8000噸每年P(guān)E片材擠出設(shè)計說明書解析

1、I 8000 噸/年 PE 片材生產(chǎn)設(shè)計 摘要 本說明書主要設(shè)計了PE片材擠出生產(chǎn)工藝。 根據(jù)當(dāng)今PE片材行業(yè)的發(fā)展前景和應(yīng)用，結(jié)合實際，詳細(xì)說明了聚乙烯片材的配方設(shè)計、擠出生產(chǎn)工藝流程及參數(shù)的確定和廢品的后處理等方面。對擠出機(jī)型號的選定進(jìn)行了明確的計算。計算了工藝過程中物料衡算和熱量衡算。還就車間管理與生產(chǎn)組織、工程經(jīng)濟(jì)概算進(jìn)行了規(guī)劃。最后確定了年產(chǎn)量8000t的PE片材的擠出成型工藝，其配方設(shè)計可行，車間管理與生產(chǎn)組織完善。 關(guān)鍵詞：PE片材，擠出成型，物料衡算，熱量衡算四川大學(xué)材料學(xué)院課程設(shè)計 2 目錄 前言 1 第 1 章聚乙烯 2 1.1PE 的性質(zhì)及應(yīng)用 2 1.1.1 聚乙烯的性

2、質(zhì) 2 1.2PE 片材的成型特性及國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 3 第 2 章擠出成型工藝概述 5 2.1 擠出成型概述 5 2.2 擠出成型工藝的特點 6 2.3 擠出制品的用途 7 第 3 章擠出成型工藝流程 8 3.1 擠出成型原理 8 3.2 擠出成型的生產(chǎn)工藝過程 8 3.3 擠出成型的工藝參數(shù) 8 3.3.1 溫度的控制 9 3.3.2 轉(zhuǎn)速控制 9 3.3.3 擠出速度 10 3.3.4 牽引速度 10 第 4 章物料衡算與熱量衡算 11 4.1 物料衡算 11 4.1.1 物料衡算的方法 11 4.1.2 年工作日的選取 11 4.1.3 相關(guān)物料計算 12 4.2 熱量衡算 12 第 5

3、 章設(shè)備選型及計算 14 1.1.2PE 片材的應(yīng)用 2 3 5.1 設(shè)備選擇總原則 5.1.1 原則及要求 5.1.2 選擇步驟 14 5.2 擠出機(jī)的相關(guān)情況 15 5.2.1 擠出機(jī)的分類 15 5.2.2 擠出機(jī)螺桿 16 5.3 擠出機(jī)臺數(shù)計算 18 結(jié)論 19 參考文獻(xiàn) 2014 14 四川大學(xué)材料學(xué)院課程設(shè)計 1 -LX.1 前言 擠出成型是塑料成型加工的重要成型方法之一。大部分熱塑性塑料都能用此法進(jìn)行加工。 用擠出成型生產(chǎn)出來的產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于人民生活以及農(nóng)業(yè)， 建筑業(yè)，石油化工機(jī)械制造，國防等工業(yè)部門。擠出成型在擠出機(jī)上進(jìn)行，擠出機(jī)是塑料成型加工機(jī)械的重要機(jī)臺之一。 PE片材的

4、應(yīng)用前景和國內(nèi)外概況隨著我國石油化學(xué)工業(yè)和塑料工業(yè)的發(fā)展，塑料包裝材料近年來得到了迅速的發(fā)展。特別是以PE樹脂為主 的塑料薄膜和片材作為包裝材料的應(yīng)用領(lǐng)域越來越大。由于PE片材具有 材料來源豐富、價格低廉，無毒、無味、透明性好、機(jī)械強(qiáng)度高等特點，因此將PE片材進(jìn)行真空吸塑包裝成型，制成各種包裝容器已廣泛用于食品、醫(yī)藥、機(jī)械零件、日用品等包裝。十多年前PE片材制成的簡便飯盒就在鐵路旅客中廣為使用，隨著旅游業(yè)的發(fā)展以及改革開放的不斷深人，簡便飯盒、快餐盒的需求量急劇上升，使用面幾乎普及全國。目前市場上出現(xiàn)的PE包裝制品，除了已為人知的簡便飯盒之外，水杯、湯匙、碗、醬菜盒，各種土特產(chǎn)品包裝盒、酸奶罐

