塑料挤出机开题

塑料挤出机开题报告一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义1、国内外研究动态塑料成型加工是一门工程技术，所涉及的内容是将塑料转变为塑料制品的各种工艺。

其成型方法有：压缩模塑、层压成型、冷压模塑、传递模塑、低压成型、挤出成型、挤拉成型、注射成型、吹塑成型、浇铸、手糊成型、纤维缠绕成型、压延、涂覆、发泡成型、二次成型、二次加工等。

其中挤出成型也称挤压模塑或挤塑，它是在挤出机中通过加热、加压而使物料以流动状态连续通过口模成型的方法，是塑料成型加工的重要成型方法之一。

大部分热塑性塑料都能用此方法成型。

挤出成型是在挤出机上进行的，挤出机是塑料成型加工机械的主要装备之一。

挤出法主要用于热塑性塑料的成型，也可用于某些热固性塑料。

挤出的制品都是连续的型材，如管、棒、丝、板、薄膜、电线电缆包覆层等。

此外，还可用于塑料的混合、塑化造粒、着色、掺合等。

与其他成型方法相比，挤出机及其成型有下述主要特点：生产过程是连续的，因而其产品也是连续的；生产效率高；应用范围广，不仅能连续生产各种制品，而且还可以进行混合、塑化、造粒、脱水喂料和着色等的准备工序；投资少，收效快。

根据螺杆的数量，塑料挤出机可以分为：无螺杆挤出机（其中又分柱塞式挤出机和黏弹熔体挤出机）、单螺杆挤出机、双螺杆挤出机（其中又分平行双螺杆挤出机和锥形双螺杆挤出机以及反向和同向旋转的双螺杆挤出机）、多螺杆挤出机或行星螺杆挤出机；根据螺杆的转速，塑料挤出机可以分为：普通挤出机、高速挤出机和超高速挤出机；根据装配结构，塑料挤出机可以分为：整体式挤出机和分体式挤出机；根据安装位置的不同，塑料挤出机可以分为：卧式挤出机（螺杆在空间呈水平安装）、立式挤出机（螺杆直立于地面安装）；根据其功能的不同，塑料挤出机还可以分为：排气式挤出机、混炼挤出机、两段式挤出机和超高分子量聚合物挤出机、往复式单螺杆挤出机等。

目前国内应用最多的是务实单螺杆整体装配式挤出机和双螺杆挤出机。

在常规单螺杆挤出机组的性能方面，我国已能生产螺杆直径为Φ12～250 mm 的多种规格、门类齐全的挤出机组，长径比大多为25～30。

一些新型的混炼元件如分离型、屏障型、分流型、变流道型以及流速位置变换型等混炼元件得到了较为广泛的应用。

以直径为Φ90 mm的单螺杆挤出机为例，从1961年其产量为90 kg/h，到1995年提高到600 kg/h，34年间产量整整提高了6.7倍；又如WP公司生产的同向平行双螺杆挤出机从1995～2001年的6年间，其螺杆转速从600 r/min提高到1800 r/min，产量则相应提高了2.5倍。

2000年我国挤出机的产量已达7784台，其中同向平双844台，异向平双及锥双1255台，在进口1817台挤出成型机中绝大部分是大型的、精密的机器。

在国外，2003年10月在德国举办的“International Trade Fair Platics & Rubber”上展出的ZSK系列同向平行双螺杆挤出机的单耗（即名义比功率）均小于0.1 kW/(kg/h)，而国内的单耗为0.15～0.16 kW/(kg/h)。

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，操作台设有荧光屏检测，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，主螺杆和喂料螺杆的转速、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演播、检测、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、提高产品的精度是极为有利的。

1986年欧洲塑料管总用量为213.4万吨，1998年增长到346.5万吨，年均增长率为5.2%，超过同期国民经济增长速度;美国1997年塑料管材产量为216万吨，日本60万吨。

国外将塑料管广泛应用于排水管、供水管、输送燃气用和供热水用管。

塑料挤管机是挤出成型机的一种，它由挤出机、挤管机头、定径装置、冷却装置、切割装置及堆放装置等组成。

如图1所示图1 管材挤出机组1—塑料管 2—牵引机 3—真空定型及冷却装置 4—机头 5—挤出机其中单螺杆挤出机的基本结构主要包括挤出装置、传动机构和加热、冷却系统传动装置、加料装置、料筒、螺杆、机头和口模等部分，如图2所示图2 挤出机结构图图中：1为机头连接法兰；2为滤板；3为冷却水管；4为加热器；5为螺杆；6为料筒；7为油泵；8为测速电机；9为止推轴承；10为料斗；11为减速箱；12为螺杆冷却装置。

