（機(jī)械設(shè)計(jì)及理論專業(yè)論文）行星塑化系統(tǒng)擠出過程的研究.pdf

學(xué)位論文數(shù)據(jù)集 l i i i i iiiiiiiiii i i i i iq l m i i i im i y 2 13 9 0 2 0 中圖分類號(hào) t q 3 2 學(xué)科分類號(hào) 4 6 0 2 0 9 9 論文編號(hào) 1 0 0 10 2 0 1 2 0 7 1 1 密級(jí)公開 學(xué)位授予單位代碼 10 0 1 0 學(xué)位授予單位名稱 北京化工大學(xué) 作者姓名徐能學(xué)號(hào) 2 0 0 9 0 0 0 7 1 1 獲學(xué)位專業(yè)名稱機(jī)械設(shè)計(jì)及理論獲學(xué)位專業(yè)代碼 0 8 0 2 0 3 非金屬材料成型理論與 課題來源企業(yè)合作項(xiàng)目研究方向 設(shè)備設(shè)計(jì) 論文題目行星塑化系統(tǒng)擠出過程的研究 關(guān)鍵詞行星螺桿擠出機(jī)，塑化機(jī)理，輸送機(jī)理，加工性能，數(shù)值模擬 論文答辯日期2 0 1 2 年5 月2 6 日論文類型開發(fā)研究 學(xué)位論文評(píng)閱及答辯委員會(huì)情況 姓名 職稱 工作單位學(xué)科專長 指導(dǎo)教師金志明副研究員北京化工大學(xué)聚合物加工 評(píng)閱人1薛平研究員、博導(dǎo)北京化工大學(xué)聚合物加工 評(píng)閱人2 何繼敏副研究員北京化工大學(xué)聚合物加工 中石化總公司北 徽員縱趙月云高工聚合物加工 京化工研究院 答辯委員1吳大鳴研究員北京化工大學(xué)精密技術(shù) 答辯委員2薛平研究員北京化工大學(xué)聚合物加工 答辯委員3何亞東研究員北京化工大學(xué)聚合物加工 答辯委員4李慶春 研究員 北京化工大學(xué)聚合物加工 答辯委員5何繼敏副研究員北京化工大學(xué)聚合物加工 答辯委員6任冬云副研究員北京化工大學(xué)聚合物加工 答辯委員7王克儉副研究員北京化工大學(xué)聚合物加工 答辯委員8劉穎副研究員北京化工大學(xué)聚合物復(fù)合材料 答辯委員9劉廣建高工北京化工大學(xué)聚合物加工 答辯委員1 0閆寶瑞高工北京化工大學(xué)機(jī)電控制 答辯委員1 1趙中里講師北京化工大學(xué)聚合物加工 摘要 行星塑化系統(tǒng)擠出過程的研究 摘要 行星螺桿擠出機(jī)由于其高產(chǎn)、高效且具有優(yōu)異的塑化和混合性能等特 點(diǎn)在聚合物d n - r 領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用，然而由于其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性， 對(duì)其擠出過程理論的研究目前仍非常少。課題以工業(yè)用行星螺桿擠出機(jī)為 基礎(chǔ)，建立了行星螺桿擠出機(jī)擠出過程的實(shí)驗(yàn)研究平臺(tái)，在此基礎(chǔ)上，進(jìn) 行了行星塑化系統(tǒng)的擠出過程研究，內(nèi)容包括理論分析、實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)值 模擬等部分。 論文分析了行星螺桿擠出機(jī)物料的輸送機(jī)理、物料最短停留時(shí)間、產(chǎn) 量和塑化機(jī)理等。行星螺桿擠出機(jī)具有獨(dú)特的擠出過程，行星段內(nèi)物料的 輸送可以分為正位移輸送、拖曳輸送和壓力輸送，本文計(jì)算了正位移輸送 的速度。在此基礎(chǔ)上分析了物料的最短停留時(shí)間，討論了其影響因素以及 影響的趨勢，并得到了物料的最短停留時(shí)間計(jì)算公式。同時(shí)分析了行星段 物料充滿段的流率，其流率分為正位移流率、壓力流率和黏性拖曳流率， 并討論了它們的影響因素和影響趨勢。根據(jù)物料在行星段內(nèi)的運(yùn)動(dòng)與形態(tài) 變化，論文分析了行星段內(nèi)物料的塑化機(jī)理，行星段內(nèi)不同區(qū)域的物料的 熔融機(jī)理有熱傳導(dǎo)、摩擦耗散能、塑性變形耗散能、黏性耗散能和類似于 雙螺桿擠出機(jī)內(nèi)物料的混煉熔融耗散，其中最主要的因素是熱傳導(dǎo)。 在理論分析的基礎(chǔ)上，利用白行研制的行星螺桿擠出機(jī)為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)， 進(jìn)行了系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究，包括對(duì)理論分析的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，工藝參數(shù)( 喂料速 度和主螺桿轉(zhuǎn)速) 和結(jié)構(gòu)參數(shù)( 口模內(nèi)徑和行星螺桿數(shù)量) 對(duì)行星螺桿擠 l 北京化工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 出機(jī)加工性能( 機(jī)頭壓力、熔體溫度、物料最短停留時(shí)間和電機(jī)功耗) 的 影響和調(diào)節(jié)工藝參數(shù)后產(chǎn)量變化的實(shí)驗(yàn)。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)理論分析與實(shí)驗(yàn)結(jié) 果基本一致，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合理論分析討論了造成這些影響的具體 方式和原因。 