1、青岛农业 大学 机电工程学院 本科生毕业设计 （论文） 青岛农业大学 毕业设计 题 目： 螺纹管挤塑机设计 姓 名： 陈凯 学 院： 机电工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 2011.04 学 号： 20112361 指导教师： 周建强 年 月 日 青岛农业 大学 机电工程学院 本科生毕业设计 （论文） 摘 要 现如今， 塑料工业 不断 发展和开发 ， 塑料 螺纹 管和其他品种的塑料管一样，其生产品种和生产工艺也将不断地得到发展，目前已开发出来的有 PVC、 ABS、 HDPE 等塑料螺 纹 管， 其中 PVC、 HDPE 塑料螺 纹 管应用较为广泛 。 螺纹管生产效率高，廉
2、价而又实用，是农业灌溉、城市排污、通信电缆保护套等的优质选择。 Abstract The plastics industry is the emerging industry, is in a modern industry important profession, compares it with other industries is young, but prospects for development broad Industry sector. 青岛农业 大学 机电工程学院 本科生毕业设计 （论文） In the machine-building industry, the pl
3、astic widespread is used for to make the components, the part. Statistics indicated that probably has 25 plastics to use in mechanical and electrical profession each department every year. Plastic machinery gets up with but step-by-step growing up of development of industry. In the plastic machinery
4、, the plastic extruding machine is one of most aircraft types, is the plastic products process load biggest one kind of processing machinery. Plastic forces out machine having broad application in modern industry, phi120 plastic extruders among them are used for various thermoplastic plastics mainly
5、 to force out molding. If deploying the corresponding hand piece and auxiliary engine , selecting and using the right bolt , being able to Geon (soft or hard) plastic continuation such as polyethylene , polypropylene , ABS be pushed against manufacture the tube , film , bottle , belt , silk , granul
6、e , board , heterotypic products such as material , wire cable. Its main characteristic is: The characteristic, electricity absorbing the advanced abroad product of the same kind charges a box for being composed of the integration form with forcing out machine. Design bolt having various forms, long
