1、 毕业设计开题报告 机械设计制造及其自动化 PVC 结皮发泡板成型装备的挤出机系统设计 一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义 挤出发泡聚氯乙烯（ PVC）出现在 60 年代 ,通过对发泡 PVC 挤出的定向控制 ,制备形成的 PVC 低发泡仿木板材、型材和管材等已在许多场合替代了钢材、木材和密实的硬 PVC 材料。 挤出发泡按发泡的不同形式可以分自由发泡、结皮发泡和单面结皮发泡等，本课题主要研究结皮发泡。 PVC 结皮发泡材料的挤出加工工艺条件要比常规的 UPVC 管材或型材加工条件苛刻得多。结皮发泡挤出工艺的关键 就是使发泡剂的分解、成核 ,气泡的成长及气泡的固定等系列过程与
2、PVC 树脂的熔融塑化及成型过程相适应。 根据低发泡 PVC 板材生产工艺要求 ,在选择挤出机时 ,一方面要考虑树脂混合均匀 ,成型达到熔融温度 ,同时还要注意 PVC 树脂不能受到过的分剪切。另一方面还应保证在计量段内所具有的压力比发泡的气体压力高 ,以防止发泡剂在螺槽内过早发泡 ,使加工条件恶化。单、双螺杆挤出机都可用于低发泡 PVC 板材的挤出加工。螺杆是挤出机的核心零件，锥形双螺杆挤出机发展至今已近三十年，其间螺杆结构先后有三种结构形式普通型、双锥型、高效双锥型。 1国内外现状 1967 年前后，奥地利 ANCER 兄弟公司制造出世界第一台锥形双螺杆挤出机，其目的的一方面是为了解决平行
3、双螺杆挤出机传动系统中分配齿轮轴以及止推轴承布置和寿命问题，另一方面是为了满足用户对高挤出产量的要求。此后，奥地利、德国、日本等许多国家的塑料机械制造商也相继推出了锥形双螺杆挤出机。 近年来，异型材发展迅速，生产异型材用挤出机也得到了长足的发展，而且经历了锥双 (锥形双螺杆挤出机 )和平双 (平行双螺杆挤出机 )交替发展的过程，异型材发展之初，处于平双和锥双共用的阶段，但是，由于锥形双螺杆的结 构特点特别适合于 PVC 粉料的加工，因此，锥形双螺杆得到了快速的发展，先后出现了普通型、双锥形 (超锥型 )和高效双锥型等结构形式，产量得到很大提高，超过了 200kg/ h。而事实上锥双和平双各有特
4、点，一般在产量较小 (100kg/ h)时，锥双具有明显优势 ;而产量较大 (100kg/ h 300kg/ h)时，锥双和平双都适用 ;当产量超过 300kg/ h 时，常常采用平双而不采用锥双。 为了解决高产、高扭矩而带来的磨损问题，国外各大挤出机制造商各自采取了相应的措施。德国 Batten2feld 公司开发的高扭矩高产量机 型为了解决由于高扭矩对螺杆和减速箱产生的额外磨损的问题特别设计了一种螺杆结构。据称，能够解决高扭矩的问题，并使磨损减少 30 %。其设计特点为螺杆一定区域内其螺旋角为负值，并延长螺杆出料区的长度。而奥地利 Milacron 公司则设计了一种四轴型减速器，它可以更好
5、地分配扭矩。以往许多挤出机的两齿轮对串联排列，这样很难达到均匀的扭矩分配，采用四轴齿轮系统，将扭矩一分为二，以驱动从动螺杆，并将总扭矩的 25 %传递给两根附加轴，这样可以保证齿轮的耐久性和可靠性。同时该公司将其机型 Argos 系列长径比增为 26D，其 Argos93 平双机型型材产量达 380kg/ h，加大长径比可以使物料停留时间延长，并有较大的热传导面积，这样还可以使加工的物料范围宽。德国 Krauss 公司也着手开发了长径比增加的机型，该公司的新型平双机型采用了单元化设计，除了一个通用的支架和标准化的机筒外，其余部件均可根据需要进行组合。新研制机型产量比以前型号增加达 40 %，其
6、中 75， 90， 14， 130， 160 机型，长径比均为 26D，加工区域的延长增加了对物料能量的传递，并使物料加工过程更加平缓，适用于更多的配方体系。同时 Krauss 也重新设 计了驱动系统，扭矩比以前型号高出 50 %。美国 Davis2Stand 公司新开发的 GP294 型机，其螺杆长径比达 28D(而同类型机原有型号典型的螺杆长径比为 22D)，该机在挤出型材时最高产量为 350kg/ h，同时该公司也重新设计了其齿轮箱，并提高了止推轴承的承载能力。 德国 Weber 公司率先采用剪切热和外加热可以交替利用的新思想，设计了其新型平双机型，并在 K95 展出，引起了同行的思考。