最后，結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果采用p o l y f l o w 軟件對(duì)行星段物料充滿段內(nèi)的熔 體流動(dòng)進(jìn)行了數(shù)值模擬，獲得了物料充滿段的壓力、速度和剪切速率分布。 關(guān)鍵詞：行星螺桿擠出機(jī)，塑化機(jī)理，輸送機(jī)理，加工性能，數(shù)值模擬 i i 摘要 s t u d yo np l a s t i c i z i n gp r o c e s so fp l a n e t a r y p l a s t i c i z i n gs y s t e m a b s t r a ct p l a n e t a r ys c r e we x t r u d e rw a sb e c o m i n ga p p l i e dm o r ea n dm o r e w i d e l yb e c a u s eo fi t sa d v a n t a g e ss u c h a sh i g hy i e l d ，e f f i c i e n ta n d e x c e l l e n tp l a s t i c i z i n ga n d m i x i n gp r o p e r t i e s h o w e v e r ，s of a rt h e r ei sl i t t l e r e s e a r c ha b o u ti t sp l a s t i c i z i n gp r o c e s st h e o r y a ne x p e r i m e n t a lp l a t f o r m o fp l a n e t a r ys c r e we x t r u d e rw a ss e tu pt os t u d yt h ep l a s t i c i z i n gp r o c e s s i n c l u d i n gt h e o r e t i c a la n a l y s i s ，e x p e r i m e n tr e s e a r c ha n ds i m u l a t i o n o f p l a n e t a r ys c r e we x t r u d e rw a sr e s e a r c h e d ， c o n v e y i n gm e c h a n i s m ，m i n i m u m r e s i d e n c e t i m e ，o u t p u t ，a n d p l a s t i c i z i n gm e c h a n i s mo fp l a n e t a r ys c r e we x t r u d e rw e r ea n a l y z e di nt h i s t h e s i s c o n v e y i n gm e c h a n i s mo fm a t e r i a li np l a n e t a r ys e c t i o nc o u l db e d i v i d e di n t op o s i t i v ec o n v e y i n g 、d r a gc o n v e y i n ga n dp r e s s u r ec o n v e y i n g a x i a lv e l o c i t yo fp o s i t i v ec o n v e y i n gw a sa l s os t u d i e d b a s e do nt h e c o n v e y i n gm e c h a n i s m ，t h ef o r m u l ao fm i n i m u mr e s i d e n c e t i m ew a s d e d u c e d ；i n f l u e n c i n g f a c t o r sa n dt h e e f f e c t i n g t r e n do fm i n i m u m r e s i d e n c et i m ew e r ea n a l y z e dt o o s i m i l a r l y , f l o wr a t eo fs e c t i o nf u l lo f m a t e r i a lc a nb ed i v i d e di n t od i s p l a c e m e n tf l o wr a t e ，p r e s s u r ef l o wr a t e a n ds t i c k yd r a gf l o wr a t e i n f l u e n c i n gf a c t o r sa n dt h ee f f e c t i n gt r e n dw e r e i i i 北京化工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 a l s oa n a l y z e do nt h e s ef l o wr a t e s a c c o r d i n gt ot h em o v e m e n ta n df o r m o fm a t e r i a l ，p l a s t i c i z i n go fm a t e r i a li np l a n e t a r ys e c t i o nw a ss t u d i e d p l a s t i c i z i n gm e c h a n i s m si