC 管材合格率 99 9 四 产品规格 75 200mm 五 损耗系数的确定 根据塑料手册资料和有关相应生产单位的实际生产损耗确定其物料损耗数据如 表 4 和表 5 所示 8 29 表 4 原材料处理物料损耗系数一览表 PVC 树脂粉料计量与输送 工序 筛选输送 增塑剂输送 自然撒落 损耗率 0 20 20 10 20 2 损耗率小计0 40 10 4 总损耗率 0 9 表 5 加工成型工段物料损耗系数一览表 工序混合挤出成型成型后处理 损耗率 0 20 40 3 损耗率小计0 20 40 3 总损耗率 0 9 7 3 物料平衡物料平衡 设计日产量 8 02 1400 99 9 11233 70Kg d 设计年产量 11233 70 199 2235505 05 kg a 2235 51 t a 按每天物料在各工序中进出料量进行计算 kg50 11267 3 01 7 11233 1 后处理物料损耗率 每天设计产量 日进入后处理的物料量 kg75 11312 4 01 50 11267 1 挤出成型物料损耗率 日进入后处理的物料量 量日进入挤出成型的物料 kg42 11335 2 01 75 11312 1 混合机物料损耗率 量日进入挤出成型的物料 日进入混合机的物料量 kg37 11438 9 01 42 11335 1 耗率原料处理及输送物料损 日进入混合机的物料量 的物料量日进入原料处理及输送 每天各工序中的物料衡算汇总见表 6 表 6 每天物料在各工序中的进出料量情况进行衡算 工序输入 kg 输出 kg 物料小计物料损失小计 原料处理及输送11438 3711438 3711335 42102 9511438 37 混合11335 4211335 4211312 7522 6711335 42 挤出成型11312 7511312 7511267 5045 2511312 75 后处理11267 5011267 5011233 7033 811267 50 9 29 日输入和输出物 料量 11438 3711233 70 生产成品11233 70 合格成品11222 46 物料衡算流程图 总加工损耗物料输出物料输入物料 11438 11335 11312 11267 11233 102 95 22 67 45 25 33 8 图2 物料阶段损耗量 8 主要设备选型及台数计算主要设备选型及台数计算 8 1 原料的配混原料的配混 PVC 管材的原辅料大多是固体粉料 只有少量助剂是液态 因此 PVC 管材成型 料是通过物料间对流作用和剪切作用进行混合制备的 目前绝大部分企业都是采用 高速混合机将原辅料进行混合 再用低速冷混机将混合好的物料进行冷却 8 1 1 混合机结构及工作方法混合机结构及工作方法 高速热混合机的混合原理主要是 混合物物料受到高速搅拌 在离心力作用下 由混合室底部沿测壁上升 至一定高度时落下 落下后被离心力再次甩向侧壁 如 此循环不停地运动 达到均匀混合和使塑料部分塑化吸附和包覆助剂 有利于后期 加工 20 21 目前 国内应用最多的高速混合机结构如图 3 所示 图 3 高速混合机结构 1 排料装置 2 混合室 3 搅拌桨 4 盖 5 折流板 6 电动机 7 机座 8 V 带轮 配料混合成型后处理 10 29 PVC 管材生产中 高速热混合机的出料温度在 120 左右 需即时冷却到 60 以下 故高速热混合机出来的物料必须落人能降低物料温度的设备内 迅速冷却 以防堆积造成结块 影响下一步生产 22 此设备即称冷却混合机 冷却混合机是 PVC 树脂加工成型过程中必不可少的冷却设备之一 冷却混合机主要由锅体和搅拌装置组成 锅体为双层结构 