摘要
针对设计要求，对单螺杆食品挤出机进行了设计。主要包括传动系统、挤出系统、加料系统、冷却和加热系统的设计。此单螺杆挤出机是通过电机将动力传给带轮，经减速传给螺杆，为了满足变速范围的要求，采用普通电机加变频器进行无级调速。为了便于安装和拆卸，机筒采用的是左右剖分式结构，分三段进行加热和冷却。通过电磁阀和传感器进行温度的控制和冷却水的进出，保证温度在所允许的范围内。
关键词：单螺杆；挤出机；剖分式
Abstract
According to the design requirement, the single screw food extruder is designed. Mainly comprises a transmission system, extrusion system, feeding system, the cooling and heating system design. The single screw extruder is through the motor transmits power to the belt wheel through a speed reducer, transmitted to a screw, in order to meet the requirements of speed range, the common motor with frequency converter for stepless speed regulation. In order to facilitate the installation and disassembly, barrel is based around a split structure, is divided into three parts for heating and cooling. Through an electromagnetic valve and a sensor for temperature control and cooling water import, ensure the temperature in the allowed range.
Keyword single-screw；extruder；split
目录
摘要....................................... 错误！未定义书签。Abstract............................................................................ 错误！未定义书签。第1章绪论............................................................... 错误！未定义书签。
1.1 研究的意义....................................................... 错误！未定义书签。
1.2 挤压技术的发展............................................... 错误！未定义书签。
1.3 国内外发展的现状........................................... 错误！未定义书签。
1.4 挤压加工的原理............................................... 错误！未定义书签。第2章方案设计........................................................... 错误！未定义书签。
2.1 设计的要求....................................................... 错误！未定义书签。
2.2 方案设计部分................................................... 错误！未定义书签。
2.2.1 方案的整体确定 .................................... 错误！未定义书签。
2.2.2 机筒与螺杆材料的选择 ........................ 错误！未定义书签。第3章设计计算........................................................... 错误！未定义书签。
3.1 传动系统设计................................................... 错误！未定义书签。
3.1.1 电机的选择 ............................................ 错误！未定义书签。
3.1.2 传动比的分配 ........................................ 错误！未定义书签。
3.2 螺杆的设计...................................................... 错误！未定义书签。
3.3 齿轮的设计 (14)
3.3.1 输入轴上齿轮的设计....... ..................... 错误！未定义书签。
3.3.2 Ⅱ轴Ⅲ轴上一对齿轮的设计 (18)
3.3.3 计算输出轴上的小齿轮 ........................ 错误！未定义书签。
3.4 轴的计算........................................................... 错误！未定义书签。
3.5 带轮计算 (28)
P (28)
3.5.1 确定计算功率
ca
3.5.2 选窄V带带型 (29)
3.5.3 确定带轮的基准直径 (29)
3.5.4 确定窄V带的基准长度和中心距 (29)
3.5.5 包角 (30)
3.5.6 计算根数 (30)
3.6 轴的校核 (30)
第4章冷却装置 (35)
4.1 水冷 (35)
4.2 风冷............................................................... 错误！未定义书签。35 结论........................................................................... 错误！未定义书签。37
致谢 (38)
参考文献 (39)
CONTENTS
摘要................................... I ...................................... I ...................................... I ABSTRACT.............................. II 目录............................... III CONTENTS............................... V 第1章绪论. (1)
1.1研究的意义 (1)
1.2挤压技术的发展 (1)
1.3国内外发展的现状 (2)
1.4挤压加工的原理 (3)
第2章方案设计 (5)
2.1设计的要求 (5)
2.2方案设计部分 (5)
2.2.1 方案的整体确定 (5)
2.2.2机筒与螺杆材料的选择 (6)
第3章设计计算 (8)
3.1传动系统设计 (8)
3.1.1 电机的选择 (8)
3.1.2 传动比的分配 (8)
3.2螺杆的设计 (10)
3.3齿轮的设计 (13)
3.3.1 输入轴上齿轮的设计 (13)
3.3.2Ⅱ轴Ⅲ轴上一对齿轮的设计 (18)
3.4轴的计算 (27)
3.5带轮计算 (28)
P (28)
3.5.1 确定计算功率
ca
3.5.2 选窄V带带型 (29)
3.5.3 确定带轮的基准直径 (29)
3.5.4 确定窄V带的基准长度和中心距 (29)
3.5.5 包角 (30)
3.5.6 计算根数 (30)
3.6轴的校核 (30)
第4章冷却装置 (35)
4.1水冷 (35)
4.2风冷 (35)
结论 (37)
致谢 (38)
参考文献 (39)
第1章绪论
1.1 研究的意义