nd i f f e r e n ts e c t i o n si n c l u d e dh e a tt r a n s f e r ， f r i c t i o n a l d i s s i p a t i o n ，p l a s t i cd e f o r m a t i o n ，v i s c o u sd i s s i p a t i o n a n d d i s s i p a t i v em i x i n gm e l t i n g ，o fw h i c ht h em o s ti m p o r t a n tf a c t o ri sh e a t c o n d u c t i o n o nt h eb a s i so ft h e o r e t i c a la n a l y s i s ，s y s t e m a t i ce x p e r i m e n t sw e r e c a r r i e do u to nas e l f - d e s i g n e dp l a n e t a r ys c r e we x t r u d e r , w h i c hc o n t a i n e d v e r i f i c a t i o nt e s t so ft h e o r e t i c a la n a l y s i s ，e x p e r i m e n t sa b o u te f f e c t so f p r o c e s s i n gp a r a m e t e r s ( f e e d i n gs c r e ws p e e da n dm a i ns c r e ws p e e d ) a n d s t r u c t u r a lp a r a m e t e r s ( d i ed i a m e t e ra n dn u m b e ro fp l a n e t a r ys c r e w ) o n p r o c e s s i n gp r o p e r t i e s ( h e a dp r e s s u r e ，m e l dt e m p e r a t u r e ，t h em i n i m u m r e s i d e n c et i m ea n dp o w e rd i s s i p a t i o n ) e x p e r i m e n t a ls t u d yo nc h a n g eo f o u t p u ta f t e ra d j u s t i n gp r o c e s s i n gp a r a m e t e r sw a sd i s c u s s e di nt h i st h e s i s t o o a c c o r d i n gt ot h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t s ，w ef o u n dt h a ta n a l y s i sa c c o r d w i t h e x p e r i m e n t a l r e s u l t s c o m b i n e dw i t ht h e o r e t i c a l a n a l y s i s ， e x p e r i m e n t a li n v e s t i g a t i o n st oa n a l y z et h es p e c i f i cw a ya n dr e a s o no f t h e s ee f f e c t sw e r ec a r r i e do u tt o o f i n a l l y ，s i m u l a t i o no fp l a n e t a r ys e c t i o nf i l l lo fm a t e r i a lw a sc a r r i e d o u tb ye m p l o y i n gp o l y f l o w , a n dd i s t r i b u t i o no f p r e s s u r e ，v e l o c i t ya n d s h e a rr a t ew e r eo b t a i n e d i v 摘要 k e yw o r d s ：p l a n e t a r ys c r e we x t r u d e r , p l a s t i c i z i n gm e c h a n i s m ， c o n v e y i n gm e c h a n i s m ，p r o c e s s i n gp r o p e r t i e s ，s i m u l a t i o n s v 北京化工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 一 v i 目錄 目錄 第一章緒論1 1 1 行星螺桿擠出機(jī)簡介1 1 2 行星螺桿擠出機(jī)結(jié)構(gòu)1 1 3 行星螺桿擠出機(jī)的工作原理6 1 4 行星螺桿擠出機(jī)的應(yīng)用9 1 5 行星螺桿機(jī)出機(jī)的最新研究進(jìn)展9 1 5 1 設(shè)備方面的最新成果9 1 5 2 理論研究的最近進(jìn)展1 0 1 6 塑化機(jī)理一l o 1 6 1 單螺桿擠出機(jī)的塑化機(jī)理1 1 1 6 2 雙螺桿擠出機(jī)的塑化機(jī)理1 2 1 6 3 多螺桿擠出機(jī)的塑化機(jī)理1 3 1 7 本論文研究的目的、意義、內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)1 