小型塑料挤出机设计

小型塑料挤出机设计
摘要
单螺杆挤出机是一种啮合型挤出设备，以其优异的加工性能得到了越来越广泛的应用，并成为市场发展的主要趋势。

通过参阅了许多文献，分析了现有常规单螺杆挤出机和加料段机筒开直槽单螺杆挤出机（IKV单螺杆挤出机）的固体输送段存在的物料输送问题，设计了一种加料段机筒配置螺旋沟槽衬套的单螺杆挤出机。

通过合理的沟槽设计，克服了现有加料衬套采用直槽产生的衬套剪切力大、温升高，导致挤出机强制输送能力下降的缺陷，提高了挤出机的产量。

本文的工作对于单螺杆挤出机的研究、设计和应用具有很好的参考价值。

关键词：单螺杆挤出机；机筒；设计。

ABSTRACT
As a kind of engaged device，single screw extrude has been gained widespread availability，for its extremely excellent attribute for processing，and single screw extruder has became the main tendency of market development.By referring to a lot of literature available and analysis the conveying problems existing in the solid conveying zone of the conventional single screw extruders and the single screw extruders that use the IKV system, a kind of single extruder whose feed section was comprising of a feed bushing that has several helical grooves in its inner surface was designed. Its conveying theory was also studied. It can realize positive conveying in the solid conveying zone. Besides, it can also overcome the defects that the existing feed bushings have, such as high shearing force, high melt temperatures, which can decrease the solid conveying capacity of the extruder. So it can highly increase the output of the extruder.
The works of the paper will play a positive role for designs，studies and applications of single screw extruder.
Key words: Single Screw Extrude; Barrel；Design
目录
1.绪论 (1)
1.1课题背景 (1)
1.1.1普通单螺杆挤出机 (1)
1.1.2加料段机筒开轴向沟槽的单螺杆挤出机 (1)
1.2研究目标及内容 (4)
2.主要机构及零部件的方案对比、选择 (5)
2.1单螺杆挤出机的结构 (5)
2.1.1单螺杆挤出机组成 (5)
2.2传动方案的设计和选择 (5)
2.2.1挤出机驱动功率的确定 (5)
2.2.2挤出机的转速要求及调速范围 (5)
2.2.3挤出机的传动系统的组成 (6)
2.3螺杆的结构及材料 (7)
2.3.1螺杆的材料的选择 (7)
2.3.2螺杆结构形式 (7)
2.3.3螺杆的表面处理 (8)
2.4机筒的结构及材料 (8)
2.4.1机筒材料的选择 (8)
2.4.2机筒的表面处理 (8)
2.4.3机筒的结构形式 (8)
2.4.4机筒与机头的连接形式 (9)
2.5加热冷却方案的对比和选择 (9)
2.5.1加热功率的确定 (9)
2.5.2挤出机的加热方法 (10)
2.5.3挤出机的冷却装置 (11)
2.6机筒与支架间的连接 (12)
2.7挤出机加料系统的设计 (12)
3.重要结构的设计及校核 (13)
3.1传动系统的设计及校核 (13)
3.1.1皮带传动设计 (13)
3.1.2 V带轮的结构尺寸 (15)
3.2加料套的设计 (17)
3.3螺杆的设计及校核 (20)
3.3.1螺杆的设计 (20)
3.3.2螺杆的强度计算及校核 (23)
3.4机筒的设计及强度校核 (24)
3.4.1机筒壁厚的选择 (24)
3.4.2机筒的强度校核 (24)
3.5螺杆尾部平键的强度计算 (25)
结论 (26)
参考文献 (27)
致谢 (28)
1.绪论
1.1课题背景
挤出成型具有生产率高、适应性强、用途广泛等优点，几乎适合于所有高分子材料的加工。

螺杆挤出机是聚合物加工最基本的装备之一。

迄今为止, 对单螺杆挤出机的研究已有近90年的历史。

过去人们对单螺杆挤出机的研究仅仅是停留在普通挤出机的理论研究和结构完善上，这只能适当提高产量、改善制品性能。

1.1.1普通单螺杆挤出机
普通单螺杆挤出机的机筒的内表面都是光滑的圆柱面，机筒中的物料向前输送的动力来源于物料与加料段机筒之间的摩擦力。

由固体输送理论可知，通过提高，可以
增大输送角，进而获得较高的生产率。

但是对于普通单螺杆挤出机来说，一般较
小，挤压系统的固体输送率很低，进而影响到挤出机的产量。

此外，加料段的冷却一般只限于机筒的加料口附近，再加上该段与前面的热机筒没有隔热措施，热机筒的热量就会传导至该段，因此冷却不充分，不但未能增大物料与机筒之间的摩擦系数，反而有可能在一定的条件下，虽然机筒表面温度未达到物料的熔点，但物料在摩擦热作用下便已经融化了，固体输送率会更低。

