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1、徐州工程學(xué)院08屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 系 部： 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 設(shè)計(jì)題目： SJ170/35單螺桿擠出機(jī)的設(shè)計(jì) 專 題： SJ170/35單螺桿擠出機(jī)的設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師： 職 稱： 講師 2008年6月 畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書 學(xué)院 機(jī)電工程

2、系 專業(yè)年級(jí) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué)生姓名 任務(wù)下達(dá)日期：2007年1月2日 畢業(yè)設(shè)計(jì)日期： 2007年1月 2日 至 2008年5月17日 畢業(yè)設(shè)計(jì)題目：SJ170/35單螺桿擠出機(jī)的設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)主要內(nèi)容和要求： 設(shè)計(jì)主要內(nèi)容： 1.對(duì)各種不同擠出機(jī)的總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入剖析。 2.根據(jù)主要技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)擠出機(jī)的整體結(jié)構(gòu)。 3.運(yùn)用AutoCAD繪制螺桿、機(jī)筒和機(jī)架零件圖；擠出機(jī)總體結(jié)構(gòu)裝配圖。 設(shè) 計(jì) 要 求： 1.擠出機(jī)總體結(jié)構(gòu)的裝配圖 A1張 2.擠出機(jī)機(jī)架零件圖

3、 A1張 3.擠出機(jī)螺桿零件圖 A1張 4.擠出機(jī)機(jī)筒零件圖 A1張 5.說明書（20000以上）及外文翻譯 1 份 系主任簽字： 指導(dǎo)教師簽字： 指導(dǎo)教師評(píng)閱書 指導(dǎo)教師評(píng)語（①基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握；②獨(dú)立解決實(shí)際問題的能力；③研究?jī)?nèi)容的理論依據(jù)和技術(shù)方法；④取得的主要成果及創(chuàng)新點(diǎn)；⑤工作態(tài)度及工作量；⑥總體評(píng)價(jià)及建議成績(jī)；⑦存在問題；⑧是否同意答辯等）：

4、 成 績(jī)： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日 評(píng)閱教師評(píng)閱書 評(píng)閱教師評(píng)語（①選題的意義；②基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握；③綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力；④工作量的大?。虎萑〉玫闹饕晒皠?chuàng)新點(diǎn)；⑥寫作的規(guī)范程度；⑦總體評(píng)價(jià)及建議成績(jī)；⑧存在問題；⑨是否同意答辯等）： 成 績(jī)： 評(píng)閱教師簽字：

5、 年 月 日 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)評(píng)閱教師評(píng)閱書 評(píng)閱教師評(píng)語（①選題的意義；②基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握；③綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力；④工作量的大?。虎萑〉玫闹饕晒皠?chuàng)新點(diǎn)；⑥寫作的規(guī)范程度；⑦總體評(píng)價(jià)及建議成績(jī)；⑧存在問題；⑨是否同意答辯等）： 成 績(jī)： 評(píng)閱教師簽字： 年 月 日徐州工程

6、學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯及綜合成績(jī) 答 辯 情 況 提 出 問 題 回 答 問 題 正 確 基本 正確 有一般性錯(cuò)誤 有原則性錯(cuò)誤 沒有 回答 答辯委員會(huì)評(píng)語及建議成績(jī)： 答辯委員會(huì)主任簽字： 年 月 日 學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)小組綜合評(píng)定成績(jī)： 學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)小組負(fù)責(zé)人：

7、年 月 日 摘　要 運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)對(duì)擠出機(jī)總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)可以促進(jìn)企業(yè)的設(shè)計(jì)效率、優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化水平，縮短了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期，減輕了設(shè)計(jì)人員的工作強(qiáng)度并且降低了設(shè)計(jì)成本。本課題主要研究?jī)?nèi)容如下： (1) 對(duì)各種不同擠出機(jī)的總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入剖析。 (2) 根據(jù)主要技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)擠出機(jī)的整體結(jié)構(gòu)。 (3) 運(yùn)運(yùn)用AutoCAD繪制螺桿、機(jī)筒和機(jī)架零件圖；擠出機(jī)總體結(jié)構(gòu)裝配圖。 本課題運(yùn)用AutoCAD技術(shù)進(jìn)行擠出機(jī)總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，可以縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本，增強(qiáng)企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。 關(guān)鍵詞：擠出機(jī);螺桿；機(jī)筒；底座

8、 ABSTRACT Carries on the design using the computer-aided design technology to the annular gear gear cutter overall structure to be allowed to promote enterprise's rated capacity, Optimization design proposal and product design standardization level enhancement, Optimization design p

9、roposal and product design standardization level enhancement, Reduced has designed personnel's working strength and to reduce the design cost. This topic main research content is as follows: (1) Carries on the thorough analysis to each kind of different engine bed overall structure. (2) Carrie

10、s on the three dimensional modeling to the annular gear gear cutter overall structure the plan proof,design engine bed foundation and engine bed overall structure three dimensional modeling. (3) In the Windows platform, using AutoCAD design engine bed foundation and the engine bed overall structure

11、 three dimensional modeling, and Engine bed foundation assembly drawing This topic carries on the annular gear gear cutter overall structure using AutoCAD and the Pro/e technology the plane design and Improves the product quality,the three dimensional design, May reduce the product development cycl

12、e, Reduces the cost, Enhancement enterprise's market competition ability. KEY WORDS：annular gear gear cutter, three dimensional modeling，overall structure, CAD, foundation, drawing . - VIII - 徐州工程學(xué)院08屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第一章 緒論 1.1螺桿擠出機(jī)的概述 采用擠出工藝加工塑料制品，要選擇對(duì)原料品種和制品規(guī)格合格的擠出生產(chǎn)線，經(jīng)過絕對(duì)溫度（冷卻和加熱），壓力和速度等工

13、藝參數(shù)的 控制，完成塑料制品生產(chǎn)的工藝過程。擠出生產(chǎn)線由擠出機(jī)（主機(jī)），模具（機(jī)頭），制品成型和收集機(jī)械（輔機(jī)）組成。 1 . 1 . 1擠出基本理論 塑料的擠出過程，是依靠擠出機(jī)螺桿把塑料經(jīng)過輸送，壓實(shí)，并進(jìn)一步熔融，使塑料處于完全均勻的塑化狀態(tài)后，在壓力下從口模擠出，經(jīng)過成型機(jī)械定型，冷卻后制成所需的制品。因此擠出機(jī)是塑料擠出的關(guān)鍵設(shè)備，它決定了擠出制品的質(zhì)量和產(chǎn)量。 擠出機(jī)主要由螺桿，機(jī)筒，加熱冷卻系統(tǒng)，傳動(dòng)系統(tǒng)和控制裝置組成。其中螺桿是擠出機(jī)最關(guān)鍵的的功能部件，它擔(dān)負(fù)了對(duì)物料的輸送，壓實(shí)，塑化，均化，加壓，和泵出等擠出過程的主要功能。典型的單螺桿擠出機(jī)是三段式的，分別是加料，壓縮

14、和擠出段。擠出機(jī)螺桿主要參數(shù)是：螺桿直徑D，螺桿長(zhǎng)徑比L/D和壓縮比。 1 . 1 . 2擠出機(jī)的分類和用途 目前塑料加工中使用的擠出機(jī)主要分為單螺桿和雙螺桿擠出機(jī)。單螺桿擠出機(jī)有排氣和非排氣之分，雙螺桿有同向和逆向之分，以及平行雙螺桿和錐形雙螺桿之分。此外還有特殊擠出機(jī)，比如：多螺桿擠出機(jī)，無螺桿擠出機(jī)等。 常見單螺桿擠出機(jī)我國(guó)已經(jīng)能夠生產(chǎn)螺桿直徑為12mm至250mm 1 . 1 . 3不同螺桿擠出機(jī)的特點(diǎn) 單螺桿擠出機(jī)是最早獲得普遍應(yīng)用的擠出機(jī)，由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工效率高，在塑料加工成型領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用。同樣，為了滿足不同的加工需要，各設(shè)備廠家進(jìn)行過多種螺桿、機(jī)筒結(jié)