夹层空间内通冷却 水 立式冷却混合机内有的还有一个冷却水环 可以和锅体连接 也可以与锅盖连 接 锅体冷却和冷却水环冷却组成了冷却混合机的冷却系统 冷却混合机的搅拌桨 结构简单 最好是中空 能通入冷却水 8 1 2 混合机选型混合机选型 查表得配料表观密度为 1 5kg L kg31 472 24 42 11335 日生产时数 量日进入高速混合机物料 每小时设计产量 设每批的混合操作时间为 0 7 小时 L41 220 5 1 7 031 472 配料表观密度 操作周期每小时设计产量 每批混合物料量 表 7 张家港万科机械制造 SHR 高速混合机参数 型号总容积有效容积电机功率主轴功率 rpm 外形尺寸 mm SHR 200A20015039 51475 9502400 850 1580 SHR 300A30022549 65475 9502800 1080 1680 表 8 常州市凯瑞恩机械有限公司 HJ 高速混合机参数 型号总容积 L产量 kg h 电动机功率 kw 外形尺寸 mm HJ 20020015035 451685 650 1600 HJ 30030027040 652340 1220 2300 查张家港万科机械有限公司生产高速混合机资料选取 SHR 200A 高速混合机 操作方便 特别是对于较细的粉粒 凝块混合二种以上的粉状体或含有一定水份的 物料都能均匀混合 对添加量很少的配料同样能达到较好的混合效果有效容积为 150L 对于此次生产线的设计 SHR 200A 型混合机产量比较适合本生产线 这样 不会造成浪费 更加合理的利用机器 台故取台 有效容积 设计量 高速混合机的台数24694 1 150 41 220 表 9 张家港海泓科机械制造 SHL 冷却混合机参数 型号总容积有效容积电机功率主轴功率 rpm 外形尺寸 mm 11 29 SHL 500A500320111303135 1310 1460 SHL 800A800500151003400 1600 1500 冷却混合机与高速热混合机在工业上是组合使用 热冷混合机的总容积之比应 为 1 2 5 这样在单位时间内物料冷却效果较好 查张家港海泓机械有限公司生产冷 却混合机资料选取 SHL 500A 高速混合机 有效容积为 320L 取 2 台 具有具有 设计先进 操作方便 安全可靠 效率高 能耗小 噪音低 耐腐蚀等特点 8 2 上料上料 挤出机上料斗内的供料方式有几种 小型挤出机一般多用人工直接上料 大型 挤出机或多台挤出机的并列同时生产料斗的供料方式 可采用弹簧上料 真空上料 和压缩空气管道输送上料等方式 本设计采用弹簧上料 具有简化工作 节省人力 改善劳动条件 操作简便 文明安全等优点 8 2 1 弹簧上料结构弹簧上料结构 图 4 弹簧上料设备结构示意 1 一电动机 2 一弹簧 3 一橡胶管 4 一原料箱 5 一料斗 本机采用螺旋输送原理 使用钢丝弹簧旋转把原料从储料箱中输送到塑料挤出 机料中 直至加满由料位器发出满料信号 停止加料 通过一段时间 重新开机往 复循环 也可根据用户要求 利用时间继电器来控制停机时间 实现自动化 8 2 2 上料机的选型上料机的选型 表 10 张家港万凯机械 ZJF 弹簧上料机参数 型号输送能力 kg h 弹簧直径 mm 电机功率 kw 输送距 离 L 储料箱容 量 kg 外形尺寸 mm ZJF300300361 13 5150 650 1162 12 29 905 655 840 820 1550ZJF700700592 23 5200 950 950 960 查阅张家港万凯机械有限公司生产弹簧上料机资料选取 ZJF300 型弹簧上料机 取 2 台 具有以下特点 