5、、托盤等也已廣泛進(jìn)人市場。近年來，為了發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)量，國家對優(yōu)種、育種工作非常重視，農(nóng)業(yè)第一線已在逐步推廣應(yīng)用育秧杯、育種杯，這些器皿采用pp片材真空吸塑成型來制造是最適宜的，由此可見，農(nóng)業(yè)上利用PE片材制品將很快進(jìn)人市場。據(jù)初步統(tǒng)計，“七五期間每年P(guān)E片材用于吸塑成型的消費(fèi)量約在5000噸，到“八五”期間用量每年在7000噸左右，因此發(fā)展PE片材及吸塑成型制品大有前途。四川大學(xué)材料學(xué)院課程設(shè)計 2 第 1 章聚乙烯 1.1PE 的性質(zhì)及應(yīng)用 聚乙烯英文名稱：polyethylene，簡稱PE，是乙烯經(jīng)聚合制得的一種熱塑性樹脂。在工業(yè)上，也包括乙烯與少量a烯烴的共聚物。聚乙烯無 臭

6、，無毒，手感似蠟，具有優(yōu)良的耐低溫性能（最低使用溫度可達(dá)-70-100 C），化學(xué)穩(wěn)定性好，能耐大多數(shù)酸堿的侵蝕（不耐具有氧化性質(zhì)的酸），常溫下不溶于一般溶劑，吸水性小，電絕緣性能優(yōu)良。 1.1.1聚乙烯的性質(zhì) 聚乙烯是結(jié)晶熱塑性樹脂。它們的化學(xué)結(jié)構(gòu)、分子量、聚合度和其他性能很大程度上均依賴于使用的聚合方法。 聚合方法決定了支鏈的類型和支鏈度。 結(jié)晶度取決件分子鏈的規(guī)整程度與其所經(jīng)歷的熱歷史。 聚乙烯對于環(huán)境應(yīng)力（化學(xué)與機(jī)械作用）是很敏感的，耐熱老化性差于聚合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)和加工條。聚乙烯的性質(zhì)因品種而異，主要取決于分子結(jié)構(gòu)和密度。采用不同的生產(chǎn)方法可得不同密度（0.910.96g/cmT;）的

7、產(chǎn)物。聚乙烯可用一般熱塑性塑料的成型方法（見塑料加工）加工。用途十分廣泛，主要用來制造薄膜、包裝材料、容器、管道、單絲、電線電纜、日用品等，并可作為電視、雷達(dá)等的高頻絕緣材料。隨著石油化工的發(fā)展，聚乙烯生產(chǎn)得到迅速發(fā)展，產(chǎn)量約占塑料總產(chǎn)量的1/4。1983年世界聚乙烯總生產(chǎn)能力為24.65Mt，在建裝置能力為3.16Mt。2011年最新統(tǒng)計結(jié)果，全球產(chǎn)能達(dá)到96Mt，目前的發(fā)展趨勢顯示，生產(chǎn)消費(fèi)逐步向亞洲地區(qū)轉(zhuǎn)移，中國日漸成為最重要的消費(fèi)市場。 1.1.2PE片材的應(yīng)用 現(xiàn)在市場上的PE包裝制品，我們常見的有飯盒之外，水杯、湯匙、碗、醬菜盒等各種土特產(chǎn)品包裝盒、酸奶罐、托盤等，這個應(yīng)用也是很廣

8、泛的。近些年來為了發(fā)展農(nóng)業(yè)是產(chǎn)量得到提高，國家很重視優(yōu)種、育種工作，農(nóng)業(yè)第一線逐步推廣應(yīng)用育秧杯、 育種杯， 這些器皿使用的PE板材， 還有真空的吸塑成型也是最適合的，四川大學(xué)材料學(xué)院課程設(shè)計 3 所以可以看到PE板材的應(yīng)用很快進(jìn)入了市場，其前途是非?？捎^的。 在美國、日本和西歐等國家，PE板材加工技術(shù)發(fā)展是非?？斓模３Ｊ褂玫姆椒ㄓ衪型機(jī)頭流延成型法和t型機(jī)頭三輥、 四輥壓延法， 但是它們各自有優(yōu)缺點。我們曾經(jīng)在日本西德、意大利等國引進(jìn)過這兩種技術(shù)，并且在遼寧、上海、廣東等地發(fā)揮了較好的生產(chǎn)水平，最終取得非常好的經(jīng)濟(jì)效益。所以說開發(fā)研制PE板材及它的吸塑成型制品是非常適合現(xiàn)代發(fā)展的，這是一項