7、挤出机中物料的塑化主要有两种热量来源，一种是机筒的外加热，另一种是螺杆产生的剪切热。对于中小型锥形双螺杆挤出 机而言，由于其剪切热较大，因此，一般长径比都比较小，相对机筒的外加热比较少。现代挤出机长径比有越来越加大的趋势，而挤出机长径比加大的唯一目的就是延长对物料的预热时间。事实上物料塑化所需的热源在一定条件下是可以互相转换利用的，即在某种条件下更多地利用机筒外加热，而在另外的条件下则较多地利用螺杆的剪切热。正是这种对物料塑化的新的认识，才使设计者在设计高速挤出机时无一例外的采取了加大螺杆长径比的方法，因为，要使机器达到高的挤出速率，挤出机的机型不可能太小，而为了使物料达到稳定的高速挤出，物料
8、在机筒中必须有一定的停 留时间，因此，须加大螺杆长径比，事实上如果物料塑化有足够的外加热，机器操作时可以采用低剪切能量，在此情况下，螺杆操作更加灵活，同时也使螺杆适合更多种类的配方。而且螺杆在低剪切情况下比以前高压缩、高剪切设计的螺杆磨损更小。 Weber 公司正是应用了这种新概念使挤出机的发展进入了一个新阶段。在 K98 展会上 各大挤出机生产公司也展出了吸收这种新思想并作改进的平双机型，并同时解决了由于高产而带来的磨损问题。 国内锥形双螺杆挤出机的发展起步于八十年代，主要是在引进、消化基础上发展起来的。上海机电机 修三厂（现上海申威达集体） 1983 年制造出国内第一台 SJZ-45 型锥
9、形双螺杆挤出机；上海挤出机厂引进了德国 HANS WEBER 公司 CE7 型（螺杆小端直径 51mm）锥形双螺杆挤出机制造技术；武汉塑料机械厂制造出 SJZ-80 型机；大连声光集体与北京化工大学合作制造出 SJSZ-60 型机。到92 年形成规模生产的仅此四个厂家，每年可为市场提供百余台锥形双螺杆挤出机。 经过十几年的努力，我国在特种挤出成型技术与装备的研究水平和开发能力方面与国际先进水平的差距并不是很大，一些新型混炼装备的主要机种国内基本都能生产，在某些 领域还有所突破。但是如何将样机转化为定型产品，进而实现系列化生产，尚需一段时间。在特种挤出机的研究领域， 经我国广大科技工作者努力，在
10、一些主要的机种如排气挤出机、串联式磨盘螺杆挤出机、往复式销钉螺杆挤出机、发泡挤出机、带熔体齿轮泵的挤出机、串联式多阶挤出机、行星螺杆挤出机等在国内均有厂家生产，具备了独立研发的能力，并享有自主知识产权，目前已进入系列化开发研制阶段。 华南理工大学发明并研制成功的塑料电磁动态塑化挤出机以及系列产品，已投入批量生产；北京化工大学最新研制成功的三类特种挤出机即 12 手提式高速排气 挤出机， 28 28 熔体齿轮泵挤出机和 CPJ 75/ 135 串联式磨盘挤出机。 就国内锥形双螺杆挤出机整体水平而言， 技术水平仍然比较低，挤出量低， 塑化不充分、 能耗大、故障率较高。 一些企业已经开始对原有相对较
11、为落后的机型进行技术改造， 将普通型锥形双螺杆更新为高效双锥型。 在锥形双螺杆挤出机的应用领域研究方面也有所突破， 北京化工大学已成功地将它用于炸药、电炭、电极材料的挤出成型。与发达国家相比， 我国在双螺杆挤出机的设计制造及应用方面存在很大的差距。 国内双螺杆挤出机开发及研究工作起步较晚，因此 产品档次较低，系列化程度低，多数产品的技术水平、螺杆、机筒的精度、 整机性能和质量与目前发达国家的发展水平有一定差距。目前，我国生产的异向旋转双螺杆挤出机多为锥形双螺杆挤出机， 平行异向双螺杆挤出机很少，并且多为中、小型机，国内所需的大型异向双螺杆挤出机几乎全部依赖进口。 在双螺杆挤出机的设计、 计算以