15、構(gòu)的探索。單螺桿擠出機(jī)從最初基本的純螺旋結(jié)構(gòu)，發(fā)展出各種不同結(jié)構(gòu)，如阻尼螺塊、排氣擠出、開槽螺筒、銷釘機(jī)筒、積木式結(jié)構(gòu)等，因而令單螺桿擠出機(jī)的成型范圍更廣，適應(yīng)領(lǐng)域更廣闊。由于單螺桿擠出機(jī)占用空間小，更幾乎成為復(fù)合加工與吹塑薄膜領(lǐng)域唯一使用的設(shè)備而獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷。單螺桿擠出機(jī)技術(shù)已經(jīng)成為擠出加工市場(chǎng)不可忽視的重要部分。 雙螺桿擠出機(jī)又包括平行雙螺桿擠出機(jī)和錐形雙螺桿擠出機(jī)。平行雙螺桿擠出機(jī)有同向和異向之分。近幾年，隨著國(guó)內(nèi)電子電器、通訊、汽車等領(lǐng)域的飛速發(fā)展，材料改性與配混技術(shù)市場(chǎng)需求大增。同向雙螺桿配混擠出機(jī)作為市場(chǎng)最大的受惠者，一度幾乎成為雙螺桿的代名詞。從最初的高技術(shù)含量設(shè)備發(fā)展至今，已成為

16、大眾化的設(shè)備之一。盡管各個(gè)廠家仍然存在技術(shù)含量與實(shí)力的差別，不能否認(rèn)的是雙螺桿擠出機(jī)在中國(guó)的發(fā)展已相當(dāng)成熟，尤其是在中小型機(jī)市場(chǎng)。相較而言，異向平行雙螺桿擠出機(jī)國(guó)內(nèi)開發(fā)較少，而成型所用設(shè)備更多的為錐形雙螺桿擠出機(jī)。錐形雙螺桿擠出機(jī)廣泛應(yīng)用于異型材成型，在建筑門窗加工領(lǐng)域應(yīng)用獲得成功。由于雙螺桿擠出機(jī)的產(chǎn)量高，混合性能優(yōu)于常規(guī)單螺桿擠出機(jī)，普遍采用積木式結(jié)構(gòu)易于根據(jù)不同材料進(jìn)行調(diào)整，因此成為擠出加工市場(chǎng)的主導(dǎo)力量。 多螺桿擠出機(jī)一般指三螺桿或三螺桿以上的擠出機(jī)，通常也是為了達(dá)到更好的混合加工效果而設(shè)計(jì)。與單螺桿、雙螺桿相比較，其市場(chǎng)應(yīng)用要少得多。行星螺桿擠出機(jī)是近年較受市場(chǎng)關(guān)注的一種多螺桿擠出

17、機(jī)，特別適合于一般通用塑料的擠出加工，作為成型加工的混配加料器具有更好的效果。 1.2擠出機(jī)市場(chǎng)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì) 隨著擠出機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展和技術(shù)上的不斷進(jìn)步，擠出機(jī)市場(chǎng)仍然保持一定的上升勢(shì)頭，但國(guó)產(chǎn)擠出機(jī)價(jià)格大幅下跌已成現(xiàn)實(shí)。部分廠家粗制濫造和惡性價(jià)格戰(zhàn)已經(jīng)影響到國(guó)內(nèi)塑機(jī)的整體形象和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，也阻礙了塑料加工業(yè)的發(fā)展。 專家認(rèn)為，擠出機(jī)主機(jī)和生產(chǎn)線今後的市場(chǎng)將向高技術(shù)含量、價(jià)格更趨走低的方向發(fā)展。從成型設(shè)備來看，國(guó)產(chǎn)主機(jī)基本上以錐形雙螺桿擠出機(jī)和單螺桿擠出機(jī)為主，技術(shù)較成熟，市場(chǎng)銷量最大，但這類產(chǎn)品的通用規(guī)格已供大于求，只能維持在市場(chǎng)頂峰期的50%~60%左右。國(guó)內(nèi)主機(jī)市

18、場(chǎng)今後的重點(diǎn)應(yīng)在于發(fā)展平行異向雙螺桿擠出機(jī)，以適應(yīng)大擠出量的成型需要。平行同向雙螺桿擠出機(jī)要向第六代、第七代高速、大長(zhǎng)徑比方向發(fā)展。單螺桿擠出機(jī)則是向著超大型、超微型、大長(zhǎng)徑比、高產(chǎn)出、良好的排氣性等方向發(fā)展，而適應(yīng)特殊加工需要的螺桿機(jī)筒結(jié)構(gòu)，則成為大家爭(zhēng)相研發(fā)的重點(diǎn)。實(shí)際上，單螺桿擠出機(jī)是一種低能耗、低成本的機(jī)型，只要技術(shù)得當(dāng)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，同樣可以達(dá)到雙螺桿擠出機(jī)的效能。據(jù)介紹，美國(guó)現(xiàn)在使用的塑料擠出機(jī)就以單螺桿為主。高技術(shù)含量的單螺桿擠出機(jī)正在某些領(lǐng)域逐步取代雙螺桿擠出機(jī)。 1.2.1特種單螺桿擠出機(jī) 隨著近年來市場(chǎng)發(fā)展的需要，國(guó)內(nèi)外不同廠家紛紛推出各種特殊結(jié)構(gòu)的單螺桿擠出機(jī)，以適

19、應(yīng)特殊的市場(chǎng)需要。以下特別介紹幾種特殊擠出機(jī)在國(guó)內(nèi)的研發(fā)進(jìn)展。 （1）手提式擠出機(jī)研制成功。 北京化工大學(xué)成功開發(fā)一種超高速微型手提式單螺桿擠出機(jī)。該機(jī)器螺桿直徑僅12mm，機(jī)器總重量不到2.5kg；螺桿工作轉(zhuǎn)速800~1200rpm，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)或間歇工作。此外由于所加工物料具有高壁面滑移性以及極易架橋的特點(diǎn)，配有專門設(shè)計(jì)的強(qiáng)制加料裝置；由于擠出機(jī)為手提式操作，設(shè)計(jì)了特殊的多路排氣裝置，以充分保證氣體的排出。此外，該機(jī)器還具有深槽大螺距、兩種驅(qū)動(dòng)方式可選（電動(dòng)、 氣動(dòng)）、整機(jī)易于清理、保養(yǎng)、維修等特點(diǎn)。該機(jī)器最初為加工一種特殊的低密度低粘度物料設(shè)計(jì)，并可用于各種低粘度物料的擠出加工，如

20、熱熔膠、低分子量樹脂、各種石蠟、燃料、顏料、化妝品等的加工成型。 超微型擠出機(jī)的研究開發(fā)，存在許多一般設(shè)備設(shè)計(jì)加工過程中難以想像的困難，據(jù)介紹，該設(shè)備開發(fā)的關(guān)鍵在于微型擠出機(jī)的加料、排氣、實(shí)現(xiàn)低溫?cái)D出輸送等問題的解決。 （2）磨盤擠出機(jī)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化 國(guó)內(nèi)多個(gè)廠家已完成磨盤擠出機(jī)的開發(fā)，實(shí)現(xiàn)磨盤擠出機(jī)的商業(yè)化生產(chǎn)。高填充物料使用普通單螺桿或雙螺桿擠出機(jī)加工存在較大的難度。雙螺桿擠出機(jī)用于玻纖增強(qiáng)配混時(shí)，若玻纖含量超過45%，加工就會(huì)變得相當(dāng)困難。在加工磁性材料時(shí)，通常磁粉的添加量高達(dá)60%~70%，有時(shí)甚至達(dá)到90%以上。用普通擠出機(jī)進(jìn)行磁性材料的加工與造粒幾乎是不可能的。 國(guó)

