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双螺杆挤出机
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一套完整的挤出设备由主机、辅机及控制系统组成。
挤出机是塑料挤出成型的主要设备，即主机。由挤压系统、传动系统及加热冷却系统和主机控制系统组成。
（1） 挤压系统 由机筒、螺杆和料斗组成，是挤出机的核心工作部分。
（2） 传动系统 由电机、调速装置和传动装置组成。作用是给螺杆提供所需转速和扭矩。
（3） 加热冷却系统 由温控设备组成。作用是通过对机筒进行加热和冷却，以保证挤出系统成型在工艺要求的温度范围内进行。
（4） 控制系统 主要由仪表、电器及执行机构组成。作用是调节控制机筒温度、机头压力和螺杆转速。
挤出机需配置相应的辅助机械设备才能实现挤出成型。根据制品的种类确定辅助设备的组成。通常包括：机头、冷却系统、定量给料系统、电气控制系统、真空排气系统等。
控制系统由各种电器、仪表及执行机构组成。根据自动化水平的高低，可控制挤出机、辅机的拖动电机及其他各种执行机构按所需的速度、功率和轨迹运行监控主辅机的流量、温度及压力，最终实现对整个挤出成型设备的自动控制和对产品质量的控制。
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湖南工业大学本科毕业设计（论文）过程管理资料 - 3 - 湖 南 工 业 大 学 本科毕业设计（论文）开题报告 （ 2010 届 ） 学 院 （部）： 机械工程学院 专 业 ： 机械工程及自动化 学 生 姓 名 ： 苏志远 班 级 ： 机工 062 学号 06405600206 指导教师姓名 ： 林益平 职称 教授 2010 年 元 月 15 日 湖南工业大学本科毕业设计（论文）过程管理资料 - 4 - 题目： 双螺 杆 塑料挤出机 1. 双螺杆 塑料 挤出机 设计 概述 螺杆 塑料 挤出机概述 塑料挤 出成型是在 挤出机中通过加 热、加压 而使塑料以及熔融流动状态连续通过口模成型的方法，或简称为挤塑。挤出成型是聚合物加工中出现较早的一门技术 ,在 19 世纪初已有使用。挤出成型可加工的聚合物种类很多 ,制品更是多种多样 ,成型过程也有许多差异 ， 比较常见的是以固体块状 加料挤出制品的过程。 双螺 杆 塑料挤出机有主机，机头和辅机组成。 其中主机是核心部分 ，由传动系统，挤压系统，加热冷却系统，控制系统组成。 其挤出成型过程为 :将颗粒状或粉状的固体物料加入到挤出机的料斗中 ,挤出机的料筒外面有加热器 ,通过热传导将加热器产生的热量传给料筒内的物料 ,温度上升 ,达到熔融温度。机器运转 ,料筒内的螺杆转动 ,将物料向前输送 ,物料在运动过程中与料筒、螺杆以及物料与物料之间相互摩擦、剪切 ,产生大量的热 ,与热传导共同作用使加入的物料不断熔融 ,熔融的物料被连续、稳定地输送到具有一定形状的机头 (或称口模 )中。通过口模后 ,处于流动状态的物料取近似口型的形状 ,再进入冷却定型装置 ,使物料一面固化 ,一面保持既定的形状 ,在牵引装置的作用下 ,使制品连续地前进 ,并获得最终的制品尺寸。最后 用 切割的方法截断制品 ,以便储存和运输。 加料挤出系统 湖南工业大学本科毕业设计（论文）过程管理资料 - 5 - 整体方案设计 双螺杆挤出机有啮合型的，也有非啮合型的 ； 啮合型的又分同向旋转 的 和异向旋转 的；异向旋转啮合型双螺杆 又有平行双螺杆挤出机和锥形双螺杆挤出机 之分。