塑料挤出成型毕业设计范本.docx
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建议成绩：
指导教师签字：
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摘要
本文是关于工业用塑料聚合物双螺杆挤出机的设计。
在工业上和实验室中，螺杆挤出机都应用及其普遍，是塑料加工设备的重要元部件之一。
作为工业中使用的双螺杆挤出机，在设计过程中，除了要求能够完成固体输送、增压、熔融、熔体输送和泵压等一系列通用过程以外，还要求涉及到复合塑料与聚合物颗粒之间的混合，以及物料喂料量的控制。
物料喂料量的控制则是通过控制主螺杆及其辅助喂料螺杆的转速来完成的。
同时，双螺杆挤出机具有分布混合和分散混合效果良好、自洁作用较强、可实现高速运转、产量高等特点，特别适合聚合物的改性，如共混、填料、增强及反应挤出。
有利于增加挤出机的挤出产量，提高塑化质量。
关键词：
双螺杆挤出机；辅助喂料螺杆；工业；同向啮合
TOC\o"1-2"\u1、绪论PAGEREF_Toc372190742\h1
1.1塑料挤出成型概述PAGEREF_Toc372190743\h1
1.2塑料挤出成型的基本特点PAGEREF_Toc372190744\h1
1.3塑料挤出成型设备的组成PAGEREF_Toc372190745\h2
1.4挤出机的分类PAGEREF_Toc372190746\h3
1.5挤出机的选择原则和方法PAGEREF_Toc372190747\h3
1.6挤出螺杆的选择PAGEREF_Toc372190748\h3
2、同向啮合双螺杆挤出机PAGEREF_Toc372190749\h4
2.1挤出机型号说明PAGEREF_Toc372190750\h4
2.2挤出成型基本原理PAGEREF_Toc372190751\h5
2.3同向啮合双螺杆挤出机工作原理及其特性PAGEREF_Toc372190752\h7
2.4本次所设计挤出机类型的确定PAGEREF_Toc372190753\h7
2.5同向啮合双螺杆挤出机的主要技术参数和规格PAGEREF_Toc372190754\h7
3、同向啮合双螺杆挤出机性能参数的选择PAGEREF_Toc372190755\h8
3.1螺杆直径的选择PAGEREF_Toc372190756\h8
3.2螺杆中心距公称尺寸的选择PAGEREF_Toc372190757\h8
3.3螺杆长径比的选择PAGEREF_Toc372190758\h8
3.4螺杆转速要求及范围的选择PAGEREF_Toc372190759\h9
3.5挤出机功率的确定PAGEREF_Toc372190760\h9
3.6挤出机加热功率的确定PAGEREF_Toc372190761\h9
4、同向啮合双螺杆挤出机主要零部件的设计PAGEREF_Toc372190762\h9
4.1主螺杆的设计PAGEREF_Toc372190763\h10
4.2机筒的设计PAGEREF_Toc372190764\h11
4.3螺杆与机筒的配合要求PAGEREF_Toc372190765\h12
4.4分流板及过滤网PAGEREF_Toc372190766\h12
4.5料斗的设计PAGEREF_Toc372190767\h12
5挤出机电机的选择PAGEREF_Toc372190768\h13
6减速器的设计PAGEREF_Toc372190769\h13
6.1传动方案的总体设计PAGEREF_Toc372190770\h13
6.2齿轮设计PAGEREF_Toc372190771\h13
6.3齿轮轴的设计PAGEREF_Toc372190772\h24
6.6箱体的设计PAGEREF_Toc372190773\h38
结束语PAGEREF_Toc372190774\h40
参考文献PAGEREF_Toc372190775\h41
致谢PAGEREF_Toc372190776\h42