21、內(nèi)一些廠家和科研院所，根據(jù)國(guó)內(nèi)磁性材料以及其他高填充物料的需要，悉心研發(fā)出獨(dú)立設(shè)計(jì)的磨盤擠出機(jī)。典型例子如北京鳳記和北京化工大學(xué)。磨盤擠出機(jī)可以通過調(diào)整磨盤組合以適應(yīng)不同高填充材料，如玻纖增強(qiáng)、磁性塑料、導(dǎo)電材料、新型陶瓷等物料的擠出加工。為了適應(yīng)高填充物料的擠出加工需要，北京化工大學(xué)也在進(jìn)行磨盤擠出機(jī)直接擠出成型的試驗(yàn)研究，并應(yīng)用于多種復(fù)合材料的擠出成型加工試驗(yàn)獲得成功。 （三）往復(fù)螺桿擠出機(jī)系列化 往復(fù)螺桿擠出機(jī)在前幾年的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)紅火一時(shí)，也成為不同廠家顯示技術(shù)實(shí)力的一個(gè)標(biāo)志型產(chǎn)品。尤其是各雙螺桿擠出機(jī)廠家紛紛推出往復(fù)螺桿擠出機(jī)。由于雙螺桿市場(chǎng)異常火爆，往復(fù)螺桿擠出機(jī)市場(chǎng)相對(duì)平淡，各

22、擠出廠家還是以雙螺桿擠出機(jī)為主推產(chǎn)品。近日，寶應(yīng)金鑫特種塑料機(jī)械廠與北京化工大學(xué)合作研發(fā)出多種規(guī)格的往復(fù)移動(dòng)單螺桿擠出機(jī)，初步實(shí)現(xiàn)了往復(fù)移動(dòng)擠出機(jī)的系列化。據(jù)悉，寶應(yīng)金鑫此次推出的系列化產(chǎn)品共包括四種規(guī)格，45、78、110和140，其中45和78兩種規(guī)格已經(jīng)研發(fā)成功，即將推出110和140兩種機(jī)型。 往復(fù)移動(dòng)式單螺桿擠出機(jī)最大的特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)不同物料的高填充加工。用于玻纖增強(qiáng)物料加工時(shí)，玻纖的添加量可以達(dá)到50%以上，特別適于高填充物料的加工，具有非常廣闊的市場(chǎng)前景。由于其獨(dú)特的往復(fù)式結(jié)構(gòu)，不能很好的滿足建壓的要求，因而一般不適合用于制品的直接擠出成型。通常用于成型加工時(shí)，還需要配備專用的成型

23、擠出機(jī)。 以上介紹的幾種單螺桿擠出機(jī)，可以說是當(dāng)前中國(guó)市場(chǎng)具有一定代表性的產(chǎn)品。不過，盡管中國(guó)擠出機(jī)市場(chǎng)發(fā)展迅猛，也有不少新的機(jī)型推出，我們不能忽視中國(guó)擠出機(jī)技術(shù)與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有較大差距。比如在超大型和微型設(shè)備領(lǐng)域就還落後于國(guó)際先進(jìn)水平。國(guó)內(nèi)企業(yè)唯有加緊努力，才能在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中贏得機(jī)會(huì)，真正從塑機(jī)大國(guó)發(fā)展為塑機(jī)強(qiáng)國(guó)。 近年來，雙螺桿擠出機(jī)市場(chǎng)異常火爆，相對(duì)而言，單螺桿一直處于悄寂狀態(tài)。但是，單螺桿擠出機(jī)作為一種基本的塑膠加工設(shè)備，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低，而且具有更大的設(shè)計(jì)靈活性。各種不同的特種單螺桿擠出機(jī)重受關(guān)注。 單螺桿擠出機(jī)因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)廉物美，生產(chǎn)效率高的特點(diǎn)，一直是塑膠

24、管材、板材、片材、異型材等成型加工最重要的設(shè)備。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步以及人們對(duì)螺桿認(rèn)識(shí)的提高，多種不同的擠出機(jī)結(jié)構(gòu)形式陸續(xù)面世。特種單螺桿擠出加工技術(shù)又有替代多螺桿技術(shù)的趨勢(shì)。 第二章 擠出機(jī)的整體設(shè)計(jì) 2.1 PE鋁塑板的基本特性 不同的生產(chǎn)線對(duì)擠出機(jī)的具體要求不一樣，這就需要根據(jù)不同塑料的性能設(shè)計(jì)出合理的擠出機(jī)。本次設(shè)計(jì)的擠出機(jī)是用于鋁塑板生產(chǎn)線的擠出機(jī)，這就要求對(duì)鋁塑板的性能有一定的掌握和了解。 鋁塑板是由多層材料復(fù)合而成，上下層為高純度鋁合金板，中間為無毒低密度聚乙烯（PE）芯板，其正面還粘貼一層保護(hù)膜。對(duì)于室外，鋁塑板正面涂覆氟碳樹脂（PVDF）涂層，對(duì)于室內(nèi)，其正面可采用非氟

25、碳樹脂涂層。 鋁塑板是易于加工、成型的好材料。更是為追求效率、爭(zhēng)取時(shí)間的優(yōu)良產(chǎn)品，它能縮短工期、降低成本。鋁塑板可以切割、裁切、開槽、帶鋸、鉆孔、加工埋頭，也可以冷彎、冷折、冷軋，還可以鉚接、螺絲連接或膠合粘接等。 PE鋁塑板即聚乙烯鋁塑板，PE,全名為Polyethylene，是最結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的高分子有機(jī)化合物,當(dāng)今世界應(yīng)用最廣泛的高分子材料,由乙烯聚合而成,根據(jù)密度的不同分為高密度聚乙烯、中密度聚乙烯和低密度聚乙烯。低密度聚乙烯較軟,多用高壓聚合;高密度聚乙烯具有剛性、硬度和機(jī)械強(qiáng)度大的特性,多用低壓聚合。高密度聚乙烯可以做容器、管道,也可以做高頻的電絕緣材料,用于雷達(dá)和電視。大量使用的常

26、為低密度(高壓)聚乙烯。聚乙烯為蠟狀,有蠟一樣的光滑感,不染色時(shí),低密度聚乙烯透明,而高密度聚乙烯不透明。 聚乙烯是通過乙烯( CH2=CH2 )的加成反應(yīng)和聚合反應(yīng)，由重復(fù)的–CH2–單元連接而成的高聚合鏈。聚乙烯的性能取決于它的聚合方式；在中等壓力(15-30大氣壓)有機(jī)化合物催化條件下進(jìn)行Ziegler-Natta聚合而成的是高密度聚乙烯(HDPE)。這種條件下聚合的聚乙烯分子是線性的,且分子鏈很長(zhǎng),分子量高達(dá)幾十萬。如果是在高壓力(100-300MPa),高溫(190–210 C),過氧化物催化條件下自由基聚合,生產(chǎn)出的則是低密度聚乙烯(LDPE),它是支化結(jié)構(gòu)的。 聚乙烯不溶于水

27、,吸水性很小,就是對(duì)一些化學(xué)溶劑,如甲苯、醋酸等,也只有在70℃以上溫度時(shí)才略有溶解。但是微粒狀的聚乙烯,可以在15℃～40℃之間隨溫度的變化熔化或凝固,溫度升高時(shí)熔化,吸收熱量;溫度降低時(shí)凝固,放出熱量。又因?yàn)樗亢苄?不易潮濕,有絕緣性能,因此是很好的建筑材料。 2.2 產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要求 制品有效寬度1220～1750，厚度1.0～5mm，其中鋁箔厚度0.03～0.5mm。 2.3 螺桿設(shè)計(jì) 螺桿是擠出機(jī)最重要的部件，其性能好壞直接影響塑化質(zhì)量和產(chǎn)量。整個(gè)理論幾乎都是圍繞著螺桿上發(fā)生的擠出過程展開的。因此，螺桿設(shè)計(jì)是擠出理論最重要的應(yīng)用領(lǐng)域之一。 最早出現(xiàn)的螺桿是不分段的，

