1、本科毕业论文（20 届）PVC 结皮发泡板成型装备的牵引切割系统设计所在学院 专业班级 机械设计制造及自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 本科生毕业论文II摘要硬质 PVC 结皮发泡板是以塑代木的一种十分理想的绿色环保建筑装饰材料。由于国内没有较好的研究基础以及完善的工艺方案，目前主要靠迎进国外的设备和技术。而国外对关键技术的限制和相对较高的成本，使国内生产陷入被动。因此，对硬质 PVC 结皮发泡板的相关技术和装备的研究显得极有意义。本文主要从以下几个方面进行了研究：1.对 PVC 结皮发泡板目前的国内外生产状况、市场需求、国内生产能力与国外生产能力的对比，设备研究状况进
2、行概括总结和探讨。2.研究 PVC 结皮发泡板材发泡成型的整个过程。探讨 PVC 结皮发泡板的生产器械、加工工艺和配方的研究。并分析工艺过程中各个机械参数、配方比对板材性能的影响。3.对 PVC 结皮发泡板材组机进行总体方案布置，并对挤出机、牵引切割机等部位的作用进行分析。4.对 PVC 结皮发泡板生产当中的牵引切割机构进行设计。包括牵引机构中的连传动分析计算及 CAD 绘图、切割机构的运动形式的确定及其分析计算制图。关键词：PVC 发泡板；挤出机；牵引切割机本科生毕业论文IIIStudy Extrusion technique and Equipment of rigid PVC foame
3、d products - traction and cutting systemabstractRigid PVC foam board crust is plastic and wood in a very desirable green building decoration materials. Since Taiwan does not have a good research base and improve the process plan, mainly by the welcome into the foreign equipment and technology. The r
4、estriction of foreign critical technology and relatively high cost, so that domestic production of passive position. Therefore, rigid PVC foam board crust technology and equipment related to the research seems very meaningful. This article mainly from the following aspects:1、For PVC crust epispastic
5、 board current domestic production conditions, market demand, domestic production capacity and foreign production capacity of contrast, equipment research and discussion are summarized.2、Study PVC crust foamed board foam molding process. Explore PVC crust epispastic board production equipment, proce
6、ssing technology and formula of research. Analysis and process all mechanical parameters, the influence on the performance of the formula sheet ratio.3、For PVC crust foamed board groups overall plan layout, the machine of extruder, traction machine etc. Function analysis.4、For PVC crust epispastic b