1、绪论
1.1塑料挤出成型概述
挤出成型是在挤出机中通过加热、加压使各种塑料以熔融流动状态连续通过口模成型的方法。
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。
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。
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。
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的环境污染。
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。
1.2塑料挤出成型的基本特点
与其他成型方法比较，挤出成型具有以下的特点：
（1）挤出成型可实现生产的连续化和自动化。
生产操作简单，工艺控制容易，效率高，产品质量稳定。
（2）可以根据产品的不同要求，改变产品的断面形状。
其产品为管材、薄膜、电缆、单丝、棒材、板材、片材、中空制品及异型材等。
（3）连续的生产操作，特别适合于较长尺寸的制（4）应用范围广泛。
如可以加工大多数热塑性塑料及部分热固性塑料，用挤出法进行共混改性、塑化、造粒、脱水和着色等。
（5）设备成本低、投资少、见效快，生产占地面积小，生产环境清洁。
（6）可进行综合性生产。
伴随着塑料工业的迅猛发展，还将具有更广阔的应用前景。
1.3塑料挤出成型设备的组成
一套完整的挤出设备由主机、辅机及控制系统组成。
1.3.1主机
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。
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。
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。
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。
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。
1.3.2辅机
通常包括：
机头、冷却系统、定型装置、牵引装置、切割装置和卷曲装置等。
机头是制品成型的主要部件，熔融塑料通过机头获得断面与流道几何形状相似的塑料制品。
定型装置作用是将机头中挤出的制品的形状稳定下来，并对其进行精确调整，从而得获得断面尺寸精确且表面光滑的塑料制品。
冷却装置从定型装置出来的制品冷却，获得最终的形状和尺寸。
牵引装置作用是均匀的牵引制品，使挤出过程稳定。
切割装置作用是将挤出的连续硬制品切成所需长度及宽度。
卷取装备作用是将软制品（薄膜、单丝等）卷绕成卷。
1.3.3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、油（汽）缸、驱动油泵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。
1.4挤出机的分类
1.4.1分类方法
按装置位置分为立式挤出机和卧式挤出机。
按可否排气分为排气挤出机和非排气挤出机。
按螺杆转速分为普通挤出机、高速挤出机和超高速挤出机。
按螺杆数目的多少和结构分为无螺杆挤出机、单螺杆挤出机、双螺杆挤出机、多螺杆挤出机。
单螺杆挤出机有普通型、部分型和排气式三种机型；双螺杆挤出机又可分为异向旋转同向旋转和双螺杆反应器三种机型。
1.5挤出机的选择原则和方法
选择挤出机的总原则是技术上先进、经济上合理、确保产品质量，除此之外还要全面衡量机器的技术经济特性，并以下列因素为选择依据：
（1）机器的生产效率；
（2）挤出质量；（3）能量消耗；（4）机器的使用寿命；（5）挤出机的通用性和专用性。
挤出机的选择可按三步进行：
首先是选择挤出机的类型；其次是选择螺杆的形式；然后再根据用户生产规模和产品质量要求以确定要选取的挤出机的主要技术性能。