单螺杆挤出机由于结构简单，造价便宜，因此广泛的应用于食品、塑料、饲料等各个领域。在塑料加工行业，挤出成型作为聚合物加工工业中的一项重要技术，在聚合物树脂应用工程技术、挤出生产设备研制技术两方面互相促进。各种结构与功能的挤出机如混炼型螺杆挤出机，排气式挤出机，双螺杆、多螺杆挤出机，反应式挤出机，组合式挤出机，适应高分子材料物理与化学特性而建造的成型装置，具有各种制品所需要的专门功能，能够实施成型步骤的挤出生产线辅机，以追求操作简便、控制精确、节能高效，清洁生产的目标而不断改进的新兴设备。在食品加工行业不仅用于谷物食品加工，而且也越来越多地用于糖果糕点类产品乃至香料等产品的加工，涉及主餐类，早餐类，儿童营养食品、中老年食品、健康功能性和休闲小食品等领域。逐渐应用在水产品、仿生制品、调味品、方便面、速溶饮料、变性淀粉和加湿宠物食粮等方面。通过挤压技术生产的食品具有松脆可口，有助于消化的特点。在饲料加工方面我国现有的饲料加工仍以单螺杆膨化挤出机为主。当今挤压技术已经渗透到人们生活的各个方面，因此有必要不断改进挤压设备，降低产品的成本[1-5]。
在我国挤出设备的总体技术水平相当于先进国家的八十年代水平。当然也不乏一批具备九十年代乃至当今国际领先水平的产品，但一些专用性强的高新技术产品还需依赖进口。据海关统计，近年来我国挤出机的进口量呈现出逐年递减之势，2000年比1999年进口台数减少了5.3%，外汇支出减少32.7%，而出口台数减少了73%，创汇却增加了12.3%，这说明国产挤出机技术含量有一定的提高，出口的价格也相对的上涨。而国外的挤压技术已经有上百年历史，设备更新的较快，功能越来越完备，因此有必要加强我国挤压机技术的发展，使生产出来的产品在国际市场上占有一席之地[2]。
1.2 挤压技术的发展
挤出技术作为一种经济实用的新型加工方法广泛应用于食品生产中，并得到迅速的发展。谷物食品的传统加工工艺一般需经过粉碎、混合、成型、烘烤
或油炸、杀菌、干燥等生产工序，每道工序都需配备相应的设备，生产流水线长、占地面积大、劳动强度高、设备种类多[3]。采用挤压技术来加工谷物食品，在原料经过初步粉碎和混合后既可用一台挤压机一步完成混炼、熟化、破碎、杀菌、预干燥、成型等工艺，制成膨化，组织化产品或制成不膨化的产品，这些产品在经油炸、烘干、调味后即可上市销售，只要简单的更换挤压模具，便可以很方便的改变产品的造型。与传统生产工艺相比，挤压加工极大的改善了谷物食品的加工工艺，缩短了工艺过程，丰富了谷物食品的花色品种，降低了产品的生产费用，减少了占地面积，大大的降低了劳动强度，同时也改善了产品的组织状态和口感，提高了产品的质量[4]。
早期的食品挤压机采用的是活塞式或注塞式灌肠机。现在使用的挤压机是集混合、混炼、熟化、挤出成型于一体的加工设备，它的许多优点在挤压灌肠机中是得不到体现的。20世纪30年代末期，首次将挤压机应用于方便食品谷物的生产中，1936年第一台应用于谷物加工的单螺杆挤压蒸煮机问世，并在该行业取得成功。目前，美国生产的大型挤压机生产能力已达到每小时几吨至十几吨。近年来，国外挤压食品已经成为单独一大类方便食品，有主食类、早点类、儿童食品、各种小食品等方便食品。膨化大米可做主食面包、点心面包、蒸制品、炸制品等，将玉米挤压膨化后粉碎，加入面包中，使面包具有特殊的口感和香味。1980年，美国学者研究了挤压快餐食品的风味与色泽。在挤压食品中使用部分色素及风味剂，使挤压食品更具有吸引力。挤压技术不仅在食品工业中应用广泛，而且在其他工业中具有广阔的前景。如发酵工业，尤其是塑料工业中[3-5]。
1.3国内外发展的现状
中国双螺杆挤出机产品系列不全，规格较少。中国很多塑料支配企业仍采用进口的双螺杆挤出机。20世纪90年代初。华南理工大学发明了电磁动态塑化挤出机，新的理论与概念引人注目。
近几年中国塑料机械成套性已有很大进展。如塑料造粒机组从主机、供料计量、机头、造粒和回收系统，到加热、冷却、电控、温控系统都达到了相当完善的程度。薄壁管、厚壁管、缠绕管、波纹管（单、双壁）、复合管等各种管材机组的规格日趋齐全，产品水平、质量不断提高。为适应多层复合膜的需要，符合共挤技术及其成型机组（吹膜机组）也发展迅速。如青岛德意利集团最近研制的中空壁缠绕管生产线，生产的直管管径可达300mm。又如广东金明塑胶
设备有限公司吸收、引进德国莱芬豪塞公司关键技术制造的大型多层共挤复合膜机组，吹制膜的单幅宽可达20m。该机组可吹制棚膜、农膜和土工膜，是一机两用设备，使用于线性低密度聚乙烯、茂金属线性低密度聚乙烯、低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、（乙烯/乙酸/乙烯酯）共聚物等多种原料。机组中除采用了内冷技术及超声波监控技术外，还同时采用了机、电、气动和液压等多种技术，并有多项技术申请了技术专利[6]。
20世纪50年代，石油化工的发展使高分子工业迅速成熟；60年代，塑料、橡胶、化纤三大合成材料的生产向规模化转变；70年代，世界合成高分子材料在总体积上已经超过了金属材料。聚合物只有通过成型加工才能成为有使用价值的制品。成型加工是高分子材料不可缺少的生产环节。
挤出成型作为聚合物加工工业中的一项重要技术，是在聚合物树脂应用工程技术、挤出生产设备研制技术两方面互相促进，又互相依存而发展起来的。形形色色的挤出产品；早期的硬PVC型材，交联PE、铝塑复合、PP-R管材，双向拉伸聚丙烯薄膜，多层共挤复合膜，具有高阻隔性、透气性、自黏性，热收缩性、自消性等特殊性能的薄膜，功能母粒与色母粒，发泡制品。运用挤出加工手段制备改性聚合材料，共混增强、增契技术，辐射核性技术，纳米复合技术，以及其他的一些新型改性技术。各种结构与功能的挤出机如混炼型螺杆挤出机，排气式挤出机，双螺杆、多螺杆式挤出机，反应式挤出机、组合式挤出机，适应高分子材料物理与化学特性而建立的成型装置，具有各种制品所需要的专门功能，能够实施成型步骤的挤出生产线辅机，以追求操作简便、控制精确、节能高效、清洁生产的目标而不断改进的新型设备[7]。
1.4 挤压加工的原理
食品的挤压概括的说就是将食品物料置于挤压机的高温高压状态下，然后突然释放至常温常压，使物料内部结构和性质发生变化的过程。这些物料通常是以谷物原料如大米、糯米、小麦、豆类、玉米、高粱、等为主体，添加水、脂肪、蛋白质、微量元素等配料混合而成。挤压加工方法是借助挤压机螺杆的推动力，将物料向前挤压，物料受到混合、搅拌和摩擦以及高剪切力作用，使得淀粉粒解体，同时机腔内温度压力升高（可达到150-200。C，压力可达1MPa 以上），然后从一定形状的模孔瞬间挤出，由高温高压突然降至常温常压，其中游离水分在此压差下急骤汽化，水的体积可膨胀大约2000倍。膨化的瞬间，谷物的结构发生了变化，他使生淀粉转化成熟淀粉，同时变成层状疏松的海绵体，
谷物体积膨大到几倍到几十倍。如图所示，当疏松的食品原料从加料斗进入机筒内时，随着螺杆的转动，沿着螺槽方向向前输送，称为加料段，与此同时，由于受到机头的阻力作用，固体物料逐渐压实，又由于物料受到来自于机筒的外部加热以及物料在螺杆与机筒的强烈搅拌、混合、剪切等作用，温度升高、开始熔融，直至全部熔融，称为压缩熔融段。由于螺槽逐渐变浅，继续升温升压，食品物料得到蒸煮，出现淀粉糊化，脂肪、蛋白质变性等一系列复杂的生化反应，组织进一步均化，最后定量、定压地由机头模口均匀挤出，称为计量均化段[8]。上述即为食品挤压加工的三段过程。
1-物料2-料斗3-水槽4-螺钉5-加热板6-料槽7-模头8-螺杆
9-模口10-连头11-密封圈12-螺筒13-轴14-连轴
图1-1 挤压加工过程示意图
第2章方案设计
2.1 设计的要求
单螺杆挤出机的直径为35mm，长径比为16，采用变频无级调速，转速范
?=。
围为15r/min-150r/min，公比 1.41
2.2 方案设计部分
2.2.1 方案的整体确定
螺杆挤出机的设计应是一个整体的设计，包括传动系统，加料系统，加热冷却系统，控制系统的设计。