1 安装方便 并可移动 如多台搅拌机使用同一种料 只 需一台上料机可同时供多台拌料机上料 免除人工加料的麻烦 使加料工作变的安 全 更省时 更省力 2 设计合理先进 操作维护方便 与真空上料机相比 可 免去经常清理滤清器的烦恼 3 本机适用范围广 即可上粉料 塑料颗粒料 粉 粒混合料又可上破碎料 也可用于医药 化工生产过程中的粉粒料的传送上料 8 3 螺杆挤出机螺杆挤出机 挤出机螺杆的设计都有三个区段 加料段 送料段 熔化段 压缩段 计量段 均化段 挤出机螺杆的三个区段 即三段 相对应的组成了三个功能区 固体输送 物料塑化 熔体输送 要使挤出机的这三个功能区达到最佳工作状态 也即使三个 功能区与螺杆的三个功能区段相吻合 必须选择适当的配方 适当的料筒温度与螺 杆温度及适当的螺杆转速 如果工艺条件选择不适当 就会破坏三个功能区的分布 造成产量降低或塑化不良 8 3 1 螺杆挤出机结构螺杆挤出机结构 无论是哪种类型结构的挤出机 它们要能独立完成对塑料的混炼塑化工作 就 必须具备有下列儿个工作系统 传动系统 加料系统 挤出塑化原料系统 加热冷却降温系统 电器控制系统 目前 国内应用最多的双螺杆挤出机结构 如图 5 所示 图 5 双螺杆挤出机主要零部件组装位置 1 连接法兰 2 分流板 3 机筒 4 电阻加热 5 双螺杆 6 螺旋加料装置 7 料斗 8 螺杆轴承 9 齿轮减速箱 13 29 10 传送带 11 电动机 12 机架 8 3 2 螺杆挤出机选型螺杆挤出机选型 kg36 471 24 75 11312 日生产时数 量日进入挤出成型的物料 每小时设计产量 表 11 张家港市长青机械有限公司 SJSZ 锥形双螺杆挤出机参数 型号螺杆直 径 mm 螺杆转速 rpm 电机功率 kw 生产能力 kg h 外形尺寸 mm SJSZ 6565 1321 34 7502504235 1520 2450 SJSZ 8080 1561 36 9903604750 1550 2460 表 12 青岛隆诚塑料机械有限公司 XQSJ 双螺杆挤出机参数 型号螺杆直径 mm 螺杆转速 r min 电机功率 kw 生产能力 kg h 外形尺寸 mm XQSJ 5757300452504235 1520 2450 XQSJ 6565400754504750 1550 2460 挤出机的选型也需遵循生产线每小时产量 查阅张家港市长青机械有限公司资 料选取 SJSZ 65 型号锥形双螺杆挤出机 该挤出机全线采用自动控制系统 控制精 度高 运行可靠 操作简单方便 台故取台挤出机的台数2885 1 250 36 471 t a24 1339 1000 4783280 1000 年生产时数最大挤出率 设备年生产能力 8 4 塑料管成型模具塑料管成型模具 塑料挤出成型管材需用模具结构形式有多种 应用较多的是管坯成型模具 聚 氯乙烯硬管用成型模具结构如图 6 所示 它是挤出成型塑料管材应用最广泛的一种 模具结构 主要组成零件有 模具体 分流锥 分流锥支架 口模 芯轴 调节螺 钉 定型套 压盖 进气管接头等 23 24 这种模具结构主要用于挤出硬质聚氯乙烯 管材和聚乙烯 聚丙烯管材 14 29 图 6 聚氯乙烯硬管成型用模具结构 1 模具体 2 分流锥 3 分流锥支架 4 中套 5 压盖 6 口模 7 芯棒 8 定径套 9 气堵 10 进气管 管材的成型过程为熔融塑料由挤出机挤出后 经过多孔板 过滤网 分流器 被分流器支架分成若干股 然后再汇合 最后进入由芯模与口模形成的环形通道 挤出连续的管材 管机头的作用是使塑化的物料保持塑性状态 并产生一定的压力 使塑化的物料经过一定的流道后成型为具有环形截面形状的管坯 