主要考虑的参数是 双 螺杆直径 （ 72、中心距、长径比、螺杆转数范围 、功耗、挤出量、 螺杆轴向推力 。 挤出系统设计 螺杆设计 （ 1） 螺杆元件的设计 根据实现功能的不同，可将螺杆元件分为输送元件（它由螺纹元件组成，可有不同的螺纹头数和导程），剪切元件（主要是捏合盘及其组成），混合元件（主要是齿形元件等）。 （ 2） 螺杆局部构型设计 整 根 螺杆的组合分两个方面 ：一是完成不同局部功能的各种螺杆区段（ 即局部构型 ） 设计；二是针对整个挤出过程完成的任务，整跟螺杆的组合设计 。 （ 3） 螺杆机械结构设计 双螺杆的结构设计包括芯轴、螺杆轴、螺杆元件的设计以及各种螺杆元件的类 型、数量及如何装配在一起等总体规划设计。 （ 4） 螺杆的材质及热处理 螺杆材质的选自要考虑强度、耐磨度、耐腐蚀等问题，国内双螺杆挤出机厂家一般用合金结构钢，制成螺杆后氮化处理，氮化层厚度一般 机筒设计 根据挤出过程和工艺的需要，将不同功能，不同结构形状的若干机筒段用不同的方法把它们组合成一根整体机筒，与相应的组合螺杆装在一起，成为挤压系统。 传动系统设计 双螺杆挤出机传动系统的作用是在设定的工艺条件下，向两根螺杆提供合适的转湖南工业大学本科毕业设计（论文）过程管理资料 - 6 - 数范围、稳定而均匀的速度、足够且均匀相等 的扭矩 （功率） ，并能承受挤出过程中所产生的巨大的螺杆轴向力。 下图是德国某公司的传动箱的内部结构。 传动系统 （ 1） 主驱动电动机选型 常用的电机有直流电动机、交流变频调速电机 、滑差电机、整流子电机， 其中以直流电机和交流变频调速电机居多。 （ 2） 传动 箱设计 双螺杆挤出机的传动箱由两部分组成，即减速部分和扭矩分配部分。这两部分虽然功能不同，但联系紧密，有时互相制约。根据目前流行的 结构看，其布置设计主要分两种：一种是将减速部分和扭矩分配部分很明显的分开，即分离式 ;一种是将两者和在一起。追求的 目标总的来说是实现规定的螺杆转数（范围）、螺杆旋转方向、扭矩均匀分配、轴承合理布置的前提下，通过传动方案的确定和结构设计，采取措施，降低齿轮负载，抵消或减小传动齿轮的径向载荷 ，传递更大的功率和轴向力，提高轴承的寿命，装配维修方便。 螺杆挤出机辅助系统设计 （ 1） 压力调节装置 挤出过程中沿螺杆轴向方向的压力分布是挤出过程的操作因变量之一，它会影响湖南工业大学本科毕业设计（论文）过程管理资料 - 7 - 能量的转换和混合效果，沿螺杆方向的压力分布跟螺杆构型、物料特征与操作条件有关。 （ 2） 排气系统 双螺杆挤出机一般都设有排气系统， 用于将挤出过程中物料中 的空气、残留单体、低分子挥发物、溶剂、反应生成物中的气体排出。 排气效果的好坏，排气口冒不冒料，与排气系统各组成部分的合理设计与匹配有很大关系。 （ 3） 加料 系统 双螺杆挤出机一般使用计量加料，有时也采用溢流加料，强制加料。 所谓计量加料，就是加料装置给挤出系统加多少料，挤出系统就挤出多少料。挤压系统的挤出量与螺杆转数无关 。 加料系统的调速电机可以采用直流电机，也可以采用变频调速电机，计量方式有体积计量、失重计量、称重计量。 （ 4） 加热 冷却系统 挤出过程物料要吸热变成粘流态才能完成挤 出，一般的加热方式是电加热和载体加热。冷却有风冷，油冷、水冷。 （ 5） 安全保护系统 双螺杆挤出机设有很多安全装置，如螺杆扭矩过载保护，止推轴承过载保护，计量加料装置和主机联锁，润滑系统保护。 