传动系统包括电机的选择，为了满足转速范围在15r/min-150r/min，变频无级调速的要求，可直接使用变频电机还是采用普通电机加变频器两种方案。为了达到减少成本的目的，采用普通电机加变频器的方式，在普通电机中还有型号选择的问题，因为转速越低，成本越高，采用何种电机，也影响到以后的总传动比，电机转速越高，总传动比就越大，从而使变速箱过于庞大，综合以上因素，采用的是同步转速1500r/min的Y112-4的电机配合变频范围在25Hz-50Hz 的变频器，这样只需要采用二级减速器就可以达到要求的转速范围。由于输出轴的最终转速是在一定范围内的，因此必须采用多联滑块，是采用二联还是三联，另外采用了多联滑块，变速比多大也是一个必须讨论的问题，过大则导致最小转速与最大转速的比值过小，而使用的只是15r/min-150r/min的转速范围，造成了浪费。升速比与降速比的选择也影响到重合的速度范围，重合过多也造成了极大的浪费。因此在确定升降比的时候采用由后往前的推力方式，采用的是双联滑块。此时有两种方案，方案一升2.5降2，方案二升2降2.5，他们的转速重合范围都是35-75r/min，采用不同的方案对减速部分的减速比有很大的影响。方案一中的减速比为24，方案二中的减速比为19.7，一中减速比过大，使得减速部分较大，因此采用的是方案二。在单螺杆挤出机传动系统的设计中，另一个重要的问题是输出轴上止推轴承的位置问题，选择不同的位置会影响到齿轮的位置，拆装的方便等[8]。
机筒的设计采用剖分式还是整体式是整个设计中的一个关键，整体式中的
输出轴必须设计成空心轴，以便于螺杆的拆卸。并且要想了解挤出过程中物料沿螺杆的输送、混合、反应情况，只有停转将机筒通水冷却，然后把螺杆抽出才能看清。这样很不方便，有时还会破坏过程的原貌。为了克服上述缺点及操作方便，机筒做成剖分式。剖分式包括上下开合和左右开合，由于加料口在机筒的上部，因此采用的是左右开合式。设计成剖分式必须考虑合页的设计，考虑合页的开合角度是否能够使螺杆充分露出，保证拆卸的方便。由于机筒体积较大，因此在剖分式机筒的两边各设计一个支撑轴用以分担合页所承受的压力，支撑轴下带有滚轮，以便于机筒的开合[9]。
冷却系统中采用的是水冷方式，因为水冷的速度较快，时间较短，并且采用水冷与风冷相比，所占的空间较小。水冷采用的是水套，水套属于铸铝加热器的一部分，在加热丝的外圈，这样可以使冷却的速度加快。水冷采用的是软管接头。加热系统采用的是铸铝加热器，因为此种加热器具有外形尺寸小、质量轻、拆装方便等优点。机筒径向温度均匀，预热时间短；调节温度时反应灵敏，温度稳定性好；热损失少，节能。其缺点：径向尺寸大、拆装不便、成本较高。一般不用于大型挤出机或形状复杂的机头上[9]。
普通螺杆的设计都分为三段，加料段、压缩段和计量段，螺杆的主要参数包括直径D，长径比L/D，螺杆三段的长度，加料段和计量段槽深度H1，H3，螺纹升角Φ，以及其他一些次要的参数。因为螺杆是向前输送物料，因此由加料段到计量段的槽深是越来越浅的。此外螺纹断面，螺纹头数，螺距的设计是很重要的。
2.2.2机筒与螺杆材料的选择
由于机筒和料筒是在高温、一定腐蚀、强烈磨损、大扭矩下工作的，因此，机筒和料筒必须由耐高温、耐磨损、高强度的优质材料作成，故选用38CrMoAl，制成螺杆后经氮化处理，或选用氮化钢，氮化层厚度一般为0.3-0.5mm，经表面处理后硬度不得小于950HV，工作表面粗糙度Ra为1.6μm，并要求机筒内表面的硬度应比螺杆元件高30-60HV。
由于机筒和螺杆在相同的条件下工作，故其选材原则与螺杆相通。
用于共混、填充改性的机筒元件可用氮化钢38CrMoALA制成。这种材料具有一定的耐磨性，但耐腐蚀性较差。
用于磨损大的填充、增强改性物料生产线的机筒，可采用金属机筒。即机筒元件不是由整块相通材料构成，而是有两种材料构成，与物料接触部分采用
耐磨（蚀）的材料，而不与物料接触部分则用廉价的一般碳素钢。这样可以节省材料，把耐磨材料用到刀刃上。
第3章 设计计算
3.1 传动系统设计
3.1.1 电机的选择
根据要求的螺杆转速范围15r/min-150r/min ，采用普通电机加变频器调速方式，选用的电机型号为Y112-4，同步转速为1500r/min ，额定功率为4kW ，转速1440r/min ，电流8.77A ，效率84.5%，变频器范围25Hz-50Hz 。由60(2)f n p p
?==得变频器的转速范围 max 60501500r /min 2
n ?=
= min 6025750r /min 2n ?== max 1440r /min n
=实 m i n 1440750720r /min 1500
n =?=实 3.1.2 传动比的分配
欲使螺杆达到15-150r/min 的转速，由后往前推
设升a 降b
2xa =150
Xb =15
得a=5b
取a =2.5，b =0.5，得x =30（方案一）
或a =2，b =0.4，得x =37.5（方案二）
两方案的转速重合范围都为30-75r/min 。
采用二级减速器，设带轮减速比为1i ，依次为2i ，3i 。
方案一中1i ×2i ×3i =
7202430= 方案二中1i ×2i ×3i =72019.237.5
= 方案一中减速比过大，取方案二
减速比分配为1i =3.072，2i =3i =2.5
得：
当n=720r/min 时 当n=1440r/min
140.96 3.84kW P =?= 1440468.8r /min 3.072
n ==带 234.493.75r /min 2.5n ==2 468.8187.5r /m i n 2.5
n ==2 93.7537.5r /min 2.5
n ==3 187.575r /m i n 2.5n ==3 37.515r /min 2.5n ==4 7530r /min 2.5
n ==4 拟定的转速图如图3-1所示。
图3-1 转速图
传动系统图如图3-2所示。
图3-2 传动系统结构图
3.2 螺杆的设计
已知螺杆的参数有直径为D=35mm，长径比为16。升角取17度，采用等矩变深螺杆，单头螺纹。
在螺杆直径、螺槽深度和螺纹升程相同的条件下，多头；螺纹与单头螺纹相比，多头螺纹对物料的正推力较大、攫取物料的能力较强并可降低熔料的倒流现象。但是整条螺杆都是多头螺纹时，物料分别从螺杆漏斗区几条螺槽通道进入达到螺杆头部。在漏斗区，往往由于几条螺槽的进料不均匀和各条螺槽的熔融和均化或对熔料输送能力不一致，容易引起生产能力的波动、压力波动。其结果是制品质量下降。综合以上因素，本设计采用单头螺纹螺杆[9]。
螺距
min tan17 3.1435tan1733.62mm
1.411440
750720r /min
1500s D n π?==??===?=实
得 法向宽度e =0.1D =3.5mm
轴向宽度
3.66mm cos17e
b ==
取
30.060.0635 2.1mm H D ==?=
120%112mm L L ==
260%336mm L L ==
320%112mm L L ==
21330.5[4()]H D D i H D H =--?-
（3-1） 初选17.55
3,7.55, 3.62.1i H i ====得得
螺杆轴向力的确定：
P Z ——螺杆轴向推力，N
P 1——物料作用在螺杆端面上的总压力，N
P 2——挤压时由于动载荷产生的附加压力的轴向分量，N 2
1π
4S P D P =
（3-2）
式中 S D ——螺杆外径， m
P ——螺杆端部的物料压力， Pa
()()2612110.0352********.25519.3kW
411~0.125~0.2519.30.125~0.25 2.4125~4.825kW 84P P P P π
=???=≈??===?= ??? 故 1219.3 4.82524.125kW z P P P =+=+=
1.由轴向力z P 产生的压缩应力c σ
()()()()
22max max 222
2001.15~1.254 1.15~1.254S
S c S S P D D P d d d d πσπ?
==?-- （3-3） D S =35mm ，冷却水孔径D O =9mm
()()2
7
77220.0351.15~1.25210 6.49210~7.05610Pa 0.0230.009c σ=???≈??- 2.由扭矩t M 产生的应力τ
53max 118t max 33s N 95.51010M n 3.4610 1.42210Pa W 0.2d 0.223
????η?τ===≈?? 3.由螺杆自重G 产生的弯曲应力b σ
取337.8510kg /m ρ=?
()2
23s s b s
L D d d ρσ+≈ ()223
36a
0.8750.0350.0237.85100.023
1066210P ?+=??=?
故767c b 7.05610 1.662107.22210Pa σ=σ+σ=?+?=?