管机头有多种形 式 根据物料在挤出机和机头中流动方向的相互关系可分为直通式 直角式和偏心 式三种 本设计采用直通式机头 这种机头结构简单 制造及使用容易 成本较低 料流阻力小 口模与芯模的平直部分是管材的定型部分 口模是成型管材的外表面 的部件 芯棒是成型管材内表面的部件 口模 芯棒的选用根据本设计 PVC 管产品 规格为 75 200 mm 进行 在选购挤出机时 制造公司一般都有配套的各种塑料管 成型模具提供 购买时只需根据生产要求选择所需塑料管成型模具 8 5 冷却定径套冷却定径套 定径套常用几种结构形式 1 浸水式定径套 用于小直径管的定径冷却 此种 管坯挤出一般可直接通入冷却水槽内 2 水套式定径套 一般采用内压法定径时应 用 3 真空冷却定径套 一般应用于中小管径的定型 本设计采用真空冷却定径套 真空定径套定径比较简单 不需要气塞杆 废料较少 定径效果也较内压定径法好 管材外表面光滑 壁厚均匀 但是因为需要一套抽真空设备 所以设备成本增加 对直径较大的管材不适用 其结构如图 7 所示 15 29 图 7 真空定径套装置结构示意图 1 芯棒 2 口模 3 排水孔 4 真空定径套 5 水槽 6 进水孔 7 抽真空孔 表 13 青岛浩赛特塑料机械有限公司 STV 真空定径机参数 型号管材范围 mm 水泵 Kw 真空泵 Kw 外形尺寸 mm STV25063 2501 5 51 4 STV630250 6302 5 52 4 5900 600 1200 表 14 张家港中锐机械有限公司 GZDY 真空定径机参数 型号管材范围 mm 水泵 kw 真空泵 kw 外形尺寸 mm GZDY25050 2502 7 52 2 2 GZDY31575 3152 5 52 2 2 5000 600 1200 查阅青岛浩赛特塑料机械有限公司生产真空定径机资料选取 STV250 型规格真 空定径机 取 2 台 具有以下特点 1 优化设计的真空定径箱及水路系统均采用不 锈钢制作 2 水路系统及真空系统稳定可调 3 真空箱前后 上下 左右可调 最常见的管材冷却方式有两种 一种是冷却水槽冷却 管材在通过水槽时完全 浸在水中 当管材离开水槽时已经完全定型而成为管材 此方法适用于中小型口径 的塑料管材 另一种是喷淋式冷却方式 适用于厚壁管材或大口径塑料管材 本设计中选取的 STV250 型规格真空定径机自带喷淋式冷却水箱 其结构示意 图如图 8 所示 16 29 图 8 喷淋式冷却水箱结构示意图 1 喷水头 2 导轮 3 支架 4 轮子 5 导轮调整机构 6 手轮 7 箱体 8 箱盖 冷却水槽各层水温不同 管材在冷却过程中在圆周上存在着温度差 管材有可 能产生弯曲现象 特别是大管在水槽中浮力较大 更易弯曲 采用沿管材圆周上均 匀布置喷水头的喷淋水箱来代替冷却水槽 使冷却更加均匀 可尽量减小管材变形 喷淋水箱可有 3 8 根喷淋水管 管上面有许多喷水头 喷淋冷却能提供强烈的冷却 效果 由于冷却水喷到管壁的四周上 克服了水槽冷却时由于黏附于管壁上的水层 而减少热交换的缺陷 该法适用于厚壁 大型口径管材的冷却 8 6 牵引牵引 牵引装置的作用是给机头挤出的管材提供一定的牵引力和牵引速度 均匀地引 出管材 并通过牵引速度调节管子的壁厚 牵引管材的装置有滚轮式和履带式两种 对牵引装置的要求是它们应具有较大的夹持力 并能均匀地分布在管材的圆周上 牵引速度要求十分均匀 并且能无级调速 牵引速度是取决于挤出速度 本设计采 用履带式牵引机 其结构示意图如图 9 所示 图 9 履带式牵引机结构示意 1 胶带牵引被动辊 2 胶带 3 胶带牵引主动辊 4 托辊 5 管材 表 15 江苏白熊康达机械有限公司 