3 1 7 1 本論文研究的目的和意義1 3 1 7 2 本論文研究的主要內(nèi)容1 4 1 7 3 本論文的創(chuàng)新點(diǎn)1 4 第二章行星螺桿擠出機(jī)擠出過程的分析研究1 5 2 1 行星螺桿擠出機(jī)的擠出過程概述1 5 2 2 行星段各部件的運(yùn)動(dòng)1 6 2 3 物料在行星段內(nèi)的運(yùn)動(dòng)1 8 2 3 1 物料的軸向運(yùn)動(dòng)1 9 2 3 2 物料的橫向運(yùn)動(dòng)2 3 2 3 3 物料的最短停留時(shí)間2 5 2 4 行星螺桿擠出機(jī)的產(chǎn)量2 7 2 4 1 行星段出口處的流率2 7 2 4 2 機(jī)頭出口處的流率2 9 2 5 對(duì)行星螺桿擠出機(jī)塑化機(jī)理的探索3 0 v i i 北京化工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 2 6 本章總結(jié)3 4 第三章實(shí)驗(yàn)方案的確定及實(shí)驗(yàn)機(jī)的研制3 5 3 1 實(shí)驗(yàn)方案及技術(shù)路線3 5 3 。2 實(shí)驗(yàn)機(jī)的研制3 5 3 3 實(shí)驗(yàn)原料和實(shí)驗(yàn)設(shè)備3 8 3 3 1 實(shí)驗(yàn)原料一3 8 3 3 2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備3 8 3 3 待測數(shù)據(jù)及其測量方法：3 9 3 4 實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)步驟4 2 3 4 1 實(shí)驗(yàn)方法4 2 3 4 2 實(shí)驗(yàn)步驟4 3 3 5 本章總結(jié)4 4 第四章實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析與討論4 5 4 1 工藝參數(shù)對(duì)加工性能的影響4 5 4 1 1 喂料轉(zhuǎn)速對(duì)行星螺桿擠出機(jī)加工性能的影響4 5 4 1 2 主螺桿轉(zhuǎn)速對(duì)行星螺桿擠出機(jī)加工性能的影響5 0 4 1 3 結(jié)論5 4 4 2 結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)3 h - v 性能的影響5 5 4 2 1 結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)于機(jī)頭壓力的影響5 5 4 2 2 結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)于最短停留時(shí)間的影響5 6 4 2 3 結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)于出料熔體溫度的影響5 7 4 2 4 結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)于電機(jī)功耗的影響5 8 4 2 5 結(jié)論5 9 4 3 關(guān)于產(chǎn)量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析討論5 9 4 3 1 喂料轉(zhuǎn)速提高后產(chǎn)量的變化5 9 4 3 2 主螺桿轉(zhuǎn)速提高后產(chǎn)量的變化6 0 4 4 本章總結(jié)6 2 第五章行星段物料充滿段的數(shù)值模擬6 3 1 j 3 6 6 i 一 v 立型 建模 的何 型幾 模1，l 5 5 目錄 5 1 2 數(shù)學(xué)模型6 4 5 2 數(shù)值模擬一6 5 5 2 1 網(wǎng)格劃分6 5 5 2 2 邊界條件6 5 5 2 3 模擬計(jì)算6 6 5 3 模擬結(jié)果與討論一6 6 5 3 1 壓力分布6 6 5 3 2 速度分布6 7 5 3 3 剪切速率分布6 8 5 4 本章總結(jié)6 8 第六章總結(jié)6 9 6 1 全文總結(jié)6 9 6 2 課題有待進(jìn)一步研究的問題7 0 參考文獻(xiàn)7 1 致謝。7 3 研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文7 5 作者及導(dǎo)師簡介7 7 i x 北京化工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 x 目錄 co n t e n t s c h a p t e r ii n t r o d u c t i o n 1 1 1i n t r o d u c t i o no f p l a n e t a r ys c r e we x t r u d e r 1 1 2s t r u c t u r eo f p l a n e t a r ys c r e we x t r u d e r 1 1 3o p e r a t i n gp r i n c i p l eo f p l a n e t a r ys c r e we x t r u d e r 6 1 4a p p l i c a t i o n o f p l a n e t a r ys c r e we x t r u d e r 9 1 5m o s tr e c e n tr e s e a r c ho f p l a n e t a r ys c r e we x t r