湖南工业大学本科毕业设计（论文）过程管理资料 - 8 - 2 选题依据、主要研究内容、研究思路及方案 题依据 当今世界四大材料体系（木材、硅酸盐、金属和聚合物）中，聚合物和金属是应用最广泛和最重要的两种材料。据统计，在塑料制品成型加工中，挤出成型制品的产量大约占整个塑料制品产量的 50%以上。其中不仅包括板、管、膜、丝、和型材等制品的直接 成型，还包括热成型、中空吹塑等坯料的挤出加工。除此之外，在填充、共混、改性等复合材料和聚合物合金生产过程中，螺杆挤出很大程度上取代了密炼、开炼等常规工艺。挤出机几乎成为任何一个塑料有关公司或研究所最基本的装备之一。 挤出成型有如此发展趋势主要原因为：螺杆挤出机能将一系列化工基本单元过程，如固体输送、增压、熔融、排气、脱湿、熔体输送和泵出等物理过程集中在挤出机内的螺杆上来进行。近年来，挤出工程的创新表现，更多的过程，如发泡、胶联、接枝、嵌段、调节相对分子质量甚至聚合反应等化学加工过程都愈来愈多地在螺杆挤出机上 进行。螺杆挤出工艺装备逐步取代了一些由多台经典化工装备组成的生产线。连续生产代替间歇生产，必然有较高的生产率和较低的能耗，减少生产面积和操作人员数量，降低生产成本，也易于实现生产自动化，创造好的劳动条件和减少少的环境污染。与此同时，螺杆的搅拌作用也提高了混合质量。正因如此，螺杆挤出这种工艺不仅广泛地用于聚合物加工，而且在建材、食品、纺织、军工、和造纸等工业部门中都得到了愈来愈多的应用。 主要研究内容 双螺杆挤出机最重要的部分是挤出系统和传动系统，要着重设计螺杆和机筒以及两者的配合，这个设 计要自主设计传动系统，要独立设计调速装置。 研究思路及方案 同向啮合双螺杆挤出机与单螺杆挤出机一样，承担输送、塑化、混合和混炼聚合物的工作，但在工作上与单螺杆挤出机有许多不同点。 同向啮合双螺杆挤出机表现为物料的正位移输送特性。所谓正位移输送特性是这移动的外部表面物质置换了系统中的部分液体的输送方式。啮合同向双螺杆挤出机必须纵向开放，否则螺杆会因为发生干涉而不能正常啮合。意味着螺槽的宽度一定要大于螺棱的宽度，在纵向留下一定的输送物料的通道。纵向开放程度越大，正位移输送能力损失也越多，此时摩擦拖曳和 粘性拖曳所起的作用越大。但是无论开放程度多大，物料沿螺槽流动时在螺棱出仍然受阻而改变方向，因此具有一定的正位移输送能力。 湖南工业大学本科毕业设计（论文）过程管理资料 - 9 - 由于螺槽纵向开放，由加料口到机头，两螺杆间有一通道，当物料由加料口加到一根螺杆上后，物料在摩擦拖曳作用下沿着这跟螺杆的螺槽向前输送物料至下方的楔形区，在这里物料会受到一定的压缩。因螺棱比螺宽窄，那么另一根螺杆的螺棱不会把物料向前输送的道路堵死。两根螺杆在楔形区有大小相等、方向相反的速度梯度，因此物料不会进入啮合区绕同一根螺杆继续前进而被另一螺杆托起，在挤出机机筒表面的摩擦拖曳下沿另一根螺 杆的螺槽向前输送。 由于同向双螺杆挤出机具有分布混合及分散混合良好、自洁作用较强、可实现高速运转、产量高等特点，特别适用于聚合物的改性，如共混、填料、增强及反应挤出。并且本次设计的挤出机主要用于复合塑料挤出，因此应设计同向啮合双螺杆挤出机。 湖南工业大学本科毕业设计（论文）过程管理资料 - 10 - 2009年第 1 学期 第 18 20 周 写 开题报 告 2009年第 2 学期 第 1 到 4
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