28、隨著生產(chǎn)的發(fā)展，從實(shí)踐和理論都證明了將螺桿分為加料段、壓實(shí)段和計(jì)量段是比較合理的。螺桿直徑的確定：150mm，螺桿長(zhǎng)徑比35。螺桿的長(zhǎng)徑比L/D指螺桿的有效長(zhǎng)度L和螺桿的直徑D之比，如果是新型的螺桿，其有效長(zhǎng)度中應(yīng)該包括混煉段的長(zhǎng)度。長(zhǎng)徑比是代表擠出機(jī)性能的一個(gè)主要的技術(shù)參數(shù)。 歐洲塑料橡膠機(jī)械制造廠委員會(huì)建議長(zhǎng)徑比12、15、(18)、20、(24）、25、28、30、35，括號(hào)中的數(shù)值盡量不用或少用。對(duì)于某些排氣螺桿，長(zhǎng)徑比達(dá)到40左右或更長(zhǎng)。 L=35D=35×150=5250mm 普通螺桿普通螺桿全長(zhǎng)分為三段，即加料段L1 、壓縮段L2和計(jì)量段L3,計(jì)量段有時(shí)也叫均化

29、段。壓縮段與熔融理論中的熔融段并不完全相同。在熔融理論中，熔融起點(diǎn)和熔融重點(diǎn)以及熔融段長(zhǎng)度Lm在螺桿上并非固定不變，他們隨著擠出工藝條件和塑料性能的變化而變化。而壓縮段指的是螺槽深度有加料段深H1變至計(jì)量段槽深H3的那段長(zhǎng)度，它是螺桿設(shè)計(jì)者人為設(shè)計(jì)的長(zhǎng)度，一旦螺桿設(shè)計(jì)出來這個(gè)長(zhǎng)度也就確定了。 2.3.1螺槽深度和壓縮比的確定 螺槽深度是很重要的參數(shù)，我們可以從制品的質(zhì)量與產(chǎn)量?jī)煞矫鎭矸治觥? （1）計(jì)量段槽深的確定： 我們知道，計(jì)量段中熔料的剪切速率γ可按下式計(jì)算： γ=π （3-1） 顯然，計(jì)量段螺槽深度H愈小，在相同的螺桿轉(zhuǎn)速下剪切速率便愈大，因而分子間的內(nèi)摩擦力

30、也愈大。從式（3-1）可以看出，熔料因內(nèi)摩擦而產(chǎn)生的熱量正比于剪切應(yīng)力和剪切速率〔4〕。由于剪切應(yīng)力而產(chǎn)生的熱量和螺槽深度H的平方成反比。 Q∝τγ=ηγ=η (3-2) 式中： Q—熔料因剪切產(chǎn)生的熱量； τ—剪切應(yīng)力； γ—剪切速率； η—熔料的表現(xiàn)粘度。 由此可見，螺槽深度較淺時(shí)，物料層內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生較多的熱量。此外，螺桿上物料層較薄，由外界加熱器傳進(jìn)來的熱量也容易將塑料熱量。這方面因素都證明了計(jì)量段槽深較小時(shí)，對(duì)促進(jìn)塑料的塑化質(zhì)量是很有好處的。 從混合效果上來講，計(jì)量段槽深H較小時(shí)，混煉程度較高，制品比較均勻。在本章后面我們將進(jìn)一步指出：當(dāng)計(jì)量段槽深較淺時(shí)，

31、壓力波動(dòng)和溫度波動(dòng)都比較小，這時(shí)對(duì)制品的綜合質(zhì)量都是有利的。 但是，我們知道，只有那些承受高剪切速率的的塑料，如聚乙烯，才能選用較小的槽深，這類塑料的成型溫度范圍很寬（如聚乙烯成型溫度范圍為150～220℃,其范圍達(dá)70℃），熱穩(wěn)定性很好。因剪切或其他原因造成的局部過熱不易造成無法彌補(bǔ)的后果。相反對(duì)那些步能承受高剪切速率的塑料，如硬聚氯乙烯等熱敏性塑料，他們的粘度較高，如果螺槽深度較淺，勢(shì)必造成過多的因高剪切產(chǎn)生的熱量。再加上這類塑料的成型溫度范圍比較窄，粘流溫度T和分解溫度T比較接近（如硬聚氯乙烯加工溫度范圍為150℃～190℃，其范圍僅40℃），熱穩(wěn)定性較差，強(qiáng)烈的內(nèi)摩擦將使它們過熱分

32、解甚至燒焦。因此，加工這類塑料的螺桿計(jì)量段螺槽深度H不能選擇過小。 塑 料 最大剪切速率γ/S LDPE（相對(duì)分子質(zhì)量較高） LDPE（相對(duì)分子質(zhì)量較低） HPVC SPVC PS 56 104 26 60 108～92 . 幾種常用塑料在計(jì)量段中的最大剪切速率如表所示： 表中的數(shù)值并不是不可以突破的，尤其是承受高剪切的時(shí)間很短時(shí)，例如在某些新型螺桿的屏障棱上，我在后面還要進(jìn)一步分析這個(gè)問題。 根據(jù)表格取γ=71 由 公式γ=π 得 = 以上從擠出質(zhì)量的

33、觀點(diǎn)分析了計(jì)量段螺槽深度H的影響，此外我們還可以從產(chǎn)量的角度來分析計(jì)量段螺槽深度H的影響。從熔體輸送理論的生產(chǎn)率公式可以看出：正流Q正比于螺槽深度H，而壓力流Q卻正比于H的立方。由此可以分析：當(dāng)機(jī)頭壓力較低時(shí)，增加計(jì)量段螺槽深度可以增加產(chǎn)量；而當(dāng)機(jī)頭壓力增大到超過臨界壓力，加深H并不能使生產(chǎn)率增加，甚至還會(huì)產(chǎn)生相反的作用。 也可以從融體輸送理論來估算螺槽深度H的最佳值， (3-3) 將上式對(duì)H求導(dǎo)并令導(dǎo)數(shù)等于零，經(jīng)一系列推導(dǎo)，可求得H的最佳值： H=（） (3-4) 式中 _____口模形狀系數(shù)。 在未知口模系數(shù)情況下H的值沒辦法確定。有

34、上面的分析可知，H的決定受到多方面的因素影響，很難用一個(gè)簡(jiǎn)單的理論公式來進(jìn)行計(jì)算。設(shè)計(jì)時(shí)，還可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式（3-5）來決定螺槽深度H H=kD （3-5） 據(jù)統(tǒng)計(jì)螺槽深系數(shù)k值，發(fā)現(xiàn)大致規(guī)律如圖14-6所示。由圖可見，計(jì)量段螺槽深系數(shù)k大都在0.02～0.07范圍內(nèi)。螺桿直徑較大者，k值應(yīng)選擇較小，螺桿直徑較小者，k值應(yīng)選擇較大；熱穩(wěn)定性較好的塑料k較小，熱穩(wěn)定性較差的塑料k值較大；當(dāng)螺桿長(zhǎng)徑比較大時(shí)，k值可以選擇較大。這是由于長(zhǎng)徑比較大的螺桿的計(jì)量段L可以設(shè)計(jì)的較長(zhǎng)，此時(shí)由于螺槽深度H加大造成壓力流Q的增加和混煉段M的下降可以通過計(jì)量段的增加來彌補(bǔ)。除此之外在設(shè)計(jì)新型螺桿時(shí)，