SZ 履带式牵引机参数 型号牵引范围 mm 最大牵引 力 N 总功率 Kw 牵引速度 mmin 外形尺寸 mm SZ350 2502000040 5 52500 1300 2000 SZ4100 300300005 50 34 32870 1585 2250 表 16 青岛科杰塑料机械有限公司 QY 履带式牵引机参数 型号牵引范围 mm 最大牵引 力 N 总功率 Kw 牵引速度 mmin 外形尺寸 mm QY250 463 2501000050 4 82500 1250 2000 17 29 QY450 4110 4502000070 1 1 52950 1480 2100 查阅江苏白熊康达机械有限公司生产履带式牵引机资料选取 SZ3 型履带式牵引 机 该机采用变频调速控制 具有操作方便灵活 万向轴传动 确保运转稳定 耐 磨牵引胶块 使用寿命长 气动夹紧 运转平稳 牵引稳定等特点 8 7 切割切割 管材挤出成型生产线上的切割机主要是用来按要求长度切断管材 生产较大直 径管材时 管材的切割应选用行星式自动切割机 行星式自动切割机的切割锯片由 多个小直径锯片组成 围绕着被切割的管材组成圆形 当管材需要切割时 这些小 直径锯片既能高速自转又能围绕管材外圆公转 用这种方法切割大直径管材 切割 速度快 切割口端面平整 表 17 张家港市康乐华雅塑料机械有限公司 SCH2 行星切割机参数 型号切割管径 mm 工作线速 度 m min 切割壁厚 mm 总功率 Kw 外形尺寸 mm SCH225060 250 4 153 182500 1160 1540 SCH2315110 315 3 5 203 883000 1260 1580 表 18 苏州国泰塑业有限公司 QG 切割机参数 型号切割管径 mm 最大切割壁 厚 mm 总功率 Kw 外形尺寸 mm QG16020 160202 22500 1160 1540 QG25050 2502543000 1260 1580 根据设计要求 查阅张家港市康乐华雅塑料机械有限公司生产行星切割机资料 选取 SCH2250 型号行星切割机 能满足 75 200mm的生产要求 且具有切割效果 好 自动化程度高 保护装置齐全 安装使用方便 外形美观等特点 9 废料处理废料处理 PVC 管材生产过程中会产生一些不合格产品和废品 尤其是每次换模生产 管 材未合格前 总会产生部分废品 另外 管材在堆放 搬运过程中也会造成一些损 坏 这些统称为废料 这些废料成分基本相同 将其破碎后掺入到原料中基本不影 响管材性能 所以必须加强对这些废料的管理和合理回收利用 分送清洗 粉碎 磨粉 配料 产品挤出 筛选 废料 18 29 图 10 废料处理流程图 kg24 1146 11222 7 11233 合格成品生产成品日废品量 表 19 磨粉机参数 型号主机功 率 kw 风机 功率 kw 刀盘 直径 mm 产量 kg h 外形尺寸L W H m JWP 550373550200 3002500 2000 3000 MF 500427500260 3501900 1700 3900 由于日产废品量只有 11 24kg 选取一台磨粉机就能达到生产求 本着和谐社会 节约美德为主 本设计选取 JWP 550 型号磨粉机 具有自动化程度高 占地面积 小 调刀方便 操作 保养简单易行等特点 10 生产中的现象及解决方法生产中的现象及解决方法 以上各环节的控制与各部分的工作原理相对应 在生产中由于操作不当 或各 工艺条件之间不匹配等原因 会出现一些不正常现象 应通过认真地观察和分析加 以解决 表 20 列举了一些生产中的异常现象及解决方法 25 表 20 