9、非常好的事情。 1.2 PE 片材的成型特性及國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r PE片材的發(fā)展和國內(nèi)外概況隨著我國石油化學(xué)工業(yè)和塑料工業(yè)的發(fā)展，塑料包裝材料近年來得到了迅速的發(fā)展。特別是以PE樹脂為主的塑料薄膜和片材作為包裝材料的應(yīng)用領(lǐng)域越來越大。 由于PE片材具有材料來源豐富、 價格低廉， 無毒、無味、透明性好、機(jī)械強(qiáng)度高等特點，因此將PE片材進(jìn)行真 空吸塑包裝成型，制成各種包裝容器已廣泛用于食品、醫(yī)藥、機(jī)械零件、日用品等包裝。 PE片材是“以塑代鋼”的首選材質(zhì)，具有耐腐蝕，不結(jié)垢的特點，不會產(chǎn)生異味，不會自生微生物，所以非常適合貯存和輸送水源，避免了金屬材質(zhì)易銹蝕、結(jié)垢、 滋生細(xì)菌、 壽命短的缺點。 在一些

10、水處理工程上經(jīng)?？梢钥吹絇E片材的使用。例如污水處理廠的污泥刮板、螺旋輸送機(jī)襯板、泥漿泵葉輪、泵軸套、澄清裝置齒輪和沉淀池的襯板等。 PE片材的出產(chǎn)量和消費(fèi)量平均為一百四十萬噸， 正以4%的增加速度在全世界規(guī)模內(nèi)得到出產(chǎn)和使用。近年來PE片材在東南亞的增加數(shù)度尤為明顯，這要歸功于東南亞各國都有進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)施建造的火急需要。 在可以出產(chǎn)三維外表膜的材猜中，PE片材是最適合的資料。比重：1.38克/立方厘米，成型縮短率：0.61.5%，成型溫度：160-190 C。 PE片材特色：力學(xué)功能，電功能優(yōu)秀，耐酸堿力極強(qiáng)，化學(xué)穩(wěn)定性好，但軟化點低。適于制造薄板，電線電纜絕緣層，密封件等。 該P(yáng)E片材成型特

11、性： （1）無定形料，吸濕小，流動性差。為了進(jìn)步流動性，避免發(fā)作氣泡， 塑料可預(yù)先枯燥。模具澆注體系宜粗短，澆口截面宜大，不得有死角PE片材模具四川大學(xué)材料學(xué)院課程設(shè)計 4 須冷卻，外表鍍鉻。 （2）因為其腐蝕性和流動性特色，最棒選用專用設(shè)備和模具。一切產(chǎn)物須根據(jù)需要參加不一樣品種和數(shù)量的助劑。 （3） 很容易分化， 在200度溫度下與鋼。 銅觸摸更易分化， 分化時逸出腐蝕。刺激性氣體。成型溫度規(guī)模小。 （4）選用螺桿式注射機(jī)噴嘴時，孔徑宜大，以防死角滯料。好不帶鑲件，如有鑲件應(yīng)預(yù)熱。 PE片材在大家的平常生計中隨處可見。PE片材不光可以體現(xiàn)自然界的色彩，還可以體現(xiàn)大家夢想中的色彩。在德國，4

12、0%的家具都是用PE片材來作 外表資料的，如辦公桌、書架、沙發(fā)、廚柜等。它是當(dāng)今世界上深受喜歡、較為盛行而且也被廣泛使用的一種組成資料。四川大學(xué)材料學(xué)院課程設(shè)計 5 第 2 章擠出成型工藝概述 2.1 擠出成型概述 擠出成型又稱擠出模塑或擠塑，擠壓。擠出在熱塑性塑料加工領(lǐng)域中，是一種變化多、用途廣、在塑料加工中占很大比例的加工方法。有由擠出成型的產(chǎn)品都是橫截面一定的連續(xù)材料，如管、板、絲、薄膜電線電纜的涂覆等。擠出在熱固性塑料加工中是很有限的。 擠出過程可分為兩個階段：第一階段是使固態(tài)塑料塑化（即變成粘性流體）并在加壓下使其通過特殊形狀的口模而成為截面與口模形狀相仿的連續(xù)體；第二階段是用適當(dāng)?shù)?/p>