7、oard production of traction cutting mechanism design. Including the even drive traction calculation and CAD drawing, cutting movement of the analysis and calculation of the form and graphics.Keywords: Foamed PVC board； Extruder；Traction and cutting machine本科生毕业论文IV目 录摘要 .I第一章 绪 论 .11.1 硬质 PVC 结皮发泡板挤
8、出技术的研究背景和意义 .11.2 PVC 结皮发泡板存在的问题 .11.3 本课题研究的目的和意义 .21.4 课题研究的主要内容 .2第二章 硬质 PVC 结皮发泡板成型机理研究 .32.1 硬质 PVC 结皮发泡板生产工艺流程 .32.2 PVC 发泡板材配方 7 8.32.2.1 PVC 的选择 8.32.2.2 稳定剂的选择 8 .32.2.3 发泡剂的选择 7 8.32.2.4 助发泡剂的选择 .42.2.5 润滑剂 7 8.42.3 硬质 PVC 结皮发泡板材截面形状 .42.4 加工设备 .42.5 硬质 PVC 结皮发泡板挤出方法 .52.5.1 自由发泡法 8 10 .52
9、.5.2 向内芯发泡法 8 10 .52.5.3 受限自由发泡工艺 10.52.5.4 共挤工艺 .62.6 硬质 PVC 发泡挤出成型机理 .62.7 工艺条件的设置 .62.7.1 螺杆转速对制品性能的影响 .72.7.2 模具温度对发泡效果的影响 .72.7.3 挤出压力、模具结构对发泡制品的影响 12 15 .82.7.4 发泡剂滞流时间的影响 .8第三章 硬质 PVC 结皮发泡板生产装备的总体方案设计 .93.1 硬质 PVC 结皮发泡板生产装备 各部分组成 .9本科生毕业论文V3.1.1 挤出机组的组成 .93.1.2 挤出机组各装置的作用 .93.2 硬质 PVC 结皮发泡板生产
10、装备的总体方案设计要求 .93.3 硬质 PVC 结皮发泡板生产装备的总体方案 .103.4 硬质 PVC 结皮发泡板生产装备的总体布置 .113.5 硬质 PVC 结皮发泡板生产装备的主要参数设置 .113.6 硬质 PVC 结皮发泡板生产装备总体尺寸布置 .13第四章 牵引切割机构设计 .144.1 牵引机构设计 .144.1.1 牵引机构电机选用 .144.1.2 牵引系统方案 .144.1.3 链传动的设计计算 .154.1.4 链轮参数设计 .174.1.5 链轮绘制 .184.1.6 低速链传动的校核 .184.1.7 轧辊安装 .194.1.8 牵引机构总图 .204.2 纵向切
11、割系统设计 .204.2.1 锯片位置的安排 .204.2.2 切割电机选用 .214.2.3 切割吸粉装置 .214.2.4 切割工作台面的设计 .224.2.5 纵向切割系统总图 .224.3 横向切割系统切割电机选用 .224.3.1 电机选用 .224.3.2 切割部件布置 .224.3.3 汽缸压紧装置 .234.3.4 纵向进给设计 .234.3.5 横向进给设计 .244.3.6 横向同步切割系统总图 .26总结 .27本科生毕业论文VI致谢 .28参考文献 .29本科生毕业论文1第一章 绪 论1.1 硬质 PVC 结皮发泡板挤出技术的研究背景和意义硬质 PVC 低发泡技术的研究
12、在国外始于上世纪 70 年代，法国、奥地利、意大利于先后开发成功硬质 PVC 低发泡技术，80 年代开展工业生产。法国 VigineKuhlman 公司开发的Caluka 法(又称结皮发泡法)是低发泡技术的重大突破；目前美国、德国、日本等国已经具备相当规模的研究、开发与生产能力，韩国、我国台湾地区也于 80 年代开始推广这种技术，发展也比较快，达到了质量好、品种多、应用范围广、成本低、规模大的水平 1。90 年代初，我国开始引进国外的硬质 PVC 低发泡板材及芯层发泡复合管材生产线 2。1993 年，航天总公司三院与港商合资建立了北京亚航建材有限公司，引进成套设备和生产技术，经过几年努力，北京