u d e r 9 1 5 1a c h i v e m e n to f e q u i p m e n t 9 1 5 2a c h i v e m e n to f t h e o r e t i c a lr e s e a r c h 1 0 1 6m e c h a n i s mo f p l a s t i c a t i o n 1o 1 6 1m e c h a n i s mo f p l a s t i c a t i o no ns i n g l es c r e we x t r u d e r 11 1 6 2m e c h a n i s mo f p l a s t i c a t i o no nt w i n s c r e we x t r u d e r 1 2 1 6 3m e c h a n i s mo f p l a s t i c a t i o no nm u l t is c r e we x t r u d e 1 3 1 7i n t e n t i o n ，s i g n i f i c a n c e ，c o n t e n ta n di n n o v a t i o no f t h et h e o r i e s 1 3 1 7 1s i g n i f i c a n c ea n di n t e n t i o no f t h et h e s i s 1 3 1 7 2m a i nc o n t e n t so f t h et h e s i s 1 4 1 7 3i n n o v a t i o no f t h et h e s i s 1 z i c h a p t e r 2a n a l y s i sa n dr e s e a r c ho np l a s t i c i z i n gp r o c e s so fp l a n e t a r y s c r e we x t r u d e r 1 5 2 1o v e r v i e wo f e x t r u t i o no f p l a n e t a r ys c r e we x t r u d e r 15 2 2m o v e m e n to f u n i ti np l a n e t a r ys e c t i o n 1 6 2 3m o v e m e n to f m a t e r i a li np l a n e t a r ys e c t i o n 18 2 3 1a x i a lm o v e m e n to f m a t e r i a l 1 9 2 3 2t r a n s v e r s em o v e m e n to f m a t e r i a 2 3 2 3 3m i n i m u mr e s i d e n c et i m e 2 5 2 4o u t p u to f p l a n e t a r ys c r e we x t r u d e r 2 7 2 4 1o u t p u to f p l a n e t a r ys e c t i o n 2 7 2 4 2o u t p u to f h e a d 2 9 2 5e x p l o r a t i o no np l a s t i c a t i o n o f p l a n e t a r ys c r e we x t r u d e r 3 0 x 1 北京化工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 2 6c o n c l u s i o n so f t h i sc h a p t e r 3 4 c h a p t e r3e x p e r i m e n t a ls c h e m ea n dt h ep r e p a r a t i o nf o rt e s t i n g m a c h i n e 3 5 3 1e x p e r i m e n t a ls c h e m ea n dt e c h n i c a lr o u t e 3 5 3 2p r e p a r a t i o n sf o rt e s t i n gm a c h i n e 3 5 3 3t h em a t e r i a la n da p p a r a t u sf o re x p e r i m e n 3 8 3 3 1t h em a t e r i a lf o re x p e r i m e n 一3 8 3 3 2t h e a p p a r a t u sf o re x p e r i m e n t “3 8 3 3t h em e t h o df o re x p e r i m e n t 3 9 3 4e x p e r i m e n t a lm e t h o da n de x p e r i m e n t a lp r o c e d u r e 4 2 3 4 1e x p e r i m e n t a lm e t h o d 4 2 3 4 2e x p e r i m e n t a lp r o c e d u r e 一4 3 3 5c o n c l u s i o n so f t h i sc h a p t e r 4 4 c h a p t e r 4a n a l y s i sa n dd i s c u s s i o no fe x p e r i m e n t a lr e s u l t s 4 5 4 1e f f e c t so fp r o c e s s i n gp a r a m e t e r so np r o c e s s i n gp r