4.螺杆的合成应力r σ
根据材料力学可知，塑性材料合成应力用第三强度理论计算，其强度条件为：
[]24r σστσ=+≤ （3-4）
式中c b σσσ=+
267.2224142.210293MPa 800MPa r σ=+??=<
故满足要求。
螺纹形状采用矩形端面。
常见的螺纹断面形状有矩形面螺纹、锯齿形端面螺纹、梯形端面螺纹和半圆形端面螺纹。在本设计中采用矩形端面螺纹。螺纹根径表面与螺棱推进面成90度夹角，用小圆弧过度。圆弧半径r =1mm ，螺纹后角a =10度。
根据经验，螺棱顶面宽度一般取e =（0.08~0.12）D 。在保证螺棱强度的条件下，e 的取值小一些。因为比较大的e 值不但占据一部分螺槽容积，而且增加螺杆的功率损耗，又容易引起物料的局部过。E 值也不能过小，否则会削弱螺棱强度，增大漏流物量，从而降低生产能力。因此本设计中取e =3.5。
熔料在螺槽中的螺旋运动至进入口时的直线运动中，有一个急剧的改变过程。料流在螺杆头部前面的机筒中，料流速度在机筒中心点最快，而在机筒壁处为最慢。因而应选择合理的螺杆头部形状才能使料流平稳地进入口模，并可避免生产滞流和防止物料的局部过热分解。
常见的模头形式有球形、大圆锥形、扇形、带螺纹的锥体等，从工艺方面考虑，本设计中采用大圆锥形模头。
3.3 齿轮的设计
3.3.1 输入轴上齿轮的设计
常州工学院毕业设计 CHANGZHOU INSTITUTE OF TECHNOLOGY 毕业设计说明书题目：单螺杆食品挤出机设计 二级学院（直属学部）：无锡技师学院专业：数控车班级： 学生姓名：学号： 指导教师姓名：职称： 评阅教师姓名：职称： 2014 年03月
常州工学院毕业设计 摘要 针对设计要求，对单螺杆食品挤出机进行了设计。主要包括传动系统、挤出系统、加料系统、冷却和加热系统的设计。此单螺杆挤出机是通过电机将动力传给带轮，经减速传给螺杆，为了满足变速范围的要求，采用普通电机加变频器进行无级调速。为了便于安装和拆卸，机筒采用的是左右剖分式结构，分三段进行加热和冷却。通过电磁阀和传感器进行温度的控制和冷却水的进出，保证温度在所允许的范围内。 关键词：单螺杆挤出机剖分式冷却
单螺杆食品挤出机设计 Abstract According to the design requirement, the single screw food extruder is designed. Mainly comprises a transmission system, extrusion system, feeding system, the cooling and heating system design. The single screw extruder is through the motor transmits power to the belt wheel through a speed reducer, transmitted to a screw, in order to meet the requirements of speed range, the common motor with frequency converter for stepless speed regulation. In order to facilitate the installation and disassembly, barrel is based around a split structure, is divided into three parts for heating and cooling. Through an electromagnetic valve and a sensor for temperature control and cooling water import, ensure the temperature in the allowed range. Keywords: single-screw extruder split cold
第1 章绪论1.1 塑料挤出概述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。据统计，在塑料制品成型加工中，挤出成型制品的产量大约占整个塑料制品产量的50以上。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。除此之外，在填充、共混、改性等复合材料和聚合物合金生产过程中，螺杆挤出很大程度上取代了密炼、开炼等常规工艺。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。近年来，挤出工程的创新表现，更多的过程，如发泡、胶联、接枝、嵌段、调节相对分子质量甚至聚合反应等化学加工过程都愈来愈多地在螺杆挤出机上进行。螺杆挤出工艺装备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少的环境污染。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。双螺杆挤出机与单螺杆挤出机相比，能使熔体得到更加充分的混合，应用更广。1.2 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。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。（1）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。（2）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。（3）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。（4）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。挤出机需配置相应的辅助机械设备才能实现挤出成型。根据制品的种类确定辅助设备的组成。通常包括：机头、冷却系统、定量给料系统、电气控制系统、真空排气系统等。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。1.3 挤出机的分类1.3.1 分类方法随着挤出机的广泛应用和不断的发展，出现了各种类型的挤出机，其分类方法各异，主要有以下几种：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。按用途可分为配混造粒挤出机和生产制品用挤出机。1.3.2 各挤出机的结构特点及用途（1）单螺杆挤出机单螺杆挤出机，造价低、易操作，但塑料混合、分散和均化效果差，滞留时间长且分布广，物料温差较大（指同一断面处）和难以吃粉料。因此，它只适用于一般性造粒和塑料制品的加工。（2）同向双螺杆挤出机双螺杆挤出机的特征是两根相互平行的组合式螺杆装在具有8 字形孔的机筒内。如果两根螺杆旋转方向相同，称为同向型双螺杆挤出机。根据两根螺杆的啮合型式
性、低传导性、高添加物等塑料螺杆，占40%50%螺杆工作长度，PVC螺杆可占100%螺杆工作长度，以免产生激烈的剪切热。 4、计量段 a、一般占2025%螺杆工作长度，确保塑料全部熔融以及温度均匀，混炼均匀； b、计量段长则混炼效果佳，太长则易使熔体停留过久而产生热分解，太短则易使温度不均匀； c、 PVC等热敏性塑料不宜停留时间过长，以免热分解，可用较短的计量段或不要计量段。 5、进料螺槽深度，计量螺槽深度 a、进料螺槽深度越深，则输送量越大，但需考虑螺杆强度，计量螺槽深度越浅，则塑化发热、混合性能指数越高，但计量螺槽深度太浅则剪切热增加，自生热增加，温升太高,造成塑胶变色或烧焦，尤其不利于热敏性塑料； b、计量螺槽深度=KD=（0.03.07）*D，D增大，则K 选小值。 二、影响塑化品质的主要因素 影响塑化品质的主要因素为：长径比、压缩比、背压、
螺杆转速、料筒加热温度等。 1、长径比：为螺杆有效工作长度与螺杆直径的比值。 a、长径比大则吃料易均匀； b、热稳定性较佳的塑料可用较长的螺杆以提高混炼性而不烧焦，热稳定性较差的塑料可用较短的螺杆或螺杆尾端无螺纹。以塑料特性考虑，一般流长比如下：热固性为1416，硬质PVC，高粘度PU等热敏性为1 718，一般塑料为1822，PC、POM等高温稳定性塑料为2224。 2、压缩比：为进料段最后一个螺槽深度与计量段第一个螺槽深度的比值。 a、考虑料的压缩性、装填程度、回流等影响，制品要密实、传热与排气； b、适当的压缩比可增加塑料的密度，使分子与分子之间结合更加紧密，有助于减少空气的吸取, 降低因压力而产生的温升，并影响输出量的差异，不适当的压缩比将会破坏塑胶的物性； c、压缩比值越高，对塑料在料管内塑化过程中产生的温升越高，对塑化中的塑料产生较佳的混炼均匀度，相对的出料量大为减少。