1.6挤出螺杆的选择
1.6.1螺杆结构形式的选择
普通型螺杆
（2）新型螺杆
（3）排气螺杆（4）多功能组合式螺杆
1.6.2螺杆基本参数的选择
螺杆的基本参数有：
螺杆直径（D）、转速（n）、长径比（L/D）、压缩比（ε）和机头压力（p）。
1.螺杆直径螺杆直径的大小主要由转数和产量及其它几何参数决定的。
螺杆直径：
式中：
Q-----生产能力kg/h;D-----螺杆直径mm;n------螺杆转速r/min；
------经验出料系数，通常取=0.003~0.007
由公式计算出直径后，在从国标螺杆直径系列：
30，45，65，90，120，150，200来选取。
2、同向啮合双螺杆挤出机
2.1挤出机型号说明
塑料机械的辅助代号用于表示机组（代号为Z）、辅机（代号为F）、附机（代号为U）。
主机不标辅助代号。
设计序号是产品设计的顺序，按字母A，B，C……顺序选用，但字母I，O不选，首次设计的机械产品不标注设计序号。
2.2挤出成型基本原理
挤出成型是将物料加入机筒与机筒内旋转着的螺杆之间进行固体输送、压缩、熔融塑化，最终定量地通过机头口模而实现制品的成型。
挤出过程的基本原理是通过挤出理论研究得到的。
突破性进展至今，挤出机中的塑料在一定外力作用下，随不同温度出现的三种不同物理状态与螺杆的结构、塑料的性能及加工条件之间的关系。
为了更好地说明挤出成型的基本原理，先简要说明塑料存在的三种物理状态。
2.2.1塑料随温度的三态变化
塑料在一定的外力作用下，受热时会出现三种物理状态：
玻璃态、高弹态、粘流态，这三种状态在一定外在条件下可以相互转化。
2.2.2挤出过程中的物态变化
将螺杆分成三个基本职能区域：
加料段、压缩段、计量段。
2.2.3固体摩擦输送理论
2.2.4熔融理论
熔融段是固体输送段和熔体输送段之间的部分。
在熔融段内塑料从固态转变为熔融态，并且高弹态与粘流态共存。
因此，熔融段塑料的流动情况比固体输送更为复杂。
熔融理论研究的是在熔融段内塑料的熔融过程及其流动情况。
它是建立在流变学、热力学等基础上的理论，用于指导螺杆熔融段的设计。
2.2.5熔体输送理论
熔体输送区的作用相当于一个泵，对物料进行进一步均匀混合、融化和加压，然后使其在适宜的温度下，定压、定量地输送到机头。
所以，熔体输送段有时又称为计量段、压出段或均化段。
研究这一段的基本规律的理论称为熔体输送理论，又称流体动力学理论。
2.2.6挤出机的工作状态
2.2.6.1螺杆特性线
挤出机稳定工作时，若
式中——反流系数，cm;——正流系数，cm；
——漏流系数，cm。
挤出量为：
当螺杆转速和温度不变时，不变，所以挤出量与压力降成线性关系。
在确定转速下的Q-ΔP为线性关系，就称为螺杆特性线。
同一根螺杆，在不同转速下得到的不同的螺杆特性线，称为螺杆特性线族。
由上式可得出如下结论：
（1）螺杆转速不变是，挤出机挤出量随压力的升高而下降，其下降的程度取决于螺杆的几何参数和胶料的粘度。
（2）增加均化段的螺槽深度，将会增大螺杆特性线的斜率，而使挤出量随压力的变化幅度而增加，这不利于对挤出机的控制操作。
（3）增加均化段的长度，会使螺杆特性线斜率减少，使挤出量随压力的变化减少，这有利于对挤出机的控制操作。
（4）在相同压力下，挤出机的螺杆的转速高，挤出量越大。
2.3同向啮合双螺杆挤出机工作原理及其特性
同向啮合双螺杆挤出机表现为物料的正位移输送特性。
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。
与单螺杆挤出机相比，双螺杆挤出机有如下优点：
（1）混合作用。
相对速度大，所以混炼效果十分好。
（2）自洁作用。
（3）节能特性。
2.4本次所设计挤出机类型的确定
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。
2.5同向啮合双螺杆挤出机的主要技术参数和规格
（1）螺杆公称直径。