7、 footpath ratio is big. Adopt the silicon controlled rectifier continuous current dynamo drive, steeples speed regulating is stable reliable, frequency conversion electric motor also available. Machine is set up outside the tube casting the aluminum heater, and be qualified for have a cooling to use
8、 a blower. From digital display temperature under the control of instrument realization, the automation charges the temperature, fixes the temperature. Have axial force overload protection and the moment of torsion overload protection function. Adopt the intellectualized two digitized obvious temper
9、ature to charge an instrument, realizes auto control, under the control of accuracy height. The design designing entire allocation, drive including those phi120 plastic forces out machine this time systematically, bolt axle bearing part structure and their design arranging a form, squeezing system,
10、main part school examines. Key words ： Plastic machinery; Plastic forces out machine; Shan bolt青岛农业 大学 机电工程学院 本科生毕业设计 （论文） I 目 录 第 1 章 绪论 . 1 1.1 课题背景 . 1 1.2 课题研究的目的和意义 . 1 1.3 国内外在该方向的研究现状及分析 . 2 第 2 章 电动机的选择 . 5 2.1 电动机的可选择类型 . 5 2.2 运动情况分析 . 6 2.3 传动系统的总体布置 . 7 2.4 本章小结 . 7 第 3 章 挤塑机传动系统设计 . 8 3
11、.1 挤塑机工作特性的概念 . 8 3.2 挤塑机功率的确定 . 9 3.3 挤 塑机的转速要求及其调速范围 . 9 3.4 传动系统的组成及传动形式 . 10 3.5 传动比的确定及分配 . 10 3.6 计算功率及带轮尺寸的确定 . 11 3.7 行星齿轮减速器的选择 . 14 3.8 本章小结 . 15 第 4 章 挤塑机螺杆轴承部分的结构及布置形式 . 16 4.1 螺杆轴承的布置形式的设计 . 16 4.2 轴承的冷却与润滑 . 17 4.3 螺杆与传动轴的装配结构 . 17 4.4 止推轴承的选择 . 18 4.5 螺杆的装拆 . 18 4.6 本章小结 . 18 第 5 章 挤压
12、系统的设计 . 20 5.1 螺杆形式的选择 . 20 青岛农业 大学 机电工程学院 本科生毕业设计 （论文） II 5.2 分离性螺杆的工作性能 . 20 5.3 分离型螺杆的设计 . 20 5.4 机筒的设计 . 23 5.5 机筒的结构类型及选择 . 23 5.6 加料段料筒的设计 . 24 5.7 加料口的选择 . 25 5.8 机筒材料的选择 . 25 5.9 本章小结 . 26 第 6 章 挤塑机主要部件的强度校核 . 27 6.1 螺杆的强度校核 . 27 6.2 挤塑机主要零部件的安全系数的确定 . 31 6.3 本章小结 . 33 第 7 章 挤塑机加热冷却系统的设计 . 3