聚氯乙烯硬管生产中的异常现象及解决方法 现象原因解决方法 管壁厚度不均 匀 芯模 口模不同心 出料速度不均匀 调整芯模 口模 保持同 心 调整螺杆转速 各段温度 管材直度不均 圆周方向管壁不均匀 定型套 水槽 牵引的摆放 不在同一中心线上 冷水浮力或冷速不均 调节模口 校正中心位置 改进冷却 管胚拉断 物料或配方不适当 造成熔 体强度低 挤出速度慢 牵引速度快 调整配方或检查物料 增加挤出速度 降低牵引 速度 管材表面无光 泽 口模温度过低 定径压缩空气压力或真空度 不足 定径套水温不当 调节口模温度 加大压缩空气压力或真空 度 调整定径套水流量 管材内壁不光 滑 不平整 螺杆转速过快 芯模温度太低 螺杆温度过高 降低螺杆转速 提高芯模温度 螺杆中心冷却加强 管材内壁有裂 纹 芯模温度太低 塑化温度太低 机头压力太低 牵引速度太快 提高芯模温度 提高料筒 机头温度 提高螺杆转速 降低牵引速度 19 29 管壁有气泡或 凹坑 料中含水分或低分子挥发物过高换了或干燥物料 管中夹带分解 料 塑化温度过高 机头或过滤板未清洗干净 机头流道不合理造成滞料 配方中稳定剂不当 调整料筒 机头温度 清理机头或过滤板 改进机头结构 检查配方与配料 管材扁平试验 不合格 树脂分子量低 塑化温度不当 配方中填充剂含量太高 改变树脂型号 调整塑化温度 减少填充剂含量 11 原料消耗原料消耗及电力估算及电力估算 11 1 原料消耗原料消耗 原料消耗根据以下公式计算 分配方的总分数13055 028105 022100 0182 1 70 11233 37 11438 日产成品量 日消耗原料量 总单耗 总单耗 配方总分数 配方分数 单耗 年设计产量单耗年消耗量 表 21 主要原料消耗 序号原料名称单耗量 10t t 生产 3 产品 年消耗用途 1PVC 树脂783 251750 95主要原料 2DOP15 6735 02增塑剂 3甲基硫醇锡15 6735 02稳定剂 4石蜡3 928 76润滑剂 5AMS78 33175 10加工助剂 6轻质 CaCO362 66140 08填料 7钛白粉15 6735 02颜料 8Uvitex OB3 928 76增白剂 9MBS39 1687 55抗冲剂 11 2 电力估算电力估算 为了合理设计选择变配电设备及供电系统中各组成元件 需要根据用电设备的 20 29 容量对高电力负荷进行统计计算 所有设备满负荷运作 结合实际 对生产过程用电量计算 保证用电量的准确性 1 高速热混合机电功率 51kw 2 低速冷混合机电功率 11kw 3 弹簧上料机电功率 1 1kw 4 螺杆挤出机电功率 50kw 5 真空冷却定径机电功率 9 5kw 6 牵引机电功率 4kw 7 行星切割机电功率 3 18kw 8 磨粉机电功率 40kw 车间最高耗电量为 P 51 2 11 2 1 1 2 50 2 9 5 2 4 2 3 18 2 40 299 56kw 配电室装机容量应留 有 20 以上余地 选为 360kw 12 生产车间布置与总体设计生产车间布置与总体设计 12 1 车间布置车间布置 车间布置设计的目的是力求将厂房布局和设备排列得合理化 高效化 以满足 安全生产 安全检修 生产管理和降低基建投资等方面的而要求 厂房设计比较复杂 主要考虑建筑结构 工艺生产操作 设备安装检修 劳动 保护和安全防火等方面的要求 常用的平面布置图有长方形 L 型和 T 型数种 在 此 所选用最常用的长方形 因为长方形便于总平面图的布置 节约用地 便于设 备管理 缩短管道安装 便于安排交通运输和出入口 有较多的可供自然采光和通 风墙面 一个完整的 PVC 塑料管挤出生产车间建有配电室 质检室