中国地质大学长城学院毕业设计任务书
学生姓名李江学号05208307 班级机制3班
指导教师于建波职称高级工程师单位中国地质大学长
城学院
毕业设计
题目
小型塑料挤出机设计
毕业设计主要内容和要求：
根据目前塑料成型应用的广泛性，技术成熟性以及稳定性方面考虑，进行最优的小型塑料挤出机设计。

⒈设计单螺杆挤出机件的传动系统
⒉设计单螺杆挤出机件的加料系统
⒊设计单螺杆挤出机件的挤压系统
⒋基本实现单螺杆挤出机的功能
毕业设计主要参考资料：
[1]濮良贵，纪名刚主编.机械设计.第8版.北京:高等教育出版社. 2006.5
[2]郭克希，王建国.机械制图.第7版.北京:机械工业出版社,2006.8.
[3]左健民.液压与气压传动.第4版.北京:机械工业出版社,2007.5.
[4]王伯平主编.互换性与测量技术基础.第2版.北京:机械工业出版社,2008.12.
[5]刘鸿文主编.材料力学.第4版.北京:高等教育出版社,2004.
[6] 孙恒，陈作模，葛文杰主编．机械原理．第7版．北京：高等教育出版社，2006.5
[7] 王先逵主编．机械制造工艺学．第2版．北京：机械工业出版社，2006.1
[8]熊诗波，黄长艺主编．机械工程测试技术基础．第3版．北京：机械工业出版社，2006.5
毕业设计应完成的主要工作：
⒈分析各构件最优选择方案
⒉进行单螺杆挤出机件主要构件的设计及其校核
⒊绘制零件图、装配图
⒋撰写设计说明书，不少于6000字
毕业设计进度安排：
序号毕业设计（论文）各阶段内容时间安排备注1选定毕业设计题目，查阅并收集整理相关资料2011.11.-2011.12
2 调查研究提纲，分析处理数据，并撰写毕业设计
开题报告
2011.12
3结合毕业设计课题进行外文资料阅读，并翻译外
文资料，并撰写文献综述
2012.1-2012.2
4构思并丰富论文内容，完成论文初稿的撰写，2012.3.-2012.4 5论文修改润色，完成论文终稿2012.4.-2012.5
6 评审并进行答辩2012.5
课题信息：
课题性质：设计√论文□
课题来源：教学□科研□生产√其它□
发出任务书日期：
指导教师签名：
年月日
教研室意见：
教研室主任签名：
年月日
学生签名：
中国地质大学长城学院毕业设计开题报告
学生姓名李江学号05208307 专业班级08级机制3班
指导教师于建波职称高级工程师单位中国地质大学长城学院
课题性质设计√论文□课题来源科研□教学□生产√其它□
毕业设计（论
文）题目
小型塑料挤出机设计
一、课题研究的背景
在我国的塑料加工行业中，有1/3~1/2的塑料制品是通过挤出成型来完成的。

作为塑料机械的第二大类产品，挤出成型及其机组的产量和销售额占塑料机械的20%~25%，其生产厂家分布在机械、轻工、石化、轻工、化工、建材、军工等行业。

挤出机的品种占塑料机械品种的30%，这个比例还有逐年上升的趋势。

因此，挤出机有着很大的发展前景。

在常规螺杆挤出机组的性能方面，我国已能生产螺杆直径为12~250mm的多种规格、门类齐全的挤出机组，长径比大多为25~30mm，一些新型的混炼元件如分离型、屏障型、分流型、变道型以及结束位置变换型等得到了广泛的发展。

在特种挤出机的研究领域，经我国广大科技工作者的努力，已研究出如排气挤出机，电磁动态塑化挤出机，串联式多阶段挤出机，行星螺杆挤出机等多种机型，目前已进入系列化的研究阶段。

总的来说，由于我国塑料工艺与发达国家相比起步较晚，因此在经济规模上，尤其是在控制水平、效率、精度、可靠性和成套性等方面与发达国家相比还存在一定程度上的差距。

二、课题研究现状
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。

塑料挤出机的主机是挤塑机，它由挤压系统、传动系统和加热冷却系统组成。

塑料挤出机按其螺杆数量可以分为单螺杆挤出机、双螺杆挤出机和多螺杆挤出机。

不同的塑料挤出企业根据生产能力、成本高低、生产场地大小以及所应用场所的不同，对塑料挤出机的需求也不尽相同。

具体情况如下表所示：
各种塑料挤出机的优缺点及适用范围
塑料挤出机类型优缺点适用范围
单螺杆塑料挤出机
产量高，能耗低，高效能、
低噪音及较长的使用寿命，且操
作便捷、维护简单、成本低
各种热塑性塑料挤出
成型、挤出造粒
双螺杆塑料挤出机
结构复杂，价格高，具有较
好的混炼塑化能力，物料在挤出
机中停留时间短，产量大，挤出
速度快，单位产量耗能低。