o p e r t i e s 4 5 4 1 1e f f e c t so f f e e d i n gs c r e ws p e e do np r o c e s s i n gp r o p e r t i e s 4 5 4 1 2e f f e c t so f m a i ns c r e ws p e e do np r o c e s s i n gp r o p e r t i e s 5 0 4 1 3c o n c l u s i o n s 5 0 4 2e f f e c t so fs t r u c t u r a lp a r a m e t e r so np r o c e s s i n gp r o p e r t i e s 5 5 4 2 1e f f e c t so fs t r u c t u r a lp a r a m e t e r so nh e a dp r e s s u r e 5 5 4 2 2e f f e c t so fs t r u c t u r a lp a r a m e t e r so nt h em i n i m u mr e s i d e n c et i m e 5 6 4 2 3e f f e c t so fs t r u c t u r a lp a r a m e t e r so nm e l dt e m p e r a t u r e 5 7 4 2 4e f f e c t so f s t r u c t u r a lp a r a m e t e r so np o w e rd i s s i p a t i o n 5 8 4 2 5c o n c l u s i o n s 5 9 4 3a n a l y s i sa n dd i s c u s s i o no f e x p e r i m e n t a lr e s u l t sa b o u to u t p u t 5 9 4 3 1c h a n g eo fo u t p u ta f t e re n h a n c i n gs p e e do ff e e d i n gs c r e w 5 9 4 3 2c h a n g eo f o u t p u ta f t e re n h a n c i n gs p e e do f m a i ns c r e w 6 0 4 4c o n c l u s i o n so f t h i sc h a p t e r 6 2 c h a p t e r5s i m u l a t i o no fp l a n e t a r ys e c t i o nf u l lo f m a t e r i a l 6 3 5 1b u i l d i n go f m o d e l “6 3 x i i 目錄 5 1 1g e o m e t r i c a lm o d e l 6 3 5 1 2m a t h e m a t i c a lm o d e l 6 4 5 2s i m u l a t i o n 6 5 5 2 1m e s hg e n e r a t i o n 6 5 5 2 2b o u n d a r yc o n d i t i o n s 6 5 5 2 3s i m u l a t i v ec o m p u t a t i o n 6 6 5 3s i m u l a t i o nr e s u l t sa n dd i s c u s s i o n 6 6 5 3 1p r e s s u r ed i s t r i b u t i o n 6 6 5 3 2v e l o c i t yd i s t r i b u t i o n 6 7 5 3 3s h e a rr a t ed i s t r i b u t i o n 6 8 5 4c o n c l u s i o n so f t h i sc h a p t e r 6 8 c h a p t e r6 c o n c l u s i o n s 6 9 6 1r e s e a r c hs u m m a r y 6 9 6 2f u r t h e rs t u d yo f t h et h e s i s 7 0 r e f e r e n c e s 7 1 a c k n o w l e d g m e n t 7 3 r e s e a r c hr e s u l t sa n dp u b l i s h e dp a p e r 7 5 r e s u m e so ft h ea u t h o ra n dt u t o r 7 7 原書空白頁 不缺內(nèi)容 符號(hào)說明 符號(hào)說明 螺旋齒輪螺旋角，度 螺旋齒輪齒數(shù) 螺旋齒輪分度圓直徑，m m 螺旋齒輪法向模數(shù)，m i n 螺旋齒輪端面模數(shù)，m l n 加料段機(jī)筒內(nèi)徑，n l l t l 加料段螺桿根部直徑，m n l 加料段螺棱寬度，1 t 1 1 t i 加料段螺槽深度，r a i n 加料段螺紋頭數(shù) 加料段固體輸送角，度 加料段螺紋螺旋角，度 加料段螺槽寬度 壓力，m p a 入口壓力降，m p a 行星段轉(zhuǎn)化成定軸齒輪系后的轉(zhuǎn)速，r m i n d 轉(zhuǎn)速，r m i n d 溫度， 平均軸向輸送速度，m s 。