13、亚航公司已能生产板厚 3-30mm 的各种 PVC 低发泡板材。1997 年四川成都成飞公司、山东海富公司分别向意大利引进一条 PVC 结皮发泡板生产线，安徽国风集团向台湾引进二条结皮发泡板生产线。随着发展，越来越多的公司引进该生产线，如我国鸡西、深圳、佛山、苏州、广州、杭州、上海、顺德、武汉等地分别引进硬质 PVC 低发泡板材生产线。而当时低发泡 PVC 制品的国产设备还不成熟，这些企业使用的国外设备引进的时间又比较早，国内原料与之不配套，产品质量波动很大，客观上也限制了该产品的推广应用。目前国内 PVC 制品挤出成型加工中大多采用锥形双螺杆挤出机，与发达国家相比，我国在双螺杆挤出机的设计制
14、造及应用方面存在很大的差距。生产线控制系统上，发达国家的挤出机组可以实现全线联机控制，与在线检测装置连接在一起，通过实现采集和储存的信号的反馈控制，使工艺条件得以稳定，产品精度得以提高 3。我国内双螺杆挤出机开发和研究工作起步比较晚，因此产品系列化程度低，档次也较低，很多产品的技术水平、机筒的精度、螺杆、质量和整机性能与现今发达国家的发展水平有一定差距 4。在双螺杆挤出机的设计、计算以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。1.2 PVC 结皮发泡板存在的问题硬质 PVC 低发泡技术的研究已进 40 年，其相应的生产加工设备也经历了快速的发展，但其还没普
15、遍使用于生活中是 PVC 发泡制品价格偏高，限制了其实用性。 以发泡板为例，目前我国硬质 PVC 低发泡板材价格比普通三合板贵 12 倍。要说PVC结皮发泡板存在的问题得从其源头说起，即原材料的选择，选择不同的原材料可以制成不同性能的制品。在硬质PVC结皮发泡板的生产中，配方是决定制品性能的关键。要求适量的发泡剂、低毒或无毒的高效复合稳定剂和助剂三者有协同增效作用，加速发泡剂的分解，才能生产出高品质的仿木材料。而国内对最优配方的选择还有待进一步的研究。多年的生产实践表明，硬质PVC结皮发泡板材的质量和性能，除受原辅助材料的选择和配方的影响外，还与加工设备的性能和挤出成型加工条件有关 5。（1）
16、 设备生产效率低，物料塑化状况不够稳定。（2） 辅机发展较慢、质量较差；品种不全，有的品种、规格尚未系列化。本科生毕业论文2（3） 螺杆材质、加工工艺(热处理与表面处理工艺)、螺杆的耐磨高温腐蚀能力都有待改进。（4） 模具不论在材质、设计水平、加工手段、加工精度及使用寿命均得完善，高速模具的开发还在起步当中。（5） 发泡型材挤出温度的控制很重要，尤其是机头和口模温度的控制。若温度过低，发泡不充分，制品密度偏高。另外，由于流动及冲击改性剂的加入，使发泡物料熔体的弹性增大，这种影响随温度下降而加剧，容易发生熔体破碎。在较高温度下塑化，才能保证制品发泡充分。但如果机头温度过高，而会导致发泡速度变快，
17、泡孔迅速扩张，引起泡孔破裂，制品表面出现疤痕，并有少量物料分解。挤出工艺条件的选择也是一大难点。1.3 本课题研究的目的和意义目前国内对硬质 PVC 微发泡或自由发泡的研究较为深入，应用较多，而对专用 PVC 结皮发泡仿木板的生产装备开发较少，理论方面还不够成熟，我们需要从硬质 PVC 结皮发泡配方、工艺技术、生产装备技术，控制系统等方面开展深入的理论和实践研究，追求更高的制品精度和自动化控制程度，以降低原材料消耗、提高生产速度，为研发一套具有高技术、高性能、低能耗、低成本的硬质 PVC 结皮发泡板仿木板的专用生产线设备提供理论依据。本课题旨在根据理论研究和设计优化，对硬质 PVC 结皮发泡板
18、仿木板的专用生产线设备中的平稳同步的大功率牵引装置和切割装备进行研究。 1.4 课题研究的主要内容本课题将主要从以下几个方面进行了研究：1.开展 PVC 结皮发泡板的国内外生产状况、市场需求、国内生产能力与国外生产能力的对比，设备状况的研究。2.研究 PVC 结皮发泡板材发泡成型的生产工艺过程。对 PVC 结皮发泡板的生产设备、加工工艺和配方等方面开展研究。分析工艺过程中各个加工工艺参数、配方对板材性能的影响。3.对 PVC 结皮发泡板材组机进行总体方案布置，确定定设备的主要参数。4.对 PVC 结皮发泡板生产当中的牵引切割机构进行具体结构设计。包括牵引机构中的连传动分析计算及 CAD 绘图、
19、切割机构的运动形式的确定及其分析计算制图。本科生毕业论文3第二章 硬质 PVC 结皮发泡板成型机理研究 2.1 硬质 PVC 结皮发泡板生产工艺流程一般硬质 PVC 结皮发泡板材生产工艺： 配料 + 高速混合机 + 冷动混合机 + 挤出机 模头 定型冷却 牵引 切割 收集 7。2.2 PVC 发泡板材配方 7 8制备 PVC 低发泡板材的基本配方，在其他助剂用量一定的条件下，改变某种配方的用量制备出 PVC 制品，通过研究物料的流变性能和制品的物性，从而确定出最优的加工工艺参数和配方。其生产配方的各种助剂如下：PVC 树脂 100、改性树脂 010、稳定剂 28、润滑剂0.42.5、填料 02