粉料加工
多螺杆塑料挤出机
能耗低、产量高、混合分散
质量好，精密度高，易受到温度
波动、转速波动及压力波动的影
响，不容易维护
特种高品质塑料制品
加工
螺杆挤出机是塑料成型加工最主要的设备之一，它通过外部动力传递和外部加热元件的传热进行塑料的固体输送、压实、熔融、剪切混炼挤出成型。

尽管螺杆挤出机种类繁多，但就挤出机理而言，基本是相同的。

传统螺杆挤出机挤出过程，是依靠机筒外加热、固体物料与机筒、螺杆摩擦力及熔体剪切力来实现的。

“摩擦系数”和“摩擦力”，“粘度”和“剪应力”是影响传统螺杆挤出机工作性能的主要因素，由于影响“摩擦”和“粘度”的因素十分复杂，因此，传统螺杆挤出机挤出过程是一个非稳定状态，难以控制，对某些热稳定性差、粘度高的热敏性塑料尤为突出。

螺杆挤出机由于突出的成本、效率比和多功能性，主要用于连续塑料的生产。

双螺杆挤出机主要有输送，塑化和均化材料的功能。

其尺寸确定和技术的设计，必须满足以下要求：高扭矩和高产量，较高的熔体生产能力，低螺杆转速下有较高的生产率，即避免降解或交联，使材料产量的变化量最小，最适宜的熔体温度，很宽的温度范围，减少磨损等，而熔体和制品质量的提高以及效率提高等目标决定着单螺杆挤出机的发展。

结论：选择小型单螺杆塑料挤出机设计。

三、课题研究的内容
⒈设计方案的拟定；
⒉参数的拟定；
⒊传动系统的设计；
⒋加料系统设计；
⒌挤压系统设计；
⒍整体结构的设计。

四、研究方案
1.利用中国知网、维普、万方等数据库完成与毕业论文相关内容的论文的检索；利用图书馆的图书资源查阅相关的理论内容；充分的利用互联网进行资料的检索收集。

2.为了适应挤出机设计制造的发展，挤出机也从早期结构单一的传统式向多样化发展。

经过调研了解到国内市场对于单螺杆挤出机的需求量比较大，考虑到国内的特点，从实用角度出发，确定如下方案：
(1) 对各种不同挤出机的总体结构进行深入剖析；
(2) 根据主要技术参数设计挤出机的整体结构；
(3) 运用AutoCAD绘制零件图和挤出机总体结构装配图；
本课题运用AutoCAD技术进行挤出机总体结构的设计，可以缩短产品开发周期，提高产品质量，降低成本，增强产品的市场竞争能力；
(4)在满足以上要求的同时，尽量结构简单，操作方便，适用范围广。

五、进度安排
1.第一阶段：2011年11月到2011年12月，确定毕业设计题目，查阅并收集整理相关资料；
2.第二阶段：2011年12月，调查研究提纲，分析处理数据，并撰写毕业设计开题报告；
3.第三阶段：2012年1月到2012年2月，结合毕业设计课题进行外文资料阅读，并翻译外文资料，并撰写文献综述；
4.第四阶段：2012年3月到2012年4月，构思并丰富论文内容，完成论文初稿的撰写；
5.第五阶段：2012年4月到2012年5月，论文修改润色，完成论文终稿；
6.第六阶段：2012年5月，评审并进行答辩。

六、预期结果
设计出的单螺杆挤出机能够实现应有的特点并能够正常运转，振动小，噪音低。

由于设计者能力有限，本次研究可能还有需要完善的地方。

本次开题报告只是初步的设计构思，但理论上仍具有可行性，实践还有待进一步证明。

七、参考文献
[1]濮良贵，纪名刚主编.机械设计.第8版.北京:高等教育出版社. 2006.5
[2]郭克希，王建国.机械制图.第7版.北京:机械工业出版社,2006.8.
[3]左健民.液压与气压传动.第4版.北京:机械工业出版社,2007.5.
[4]王伯平主编.互换性与测量技术基础.第2版.北京:机械工业出版社,2008.12.
[5]刘鸿文主编.材料力学.第4版.北京:高等教育出版社,2004.
[6] 孙恒，陈作模，葛文杰主编．机械原理．第7版．北京：高等教育出版社，2006.5
[7] 王先逵主编．机械制造工艺学．第2版．北京：机械工业出版社，2006.1
[8]熊诗波，黄长艺主编．机械工程测试技术基础．第3版．北京：机械工业出版社，2006.5
[9] 毛谦德，李振清. 袖珍机械设计师手册. 机械工业出版社，1994.
指导教师意见：
指导教师签名：
年月日教研室意见：
审查结果：同意□不同意□
教研室主任签名：
年月日
附录：。