1 軸向速度，m s 以 體積流率，m m 3 m i n - 1 產(chǎn)量，g m i n - 1 行星段充滿段長度，1 1 1 1 1 1 物料最短停留時(shí)間，t 行星段物料充滿系數(shù) 擠出機(jī)消耗的功率，k w 嚙合齒數(shù) 行星螺桿數(shù)量 螺紋導(dǎo)程，1 t 1 1 t i 螺距，m l n 行星段長度，m l n z d 眈皿e h ；伊痧w p甜，玎 櫛t 一圪 q q 0 q n，s p 厶 北京化工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 加料段長度，m l n 行星段內(nèi)物料充滿段受嚙合齒作用的螺槽數(shù)量 漸開線齒頂圓展角，度 漸開線展角，度 基圓齒厚，i i l l t i 齒頂圓寬，m m 漸開線向徑，m m 行星段熱交換面積，n h n 2 牛頓黏度，p a s 稠度，p a s 剪應(yīng)力，p a 密度，g c m 3 聚氯乙烯 摩擦耗散能 塑性變形耗散能 黏性耗散能 混煉熔融耗散 x v i k a q吼&疋r f k 彳 p躺眥脅m唧一 第一章緒論 1 1 行星螺桿擠出機(jī)簡介 第一章緒論 材料是人類文明的物質(zhì)基礎(chǔ)之一，其中聚合物是非常重要的一部分。聚合物 制品無處不在，而且其應(yīng)用領(lǐng)域仍在迅速擴(kuò)大。新的聚合物種類不斷地涌現(xiàn)，同 時(shí)聚合物加工成型技術(shù)也有相應(yīng)的快速進(jìn)步。 擠出機(jī)是聚合物加工領(lǐng)域中應(yīng)用最廣泛的設(shè)備之一，主要包括單螺桿擠出機(jī) 和雙螺桿擠出機(jī)，但是人們不斷發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的單、雙螺桿擠出機(jī)有難以克服的缺點(diǎn)。 由于聚合物熱傳導(dǎo)性不佳，大直徑的單螺桿或雙螺桿擠出機(jī)中每個(gè)螺槽中的物料 受熱不均，因而導(dǎo)致塑化不均勻。雖然增大螺桿長徑比可以解決這個(gè)問題，但是 這又會(huì)進(jìn)一步引起其他的負(fù)面影響 1 】。因此，在不斷改進(jìn)單、雙螺桿擠出機(jī)的同 時(shí)，人們也開始發(fā)展新型的多螺桿擠出機(jī)，行星螺桿擠出機(jī)就是其中最成功的一 種。 最早人們發(fā)明了直齒輪組成的行星齒輪系安裝于單螺桿的機(jī)頭后用作動(dòng)態(tài) 的連續(xù)混合機(jī)，使物料得到更好的塑化和混合。后來直齒被改進(jìn)設(shè)計(jì)成螺旋角為 4 5 。螺旋齒，于是行星齒輪系統(tǒng)本身具備了往前輸送物料的能力，成為一種擠出 系統(tǒng)，我們可以稱之為行星螺桿擠出系統(tǒng)。后來在行星螺桿擠出系統(tǒng)前設(shè)置了進(jìn) 料段，形成目前成熟的行星螺桿擠出機(jī)的樣子【2 】。 2 0 世紀(jì)5 0 年代，德國c h e m i s c h ew e r k eh u e l s 公司最早發(fā)明了行星螺桿擠 出機(jī)，并應(yīng)用于p v c 生產(chǎn)線上作為壓延機(jī)的喂料機(jī)。此后其用途不斷拓展，成 為一種發(fā)展迅速的新型擠出機(jī)。行星螺桿擠出機(jī)適于加工多種物料，尤其適用于 加工p v c 等熱敏性聚合物【3 1 。 1 2 行星螺桿擠出機(jī)結(jié)構(gòu) 行星螺桿擠出機(jī)主要由塑化系統(tǒng)、加料系統(tǒng)和溫控系統(tǒng)組成。其中塑化系統(tǒng) 又是最核心最具有特點(diǎn)的部分，圖1 1 是一臺(tái)典型的雙階行星螺桿擠出機(jī)。 北京化工大學(xué)頌上研究生學(xué)位論文 圖1 - 1 雙階行星擠出機(jī) f i g 1 - 1t w o s t a g ep l a n e t a r ye x t r u d e r 行星螺桿擠出機(jī)的塑化系統(tǒng)由加料段和行星段組成。其加料段與單螺桿擠出 機(jī)的加料段無異。加料段的單螺桿與后面行星段的主螺桿連在一起，受同一動(dòng)力 驅(qū)動(dòng)，一般是行星段的主螺桿通過花鍵與單螺桿連接。加料段部分的機(jī)筒設(shè)有冷 卻水循環(huán)系統(tǒng)，為了防止行星段的高溫傳導(dǎo)到加料段，在兩者的連接處一般設(shè)置 有隔熱層【4 j 。 行星螺桿擠出機(jī)中最重要的部分是行星段，它是實(shí)現(xiàn)行星螺桿擠出機(jī)功能的 關(guān)鍵，也是成本最高、最難以加工的組件。該段由類似行星齒輪系的一根中心大 螺桿，若干根行星螺桿以及壁內(nèi)開螺旋齒的機(jī)筒構(gòu)成。當(dāng)主螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)行 星螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，行星螺桿不僅繞主螺桿公轉(zhuǎn)，還繞自己的幾何中心自傳，這種獨(dú)特 的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)形式正是行星螺桿擠出機(jī)名稱的由來 5 。圖1 2 為行星段前部視圖。 圖1 - 2 行星段結(jié)構(gòu) f i g 1 - 2s t r u c t u r eo fp l a n e t a r ys e c t i o n 內(nèi)壁開螺旋 讒的機(jī)籬 一；j 第一章緒論 行星段的主螺桿、行星螺桿和機(jī)筒的材料通常是強(qiáng)度高并且耐磨的鋼材。行 星螺桿與主螺桿和機(jī)筒之間的間隙一般為0 2 0 8m m ，行星段運(yùn)行過程中物料 進(jìn)入這個(gè)間隙內(nèi)，使行星螺桿“懸浮”在物料中，同時(shí)也減輕了行星螺桿與主螺 桿和機(jī)筒接觸引起 間隙。 圖1 - 3 嚙合齒間隙 f i g 1 - 3g a pb e