13、4 7.1 挤塑机的加热方式 . 34 7.2 挤塑机的冷却装置 . 34 7.3 本章小节 . 35 结论 . 36 参考文献 . 37 致谢 . 38 青岛农业 大学 机电工程学院 本科生毕业设计 （论文） 1 第 1 章 绪 论 1.1 课题背景 塑料机械师机械工业的一个重要组成部分，塑料机械成型对塑料制品的发展起着至关重要的作用。目前塑料制品成型加工有多种方法，如挤出成型、注塑成型、压延成型和浇注成型等。其中塑料制品用挤出成型法成型，在塑料制品中所占比例较大，按成品的重量计算，约占总产量的 1/3.由此可以看出，挤出成型是塑料制品的主要成型法，它可以挤塑大部分热塑性塑料。挤出机发展的现
14、有四大趋势。 高效、多功能化 。 塑料挤出机的高效主要体现在高产出、低能耗、低制造成本 方面。在功能方面，螺杆挤出机已不仅仅用于高分子材料的挤出成型和混炼加工，它的用途已拓宽到食品、饲料、电极、炸药、建材、包装、纸浆、陶瓷等领域。 大型化和精密化 。 实现挤出成型设备的大型化可以降低生产成本 ， 国家重点建设服务所需的重大技术装备，大型乙烯工程配套的三大关键设备之一的大型挤压造粒机组长期依靠进口，因此必须加快国产化进程，满足石化工业发展需要。而精密化可以提高产品的含金量，如多层共挤复合薄膜等均需要精密挤出，而作为实现精密挤出的重要手段 熔体齿轮泵必须加大力度进行开发研究。 模块化和专业化 。
15、模块化生 产可以适应不同用户的特殊要求，缩短新产品的研发周期，争取更大的市场份额；而专业化生产可以将挤出成型装备的各个系统模块部件安排定点生产甚至进行全球采购，这对保证整期质量、降低成本、加速资金周转都非常有利。 智能化和网络化 。 发达国家的挤出机已普遍采用现代电子和计算机控制技术，对整个挤出过程的工艺参数如熔体压力及温度、各段机身温度、主螺杆和喂料螺杆转速、喂料量，各种原料的配比、电机的电流电压等参数进行在线检测，并采用微机闭环控制。有的公司已采用网上远程监测、诊断和控制，对挤出成型生产线进行网络控制。这对保证工艺 条件的稳定、提高产品的精度都极为有利。 1.2 课题研究的的目的和意义 研
16、究挤塑机设备用途工作原理为将塑料固体颗粒或粉末原料由一根或两根以青岛农业 大学 机电工程学院 本科生毕业设计 （论文） 2 上在机筒内旋转的螺杆输送，加压熔融后从成型模口挤出的成型方法。可以生产棒、条、管、片、异型材等。设备核心是螺杆的结构形式。配以相应辅机可以实现连续化作业。电线电缆的塑料绝缘和护套是采用连续挤压方式进行的，挤出设备一般是单螺杆挤塑机。塑料在挤出前，要事先检查塑料是否潮湿或有无其它杂物，然后把塑料预热后加入料斗内。在挤出过程中，装人料斗中的塑料借助重力或加料螺旋进人机筒中， 在旋转螺杆的推力作用下不断向前推进，从预热段开始逐渐地向均化段运动；同时，塑料受到螺杆的搅拌和挤压作用
17、，并且在机筒的外热及塑料与设备之间的剪切摩擦热的作用下转变为粘流态，在螺槽中形成连续均匀的料流。在工艺规定的温度作用下，塑料从固体状态转变为熔融状态的可塑物体，再经由螺杆的推动或搅拌，将完全塑化好的塑料推入机头，到达机头的料流，经模芯和模套间的环形间隙，从模套口挤出，挤包干线芯或缆芯周围，形成连续密实的绝缘层或护套层，然后经冷却和固化，制成电线电缆产品。 1.3 国内外在该方向的研究现状及分析 根据我国塑料 制品的发展趋势和产品结构调整的需要以及我国挤塑机工业的实际情况，在今后一段时期内，我国挤塑机行业应重点解决五大问题。 （ 1） 高分子材料拉伸、复合、发泡技术设备拉伸、复合、发泡是成型中极
18、为重要的专项技术，涉及到原料配方、成型工艺、塑料机械和塑料模具。 近年来，我国在一些领域已取得较大进展，如 PUR 反应注射，接近德国水平；发泡管材、发泡塑料网、发泡薄膜已达到实用水平。根据国外发展的市场需求，应重点研究双向拉伸薄膜成型技术及设备，使之达到技术实用化、设备商品化的程度。 （ 2）平挤出成型工艺与设备以“ T”型 (或 衣架式 )机头为标志的成型技术，近年来国外发展迅速，并日趋成熟、完善，其重要性和在塑料加工中所占的分量在快速上升。 我国对这类技术和设备正处于研制起步阶段，多数设备属空白。近年来，我国部分研究及生产单位开发的聚氯乙烯发泡板材 (塞路卡法和自由发泡法 )生产线，工艺
19、性差，与国外设备相比存在很大差距。 为掌握这类技术，重点要解决机头、冷却、压光装置的设备制造，包括温度尝物体流变的研究。在研制单层片材生产技术和设备的基础上，研制共挤出片材生产技术和设备。 （ 3）电磁动态原理及应用电磁动态挤出机为世界首创，在 一定范围内在某些产品上得到了成功应用 (如用于中小型吹塑薄膜生产 )。该挤出机节能省料，经济和社会效益是其他技术所不能比拟的。但目前使用范围不广，除了需要解决相应的成型装置外，在电磁动态挤出理论方面还有待解决高速高效下的热平衡，提高高分子量物料的塑化能力和质量等问题。 青岛农业 大学 机电工程学院 本科生毕业设计 （论文） 3 （ 4）在线检测及自动控