13、方法使擠出的連續(xù)體失去塑性狀態(tài)而變?yōu)楣腆w，即得所需制品。 按照塑料塑化的方式不同， 擠出工藝可分為干法和濕法兩種。 干法的塑化是靠加熱將塑料變成熔體，塑化和加壓可在同一個設(shè)備內(nèi)進(jìn)行。其定型處理僅為簡單的冷卻。濕法的塑化是用溶劑將塑料充分軟化，因此塑化和加壓須分為兩個獨立的過程， 而且定型處理必須采用較麻煩的溶劑脫除， 同時還得考慮溶劑的回收。濕法擠出雖在塑化均勻和避免塑料過度受熱方面存有優(yōu)點，但基于上述缺點，它的適用范圍僅限于硝酸纖維素和少數(shù)醋酸纖維素塑料的擠出。 擠出過程中， 隨著對塑料加壓方式的不同， 可將擠出工藝分為連續(xù)和間歇兩種。前一種所用設(shè)備為螺桿擠出機(jī)，后一種為柱塞式擠出機(jī)。螺桿擠

14、出機(jī)又分為單螺桿和多螺桿擠出機(jī)的區(qū)別，但使用較多的是單螺桿擠出機(jī)。用螺桿擠出機(jī)進(jìn)行擠出時， 裝入料斗的塑料， 借轉(zhuǎn)動的螺桿進(jìn)入加料筒中 （濕法擠出不需加熱） ，由于料筒的外加熱及塑料本身和塑料與設(shè)備間的剪切摩擦熱，使塑料融化而呈現(xiàn)流動狀態(tài)。與此用時，塑料還受螺桿的攪拌而均勻分散，并不斷前進(jìn)。最后塑料在口模處被螺桿擠到機(jī)外而形成連續(xù)體，經(jīng)冷卻凝固，即成產(chǎn)品 柱塞式擠出機(jī)的主要部件是一個料筒和一個由液壓操縱的柱塞。 操作時， 先將一批已經(jīng)塑化好的塑料放在料筒內(nèi)，而后借柱塞的壓力將塑料擠出口模外，料筒內(nèi)塑料擠完后，即應(yīng)退出柱塞以便進(jìn)行下一次操作。柱塞式擠出機(jī)的最大優(yōu)點是能給予塑料以較大的壓力，而它的

15、明顯缺點則是操作的不連續(xù)性，而且物料還要預(yù)先塑化，因而應(yīng)用也比較少，只有在擠壓聚四氟乙烯塑料等當(dāng)面尚有應(yīng)用。 四川大學(xué)材料學(xué)院課程設(shè)計 6 由上所述，塑料的擠出，絕大多數(shù)是熱塑性塑料。此外，在設(shè)備方面，又以單螺桿擠出機(jī)應(yīng)用廣泛，而雙螺桿擠出機(jī)在聚氯乙烯加工和配料上也日益顯得重要。 2.2 擠出成型工藝的特點 (1) 設(shè)備成本低， 制造容易， 投資少， 見效快， 占地面積小， 生產(chǎn)環(huán)境清潔。 (2) 可實現(xiàn)連續(xù)化、自動化生產(chǎn)。生產(chǎn)操作簡單，工藝控制容易，生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。 (3) 可以根據(jù)產(chǎn)品的不同要求，改變產(chǎn)品的斷面形狀。該工藝能制造管材、板材、型材、薄膜、片材、棒材、單絲等。 (4)

16、 生產(chǎn)的連續(xù)操作，特別適合生產(chǎn)較長尺寸的制品。其生產(chǎn)率的提高比其他成型方法快。 (5) 應(yīng)用范圍廣。只要改變螺桿和輔機(jī)，就能適用于多種塑料和多種工藝過程。 (6) 可以進(jìn)行綜合性生產(chǎn)。擠出機(jī)與壓延機(jī)配合，可以壓延薄膜；擠出機(jī)與壓機(jī)配合，可以生產(chǎn)各種壓制制件。 可見， 擠出成型在塑料加工中占有相當(dāng)重要的地位， 并且伴隨著塑料工業(yè)的迅速發(fā)展，還將具有更廣泛的應(yīng)用前景。四川大學(xué)材料學(xué)院課程設(shè)計 7 2.3 擠出制品的用途 擠出成型可以加工部分熱固性塑料和絕大部分熱塑性塑料以及彈性體。 擠出制品除有薄膜、管材、板材、片材、型材、棒材等型材；還有橫截面不是規(guī)則圖形的異型材， 主要包括全塑料異型材和塑料材