35、由于附加的混煉元件保證了塑料的熔融與均化，因此新型螺桿的計(jì)量段槽深系數(shù)k也可以取得最大值。從圖14-6還可以看出：根據(jù)塑料熱穩(wěn)定性的不同，系數(shù)k分為三個(gè)區(qū)域。上層適用與PVC等熱穩(wěn)定性較差的塑料，此時(shí)k值較大。下層適用熱穩(wěn)定性較好的塑料，此時(shí)k值較小。 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式可以來校核，當(dāng)H=7.5mm時(shí)k的取值為4.5在k=0.02～0.07范圍內(nèi)。 （二）加料段槽深和壓縮比的確定 加料段的主要目的是建立必要的壓力和保證穩(wěn)定的固體輸送。但自今為止加料段的槽深H的影響還不是很清楚。按Darnell-Mol理論的固體輸送生產(chǎn)率公式加料段H增加后固體輸送生產(chǎn)率會(huì)提高。由于加料段中的塑料并不像D塞流理論

36、所假設(shè)的那樣整塊的移動(dòng)，而是在斷面上有一速度分布。加料段螺槽較深時(shí)，壓力難以傳至螺槽底部，靠近螺槽底部的塑料運(yùn)動(dòng)速度較慢，這就降低了固體輸送生產(chǎn)率。因此存在一個(gè)最佳加料段槽深。顆粒內(nèi)摩擦因數(shù)較高的塑料，要比顆粒內(nèi)摩擦因數(shù)較低的塑料更接近于整塊移動(dòng)。 實(shí)際上，加料段槽深是根據(jù)螺桿壓縮比和計(jì)量段槽深來確定的。所謂壓縮比是指螺槽加料段第一個(gè)螺槽容積和計(jì)量段最后一個(gè)螺槽容積之比，即幾何壓縮比，而不是螺槽深度之比。這個(gè)數(shù)值不同于物理壓縮比。后者指的是塑料在加料時(shí)的松密度和受熱熔融后的密度之比。如，聚乙烯在松散時(shí)密度為0.55～0.64g/cm，而熔融后的密度為0.76 g/cm.因此，其物理壓縮比為1

37、.38～1.18。 顯然幾何壓縮比應(yīng)大于物理壓縮比。這是因?yàn)槌藨?yīng)考慮密度的變化之外，還應(yīng)考慮在壓力下熔融料的壓縮性、塑料在加料段的裝填程度、擠壓過程中塑料的回流等因素，尤其還應(yīng)考慮制品性能所要求的壓縮密實(shí)的必要性。應(yīng)此對(duì)加工同一種塑料的的螺桿，不同設(shè)計(jì)者對(duì)其幾何壓縮比有不同的選擇，而加工不同塑料的螺桿，其壓縮比變化應(yīng)更大（大多數(shù)在2～5之間，個(gè)別情況大至8，小至1）。根據(jù)螺桿國(guó)內(nèi)外的資料統(tǒng)計(jì)如下： 常用螺桿的幾何壓縮比 塑料 ε 塑料 ε HPVC（粒料） HPVC（粉料） SPVC（粒料） SPVC(粉料) PE PP PS CA PMMA PET PCT

38、FE 2.5（2～3） 3～4（2～5） 3.2～3.5（3～4） 3～5 3～4 3.7～4（2.5～4） 2～2.5（2～4） 1.7～2 3 3.5～3.7 2.5～3.3 ABS POM PPO PC PSF PSF PA6 PA66 PA1010 1.8（1.6～2.5） 4（2.8～4） 2（2～3.5） 2.5～3 2.8～3 3.7～4 3.3～3.6 3.5 3.7 注：括號(hào)中為選用范圍，括號(hào)外為選用范圍。 幾何壓縮比一般用下式計(jì)算： ε= 3-6 式中，H和H分別為螺桿加料段第一個(gè)螺槽深和計(jì)量段

39、最后一個(gè)螺槽深。運(yùn)用此公式的條件是外徑D、螺距S、螺紋法向棱寬e和螺紋升角φ在螺桿全長(zhǎng)上都保持不變，螺紋頭數(shù)為1. 當(dāng)壓縮比ε和計(jì)量段槽深H決定后，加料段槽深H便可從下式算出： H=0.5[D-] 3-7 為了計(jì)算方便，可以用簡(jiǎn)化的公式3-8來計(jì)算壓縮比。乘以系數(shù)0.93后，該式誤差僅0.1左右。 =0.93 H/H 3-8 根據(jù)上表取壓縮比為3.3， 得 ： H。 2.3.2 螺距和螺紋升角的確定 對(duì)單頭螺紋，螺距S、螺紋升角φ和螺紋直徑D之間有下述關(guān)系： S=∏Dtanφ 3-9 顯然在螺桿直徑已知以后，螺距和

40、螺紋升角只要決定一個(gè)，另一個(gè)也就 確定了。 從固體輸送生產(chǎn)率公式6-4和熔體輸送理論生產(chǎn)率公式11-27都可以看出：生產(chǎn)率和螺紋升角又直接的關(guān)系。根據(jù)固體輸送理論的計(jì)算，對(duì)大多數(shù)塑料，當(dāng)摩擦因數(shù)f=f0.25～0.5,螺紋升角等于17～20時(shí)，固體輸送生產(chǎn)率可以達(dá)到最大值。實(shí)驗(yàn)也證明，對(duì)圓柱性塑料，最佳螺紋升角大約在17左右。而從熔體輸送理論的角度上講，將有關(guān)流率公式經(jīng)數(shù)學(xué)推到簡(jiǎn)化，并對(duì)φ角求導(dǎo)，并令導(dǎo)數(shù)等于零，可求的最佳螺紋升角為30。這也是為什么當(dāng)前的螺紋升角都在17～30范圍之內(nèi)的原因。而目前為了設(shè)計(jì)加工的方便，設(shè)計(jì)時(shí)大多取螺桿直徑等于螺距，這時(shí)螺紋升角就等于1742。 2.3.

41、3螺紋頭數(shù) 目前擠出機(jī)的螺桿大都是單頭螺紋。雖然出現(xiàn)過雙頭螺紋的螺桿加料段，但考慮兩個(gè)原因，多頭螺紋仍然用的很少。原因之一是多頭螺紋減少了螺槽橫斷面積，同時(shí)加大了的值。按固體輸送理論，這會(huì)減少固體輸送流率。原因之二是在多頭螺紋計(jì)量段的幾個(gè)螺槽中，熔體填充情況有可能不同，從而容易導(dǎo)致個(gè)螺槽間擠出量不等而發(fā)生波動(dòng)，擠出壓力也會(huì)發(fā)上波動(dòng)，這些都直接影響到擠出制品的質(zhì)量。此外多頭螺紋的加工也相對(duì)比較麻煩。 2.3.4三段式螺桿長(zhǎng)度的確定 熱塑性材料分為無定型和結(jié)晶型兩大類。無定型材料沒有明顯的熔點(diǎn)，再塑料溫度上升時(shí)，它逐漸軟化。經(jīng)過一段時(shí)間后，即在螺桿上經(jīng)過一段長(zhǎng)度后，塑料才能全部熔融。在此過程

42、中，塑料體積也逐漸變小。為了適應(yīng)這個(gè)漸變過程，加工這類塑料的螺桿應(yīng)該較早地開始?jí)嚎s，它的螺紋深度也應(yīng)逐漸發(fā)生變化，因此其壓縮段L2也設(shè)計(jì)的比較長(zhǎng)。 相反，結(jié)晶型塑料由固態(tài)刀熔融態(tài)的轉(zhuǎn)化溫度范圍很窄，當(dāng)塑料溫度沒有達(dá)到熔點(diǎn)Tm時(shí)，它的體積變化很少，而當(dāng)溫度一旦達(dá)到熔點(diǎn)，它便迅速熔融，其體積也突然變小。為了適應(yīng)這個(gè)特點(diǎn)，加工結(jié)晶型肅立哦啊的螺桿的壓縮段一般出現(xiàn)的比較晚，而且長(zhǎng)度也比較短。因此，過去設(shè)計(jì)的加工結(jié)晶型塑料的螺桿，其壓縮段僅（0.5～1）D。但是，結(jié)晶型材料在冷卻過程中都不可能完全結(jié)晶，存在著一定的結(jié)晶度。根據(jù)冷卻速度等工藝條件的不同，它們總是或多或少地存在著無定行部分，這一部分的熔