单螺杆挤出机作为一种常见的挤出机设备，用于塑料加工行业，原理和构造是什么呢下面从挤出机的输送段，压缩段，计量段来对单螺杆挤出机原理做一个分析。 单螺杆挤出机一般在有效长度上分为三段，按螺杆直径大小、螺距、螺深确定三段有效长度，一般按各占三分之一划分。 高效单螺杆挤出机采用双阶式整体设计，强化塑化功能，保证了高速高性能稳定挤出，特种屏障综合混炼设计，保证了物料的混炼效果，高剪切低融塑化温度保证了物料的高性能低温低压计量挤出。设计理念和特点：在高平直基础上的高速，高产挤出。 单螺杆挤出机原理 料口最后一道螺纹开始叫输送段物料在此处要求不能塑化，但要预热、受压挤实，过去老挤出理论认为此处物料是松散体，后来通过证明此处物料实际是固体塞，就是说这里物料受挤压后是一固体象塞子一样，因此只要完成输送任务就是它的功能了。 单螺杆挤出机原理：第二段叫压缩段时螺槽体积由大逐渐变小，并且温度要达到物料塑化程度，此处产生压缩由输送段三，在这里压缩到一，这叫螺杆的压缩比－－3：1，有的机器也有变化，完成塑化的物料进入到第三段。 单螺杆挤出机原理：第三段是计量段此处物料保持塑化温度，只是象计量泵那样准确、定量输送熔体物料，以供给机头，此时温度不能低于塑化温度，一般略高点。 单螺杆挤出机主要供挤出软、硬聚氯乙烯、聚乙烯等热塑性塑料之用，它与相应的辅机（包括成型机头）配合，可加工多种塑料制品，如膜、管、板、丝带等，亦可用于造粒。 <
塑料挤出机设计先进，质量高，塑化好，能耗低，采用渐开线齿轮传动，具有噪音低，运转平稳，承载力大，寿命长等特点。 单螺杆挤出机用途 管材挤出：适用于PP-R管、PE燃气管、PEX交联管，铝塑复合管，ABS管、PVC管、HDPE硅芯管及各种共挤复合管。 板材和片材挤出：适用于PVC、PET、PS、PP、PC等型材及板材的挤出。其 它各种塑料的挤出如丝、棒等。型材的挤出：调节挤出机转速及改变挤出螺杆的结构可适用于生产PVC、聚烯烃类等各种塑料异型材。改性造粒：适用于各种塑料的共混、改性、增强造粒。
螺杆作为挤出机挤出系统的重要零件之一，是挤出机输送固体塑料、塑化塑料和熔体的部件，其各部分几何形状的变化将直接影响塑料制品的质量及产量，对挤出机的性能起着决定性的作用。在设计螺杆时，必须考虑各种因素，以适应不同塑料的特性。在塑料工业中，不可能只用一根“万能”螺杆来满意地生产各种塑料制品。 一般，螺杆可分为3段：加料段、压缩段（或塑化段）和计量段（或均化段），如下图所示。
好的螺杆设计应该如下要求: 1.采用流线型设计，避免死角. 2.螺杆应能紧贴着扫过整个螺杆内表面，以获得良好的热传导、混炼效果和窄的滞留分布时间。 3. 螺杆和料筒(炮筒)之间的径向间隙应小于0.003倍螺杆直径. 4. 分布混合段的配置应综合考虑减少稠度的差别和熔体温度的不均匀，首选的混合段位置是在螺杆的端部。
5. 当塑料中含有需要高应力粉碎的固体填料颗粒时，则还要选用分散混合单元。分散混合单元同样可保证未熔融塑料颗粒不被输送至螺杆端部。因而，即使塑料中没有固体填料颗粒，分散混合单元也是很有用的。 6. 混合段应有低的压降和优良的向前泵送能力. 7. 当挤出PVC、氟塑料或其他能使暴露的金屑表面遭到腐蚀的塑料时，螺杆、料筒(炮筒)和机头应用耐腐蚀材料制造。 8. 当塑料中合有密蚀性填料，如二氧化蚀、玻璃等等，螺杆和料筒(炮筒)应由耐磨材料制成。 9. 当螺杆使用涂层时，具有低摩擦性的涂层应优先考虑。这会改善螺杆的输送性能，导致更高的产量和更好的稳定性，并且螺杆也较易清洗。 10. 为了改善物料的输送性能和减少挂料，螺纹槽底圆角的半径应大些，而多螺纹和小螺距应避免采用. 11. 在螺杆的长度方向上，应避免螺槽深度突然变化，但多阶挤出螺杆可以例外，其排气段前后的过渡段可以做得相当短。
本科学生毕业设计 单螺杆挤出机构设计 系部名称：机电工程学院 专业班级：机械设计制造及其自动化08-3班学生姓名： 指导教师： 职称：讲师 黑龙江工程学院 二○一二年六月
摘要 近年来，随着塑料工业的飞速发展，塑料制品的应用领域不断扩展，塑料加工设备已渗透到国民经济的各个行业，成为我国机械工业的重要组成部分，在国民经济中起着越来越重要的作用。其中塑料成型机械是塑料工业中的一个重要组成部分，是完成塑料制品生产成型的必要手段。而挤出成型又是塑料成型加工的重要成型方法之一。 本文主要讲述其基本成型原理、结构组成、主要技术参数、主要零部件及有关的调控系统和辅助装置、设备的安全操作和维护保养以及主要故障的排除等内容，并阐述这些内容之间的相互关系及影响。并且在讲解单杆塑料挤出机的工作原理、基本结构和有关专业知识的基础上，具体深入分析问题，理论与实际相结合，并从机理、结构以及塑料成型工艺、设备的调控、安全及维护保养等方面综合分析问题，找出矛盾的主要方面，选择最优的改进方案，来提高单杆塑料挤出机的综合水平，从而获得更好的经济效益和社会效益。 关键词单螺杆；挤出机；塑料成型机械；挤出原理；塑料成型工艺。
Abstract In recent years, with the rapid development in the plastic industry, plastic product has been continuously enlarged in application field。The plastic machine has been used in many fields that is detached to the national economy, has become the important part, and this role is getting gradually important. while plastic-molding machinery plays a vital role in plastic industry, and it is the necessary way to accomplish the plastic-molding, whereas the injection machine is one of the most crucial methods to make the plastic-molding. It is mainly involved in the basic molding principle, structure composition, chief tech parameter, general parts and relevant coordination system, assist equipment, and how to operate safely and maintain, as well as how to obviate the error, surly the connection and mutual impact among these item. Furthermore, on the basis of working principle, structure, and relevant subjects, this thesis gives a deeper analysis, both theoretically and practically, and a benign promotion to the traditional types. It does study on the problem of principals, structure, plastic-molding process in synthesis, separate the main contradiction and optimize the plan in order to benefit the highest profit and social interest. Keywords single-screw; extruding machine; plastics-shaping machine ;Extrusion principle;Plastic injection molding process.