17、料和非塑料材料復(fù)合而得額復(fù)合異型材兩種；具有質(zhì)輕、耐腐蝕、承載性能好、裝飾性強(qiáng)、安裝方便等優(yōu)良的使用性能。它們廣泛應(yīng)用于建筑、電器、家具、交通運(yùn)輸、土木、水利、日用品等領(lǐng)域。四川大學(xué)材料學(xué)院課程設(shè)計 8 第 3 章擠出成型工藝流程 3.1 擠出成型原理 擠出成型又稱基礎(chǔ)模型成型。是指把粉末狀或粒狀物料由料斗加入到擠出機(jī)的機(jī)筒內(nèi)，物料在螺桿旋轉(zhuǎn)的擠壓推動作用下，通過機(jī)筒內(nèi)壁和螺桿表面的摩擦作用向前輸送和壓實，通過機(jī)筒外部的加熱裝置和摩擦預(yù)熱，在高溫、高壓條件下熔融塑化。然后，連續(xù)轉(zhuǎn)動的螺桿再把熔融物料推入機(jī)頭模具，從機(jī)頭模具擠出的熔融物料經(jīng)冷卻定型成為所需的塑料制品。 可將擠出過程分為兩個階段：

18、 （1）是使固態(tài)塑料塑化，既使其變成黏流態(tài)并在加壓的情況下使其通過特殊形狀的口模而成為截面與口模形狀相同的連續(xù)體。 （2）是采用適當(dāng)?shù)睦鋮s方法使擠出的連續(xù)體失去塑性而變成固態(tài)，即所需制品。 3.2 擠出成型的生產(chǎn)工藝過程 擠出成型的工藝過程包括： 聚合物熔融 f成型 f定型 f冷卻 f牽引 f切割 f堆放 擠出機(jī)成型生產(chǎn)線的組成：完成一種擠出產(chǎn)品的生產(chǎn)線通常由主機(jī)、輔機(jī)組成，這些部分稱為擠出機(jī)組。 主機(jī)：一臺擠出機(jī)由以下三部分組成：擠壓系統(tǒng)、轉(zhuǎn)動系統(tǒng)、加熱冷卻系統(tǒng)。 輔機(jī)：擠出機(jī)的組成是根據(jù)制品的種類而定的，一般輔機(jī)由下列幾部分組成：機(jī)頭、定型裝置、冷卻系統(tǒng)、牽引裝置、沖床裝置、堆放裝置。 控

19、制系統(tǒng)：擠出機(jī)的控制系統(tǒng)主要電器儀表和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成，其主要作用是控制主機(jī)、輔機(jī)的驅(qū)動電機(jī)，使其操作的轉(zhuǎn)速和功率正常，并保證主機(jī)和輔機(jī)的溫度、壓力、流量和制品的質(zhì)量，實現(xiàn)全機(jī)組的自動控制。 四川大學(xué)材料學(xué)院課程設(shè)計 9 3.3 擠出成型的工藝參數(shù) 擠出工藝控制包括成型溫度、擠出速度、牽引速度、螺桿轉(zhuǎn)速等方面 的控制。 3.3.1溫度的控制擠出成型溫度是促進(jìn)成型物料塑化和塑料熔體的流動的必要條件，它直接影響著物料在整個加工過程的流變狀態(tài)，對塑料的塑化和異型材的產(chǎn)量、質(zhì)量均具有十分重要的意義。 在整個加工過程中，物料要實現(xiàn)由玻璃態(tài)到高彈態(tài)再到粘流態(tài)的轉(zhuǎn)變各段溫度控制也不盡相同。 下面就筒區(qū)、螺桿、連