43、融規(guī)律和無定形材料一樣的，需要一定的逐漸軟化-熔融時(shí)間，因此，壓縮段L2也需要一定的長(zhǎng)度。此外，即使對(duì)已結(jié)晶的那一部分塑料來說，正像前面我們已分析過的那樣，螺桿的熔融段和壓縮段的位置不是等同的，在設(shè)計(jì)時(shí)壓縮段位置已被人為的固定不變，而熔融段位置卻隨操作條件和塑料性能的不同而不同。因此如果壓縮段L2很短，實(shí)際上很難保證這部分結(jié)晶型塑料正好在壓縮段上開始熔融并完成完全熔融過程。而且從熔融理論上我們知道，熔融過程是X/W從1到0的過程，這個(gè)過程總需要一定的長(zhǎng)度，不可能在很短的（0.5～1）D長(zhǎng)度上實(shí)現(xiàn)。從上述幾點(diǎn)出發(fā)，近年來，為加工結(jié)晶型材料所設(shè)計(jì)的螺桿，其壓縮段都有加長(zhǎng)的趨勢(shì)，一般在大約（2～5）

44、D之間，甚至于更長(zhǎng)。在文獻(xiàn)〔1〕中還指出：在實(shí)驗(yàn)的條件下，聚丙烯從開始熔融到完全熔融大約需要5D長(zhǎng)度，而熱導(dǎo)率較大的聚丙烯和聚苯乙烯便不需要這樣長(zhǎng)。 在需要準(zhǔn)確計(jì)算壓縮段長(zhǎng)度時(shí)，可以按照熔融理論中介紹的方法，首先設(shè)定螺桿有關(guān)參數(shù)，然后很據(jù)工藝操作條件和塑料性能來計(jì)算固相分布函數(shù)X/W=f(z)。如果正好在壓縮段上完成了X/W從1到0的過程，那么便可以認(rèn)為原來設(shè)計(jì)的參數(shù)是合理的。如果相差太多，那便應(yīng)重新設(shè)計(jì)螺桿參數(shù)，再行計(jì)算。當(dāng)然，此時(shí)不僅設(shè)計(jì)了壓縮段長(zhǎng)度L2，而且也一起設(shè)計(jì)了其他螺桿參數(shù)。 加料段的作用是產(chǎn)生足夠的穩(wěn)定的壓力，保證穩(wěn)定的固體輸送并且將分界面上的塑料預(yù)熱到熔融所需要的溫度。

45、因此，加料段L1也應(yīng)該有足夠的長(zhǎng)度。 不同的塑料，預(yù)熱到熔融溫度所需要的熱量是不同的。顯然，塑料的比熱容Cs愈大，熔融點(diǎn)Tm愈高，預(yù)熱到熔融溫度所需要的熱量也愈多。對(duì)結(jié)晶型材料來講，還需加上熔融潛熱λ（無定形塑料沒有這一項(xiàng)）。此外，由于塑料是不良的導(dǎo)熱體，因此其熱導(dǎo)率Ks也是一個(gè)分鐘要的參數(shù)。熱導(dǎo)率愈低，熱量從固體塞的表面?zhèn)魍渲行木捅容^慢，這從固體輸送理論的非等溫模型可以看得很清楚。 從上面的分析，我們可以得出結(jié)論：為了保證在加料段結(jié)束時(shí)分界面上的塑料基本預(yù)熱到熔融溫度，為了保證在壓縮段塑料能基本熔融完畢，加工那些比熱容大，熔點(diǎn)高，熱導(dǎo)率低，熔融潛熱大的塑料，螺桿加熱段L1應(yīng)該長(zhǎng)一些

46、。 固然可以用固體輸送理論非等溫模型的有關(guān)公式來計(jì)算加料長(zhǎng)度L1。但由于計(jì)算過程比較復(fù)雜，所以至今為止，在決定加料段L1的長(zhǎng)度時(shí)，還必須參考實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)公式。 文獻(xiàn)〔1〕中報(bào)導(dǎo)了以螺桿直徑為計(jì)算單位的幾種塑料的熔融起始點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。從圖14-3可以看出，在同等壓力的情況下，聚丙烯由于其熔點(diǎn)高（ 170°）、熱導(dǎo)率低（），因此，其開始熔融點(diǎn)A要比高密度聚乙烯（熔點(diǎn)，熱導(dǎo)率）和聚苯乙烯要晚得多。實(shí)驗(yàn)也測(cè)出，在加料中，聚丙烯要經(jīng)過8個(gè)螺桿的長(zhǎng)度才開始熔融（當(dāng)壓力等于4MP時(shí)），而高密度聚乙烯和聚苯乙烯則只要4.5個(gè)螺距的長(zhǎng)度和2.5個(gè)螺距的長(zhǎng)度便已開始熔融。 從圖14-3還可

47、以看出：如果能在加料段中及早形成較高的壓力，熔融起點(diǎn)可提前，這也是在機(jī)筒加料段上開縱向溝槽的優(yōu)點(diǎn)之一。 在理想的情況下，壓縮段與熔融段重疊，塑料移動(dòng)到壓縮段末端時(shí)應(yīng)該全部熔融。但是，無論在組分上、或者在溫度分布上、或者在相對(duì)分子質(zhì)量分布上，剛?cè)刍奈锪隙际呛懿痪鶆虻?，如果此時(shí)姜物料從機(jī)頭擠出，制品的質(zhì)量將極為惡劣。計(jì)量段的第一個(gè)作用就是要消除這些不均勻的現(xiàn)象，這正是為什么計(jì)量段又稱為均化段的原因。Martin〔2〕將塑料堪稱牛頓型流體，根據(jù)混煉理論，表征計(jì)量段螺槽中混煉程度的關(guān)系式可以導(dǎo)出：M=3.71（14-1） 式中，L3和H3為計(jì)量段長(zhǎng)度和深度，a為截流比，a=QpQd。顯然，M值愈大

48、，均化作用也愈佳。從式（14-10中可以看出：加長(zhǎng)L3對(duì)均化作用是有利的。 從熔體輸送理論的生產(chǎn)率公式（12-27）可以看出：計(jì)量段愈長(zhǎng)，相應(yīng)的壓力流Qp和漏流QL都愈小，擠出機(jī)的實(shí)際生產(chǎn)率便俞高。也就是說，螺桿特性也比較硬，產(chǎn)量受壓力的影響較小。計(jì)量段長(zhǎng)度L3和產(chǎn)量的關(guān)系如圖14-4所示。 又上可知：在可能的條件下，計(jì)量段長(zhǎng)度愈長(zhǎng)，對(duì)提高螺桿的產(chǎn)量和改善混合均勻度都是有利的。這就是計(jì)量段長(zhǎng)度為什么愈來愈長(zhǎng)的原因。目前，有些螺桿的計(jì)量段長(zhǎng)度甚至達(dá)到了螺桿全長(zhǎng)的50﹪.但是，過長(zhǎng)的計(jì)量有可能導(dǎo)致已熔融物料溫度不斷升高，這對(duì)那些易于分解的熱敏性塑料，如PVC等未必有利。 可以用熔體輸送理論生