单螺杆挤出机操作手册 1.启动前的准备工作 给需要润滑的地方涂上油脂，检查油位，如有需要，补足油量到油位计的最大值和最小值之间。 打开水、气流获压缩空气的阀门，检查管道是否泄露。检查水箱水位，加水至水箱容积的2/3，启动水泵，检查水压值是否在之间。 清理料仓和料斗，加入原料，原料至少要满足1小时的生产。 启动切粒机，检查切刀的旋转方向是否正确。 2.启动 加热过程分三个阶段来进行，每个阶段之间间隔约15min。达到运行温度时，需要再次紧固加热器连接螺钉。 根据工艺要求设定各区温度，在各区温度达到设定值后，保持恒温50分钟，进一步检查温控表和电磁阀是否正常。 打开润滑油阀门进一步确认没有漏油，开启润滑油的水冷却器开关。 设定主机转速，启动主电机并在空转的状态下逐渐增速，保持转速20rpm下转动约1分钟，检测主机的空转电流是否稳定。 低速启动喂料电机并开始喂料。当有物料从机头挤出的时候，加快螺杆转速并逐渐加快喂料速度使其与主机转速相匹配，每次增加不超过50rpm。 设备运转稳定一定时间后，调节筒体截止阀开度达到最佳状态。 启动水循环系统，吹干机和切粒机，调节切粒机的速度与挤出速度相匹配，保证料粒直径均匀。 挤出机稳定运行后打开抽真空系统。 3停车 关闭真空管道阀门并打开真空室盖子，关闭真空泵。 停喂料机，逐渐降低螺杆转速，挤出筒体内的残余物料，物料基本清楚干净后，按下主机停止按钮。 按照顺序停主电机风机，油泵，真空泵和水泵。切断控制面板上所有的加热区，停切粒机，吹干机，关闭空气压缩机获气瓶气阀，关闭所有水管阀门（不包括筒
体冷却水管截止阀）。 4注意事项 需要紧急停车时，先按下红色按钮，在切断电源开关。 严格按照操作手册操作机器，避免损坏。 操作过程中注意安全，小心被肢体被螺杆卷入，小心高温筒体烫伤和水蒸气烫伤。禁止随意改变机器运行参数。
锥形双螺杆挤出机螺杆设计 发表时间：2019-01-03T11:49:17.353Z 来源：《基层建设》2018年第34期作者：李勇蒋林蓉刘奕丁 [导读] 摘要：随着高分子新材料市场需求的不断扩大，对高分子材料成型加工工艺的要求越来越高。 桂林市君威机电科技有限公司广西桂林 541004 摘要：随着高分子新材料市场需求的不断扩大，对高分子材料成型加工工艺的要求越来越高。目前，高分子材料成型加工的方法主要有热压成型、注射成型、压延成型、吹塑成型和挤出成型等。其中，挤出成型是高分子材料加工领域中塑化效果好、适应性强、生产率高、可连续化生产的成型加工方法。高分子材料的性能和形状可以千差万别，成型工艺各不相同。目前市场上的成型加工设备主要有开炼机、密炼机、单螺杆挤出机和双螺杆挤出机。本文中，主要探讨了锥形双螺杆挤出机的螺杆设计。 关键词：双螺杆挤出机；螺杆设计 前言 随着我国工业的快速发展，高分子材料越来越多的被广泛应用到日常生活中各个领域，大量的钢铁制品由于其自身的局限性和缺点而被橡胶制品和塑料制品取而代之，如汽车零部件、家电外壳、建筑材料等。人们对橡胶和塑料制品的需求不断增多，因此高效且连续的生产工艺是必要的，从而推动了挤出成型技术的发展，增大了挤出机的市场需求。挤出成型工艺适用于大部分高分子材料，几乎能成型所有的热塑性塑料，也可用于部分热固性塑料。挤出机其结构和性能对于加工材料的性能的影响至关重要。因此本文对一款锥形双螺杆挤出机（QE31A挤出机）的结构与性能进行探究。 1 双螺杆挤出机的结构及工作原理 双螺杆挤出机组的整体结构和单螺杆挤出机的差不多，组成部分都是主机、机头和辅机。二者的区别主要是在主机上，主机也就是我们所说的双螺杆挤出机。而单独的一台机器并不能完成所有的任务，必须用辅机进行配合生产，组成一条完整的生产线。双螺杆挤出机的性能衡量指标有很多，例如所生产产品的产量、能耗、产品质量等，同样，一条生产线所包含的机械设备又多了牵引机、切割机等，所以生产效率不仅仅受同向双螺杆挤出机影响，但是主机对生产效率的提升具有决定性作用。如图1所示，双螺杆挤出机主机主要是由电机、传动装置、控制系统、挤压腔等组成。 1.主电机； 2.传动箱； 3.控制系统； 4.底座； 5.挤出腔及螺杆； 6.出料装置； 7.切割 图1 典型双螺杆挤出主机 性能特点：能把物料强制挤，物料不易降解，物料塑化能力强、混炼效果好、受到的剪切力小、可以直接成型，粉料类物料可以直接加入料斗，使用专用模具、品牌厂家生产，保证制品出料均匀、流畅、废次品率低、产量高。双螺杆挤出机生产线调整模具、辅助设备可进行双管生产，同时更换模具和辅助设备和部分零部件、配置专用的板材、片材模具、辅助设备可行板材、版材的生产。同向双螺杆挤出机也可进行热切造粒。 1-电动机；2-连接器；3-减速器；4-料斗；5-加料器； 6-加热器；7-机筒；8-螺杆 图2双螺杆挤出机示意图 如图2所示，双螺杆挤出机由电动机、减速器、料斗、喂料器等几个部分组成，每个部分的作用不尽相同，缺一不可。同向双螺杆挤出机不同于单螺杆挤出机的地方就是其螺杆数量不同，正是基于这一点，螺杆可以用多种形式进行组合，因此双螺杆挤出机的应用范围特别广泛，适用于多种物料的加工。工作原理：能形成封闭或半封闭的型腔，有正位移输送条件，其正位移输送程度与封闭程度有关。在啮合区，螺棱插入螺槽形成“C”形室。它不封闭，两个螺杆间有一个连续通道。双螺杆中物料形成∞通道。双螺杆的螺槽宽度要大于螺棱大小，形成纵向的通道，这样两只螺杆就不会发生干涉导致挤出机严重故障。双螺杆挤出机的物料加入是由加料装置加入，然后经过挤压系统中两只螺杆的作用形成熔融态，被运送至机头位置后经过口模塑形挤出。 2 双螺杆挤出机的用途 双螺杆挤出机普遍应用于高粘度塑料、热塑性塑料和橡胶的成型加工，可进行配料、循环混合、造粒、成型等，如各种管材、型材、电线电缆包覆等。可连续化、高效率的完成聚合物的混合和成型加工，制造各种连续制品。由于挤出机的料筒可以作为反应器，因此具有反应性挤出的性能，可以同时完成聚合物的熔融混合和反应性挤出成型过程，反应性挤出可以直接用于聚合物的接枝反应、交联反应、嵌段反应和控制降解反应等。除此之外，双螺杆挤出机还可以搭配其他的辅机一起使用，可以完成不同要求的挤出成型制品的生产。其用途对于高分子材料的成型加工工艺具有积极的意义。 3 QE31A挤出机的加工工艺流程 QE31A挤出机的工艺流程和一般的双螺杆挤出机的的工艺流程相似。具体操作是将原料自加料斗加入料筒，在气筒的冲击和螺杆的旋转作用下，通过料筒内壁和螺杆表面摩擦剪切作用向前输送到加料段，在此松散的固体物料向前输送的同时被压实；在压缩段，螺槽深度逐渐变浅，物料被进一步压实，同时在料筒外加热和螺杆与料筒内壁摩擦剪切作用下，料温升高至物料开始熔融，压缩段结束；均化段使
单螺杆挤出机原理及应用 单螺杆挤出机作为一种常见的挤出机设备，用于塑料加工行业，原理和构造是什么呢？下面从挤出机的输送段，压缩段，计量段来对单螺杆挤出机原理做一个分析。 单螺杆挤出机一般在有效长度上分为三段，按螺杆直径大小、螺距、螺深确定三段有效长度，一般按各占三分之一划分。 高效单螺杆挤出机采用双阶式整体设计，强化塑化功能，保证了高速高性能稳定挤出，特种屏障综合混炼设计，保证了物料的混炼效果，高剪切低融塑化温度保证了物料的高性能低温低压计量挤出。设计理念和特点：在高平直基础上的高速，高产挤出。 单螺杆挤出机原理 料口最后一道螺纹开始叫输送段物料在此处要求不能塑化，但要预热、受压挤实，过去老挤出理论认为此处物料是松散体，后来通过证明此处物料实际是固体塞，就是说这里物料受挤压后是一固体象塞子一样，因此只要完成输送任务就是它的功能了。 单螺杆挤出机原理：第二段叫压缩段时螺槽体积由大逐渐变小，并且温度要达到物料塑化程度，此处产生压缩由输送段三，在这里压缩到一，这叫螺杆的压缩比－－3：1，有的机器也有变化，完成塑化的物料进入到第三段。 单螺杆挤出机原理：第三段是计量段此处物料保持塑化温度，只是象计量泵那样准确、定量输送熔体物料，以供给机头，此时温度不能低于塑化温度，一般略高点。 单螺杆挤出机主要供挤出软、硬聚氯乙烯、聚乙烯等热塑性塑料之用，它与相应的辅机（包括成型机头）配合，可加工多种塑料制品，如膜、管、板、丝带等，亦可用于造粒。
塑料挤出机设计先进，质量高，塑化好，能耗低，采用渐开线齿轮传动，具有噪音低，运转平稳，承载力大，寿命长等特点。 单螺杆挤出机用途 管材挤出：适用于PP-R管、PE燃气管、PEX交联管，铝塑复合管，ABS管、PVC管、HDPE硅芯管及各种共挤复合管。 板材和片材挤出：适用于PVC、PET、PS、PP、PC等型材及板材的挤出。其 它各种塑料的挤出如丝、棒等。型材的挤出：调节挤出机转速及改变挤出螺杆的结构可适用于生产PVC、聚烯烃类等各种塑料异型材。改性造粒：适用于各种塑料的共混、改性、增强造粒。
1 SJ系列单螺杆挤出机的设计理念 ◎在高品质基础上的高速，高产挤出。 ◎低温塑化的设计理念，保证高质量制品的挤出。 ◎两阶式整体设计，强化塑化功能，保证调整高性能挤出。◎特种屏障，BM综合混炼设计，保证物料的混炼效果。 ◎高扭力输出，特大推力轴承。 ◎齿轮，轴为高强度合金钢，渗碳，磨齿处理。 ◎高硬度，高光洁度，超低噪音。 ◎PLC 智能控制，可实现主辅机间的联动。 ◎易于监控的人机界面，方便了解加工和机器状态。 ◎根据需要可更换控制方式（控温仪表）。 ◎材质为38CrMoAL/A氮化处理，耐磨。 ◎严格的温控精度，风冷水冷相结合冷却。 ◎独特的入料口设计，具有完美的水冷装置。 ◎带沟面喂料底套的螺筒，具有增强进料功能，为高速高产挤出提供了保证。 单螺杆挤出机参数: 单螺杆挤出机是塑料挤出生产线中的一种机型，它的技术参数和型号如下： 1、单螺杆挤出机技术参数： 1）挤出机生产能力Q：每小时挤出的塑料量 2）比流量每小时每转一周挤出机生产能力