20、接體、模頭溫度一一介紹。 （1）筒區(qū)溫度裝置如何設(shè)置好筒溫的溫度，必須對我們的螺桿在擠出成型過程中的功能有一個了解。筒區(qū)可分為四個區(qū)：加料區(qū)、壓縮區(qū)、計量區(qū)。 擠出機(jī)中機(jī)筒的加熱是為了使機(jī)筒受熱達(dá)到一定的溫度，機(jī)筒的冷卻是為了使有一定溫度的高溫機(jī)筒把溫度降下來。在擠出機(jī)擠塑塑料生產(chǎn)過程中，機(jī)筒上有加熱和冷卻裝置的交替工作， 則使機(jī)筒工作時溫度恒定在一個擠出塑料塑化需要的工藝溫度范圍內(nèi)， 這樣就保證了擠出機(jī)正常擠塑制品成型生產(chǎn)的順利進(jìn)行。 （2）螺桿溫度由于螺桿之間間隙很小，而使得在螺桿之間產(chǎn)生的摩擦熱較大，為了保證物料不發(fā)生分解，故溫度設(shè)置較低，一般在120140 C。 （3）模具溫度模具溫度

21、是保持穩(wěn)定成型的重要條件之一，為了防止由于模溫與熔差的溫差而造成型翹曲的現(xiàn)象，所以模溫設(shè)置應(yīng)與熔體溫度一致，一般在190210C。另外。模具溫度受到型材的幾何形狀的影響，復(fù)雜的形狀,由于型腔的表面積較大，會阻礙物料的流動，故有時需要較高的模溫來提高熔體的流動性能。 3.3.2轉(zhuǎn)速控制轉(zhuǎn)速控制包括進(jìn)料螺桿、 擠出螺桿轉(zhuǎn)速牽引速度的控制。 工藝要求： （1）使物料擠出成型使具有必要的成型壓力； （2）達(dá)到預(yù)期的生產(chǎn)能力。 螺桿轉(zhuǎn)速設(shè)置： 四川大學(xué)材料學(xué)院課程設(shè)計 10 （3）根據(jù)擠出機(jī)模具的實際生產(chǎn)能力來設(shè)置擠出螺桿的轉(zhuǎn)速，在額定 產(chǎn)能下，一般擠出機(jī)螺桿的設(shè)定在最大轉(zhuǎn)速的80%較適合。 （4）在設(shè)

22、置好螺桿轉(zhuǎn)速的前提下，根據(jù)所需的熔融壓力、電機(jī)負(fù)荷設(shè)置進(jìn)料螺桿轉(zhuǎn)速。 （5）牽引機(jī)速度根據(jù)擠出機(jī)與模具的產(chǎn)能及型材比重來確定。 3.3.3擠出速度 擠出速度V=375m/h,符合此次設(shè)計的生產(chǎn)要求。 3.3.4牽引速度 牽引速度比擠出速度大1%-10%，約為390m/h-420m/h。四川大學(xué)材料學(xué)院課程設(shè)計 11 第 4 章物料衡算與熱量衡算 4.1物料衡算物料衡算指的是利用質(zhì)量守衡定律對物料進(jìn)行前后操作后物料的總量與產(chǎn)物及物料損失狀況的計算方法， 即進(jìn)入設(shè)備用于生產(chǎn)的物料的總量恒等于產(chǎn)物和物料損失的量。物料衡算直接與生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益相關(guān)。 物料衡算應(yīng)在已知產(chǎn)品規(guī)格和產(chǎn)量的前提下進(jìn)行所需原輔材料

23、量、廢品量及消耗量的計算。 物料衡算的意義在于以下幾點： (1)實際動力消耗量； (2) 生產(chǎn)過程中所需熱量或冷量； (3) 為設(shè)備選型、決定規(guī)格、臺數(shù)、產(chǎn)量等提供依據(jù)； (4) 在擬訂原料的消耗定額基礎(chǔ)上，進(jìn)一步計算日消耗量、時消耗量所需設(shè)備提供必要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。 4.1.1物料衡算的方法 由已知數(shù)據(jù).根據(jù)下列公式進(jìn)行物料衡算； ZG1=ZG2+XG3 ZG1:進(jìn)入設(shè)備的物料量總和； EG2:離開設(shè)備的正品量和次品量總和； ZG3:加工過程中物料損失量的總和。 4.1.2年工作日的選取 (1) 年工作時間365-26(法定節(jié)假日)=339天 (2) 設(shè)備檢修24天/年 (3) 特殊情況停車15

