塑料机械课程设计指导书.doc

塑料机械课程设计
指导书
谢 军 编
2009年6月
一、塑料机械课程设计目的
塑料机械课程设计是一个重要的专业教学环节,这个数学环节的目的:
(1)使学生进一步巩固《塑料机械》课程中的理论知识,了解塑料机械设计的一般程序。
(2)使学生能够熟练地运用有关设计技术资料,如《塑料机械国家标准》、《机械零件设计手册》、《塑料工程手册》、《轻工业技术装备手册》及其它有关设计规范等。
(3)训练学生初步设计塑料机械的能力,为以后的工作打下初步的基础。
二、塑料机械设计准备工作
1.资料及工具准备
课程设计开始前必须预先准备好《塑料机械国家标准》、《机械零件设计手册》、《塑料工程手册》、《轻工业技术装备手册》等技术资料,以及图纸、绘图仪器等工具。
2.总体方案设计
学生应充分研究设计任务书,了解产品用途,所应用的树脂,并进行工艺性及尺寸公差等级分析,在初步明确设计要求的基础上,可按以下步骤进行零部件总体方案的论证。
(1)根据任务书中规定,确定螺杆结构的初步方案,并画出结构草图;
(2)通过螺杆结构初步计算及查找《塑料工程手册》、《轻工业技术装备手册》等技术资料,验证各段结构方案是否可行,构画各段的结构草图。
(3)构画其它部件的结构草图,进一步对螺杆结构选择方案是否合理可行进行分析和讨论。
(4)螺杆及机筒方案经指导教师过目后,即可正式绘制装配图,并着手按照“设计任务书”上的要求进行课程设计。
三、具体设计步骤
塑料机械课程设计可按以下几个步骤进行:
(1)对螺杆进行设计;
(2)对机筒进行设计;
(3)设计塑化部件装配图;
(4)对螺杆、机筒强度进行校核:
(5)按“设计任务书”要求设计绘制零件图;
(6)按规定格式编制设计说明书;
(7)准备答辩。
四.螺杆结构设计的基本思路:
1.衡量螺杆设计质量标准和设计时应注意的问题
1.1. 设计质量标准:
1)生产能力:
a 比流量:Q/n 单位时间内螺杆每转一圈的挤出量。 ( 公斤/圈)
b 最高生产能力:Q 在保证塑化质量的前题下能达到的最高产量。(公斤/时)
2)功率消耗:N/Q 在保证塑化质量的前题下,单位产量所消耗的机械功率---单耗
(千瓦时/公斤)
3)塑化质量:
外观质量:指表面光滑,无波浪、竹节形、气泡、斑纹和水纹等缺陷;
混合质量:指物料的各组分的分散程度。它直接影响制品的物理、机械和化学性能;
挤出温度:指物料的径向、纵向温度,在保证外观质量下,一是温度越低越好,制品易定型,可缩短冷却时间,减少辅机的冷却负担;二是要求波动和温差越小越好,可使制品尺寸稳定、不易变形、防止局部过热降解;
挤出压力:压力波动,引起生产能力波动,也会造成制品的尺寸波动。
4)螺杆的加工制造容易、使用寿命长。
5)适应性广:希望塑化效率和适应性广都兼备。
1.2设计时应注意的问题
1) 高聚物的特性-----对螺杆的结构和几何参数有不同的要求。
主要包括:形状、大小、松密度、熔融温度或软化点、熔态下的粘度、流动性、热稳定性、熔融温度范围及所含填料的性能等。
2) 挤压系统的用途:
专用还是通用?对螺杆的结构设计有不同要求。
3) 口模的几何形状和阻力特性:
不同口模的几何形状和阻力特性,要求螺杆的几何参数也不同,高阻力机头要求H3较浅,反之则要求较深的H3.
4) 螺杆转数
熔融速率取决于剪切速率,剪切速率又与螺杆转数有关。
2 挤出机普通螺杆的设计
普通螺杆:即常规全螺纹的螺杆。
普通螺杆的特征包括有:直径D,长径比D/L,三段结构,螺纹升程,螺纹升角,螺纹断面形状及螺杆头部结构。
2.1 普通螺杆的主要形式及其确定
2.1.1 主要形式
1) 等距变深螺杆
有三种,一是全长渐变,二是三段渐变,三是三段突变
缺点:对压缩比较大的小径螺杆的强度受到影响。
2)等深变距螺杆螺杆。
优点:加工制造容易,成本低;螺纹升程相等物料与机筒接触面积大,有利于物料塑化;加料段的第一个螺槽深度大,有利于进料,生产能力大。
螺槽深度不变,螺槽宽度逐渐变窄。
优点:杆有足够的强度,利于用增大转速来提高生产能力;有利于设计大的压缩比。
缺点:由于H3较大,在同和压缩比下,熔料倒流量较大;物料均化作用差;加工困难,应用较少。
3)变距变深螺杆
特点:可得到较大的压缩比(8:1),机械加工复杂,采用较少。
2.1.2 普通螺杆形式的确定
非结晶型塑料熔融时有玻璃态、高弹态和粘流态三种状态,是在一个较大的温度范围内进行,如HPVC的软化温度在75~165℃,故选用等距变深螺杆较好;
结晶型塑料熔融时没有明显的高弹态,其软化温度范围较窄,如LDPE的软化温度在83~111℃,选用等距突变螺杆较好,理论上突变为(1~2)D,实际上通常为(3~5)D。
2.2 普通螺杆主要参数的设计
2.2.1 直径D的确定:
理论计算D是有困难的,一般是在初步确定产量和转速后,采用:
Q=βD3n 进行初算
β---经验出料系数 一般为0.003~0.007,对转速高的取大值;对质韧而硬的物料取大值;对采用IKV结构机筒的取大值;
D计算后,应按标准选取,即按:20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、80、90、100、110、120、150、200、250、300等,向上一档靠。也可以按制品尺寸选定螺杆直径,即按下表: 单位:mm
螺杆直径
30
45
65
90
120
150
200
硬管直径
~30
10~45
20~65
30~120
50~180
80~300
120~400
吹膜折径
50~300
100~1000
400~1500
700~2000
~2500
~3500
~8000
挤板宽度
-
-
400~800
700~1200
~1500
~2500
-
2.2.2 确定长径比:L/D
从公式:Q=1/2[πDnH3(l-é)cos2Φ]-[H33(l-é)sinΦcosΦ/12η].P/L3
-[π2D2δ3tgΦ/12ηLé].P/L3
看出,增大L/D,就等于减少了第二和第三项的倒流和漏流流量,相对提高了生产能力。
从右图也可看到,增大L/D,比流量也得到增加。
对难于加工的塑料,如含氟塑料、对要求较高温度和压力的塑料、
对吹膜制品、对粉状料等L/D要大些;对热敏性塑料、对进行半成品
加工的L/D要小些;对转速高的L/D要大些。
但也不要过大,过大,则使功率