49、產(chǎn)率公式（11-27）中的壓力流Qp來初步估算計(jì)量段長(zhǎng)度L3 Qp=∏Sin2φ （3-10） L3=∏Sin2φ（3-11） 如果令Qp≤0.05Q，即因機(jī)頭壓力而引起的產(chǎn)量損失小于總產(chǎn)量的5%，φ角一般為17.6°。根據(jù)料溫和剪切速率γ=π,可以從附錄二查出粘度η1 。計(jì)算時(shí)可以現(xiàn)令機(jī)頭壓力p=15MPa。此時(shí)L3的計(jì)算公式可簡(jiǎn)化為： L3=72 例如：螺桿直徑為65㎜的擠出機(jī)，其產(chǎn)量要求為165kg/h，相應(yīng)體積流率6.2x10m/s。此時(shí)，按式（14-4）計(jì)算，L3為320㎜，大致相當(dāng)于5D左右。 轉(zhuǎn)速n、產(chǎn)量Q、剪切速率γ、粘度η1與機(jī)頭壓力p等參數(shù)之間是互相

50、影響的。例如，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降時(shí)，不僅產(chǎn)量降低，而且粘度也會(huì)因剪切速率的降低而增高，壓力也會(huì)適當(dāng)減小，它們之間并非線性的關(guān)系。此外，計(jì)量段長(zhǎng)度又與螺桿總的長(zhǎng)徑比關(guān)系很大，尤其是和計(jì)量段螺槽深度H的關(guān)系很大（成立方關(guān)系，參考式14-4），任何影響槽深H因素都會(huì)反過來影響計(jì)量段長(zhǎng)度L。因此，按式（14-4）得到結(jié)果也只能作為參考之用，實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)還得根據(jù)上面的定性分析和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)作適當(dāng)修正。 還可按表14-1提供的數(shù)據(jù)來考慮螺桿三段長(zhǎng)度的分配。 螺桿三段長(zhǎng)度分配 塑料類型 加料段L 壓縮段L 計(jì)量段L 無定性塑料 結(jié)晶型塑料 20%～30% 40%～60% 45%～50% （2～5）

51、D 25%～30% 30%～45% 從上面一系列分析可以看出，為了保證擠出機(jī)各方面的性能，加料段、壓縮段和計(jì)量段都有加長(zhǎng)的趨勢(shì)，這勢(shì)必引起螺桿長(zhǎng)徑比的增加。長(zhǎng)徑比增大后，塑料在機(jī)筒中塑化得更均勻，從而提高了產(chǎn)品的質(zhì)量，另一方面，長(zhǎng)徑比增加后，在塑化質(zhì)量要求不變的前提下（主要體現(xiàn)在塑料在機(jī)筒中停留時(shí)間不變），螺桿的轉(zhuǎn)速便可以提高，從而便提高了生產(chǎn)率。 長(zhǎng)徑比增加不僅僅由上述因素引起。為了完成某些特定的生產(chǎn)工藝，最近發(fā)展和出現(xiàn)的一系列特種擠出機(jī)，往往都需要較大的長(zhǎng)徑比。例如，排氣擠出機(jī)和反應(yīng)擠出機(jī)。其長(zhǎng)徑比都達(dá)到40左右或更長(zhǎng)。 事物都是一分為二的。長(zhǎng)徑比增大后，螺桿、機(jī)筒的加工與機(jī)器的

52、裝配都比較困難，成本也相應(yīng)提高。長(zhǎng)徑比增大以后，螺桿彎曲的可能性也增增加，容易發(fā)生螺桿與機(jī)筒的刮磨。因此，在不需要較大的長(zhǎng)徑比時(shí)，便不應(yīng)麻木地增加長(zhǎng)徑比。應(yīng)當(dāng)力求在較小的長(zhǎng)徑比下，獲得制品的高質(zhì)量和高產(chǎn)量。一般說來，長(zhǎng)徑比有增大的趨勢(shì)（表14-2）。目前，世界上最大的單螺桿擠出機(jī)的最大長(zhǎng)徑比以達(dá)56，但大多數(shù)都在25～35范圍內(nèi)。 螺桿長(zhǎng)徑比有增大趨勢(shì) 年 份 1930～1940 1950～1960 1960～1970 1970～1980 1990～2000 L/D 8～15 15～20 18～25 20～35 25～45 （3）螺紋斷面設(shè)計(jì) 目前常見的螺紋斷

53、面有兩種，一是矩形斷面，另一種是鋸齒型斷面14-8.前者裝料體積較大，后者改善了塑料的流動(dòng)狀態(tài)，避免了存料現(xiàn)象的發(fā)生。推進(jìn)面的圓弧半徑為R比后面的圓弧半徑R小，一般后角為20。 R=（～）H 3-12 R=（2～3）R 3-13 螺桿直徑較大者，圓弧半徑R可取得較大。 圖14-8 除了上述兩種典型的螺紋斷截面形狀之外，還有雙楔型螺紋斷面圖14-9，設(shè)計(jì)這種螺紋斷截面的出發(fā)點(diǎn)是：根據(jù)塞流固體輸送理論，認(rèn)為塑料在槽中是以密實(shí)的固體存在，組成固體塞在的固體顆粒間沒有沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)。但是，正如非塞流固體輸送理論指出

54、的那樣：只有當(dāng)外壓力很大，而且料粒間內(nèi)摩擦因數(shù)也較高時(shí)，才有這種可能性。當(dāng)內(nèi)摩擦因數(shù)較低時(shí)，各層塑料間將存在著相對(duì)滑移，下層塑料不易被機(jī)筒拖拽向前推進(jìn)。因此，在螺槽底部便容易形成一層滯流，在螺紋推進(jìn)面、后面也會(huì)形成類似的滯流。這時(shí)，以較快速度運(yùn)動(dòng)的上層塑料將自傲下層塑料上滑移，而它們之家的摩擦因數(shù)將是內(nèi)摩擦因數(shù)f，而不是外摩擦因數(shù)f。前者將比后者大5倍左右。這就相當(dāng)于增大了塑料與螺桿的摩擦因數(shù)，根據(jù)固體輸送理論，這將降低固體輸送流率。 從固體力學(xué)可以推到出，由于螺棱側(cè)面和螺槽地面的綜合影響，剪切滑移面將和螺棱的兩個(gè)側(cè)面形成和的角度，因此，可以將螺棱的兩個(gè)側(cè)面設(shè)計(jì)成雙楔形以適應(yīng)上述情況。

55、 不同的塑料和不同的粒料形狀其內(nèi)摩擦角是不同的。因此，楔角α和β將24°～33°在之間。但是由于螺槽是螺旋形的，固體壓力自傲兩個(gè)側(cè)面將不相等。因此α和β的數(shù)值不相等，α角一般小于β角，建議用α=30°，β=45°。 實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明：雙楔形斷面的螺桿與矩形端面螺桿相比，對(duì)包括HPVC在內(nèi)的多種塑料都具有較好的效果，螺桿運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定，塑化質(zhì)量良好，產(chǎn)量能提高30%～50%.目前對(duì)這種螺桿還在研究之中。 螺棱法向?qū)挾萫和軸向?qū)挾萣： e=(0.080.12)D (3-14) b=

56、 (3-15) 幾種塑料的內(nèi)摩擦角φ 塑 料 形 狀 內(nèi)摩擦角/° PS PS PE PE PP PP PVC 球狀料 粒料 粉料 粒料 粉料 粒料 粉料 24 42 27 36 38 39 33 一般取e=0.1D。當(dāng)螺棱e或b較大時(shí)會(huì)增大螺棱上的功率消耗。過大的螺棱寬還會(huì)較少螺槽的容積。但e值 也不能太小，太小的值會(huì)使漏流增加，從而降低生產(chǎn)率，同時(shí)還會(huì)增加螺桿的磨損。 螺棱頂面形狀進(jìn)行了深入的研究提出了將直線形螺頂改成階梯形螺頂和楔形螺頂。這種設(shè)計(jì)的主要目的是為了較少螺桿與機(jī)筒的直接接觸，保