指螺杆外圆直径，用D表示，单位（mm）；对于变径螺杆而言，公称直径是个变值。
（2）螺杆长径比。
指螺杆有效长度L（有螺纹部分长度，即由加料口中心线到螺纹末端的长度）与外径D之比，用L/D表示。
（3）螺杆的转动方向。
双螺杆的转向有同向和异向之分。
（4）螺杆转速范围。
指螺杆的最低转速到最高转速间的允许值单位（r/min）；（5）驱动电机功率。
表征挤出机的驱动能力用P表示，单位（KW）；
（6）机筒加热功率。
指双螺杆挤出机加热功率的总和，用H表示，单位（KW）；（7）双螺杆中心距公称尺寸。
指平行布置两螺杆中心的距离，用a表示，单位为（mm）；（8）实际比功率。
指每小时平均加工1kg物料所需实际使用功率指标；（9）比流量。
指挤出机螺杆每转的生产能力；（10）生产能力：
指每小时的制品挤出量，用Q表示，单位（kg/h）。
3、同向啮合双螺杆挤出机性能参数的选择
3.1螺杆直径的选择
同向啮合双螺杆挤出机的几个特征参数：
螺杆直径、螺杆中心距公称尺寸、长径比、螺杆转速要求及范围、挤出机功率和挤出机加热功率在进行挤出机设计或选用前，首先要对这些参数给予确定。
螺杆直径：
即螺杆的外径，它是挤出机的重要参数，一般用D表示，单位为mm，它表征挤出机挤出量的大小。
螺杆直径的选取是根据挤出机的产量来确定设计参数：
生产以聚氯乙烯（PVC）为主料的复合塑料，最大产量为200Kg/h，最高转速为260r/min。
根据我国同向双螺杆挤出机基本参数表（JB/T5420-91）和螺杆直径系列标准，取螺杆公称直径:
D=72mm。
3.2螺杆中心距公称尺寸的选择
指平行布置两螺杆中心的距离，用a表示。
单位为mm。
根据螺杆直径、螺杆计量段螺纹槽深度和计量段啮合程度确定。
3.3螺杆长径比的选择
用L/D）来表示，即螺杆有效螺纹部分长度L与螺杆外径D之比，它可以表征螺杆的塑化能力和塑化质量，用（L/D）来表示。
螺杆长径比的增加有如下好处：
（1）螺杆加压充分，能提高塑料制品的物理机械性能。
（2）提高塑化质量，制品外观质量好。
（3）有利于类似于PVC粉料挤管的成型。
（4）螺杆特性曲线斜率小，挤出量稳定，挤出量可以提高20%~40%。
但螺杆长径比与很多因素有关，因此可以根据加工条件和实际需要再由试验确定，还可以由统计类比的方法来确定。
国产同向旋转挤出机的主要技术参数表（JB/T5420-91）显示生产能力为300kg/h的螺杆挤出机螺杆长径比L/D=28~32，取L/D=30
3.4螺杆转速要求及范围的选择
螺杆转速范围：
用（最高转速）~（最低转速）表示，其单位是r/min。
对挤出机速度要求有两方面，既能实现无级调速又要有一定的调速范围。
要求实现无级调速的目的是容易控制挤出质量并与辅机的一致配合；要求有一定的调速范围的目的是为了适应多种加工物料及满足多种工艺要求。
根据常用挤出机的设计参数，确定螺杆转速范围为：
n=50~260r/min
3.5挤出机功率的确定
双螺杆挤出机功率的确定通常是根据经验选取，根据我国同向双螺杆挤出机基本参数表（JB/T5420-91）选取挤出机主电机功率:
P=55KW.
3.6挤出机加热功率的确定
机筒加热功率：
用H表示，单位为千瓦（KW）。
通常情况下按机筒的内表面积计算加热功率：
H=
==41.1KW
式中H——机筒加热功率，单位为KW；——机筒内直径，单位为mm；A——单位面积的加热功率，W/。
A值根据各种塑料性能靠经验选定，取A=5.5×W/。
4、同向啮合双螺杆挤出机主要零部件的设计
同向啮合双螺杆挤出机主要零部件包括螺杆、机筒、分流板、过滤网、料斗及料斗传输螺杆等装置。
4.2机筒的设计
机筒是双螺杆挤出机最重要的部件之一。
4.2.1机筒的结构类型选择及特性
机筒的结构类型主要有分段式、整体式、双金属和轴向开槽结构形式，机筒的优劣以及双螺杆螺杆挤出机的设计要求，选择分段式机筒。
4.2.2机筒的结构尺寸设计
根据参考值，可选择机筒壁厚h=40mm机筒的内径。
机筒的外径：
机筒两孔的中心距为两螺杆中心距，即为70.7mm.