总的来说，由于我国的塑料工业与发达国家相比起步还是晚一些，因此在经济规模上，尤其是在管料性能、效率和传动系统等方面与发达国家相比还存在一定的差距。

2、选题的依据和意义：普通的螺杆根据各功能的不同，可分为三段（加料段、熔融段和计量段）。

如图3 所示：图3 常规全螺纹螺杆的三个职能区其中加料段是由加料区（又称冷却料斗区）、固体输送区以及一个过滤的迟滞区所组成，其功能是对塑料进行压实和输送。

此段的工作过程如下：塑料自料斗进入螺杆以后，在旋转着的螺杆的作用下，通过机筒内壁和螺杆表面的摩擦作用向前输送和压实。

一般来说，塑料在加料段是呈固态向前输送的。

根据观察，通常在接近加料段的末端，由于强烈的摩擦而产生的热的作用，与机筒内壁相接触的塑料已达到黏流态温度，开始熔融，而出现一个过渡区。

严格地说，一般所谓的迟滞区是指从固体输送区结束到熔池最初出现的这一区域。

为了提高管料的输送效率，提高产量，打算在原来的螺杆的加料段的中段处加一冷却装置，目的是为了不让塑料在螺杆中过早的熔融而粘在螺杆上，而降低螺杆原料的输送速度。

熔融段是使塑料进一步压实和塑化，使包围在塑料内的空气压回到加料口处排出，并改善塑料的热传导性能。

这一段的螺槽应该是压缩型的，而且螺杆的几何压缩比应当大于物料的物理压缩比。

因此该段的温度显得非常重要，合适的温度才能使塑料完全熔融，从而使包围在塑料内的空气通过挤压顺利排出，从而提升成品的质量，管料质地结实无空洞，同时也能提高整体塑料的流量，增加参量，提高效率。

故打算在该段安装温度检测装置，使物料快速提升到较适宜的温度，如果包围在塑料内的空气压还是不能顺利排出，可采用双螺杆来输送。

在传动系统方面，传动系统是挤管机的主要组成部分之一。

其作用是驱动螺杆并使螺杆能在选定的工艺操作条件下（如温度、压力和速度等）获得所需的扭矩并能均匀地旋转，以完成对塑料的塑化和连续地输送、挤出成型。

挤管机的传动系统通常由原动机（如电动机等）、减速装置、调速装置等所组成。

但目前在生产实践中，挤管机大多采用齿轮减速器，小型挤管机也采用蜗轮蜗杆减速器。

而目前随着电工技术和数控技术的发展，调速方法有：(1)用整流子电机调速；(2)用直流电机调速；(3)用滑差电机调速；(4)用三相交流电机与变频器相结合调速。

当前用三相交流电机与变频器相结合调速的技术已比较成熟，且容易掌握，所以我打算在原有的传动系统上做点改进，将原来的普通电动机改作三相交流电机，配合变频器来实现电机的调速，以取代原来的减速装置，这样既提高了管子的生产效率，同时也减低了制造成本。

在机头方面，普通挤管机头的基本形式有两种：一种是常用的直通式挤管机头，另一种是流线式挤管机头。

直通式机头的结构特点：主要是机头的结构设计比较简单加工容易，制造成本低。

但是也存在一定的缺陷，主要有以下三个方面：1、内部结构有死角；2、机头与挤出机连接处空间过大时，加工PVC管材极不利；3、机头与挤出机的型号大小选配上互换性差。

图 4 直通式机头1、螺杆2、机筒3、过滤板4、法兰5、机头体6、分流器7、芯棒8、口模如图 4 所示，直通式机头主要结构部件由芯棒、口模、机头体、多孔板、分流器、螺钉等部件组成。

由于直通式机头的结构特点是物料在机头中的流动方向与物料在机筒中的流动方向一致，并且管材机、头与机筒三者同处在同心位置，因此结构简单，制造成本比较低，适应生产各种热塑性塑料管材的加工。

这也是直通式机头被人们通常选用的优势。

但是直通式挤管机头内部存在死角，同时过滤板与分流器头部之间空间过大，见图 4 所示 3和6。

由于空间过大易造成物料滞留时间过长，相应地此处保压密实时间也过长。

这对于加工热敏性硬PVC管材不利，易造成物料分解。

图 5 流线式挤管机头1、螺杆2、机筒3、流线型过度套4、法兰5、机头体6、流线型分流器7、分流支架8、芯棒9、口模另一种是流线式挤管机头，如图 5 所示，与第一种直通式挤管机头的不同之处在于：1、过滤板设计成流线型过渡套；2、分流器设计成流线型分流器。