57、證在螺棱和機(jī)筒間形成穩(wěn)定的熔融物潤(rùn)滑膜以減少螺桿與機(jī)筒間的磨損。 一般直線形螺頂中，螺棱的銳邊有可能將螺棱間隙中的熔融物刮去，破壞熔膜的潤(rùn)滑作用。而在階梯形螺頂和楔形螺頂上，壓力的分布都是中間高兩邊低，產(chǎn)生的還原力會(huì)使螺桿懸浮于機(jī)筒之間不會(huì)產(chǎn)生金屬的直接接觸從而減少螺桿和機(jī)筒之間的磨損。 根據(jù)的計(jì)算的結(jié)果，對(duì)D=150㎜、e=20㎜、δ=0.15㎜的擠出機(jī)，階梯形螺桿的合理尺寸為δ/δ=1.8，e/e=2.5。而楔形螺頂?shù)暮侠沓叽鐬棣?δ=2.2，e/e=5。 采用這兩種螺頂結(jié)構(gòu)之后，雖然能減少螺桿和機(jī)筒的磨損，但是由于平均螺棱間隙δ加大，漏流量也將增大20%左右。 根據(jù)以

58、上分析螺桿參數(shù)初步確定如下： 螺桿直徑D=170×10m；長(zhǎng)徑比L/D=35; 螺距S=170×10m；螺棱寬e=15×10m；螺紋頭數(shù)M=1； 加料段長(zhǎng)度L=1370×10m；加料段螺槽深度H=26×10m； 壓縮段長(zhǎng)度L=1360×10m； 計(jì)量段長(zhǎng)度L=340mm; 計(jì)量段螺槽深度H=7.5mm; 為了設(shè)計(jì)的科學(xué)性，對(duì)螺桿的參數(shù)做以下校核： （1） 螺桿擠出參數(shù) 螺桿直徑D=170×10m；長(zhǎng)徑比L/D=35; 螺距S=170×10m；螺棱寬e=15×10m；螺紋頭數(shù)M=1；

59、 加料段長(zhǎng)度L=1370×10m；加料段螺槽深度H=26×10m； 壓縮段長(zhǎng)度L=1360×10m； 計(jì)量段長(zhǎng)度L=0.34×10m;計(jì)量段螺槽深度H=7.5mm; （2） 工藝參數(shù) 生產(chǎn)率G=550kg/h；螺桿轉(zhuǎn)速n=60r/min;機(jī)頭壓力P=19.5MPa 機(jī)筒熔融區(qū)溫度T=150℃；室溫T=20℃； （3）物料性能 加工物料：高壓聚乙烯（LDPE），熔體流動(dòng)率MFR=2.7； 固相密度ρ=920kg/m;液相密度ρ=790kg/m; 固相比熱容C=2512 J/（kg．℃）；

60、 液相比熱容Ｃ＝2345 J/（kg．℃）； 固相熱導(dǎo)率k=0.3492W/(m.℃); 液相熱導(dǎo)率k=0.1821 W/(m.℃); 熔融潛熱λ=129.8×10J/kg;物料熔點(diǎn)Tm=110℃。 2求解 （1） 準(zhǔn)備性計(jì)算之一，計(jì)算螺桿有關(guān)數(shù)據(jù) 螺紋升角φ=arctan= arctan=17°40”; 加料段：Z===0.4748m; 壓縮段：Z==502.56m; 計(jì)量段：Z==532.89m; 壓縮段總長(zhǎng):Z=1360×10m; 漸變度：A==13.6×10; 螺槽寬度：W=B×Cosφ=

61、(S-e) × Cosφ= 機(jī)筒表面速度： V=∏Dn=534.07×10m; V= V×Sinφ=162.09×10m; V= V× Cosφ=508.80×10m; 質(zhì)量流G==550kg/h=152.78×10k; 固相速度：V==43.2×10m/s 合成速度：V==575.38 m/s; 準(zhǔn)備性計(jì)算（二），計(jì)算流變參數(shù)T、、 假設(shè)熔膜平均溫度T和熔膜厚度δ T= ; 先取T==136.9℃，由于未考慮，可將T取得稍大，暫定為T=139℃.; 假定熔膜厚度δ=0.4×10m

62、; 因此，熔膜中的剪切速率為：==1438.46 s; 從圖上可以查處η=920MPa; 試計(jì)算T和δ: T= =139.35≈139℃; 與設(shè)定值相等，不必從新計(jì)算。 δ= =2.42×10 m; =+; 當(dāng)X=W時(shí) δ=0.93×10 m; δ==0.45×10 m; δ的計(jì)算值與設(shè)定值相差不大，可不在從新計(jì)算。最后計(jì)算決定剪切速率： 1278.6 S 根據(jù) T=139℃; 查出 η=925 MPa; 計(jì)算固相分布函數(shù)及熔融總長(zhǎng)度Z: 計(jì)算φ值

63、φ= =35.79 ; 計(jì)算固相分布函數(shù),假設(shè)熔融點(diǎn)在加料段末端的前一個(gè)螺距。 加料段： =[1- =(1-0.045Z) 加料段一個(gè)螺距的螺槽展開長(zhǎng)度為Z=0.4748 m; 因此加料末端： =0.958 壓縮段: ψ= =0.239 ; =56.9×10 ; = =0.958[17.57-]; 壓縮段熔融總長(zhǎng)度: =0.2＜13.6; 所以設(shè)計(jì)符合要求。 第35頁(yè) 徐州工程學(xué)院08屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 參 考 文 獻(xiàn) [1] 吳宗澤 主編.機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè).冶金工業(yè)出版社,

64、1999 [2] 吳圣莊 主編.金屬切削機(jī)床.機(jī)械工業(yè)出版社,1984 [3] 朱冬梅，胥北瀾等.畫法幾何及機(jī)械制圖.高等教育出版社,1999 [4] 陳宏鈞，馬素敏.銑工操作技能手冊(cè).機(jī)械工業(yè)出版社,2004 [5] 機(jī)修手冊(cè),金屬切削機(jī)床修理第三卷.機(jī)械工業(yè)出版社,1998 [6] 鄭堤.數(shù)控機(jī)床與編程. 機(jī)械工業(yè)出版社,2005 [7] 孫恒 陳作模 .機(jī)械原理（第六版）.高等教育出版社,2001 [8] 邱宣懷主編.機(jī)械設(shè)計(jì)(第四版).高等教育出版社,2006 [9] 培訓(xùn)班資料.螺旋錐齒輪加工調(diào)整技術(shù).中國(guó)齒輪專業(yè)協(xié)會(huì)教育培訓(xùn)中心,2004 [10] 戴曙主編.金

65、屬切學(xué)機(jī)床設(shè)計(jì).機(jī)械工業(yè)出版社,1985 [11] 謝家贏主編.組合機(jī)床簡(jiǎn)明手冊(cè).機(jī)械工業(yè)出版社，1992 [12] 金振華主編.組合機(jī)床及其調(diào)整與使用.機(jī)械工業(yè)出版社,1984 [13] 章日晉等編.機(jī)械零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1987 [14] 周開勤主編.機(jī)械零件手冊(cè)（第四版）.北京：高等教育出版社,1994 [15] 張浚生主編.金屬切削機(jī)床與數(shù)控機(jī)床.機(jī)械工業(yè)出版社,2005 [16] CharlesH.Wick,Ceramic Tools,Compensating Spindles,up Boring Productivity,《Machiery》(

66、U.S.A),1996,Num.4 [17] Numerical Control Technology, 武漢:武漢理工大學(xué)出版社,2004 第36頁(yè) 徐州工程學(xué)院08屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 翻譯部分 The new concept of cutting processing The nowadays cutting tool company cannot only be again the manufacture and the sales cutting tool, in order to succeed, they must be consi

67、stent with the globalization manufacture tendency maintenance, through enhances the efficiency, cooperates with the customer reduces the cost. Approaches the instantaneous global competition after this after NAFTA, the WTO time, the world company is making quickly to the same feeling, is lighter, a cheaper response. In other words, they make the product and the components contain can in high speed under