24、天/年 (4) 實際開車時間365-26-24-15=300天 4.1.3相關(guān)物料計算 四川大學(xué)材料學(xué)院課程設(shè)計 備選型依據(jù)。 12 有關(guān)定額、合格率、廢品率、消耗率、分解率、回收率等。在任何一產(chǎn)品加工中合格率都不是100%，由于設(shè)備原因，因材料原 因及人為原因都可能造成廢品的出現(xiàn)，加工不同的產(chǎn)品出現(xiàn)廢品的幾率有差異。經(jīng)過調(diào)查研究后發(fā)現(xiàn)，PE片材的合格率為85%95%， 自然損耗率為0.1%0.15%，主要是儲存、運(yùn)輸、加工前的損耗。 已知要生產(chǎn)年生產(chǎn)量為8000t的PE片材，確定合格率為90%，自然損耗為0.1%。 本次設(shè)計的是年產(chǎn)量8000t的PE片材，下列為其物料衡算： 年需要物料量M=

25、合格產(chǎn)品/合格率=8000t/90%=8888.89t 年車間料量M2=MX（1+O.1%）=8888.89txl.OOg8977.78t 自然損耗量M3=M2x0.1%=8977.78tx0.1%=89.78t 廢品量M4=M1-8000=8888.89-8000=888.89t 每小時車間處理料量=年車間料量/年生產(chǎn)時間 M5=8977.78t/300/24-1246.9kg/h 表4-1物料衡算 合格率 90% 合格產(chǎn)品 8000t 廢品率 10% 廢品 888.89t 自然損耗率 0.1% 自然損耗量 89.78t 回收率 90% 回收量 800t 年需要新料量 8977.78t 年需

26、要物料量 8977.78t 進(jìn)機(jī)料量 8977.78t 小時車間處理量 1246.91kg 4.2 熱量衡算 主要針對成型加工過程和冷卻傳熱問題，在工藝設(shè)計中至關(guān)重要。 1. 熱量衡算的意義確定成型加工必需的熱量機(jī)電加熱或冷卻功率，計算電功耗依據(jù)；設(shè) 四川大學(xué)材料學(xué)院課程設(shè)計 13 2. 熱量衡算的類型 (1) 單元設(shè)備當(dāng)各個單元設(shè)備之間沒有熱量交換時，只對個別設(shè)備計算。 (2) 整個過程各個工序或單元操作均有熱量交換，則作全過程衡算 3. 熱量衡算的基本原則遵循能量守衡定律， 即熱力學(xué)第一定律是熱量衡算理論依據(jù)。當(dāng)不考慮機(jī)器散熱，摩擦剪切生熱問題時。加熱器放出熱量應(yīng)該等于物料所吸收的熱量。即

27、滿足熱平衡方程式： Q0=Q1四川大學(xué)材料學(xué)院課程設(shè)計 14 第 5 章設(shè)備選型及計算 工藝流程設(shè)計是塑料車間設(shè)計的核心，而設(shè)備選型及計算，則是工藝 流程設(shè)計的重要部分。因為工藝流程的先進(jìn)與否，往往取決于所用設(shè)備是否先進(jìn)。設(shè)備直接影響生產(chǎn)能力，產(chǎn)品質(zhì)量，原料及各種消耗等。 在物料衡算和熱量衡算基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)備選型及計算。以確定車間內(nèi)生產(chǎn)設(shè)備的類型，規(guī)格尺寸和臺數(shù)，并為經(jīng)濟(jì)核算和工藝布置提供條件。 5.1 設(shè)備選擇總原則 5.1.1原則及要求 1.原則： 設(shè)備選型的原則，應(yīng)從技術(shù)，經(jīng)濟(jì)和我國具體情況等方面考慮。設(shè)備的選擇原則如下： 技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理（總原則） 設(shè)備的可靠性 2.要求： 按照產(chǎn)品規(guī)

28、格完成生產(chǎn)任務(wù)，確保生產(chǎn)質(zhì)量； 按工藝流程購置生產(chǎn)所需設(shè)備； 為進(jìn)行成本核算提供依據(jù)； 若成套設(shè)備有定型產(chǎn)品，則購置成套設(shè)備，沒有成套設(shè)備，則選擇 主機(jī)，而對輔機(jī)進(jìn)行工藝設(shè)計。 5.1.2選擇步驟 1. 明確生產(chǎn)方法，選定生產(chǎn)工藝流程； 2. 根據(jù)生產(chǎn)方法確定加工設(shè)備類別； 3. 根據(jù)產(chǎn)品規(guī)格初步設(shè)備規(guī)格； 四川大學(xué)材料學(xué)院課程設(shè)計 15 4. 根據(jù)物料衡算數(shù)據(jù)中小時車間處理量，選擇車間生產(chǎn)所需設(shè)備臺數(shù) 5. 以熱量衡算計算所得的數(shù)據(jù)校核設(shè)備加熱功率，至少相等。 5.2 擠出機(jī)的相關(guān)情況擠出機(jī)是擠出成型生產(chǎn)線的主機(jī)，它的作用是塑化、輸送物料并提供制品所需的壓力。擠出成型有以下優(yōu)點：生產(chǎn)過程是連