能够很好得解决直通式挤管机头存在的问题。

并且我选择的是聚乙烯管的挤出机，流线式挤管机头更适合。

二、研究的基本内容，拟解决的主要问题：1. 挤出机参数确定；2. 分析塑料挤出原理，阐述挤出理论；3. 设计塑料挤出机；4. 掌握变频调速在传动系统中的应用技术；5. 分析塑料模具成形理论；6. 设计挤管机头；7. 绘制挤出机及其机头装配图。

三、研究步骤、方法及措施：1. 搜集与塑料挤管机相关的文献与资料；2. 学习塑料成型理论及塑料成型机械的相关知识；3. 根据了解的资料与所学的知识，设计塑料挤出机主机（包括挤出机的工作特性、单螺杆挤出机挤压系统的主要零部件、加料装置、传动系统、加热冷却装置等）；4. 学习塑料模具成形理论（包括注塑成型模具、压塑成型模具、热固性塑料的传递和注塑成型模具、挤塑成型模具、吹塑制品成型模具、热成型模具等）；5. 设计挤管机头；6. 绘制挤出机及其机头装配图；7. 撰写毕业论文。

四、研究工作进度：五、主要参考文献：[1] 陈世煌塑料成型机械[M] 北京：化学工业出版社 2005.9[2] 申开智塑料模具设计与制造[M] 北京：化学工业出版社 2006.2[3] 梁基照塑料成型机械优化设计[M] 北京：国防工业出版社 2006.9[4] 杨峰Pro/ENGINEER——塑料模具设计[M] 北京：清华大学出版社 2005.7[5] 张燕宾SPWM变频调速应用技术[M] 北京：机械工业出版社 1997.12[6] 朱复华挤出理论及应用[M] 北京：中国轻工业出版社，2001[7] 马金骏塑料挤出成型模具设计[M] 北京：中国轻工业出版社[8] W米歇利挤塑模头设计及工程计算[J] 烃加工出版社 1989，135～147[9] 夏振国环形共挤出模头新近展[J] 塑料机械与设备 34～37[10] 吴清文，王世杰，黄群塑料挤出模头口模定型段长度的确定[J] 塑料科技，1994，99(1): 26～29[11] 王晓枫，朱元吉，谢挺，尹延国塑料挤出成型模具流道优化设计[J] 塑料科技，1996，2:42～44[12] 北京化工大学，华南理工大学塑料机械设计，第二版[M] 北京：中国轻工业出版社，1995[13] 北京化工学院，天京轻工业学院塑料成型机械[M] 北京：轻工业出版社，1985[14] 黄锐塑料工程手册[M] 北京：机械工业出版社，2000[15] 朱复华螺杆设计及其理论挤出[M] 北京：中国轻工业出版社，1984[16] 宗远智塑料机械电气装置[M] 北京：轻工业出版社，1987[17] 李庆春，懂磊单螺杆挤出机——熔体泵串联挤出系统的性能与应用[J] 中国塑料 2003(6)[18] 马金骏塑料基础模具设计图册[M] 北京轻工业出版社 1984[19] 成都科技大学塑料成型模具[M] 北京轻工业出版社 1990[20] 张小文塑料管道及管件加工与应用[M] 北京中国石化出版社 2002[21] 申长雨等塑料模具计算机辅助工程[M] 郑州：河南科学技术出版社 1998[22] 林德宽、冯少如塑料制件成型工艺及设备[M] 国防工业出版社 1980[23] 北京化工学院、天津轻工业学院塑料成型机械[M] 轻工业出版社 1982[24] 梁基照挤出机螺杆加料段的优化设计[M] 橡胶工业 2001 48(8)：489～491[25] Taylor P. Rotomoulding[J]. British Plastics and rubber, 1986(2):22～27[26] Crawford R J, Nugent P J. A New Process Control System for Rotational Moulding[J]. Plastics, Rubber and Composites Processing and Applications, 1992, 17(1):23～31[27] J F Monk. Thermosetting plastics: practical molding technology[J]. George godwin limited in association with the plastics and rubber institute. 1981: 148～185[28] 机械原理及机械零件教研室机械设计[M] 北京：高等教育出版社2006.5[29] 申长雨等塑料模具计算机辅助工程[M] 郑州：河南科学技术出版社1998[30] 吴兆汉，万耀青，汪萍，侯慕英机械优化设计[M] 北京:机械工业出版社 1985。