20、0、发泡剂 0.20.8、加工改性剂 16、其它添加剂 05。而各种助剂的选择需要经过分析。2.2.1 PVC 的选择 8选用悬浮法 PVC ，其 K 值在 5860 的适用于生产型材 、片材和管材芯层等; K 值6568 的适用于生产管材; 7075 的适用于生产软质泡沫塑料。2.2.2 稳定剂的选择 8加入稳定性可增加树脂的热稳定效果，降低发泡剂的分解温度，使 PVC 树脂在加工过程中不受剪切热及发泡剂分解热的影响。在 PVC 发泡板材生产过程中，为使物料充分塑化，物料的温度较高； 并且板材模具横截面宽，流道长，特别是结皮发泡板材模具的定型段较长；另外，发泡剂在分解过程中还产生分解热。这些
21、因素要求稳定剂必须具备足够的热稳定效能， 才能保证产品质量，长期稳定生产。氧化铅质量分数在 60 %左右的铅系复合稳定剂多用于生产普通 PVC 发泡板材；钙锌复合稳定剂和有机锡复合稳定剂大多用于生产出口的发泡板材和环保型装饰板材及家具用板材。铅系复合稳定剂中氧化铅和硬脂酸的金属盐类对 ADC 发泡剂有活化作用，会使 ADC 发泡剂分解温度变宽。虽然降低了发泡温度，但应注意熔融物料离开口模的平稳性，避免局部突发和鼓泡现象。铅系复合稳定剂和钙锌复合稳定剂大多含有一定量的石蜡、硬脂酸及硬脂酸的金属盐类，在配方体系中，这些组分具有良好的润滑作用，应综合考虑其对整体润滑性能所起的作用。2.2.3 发泡剂
22、的选择 7 8发泡剂分化学发泡剂和物理发泡剂两种。常规挤出机可以使用化学发泡剂，在特殊的直接加气挤出机上一般通过压力压入物理发泡剂到熔体中。化学发泡剂的使用范围较广，一般在管材、片材、板材、发泡 PVC 硬质型材的生产中得以使用。化学发泡剂分为无机和有机化合物:有机发泡剂受热分解生成气体分解物，该过程是一个放热的过程而且是不可逆的;而无机发泡剂分解通常是一个吸热过程。本科生毕业论文42.2.4 助发泡剂的选择由于均聚 PVC 的可发泡性差，不可能获得密度 110g/ 的泡沫，因为发泡过程中3cm在发泡气体的压力作用下，泡孔壁被过早撕裂。加入发泡改性剂可提高熔体的可发泡性。2.2.5 润滑剂 7
23、 8我们加入润滑剂是为了使 PVC 挤出加工变得更容易。润滑剂分外润滑剂和内润滑剂，内外润滑剂的使用效果有点不同。外润滑剂由于渗入到接触面而降低熔体与金属部件(螺杆、机筒、模具等) 之间的摩擦。内润滑剂通过改变分子间摩擦而影响熔体的流变行为，从面影响粘度，而且对原料的软化能力有影响，即影响塑化时间对温度的依赖性。常用的外润滑剂有石蜡、PE 蜡;内润滑剂有氧化 PE 蜡、硬脂醇、环氧大豆油等。由于外、内润滑剂单独使用都不能完全满足加工方法和半成品性能的需要，在 PVC 配方中常常配合使用几种润滑剂，此外，当选择润滑剂时，也必须考虑其对配方中的其他成分，特别是稳定剂体系的影响。2.3 硬质 PVC
24、 结皮发泡板材截面形状硬质 PVC 结皮发泡板材截面形状如图 2.1.2.4 加工设备硬质 PVC 结皮发泡板材生产的设备包括：高速混合机、冷搅拌机、发泡挤出机、冷却定型机、牵引切割机。高速混合机：高速混合机工作时，高速旋转的叶轮借助表面与物料的磨擦力和侧面对物料的推力使物料沿叶轮切向运动，由于离心力的作用，又被抛向混合锅内壁，并且沿壁面上升，当升高到一定高度时，由于重力作用，又落回到叶轮中心，接着又被抛起，这种上升运动与切向运动结合， 使物料处于连续的螺旋状上下运动状态。由于叶轮转速很高，物料运动速度也很快，快速运动着的物料相互碰撞摩擦，进行交叉混合，同时温度升高 9。发泡挤出机：挤出机是结皮发泡板成型加工最重要的设备之一，它通过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。PVC 低发泡型材生产所使用挤出机与生产普通 PVC 型材的挤出机基本相同，单、双螺杆挤出机均可使用。在 PVC 低发泡型材的挤出成型过程中，发泡要求在熔体离开口模后发生。否则，如果发泡在离开口模前就已发生，则熔体的流动会发生突变，无法得到均匀一致的泡孔制品故机头的机构形式非常重要。由于型材制品的形状和大小各不相同，所对应的模具机构和设计原理应有所不同。一般注意图 2.1 PVC 结皮发泡板材截面形状