机筒总长度L的确定。
查GB/T297-95,选取安装在机筒内深沟球轴承的代号为61810，其内径为50，外径为65mm,宽为7mm.轴承端盖暂取40mm,螺杆螺纹端末端到轴承需留一段长度供密封，取该段长度为30mm.则螺杆的重长度L为：
L=2160+7+40+30=2237mm取：
L=2240mm
4.2.3机筒的材料选择
这里我们选择40Cr钢作为机筒的制造材料。
4.3螺杆与机筒的配合要求
4.4分流板及过滤网
作用是：
①防止熔料中的杂质和未熔物料进入机头而堵塞机头流道或影响产品质量；②使由机筒来的熔料的旋转运动变为直线运动，并分成若干束，以保证挤出稳定；③搅拌混合，增强塑化效果。
④设置料流障碍，以增加背压来保证制品的密实；⑤支撑过滤网。
4.5料斗的设计
料斗的设计遵循不允许物料结成团、架桥和挂料的原则。
料斗角度应该大于塑料颗粒的静止角。
为了达到设计所需要求，该挤出机设置两个料斗：
一个用于盛装主料；另一个用于盛装添加料。
如下图所示：
6.6箱体的设计
完整的减速器箱体上设有窥视孔、窥视孔盖、连通器、轴承盖、定位销、起箱螺钉、油标、放油孔、放油螺塞和起吊装置等。
本设计为卧式减速器。
减速器箱体设计数据如下表所示。
减速器箱体的设计参数
结束语
经过三个月的专心设计，我的毕业设计已经接近尾声。
毕业设计是我们每个大专生生活的最后一个重要环节，是对大专三年学习过程综合能力的考核。
对每个学生来说，毕业设计既总结了我们大专所学的理论知识，又给我们提供了应用所学知识和锻炼动手能力的机会，是对大专三年学习的检验和完善。
我的毕业设计题目是工业用复合塑料挤出机的设计。
这次所设计的单螺杆挤出机，既借鉴了前人已有的优秀成果，同时也渗入了自己的汗水。
单螺杆挤出机用于工业生产，不但需要具有通用挤出机的功能，而且还要具备物料加入量控制和物料混合的功能。
为了解决这些问题，我在原有单螺杆挤出机的基础上，多增设了两根辅助送料螺杆，其中一根螺杆用于输送聚合物颗粒，而另一根螺杆则用于输送复合塑料，两种物料在辅助送料螺杆的末端被混合在一起。
在物料加入量的控制方面则利用对辅助送料螺杆转速的控制来完成，两根辅助螺杆在设计上是完全一样的，只需分别对两螺杆进行调速控制，就可以得到不同的物料混合比例。
这样，工业用单螺杆挤出机的设计要求就达到了。
通过这次毕业设计，我学会了如何查阅资料，如何应用已学过的知识，体会到了所学理论知识的重要性，逐渐形成了一套自己的从提出问题，到分析问题，最后到解决问题的思路。
这些都会使我在将来的学习和工作中受益匪浅。
由于所学知识有限，以及缺乏实际经验，因此，我的毕业设计中难免存在缺陷和不足之处，恳请各位老师及评阅者批评指正，我将在今后的学习和工作中进行弥补。
参考文献
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化学工业出版社,1999
致谢
持续几个月的毕业设计已经结束，本次设计是在杨寅威老师的悉心指导下完成的。
杨老师对学生认真负责严格要求的作风、对工作一丝不苟的敬业精神及循循善诱的教导给予我无尽的启迪。
从设计题目的选题、文章的结构到说明书的版式、标点符号，杨老师都作了细心的指导，花费了很大的心血。
在这里我首先对杨寅威老师表示衷心的感谢。
同时，本次设计对我来说是一次全新的挑战。
这次课题涉及了机械设计、机械原理、机械制造技术基础、材料力学……多方面知识。
在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，都离不开设计小组的集体努力，是他们的坚持与陪伴保证了设计的顺利完成。
感谢导师杨寅威老师在毕业设计过程中的关心和支持，也感谢各位同学在设计过程中的鼎立相助。
愿此次设计顺利完成，以答谢各位老师和同学的支持！
最后，向在百忙之中评阅本文的各位老师表示衷心的感谢！
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