20、制技术在塑料工业发达国家，注塑成型材料的数字、智能控制和比例或伺服系统技术已成熟，且在迅速更新提档；挤出成型设备实现全线联机控制，并与在线检测装置建立反馈系统。 国产塑料成型设备基本上为单机控制，联线控制少，考虑到投 入大、成本高，测厚装置及相应的控制技术极少应用。 （ 5）计算机 CAD/CAPP/CAM 系统的建立与应用国外已普遍得到应用 ， 国内也具备基础条件，应积极推广普及应用。 综上，我国挤塑机在技术和工艺方面还存在着很大的提升空间。 因此，国内塑料机械企业应尽快提高我国塑料机械的设计和制造水平，增加国产塑料机械的市场竞争力。 目前我国已经成为世界第一大挤塑机生产和消费国，但却远不是
21、挤塑机生产强国。我国挤塑机业要追赶世界先进水平，必须要从发展高科技产品、加强塑料加工新技术的开发、研究新型高速精密塑机等方面入手，才能 缩短与世界先进水平的差距。 2003 年，我国塑料机械工业总产值 128.21 亿元，销售金额达到 122.06 亿元，这两项十年来的年均增长率都在 13%以上，并拥有了世界最大的塑机企业 -海天集团。而在出口方面， 2003 年我国共出口塑机 5.83 亿美元，十年来我国的年均塑机出口额增长率达到了 41%，去年我国挤塑机出口金额占当年塑机工业总产值的37.9%。但中国轻工机械协会许政仓教授指出，我国在出口产品中，低端产品占 90%以上，而进口增长远大于出口
22、增长。去年我国共进口塑机达 39.36 亿美元，同比增长 54.7%，远高于 出口增速。而海天集团总顾问、北京化工大学教授王兴天更是一针见血地指出：“我国塑料机械工业水平与世界先进水平的差距正在增大，如果不尽快在高科技方面追赶，我国将失去世界塑机市场竞争的主动权。” 我国在中低端挤塑机产品上对德国的威胁十分严重，他们正试图通过合资或在中国加工部件的形式来降低成本从而与我国竞争。但德方还认为，在高档产品上，中国十分希望能通过合资等方式引进技术而提高其产品质量，但其自身对高档产品的研发和国际市场的高端竞争重视不够。 我国挤塑机产业与国外差距主要表现在塑机的生产速度、精密度、测控水平方 面，尤其是精
23、密机方面。我国每年进口的约 2 万台塑机中有 60%是精密注塑机，在多层共挤塑机方面，我国的挤塑机在精确控制层厚方面难以与国外挤塑机相比。在国外普遍应用的全电动塑机，国内没有专利，只能靠引进技术生产。而且在进料、电控方面，国产挤塑机重视度不够，在成本核算十分重要的今天，精确进料对于保证减少废料产生、节约成本是极为重要的一环，从进料斗就可看出国内外产品之间的差距。 要使我国的挤塑机水平尽快与世界接轨，单纯地靠引进国外技术是不够的，必须从前沿技术的自主研发入手，改变我国挤塑机水平的落后局面。目前挤塑机青岛农业 大学 机电工程学院 本科生毕业设计 （论文） 4 技 术在环保和节能、可持续发展的研究上
24、，我国与国外发达国家处于同一起跑线，差距不明显，可以从该领域着手，发展节能环保的新型挤塑机以开拓高端市场。 青岛农业 大学 机电工程学院 本科生毕业设计 （论文） 5 第 2 章 电动机的选择 2.1 电动机的可选择类型 三相异步整流子电机的工作特性曲线与挤出机的工作特性曲线相近，采用它作原动机，能够保证有较高的功率与效率，而且这种电机启动性能好，运转性能稳定，但当调速范围大于 1： 3 时，电动机体积会明显增大，成本也相应地提高，同时挤塑机的工作环境粉尘大，调速范围大。 电动 机选择依据 ： （ 1）挤塑机的工作特性。 （ 2）分析调速范围如何满足。 （ 3）分析电机的运行特性。 （ 4）满足厂家的要求。 通过分析可知，挤塑机的工作特性为恒扭矩特性。能满足挤塑机工作特性的电机常用有 三相异步整流子电机和直流电动机 两种。 两种电机的工作特性如图 2-1 所示。 图 2-1 电动机性能表示 通过分析电动机特性及满足要求等方面得到以下结论：三相异步整流子电机的工作特性曲线与挤出机的工作特性曲线相近，采用它作原动机，能够保证有较高的功率与效率，而且这种电机启动性能好，运转性能稳定，但当调速范围大于 1：3 时，电动机体积会明显增大，成本也相应地提高，同时挤塑机的工作环境粉尘大，