3）名义比功率每小时加工kg塑料所需电机功率 4）螺杆长径比L/Db：螺杆工作部分长度与螺杆直径比值5）螺杆直径Db：指大径，系列标准20、30、45、65、90、120、150、165、200、250、300 6）驱动螺杆电机功率P：KW 7）螺杆转速范围：nmin-nmax r/min 2、型号 SL-150表示螺杆直径为150mm，长径比为20：1塑料挤出2 单螺杆挤出机原理 1、料口最后一道螺纹开始叫输送段物料在此处要求不能塑化，但要预热、受压挤实，过去老挤出理论认为此处物料是松散体，后来通过证明此处物料实际是固体塞，就是说这里物料受挤压后是一固体象塞子一样，因此只要完成输送任务就是它的功能了。 2、第二段叫压缩段时螺槽体积由大逐渐变小，并且温度要达到物料塑化程度，此处产生压缩由输送段三，在这里压缩到一，这叫螺杆的压缩比－－3：1，有的机器也有变化，完成塑化的物料进入到第三段。 3.第三段是计量段此处物料保持塑化温度，只是象计量泵那样准确、定量输送熔体物料，以供给机头，此时温度不能低于塑化温度，一般略高点。 高速单螺杆挤出机主要用途
目录 一．设计任务 (2) 二．双螺杆挤压机工作原理及特点 (2) 三、双螺杆挤压机的组成及应用 (3) 1.主机 (3) 2.辅机 (4) 3.控制系统（检测和控制） (4) 四、硬件设计 (4) 1.多路开关 (4) 2.采样保持器 (4) 3模数转换芯片 (5) 4.数模转换器 (5) 5.交流型固态继电器 (6) 6.开关量输出 (6) 7译码器 (6) 8.模拟量的采集 (7) 9.电机的控制 (7) 10.温控设计 (8) 11.报警设计 (8) 五、软件界面设计 (9) 六、软件设计 (11) 1. 程序流程图： (11) 2.软件中用到变量 (12) 3.系统启动 (12) 4.温度采集及控制模块 (13) 5.报警参数采集及控制模块 (14) 6.模数转换 (15) 7.PID控制： (15) 7.显示 (16) 七、总结 (17) 八、参考资料 (18)
一．设计任务 1．设计硬件原理图一张。此硬件可以插入PC机的ISA插槽，用于实PC机和塑料挤压机的连接，其中包含有计算机测控系统的前向通道和后向通道部分。 2．用Visual Basic开发软件，完成测控软件设计，包括界面设计、模数、数模、开关量控制、PID控制、总体控制模块设计。 3．完成技术报告一份。包括塑料挤压机介绍、硬件原理和设计说明，软件各模块流程图、主要软件（温度采样、压力采样、电机调速等）源程序和设计功能注释，注明参考文献。 二．双螺杆挤压机工作原理及特点 双螺杆挤压机的生产是内腔式的，即物料反应过程完全在设备内部进行。其结构形式为：有两根等长的旋转轴并排在两个相互连通的，截面成葫芦状的通腔内。两根轴上在相同的位置分别装有同型号的作业块。螺旋套由于安装的位置不同，根据需要螺旋升角、螺距也不同，旋向也有差别。螺旋套的间距是由进料口到出料口逐渐减小的，这样是可以给物料施加压力，促使物料前进而且可以使物料充分混合并且加快物料的融化速度。它是借助螺杆转动时的机械力学作用、机械能量的粘滞耗散以及筒壁外的湿热调质过程使物料发生物理、化学、生化变化的一种高效体积机械设备。
一般螺杆分为三段即加料段，压缩段，均化段。 加料段——底经较小，主要作用是输送原料给后段，因此主要是输送能力问题，参数（L1，h1），h1=（0．12－0．14）D。 压缩段——底经变化，主要作用是压实、熔融物料，建立压力。参数压缩比ε=h1／h3及L2。准确应以渐变度A=（h1－h3）／L2。 均化段（计量段）——将压缩段已熔物料定量定温地挤到螺杆最前端、参数（L3，h3），h3=（0．05－0．07）D。 对整条螺杆而言，参数L／D－长径比 L／D利弊：L／D与转速n，是螺杆塑化能力及效果的重要因素，L／D大则物料在机筒里停留时间长，有利于塑化，同时压力流、漏流减少，提高了塑化能力，同时对温度分布要求较高的物料有利，但大之后，对制造装配使用上又有负面影响，一般L／D为（18～20），但目前有加大的趋势。 其它螺距S，螺旋升角φ=πDtgφ，一般D=S，则φ=17°40′。 φ对塑化能力有影响，一般来说φ大一些则输送速度快一些，因此，物料形状不同，其φ也有变化。粉料可取φ=25°左右，圆柱料φ=17°左右，方块料φ=15°左右，但φ的不同，对加工而言，也比较困难，所以一般φ取17°40′。 棱宽e，对粘度小的物料而言，e尽量取大一些，太小易漏流，但太大会增加动力消耗，易过热，e=（0.08～0.12）D。 总而言之，在目前情况下，因缺乏必要的试验手段，对螺杆的设计并没有完整的设计手段。大部分都要根据不同的物料性质，凭经验制订参数以满足不同的需要，各厂大致都一样。 一．PC料（聚碳酸酯） 特点：①非结晶性塑料，无明显熔点，玻璃化温度140°～150℃，熔融温度215℃～225℃，成型温度250℃～320℃。 ②粘度大，对温度较敏感，在正常加工温度范围内热稳定性较好，300℃长时停留基本不分解，超过340℃开始分解，粘度受剪切速率影响较小。 ③吸水性强 参数选定： a．L／D针对其热稳定性好，粘度大的特性，为提高塑化效果尽量选取大的长径比，本厂取26。 由于其融熔温度范围较宽，压缩可较长，故采用渐变型螺杆。L1=30％全长，L2=46％全长。 b．压缩比ε 由渐变度A需与熔融速率相适应，但目前融熔速率还无法计算得出，根据PC从225℃融化至320℃之间可加工的特性，其渐变度A值可相对取中等偏上的值,在L2较大的情况下，普通渐变型螺杆ε=2～3，本厂取2．6。 c．因其粘度高，吸水性强，故在均化段之前，压缩段之后于螺杆上加混炼结构，以加强固体床解体，同时，可使其中夹带的水份变成气体逸出。 d．其它参数如e，s，φ以及与机筒的间隙都可与其它普通螺杆相同。 二．PMMA（有机玻璃） 特点:①玻璃化温度105℃，熔融温度大于160℃，分解温度270℃，成型温度范围很宽。 ②粘度大，流动性差，热稳定性较好。 ③吸水性较强。 参数选择 a．L／D选取长径比为20～22的渐变型螺杆，视其制品成型的精度要求一般L1=40％，L2=40％。 b．压缩比ε ，一般选取2．3～2．6。 c．针对其有一定亲水性，故在螺杆的前端采用混炼环结构。
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，单螺 杆和双螺杆挤出机都应用极其普遍，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；塑料；同向啮合
ABSTRACT This paper is about the design of plastic polymer single-screw extruder that used in industry.The single-screw extruder is extensively used in the fields of industry and experiment,and it is one of the important units of polymer processing equipment.As a single-screw extruder used in industry,it requires to complete a series of general process such as transportation of solid,increase of pressure,melt,transportation of melt.Besides,it refers to mix the composite plastics and polymer grain,and the control of the material feed quantity.These are the innovations in this design.On the base of the design of common single-screw extruder,i increased two auxiliary feed screws which are used to transportate materials of composite plastics and used it to mix kinds of plastics.The control of the quantity of material feed is done by the control of the chief screw and the speed of auxiliary feed screws.Meanwhile,i used twin wedge-shaped thread section in the design of screw thread section.This is good to increase the outcome of the extruder, and to improve the quality of plasticity comparing with common tectangular thread section. Keyword: Single-screw Extruder; plastics; Industry