12、及制造技术方面仍有不少难点需要克服， 这些都制约了我国双螺杆挤出技术与装备的发展。 2技术发展趋势 （ 1）高速、高效、节能一直是近年来国际塑料机械不断改进的主旋律。高速和高产量可使投资者以较低的投入获得高 额的回报。但是，螺杆转速高速化带来一系列极待解决的问题：如物料在螺杆内停留时间短，容易引起物料混炼塑化不均；过高剪切可能造成物料急骤升温和热分解；可能出现挤出稳定性问题；需要高性能辅机和精密控制系统与之配套；螺杆与机筒的磨损问题以及减速传动箱设计问题等。因此，针对高速化可能带来的问题提供解决方案，便是双螺杆供应商技术创新的重要方向之一。 （ 2）多功能化，在功能方面，双螺杆挤出机已不再局限
13、于高分子材料的成型和混炼，其用途已拓展到食品、饲料、炸药、建材、包装、纸浆和陶瓷等领域。此外，将混炼造粒与挤出成型工序合二 为一的“一步法直接挤出工艺”也非常具有吸引力。 （ 3）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，对于大型双螺杆造粒机组、吹膜机组、管材组更是如此。在中国，大型化设备长期依赖于进口，现正在进行大型双螺杆造粒机组国产化研究。精密化可以提高产品的含金量，如多层复合共挤薄膜。熔体齿轮泵作为实现精密挤出的重要手段应加大力度进行开发研究。 3选题的依据和意义 挤出机、模具、配方、工艺是塑料异型材生产的四大要素 一般情况下、挤出机、模具属于硬件部分 ,为固定因素 配方
14、与工艺属于软件部分 ,为可变因素 ，没有优质挤出机、模具等硬件部分的支撑 ,要挤出优质塑料异型材制品纯粹是空谈。在我国塑料加工业中，几乎 1/31/2 的塑料制品是通过挤出成型来完成。随着国民经济的发展，大型塑料管材、型材、板材在石化、建筑、农业、国防等领域的应用日渐广泛，各种双螺杆挤出机的开发研制必将受到越来越多的重视。近年来 ,随着工程塑料向高品质化、 高性能化、低成本化方向发展 ,在世界范围内出现了塑料制品的多样化、 复合化。与之相对应的是需要开发具有适宜的停留时间和高剪切力的高性能双螺杆挤出机，以适应多品种小批量塑料材料改性等要求 ,并使制造工程合理化 ,实现小型机大容量生产的需要。
15、我国应借助国外生产双螺杆挤出机成熟的经验 ,研制出适合我国的新型双螺杆挤出机 ,以提高我国产品质量和技术水平 ,把产品打入国际市场 ,提高竞争能力。 二、研究的基本内容，拟解决的主要问题： 查阅资料，综合运用所学知识及参考资料，进行硬质 PVC 结皮发泡技术的基本理论学习及研究；并进行硬质 PVC 结皮发泡板挤出生产设备的总体方案设计和主要零部件设计，并对挤出机传动系统进行设计分析。通过该课题的研究，提高学生的工程设计及计算机绘图和数据处理能力，提高分析问题和解决问 题的能力，为将来从事工程设计打下良好的基础。 三、研究步骤、方法及措施： 1. 查阅资料，论文涉及的内容，形成总体的设计框架。
16、2. 对挤出机进行总体设计，用绘图软件画出二维图。 3. 对各个部件进行设计研究， 馔写 设计说明书。 四、参考文献 1 胡永明、张德庆， PVC 低发泡板材的制造技术及工艺 ， 1997 2 罗红梅， PVC 发泡板材市场需求分析，广东化工， 1997.10 3 王 献新， PVC 发泡板的发展趋势，新型建筑材料 ， 1996 年第十期 4 王丽 ， 高性能同向旋转双螺杆挤出机的开发及其脱挥理论的研究 ， 北京化工大学 ,1999 5 冯连勋、荣遒珊、董力群 ， 国内外锥形双螺杆挤出机发展概况， 1995 6 刘荣梅，国外塑料异型材挤出设备及技术进展， 2000 7 吴冰，陈勇，平行双螺杆挤
17、出机用于 PVC 型材挤出，化学建材， 1999.11 8 鲍祖韬，国内外双螺杆挤出机发展动态与分析， 1997 9 江波，我国塑料挤出机成型机及辅机的发展现状与技术水平分析， 2002 10 杨忠久、王 耀，挤出工艺与锥形双螺杆挤出机性能对应性研究， 2005 11 张平亮 ， 双螺杆挤出机的进展及其应用， 2005 12 王增富 ， PVC 平行异向双螺杆挤出机螺杆的研究 .华中科技大学， 2004. 13 秦晓南 ， 江波 ， 硬质 PVC 低发泡挤出技术 ， 北京化工大学机电工程学院 ,2002. 14 牧保文 ， PVC 发泡板材生产工艺和配方探讨 ， 河南省皮革塑料研究所 ， 2008. 15 李卓伟 ， RPVC 低密度自由发泡挤出板材生产工艺探讨 ， 广东南洋集团南成发塑胶实业公司 ，2001