单螺杆挤出机原理 单螺杆挤出机作为一种常见的挤出机设备，用于塑料加工行业，原理和构造是什么呢？下面从挤出机的输送段，压缩段，计量段来对单螺杆挤出机原理做一个分析。单螺杆挤出机一般在有效长度上分为三段，按螺杆直径大小、螺距、螺深确定三段有效长度，一般按各占三分之一划分。 单螺杆挤出机原理： 料口最后一道螺纹开始叫输送段物料在此处要求不能塑化，但要预热、受压挤实，过去老挤出理论认为此处物料是松散体，后来通过证明此处物料实际是固体塞，就是说这里物料受挤压后是一固体象塞子一样，因此只要完成输送任务就是它的功能了。 第二段叫压缩段，螺槽体积由大逐渐变小，并且温度要达到物料塑化程度，此处产生压缩由输送段三，在这里压缩到一，这叫螺杆的压缩比－－3：1，有的机器也有变化，完成塑化的物料进入到第三段。 第三段是计量段，此处物料保持塑化温度，只是象计量泵那样准确、定量输送熔体物料，以供给机头，此时温度不能低于塑化温度，一般略高点。SJ系列单螺杆挤出机主要供挤出软、硬聚氯乙烯、聚乙烯等热塑性塑料之用，它与相应的辅机（包括成型机头）配合，可加工多种塑料制品，如膜、管、板、丝带等，亦可用于造粒。鑫达塑料挤出机设计先进，质量高，塑化好，能耗低，采用渐开线齿轮传动，具有噪音低，运转平稳，承载力大，寿命长等特点。高速单螺杆挤出机主要用途管材挤出：适用于PP-R 管、PE燃气管、PEX交联管，铝塑复合管，ABS管、PVC管、HDPE硅芯管及各种共挤复合管。板材和片材挤出：适用于PVC、PET、PS、PP、PC等型材及板材的挤出。其它各种塑料的挤出如丝、棒等。型材的挤出：调节挤出机转速及改变挤出螺杆的结构可适用于生产PVC、聚烯烃类等各种塑料异型材。改性造粒：适用于各种塑料的共混、改性、增强造粒。 设计理念 ◎在高品质基础上的高速，高产挤出。◎低温塑化的设计理念，保证高质量制品的挤出。◎两阶式整体设计，强化塑化功能，保证调整高性能挤出。◎特种屏
第1章绪论 1.1 塑料挤出概述 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。据统计，在塑料制品成型加工中，挤出成型制品的产量大约占整个塑料制品产量的50%以上。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。除此之外，在填充、共混、改性等复合材料和聚合物合金生产过程中，螺杆挤出很大程度上取代了密炼、开炼等常规工艺。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。近年来，挤出工程的创新表现，更多的过程，如发泡、胶联、接枝、嵌段、调节相对分子质量甚至聚合反应等化学加工过程都愈来愈多地在螺杆挤出机上进行。螺杆挤出工艺装备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少的环境污染。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。 双螺杆挤出机与单螺杆挤出机相比，能使熔体得到更加充分的混合，应用更广。 1.2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。 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。 （1）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。 （2）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。 （3）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。 （4）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。
毕业设计-双螺杆挤出机开题报告（含全套CAD图纸）本科毕业设计(论文)开题报告 学院,部,: 机械工程学院专业: 机械工程及自动化学生姓名: 班级: 学号 指导教师姓名: 职称 - 3 - 题目:双螺杆塑料挤出机 1. 双螺杆塑料挤出机设计概述 1.1双螺杆塑料挤出机概述 塑料挤出成型是在挤出机中通过加热、加压而使塑料以及熔融流动状态连续通过口模成型的方法，或简称为挤塑。挤出成型是聚合物加工中出现较早的一门技术,在19世纪初已有使用。挤出成型可加工的聚合物种类很多,制品更是多种多样,成型过程也有许多差异，比较常见的是以固体块状加料挤出制品的过程。 双螺杆塑料挤出机有主机，机头和辅机组成。其中主机是核心部分，由传动系统，挤压系统，加热冷却系统，控制系统组成。 其挤出成型过程为:将颗粒状或粉状的固体物料加入到挤出机的料斗中,挤出机的料筒外面有加热器,通过热传导将加热器产生的热量传给料筒内的物料,温度上升,达到熔融温度。机器运转,料筒内的螺杆转动,将物料向前输送,物料在运动过程中与料筒、螺杆以及物料与物料之间相互摩擦、剪切,产生大量的热,与热传导共同作用使加入的物料不断熔融,熔融的物料被连续、稳定地输送到具有一定形状的机头(或称口模)中。通过口模后,处于流动状态的物料取近似口型的形状,再进入冷却定型装置,使物料一面固化,一面保持既定的形状,在牵引装置的作用下,使制品连续地前进,并获得最终的制品尺寸。最后用切割的方法截断制品,以便储存和运输。
加料挤出系统 整体方案设计 - 4 - 双螺杆挤出机有啮合型的，也有非啮合型的;啮合型的又分同向旋转的和异向旋转的;异向旋转啮合型双螺杆又有平行双螺杆挤出机和锥形双螺杆挤出机之分。主要考虑的参数是双螺杆直径(Φ72MM)、中心距、长径比、螺杆转数范围、功耗、挤出量、螺杆轴向推力。 1.2 挤出系统设计 1.2.1 螺杆设计 (1)螺杆元件的设计根据实现功能的不同，可将螺杆元件分为输送元件(它由螺纹元件组成，可有不同的螺纹头数和导程)，剪切元件(主要是捏合盘及其组成)，混合元件(主要是齿形元件等)。
1. Buss推出MX系列新一代连续混炼机 瑞士Buss公司推出用于生产高端聚合物共混材料的MX系列连续混炼机，见图.1。 图1. Buss MX系列连续混炼机 Buss MX系列连续混炼机的主要特点： （1）生产能力比高：用于在特定区段采用了4头螺纹设计，显著提高了挤出机的输送能力，产量提高2.5倍。同时，螺杆转速750r/min时被加工物料没有明显的温升。 （2）比能耗降低：用于新型高效MX混炼元件的采用，使得加工聚合物共混物的比能耗较上一代机型降低15％。 （3）工作稳定性高：经优化设计的4头螺纹元件具有非常稳定的输送特性，使得挤出产量与螺杆转速呈线性关系，就有可靠的容积放大效应。 （4）共混物的混合质量提高：即使在最高转速下，也能保证填料在聚合物基体中的分散程度，确保共混物的物理和机械性能。
表.1 Buss MX系列连续混炼机主要技术参数 2. Leistritzg公司推出ZSE MAXX系列同向平行双螺杆挤出机Leistritzg公司推出新一代ZSE MAXX系列同向平行双螺杆挤出机，主要性能指标有显著提高： 螺杆外径与内径的比值：OD/ID=1.66 比扭矩：15.0 Nm/cm3 主要优点： （1）产量高：由于该机型螺杆的有效容积和比扭矩的提高，以及高转速和低温升特性，使得该机型产量较上一代机型提高30％－50％。
（2）提高共混物的填充比：该机型螺杆可以较上一代挤出机多填充10％的填料或颜料。 （3）优异的脱挥效能：用于该机型具有较大的熔体表面，使得其脱挥效能协助提高，适合ABS、PS、PET、木塑等材料的加工。 图.2 Leistritzg公司ZSE MAXX系列同向平行双螺杆挤出机 ZSE MAXX系列同向平行双螺杆挤出机的主要技术参数见表.2。 表.2 ZSE MAXX系列同向平行双螺杆挤出机技术参数