29、續(xù)的，生產(chǎn)效率高；應(yīng)用范圍廣，可以生產(chǎn)管材、棒材、板材電纜、異型材等；投資小，收獲快。擠出機(jī)作為加工聚合物的主要設(shè)備而存在，在許多國家和我國機(jī)械工業(yè)中已成為系列化，規(guī)格化的一系列機(jī)械產(chǎn)品。具有很多種類，它們的使用范圍，性能指標(biāo)由有關(guān)參數(shù)表達(dá)。 5.2.1擠出機(jī)的分類擠出機(jī)的分類如下：按螺桿數(shù)目多少可主要分為單、雙螺桿擠出機(jī)；按是否排氣可分為排氣和非排氣擠出機(jī)；按螺桿的位置可分為立式和臥式擠出機(jī)。我國國標(biāo)GBT12783-91規(guī)定了中國橡膠塑料成型機(jī)械號的同一編制方法：類別編號，組成編號，輔助編號，規(guī)格代號，設(shè)計代號，前三個代號是最基本的代號，具體方法舉例如下： 1. SJ-45:S為塑料，J為

30、擠出機(jī)，45為螺桿直徑d，長徑比為20:1 （規(guī)格參數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，擠出機(jī)長徑比為20：1，可以不標(biāo)注）。 2. SJF-60X30:S為塑料，J為擠出機(jī)，F(xiàn)為發(fā)泡（品種代號）,65 為螺桿直徑，螺桿的長徑比為30:1。 擠出機(jī)一般由擠出機(jī)、機(jī)頭、口模、輔機(jī)等幾部分組成。擠出機(jī)有基礎(chǔ)裝置（螺桿和料筒），傳動裝置和加熱冷卻等幾部分組成。 片材擠出主要用的是單螺桿擠出機(jī)，單螺桿擠出機(jī)的主要參數(shù)有: （1）螺桿直徑：指螺桿外圓直徑，用d表示，單位mm,它可以表征擠出機(jī)擠出量的大小，是擠出機(jī)的重要參數(shù)。 （2）螺桿長徑比:指螺桿的工作部分長度，即有螺紋部分長度（工藝上將其定義為加料口中心線到螺紋末端的長

31、度）與螺桿直徑之比，用L/d表示。 （3）螺桿轉(zhuǎn)速范圍:指螺桿轉(zhuǎn)動時最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速范圍，用n 表示螺桿轉(zhuǎn)速，單位為轉(zhuǎn)分（rmin） （4）主螺桿的驅(qū)動電機(jī)功率:指驅(qū)動螺桿轉(zhuǎn)動的電動機(jī)功率，用P 四川大學(xué)材料學(xué)院課程設(shè)計 16 表示，單位KW。 （5）機(jī)筒加熱功率及機(jī)筒加熱段數(shù)：機(jī)筒加熱功率指機(jī)筒加熱電功 率，用E表示，單位KW。機(jī)筒加熱段數(shù)指機(jī)筒分為幾段加熱，即溫度控制的段數(shù)，用B表示。 （6）擠出機(jī)生產(chǎn)率：指擠出機(jī)單位時間的生產(chǎn)能力，用Q表示，單位kg/h。 （7）機(jī)器中心高：指螺桿中心線到地面的高度，用H表示，單位mm。 （8）機(jī)器外形尺寸：指總長x總寬x總高，用LxWxH表示，單位m

32、m。（9）機(jī)器的質(zhì)量：用w表示，單位噸或千克。 A止逆環(huán)；L-螺桿總長度；S螺距；a螺紋角; D螺桿公稱直徑；L/D長徑比 圖5-1單螺桿示意圖 5.2.2擠出機(jī)螺桿 （1）螺桿螺桿是擠出機(jī)的關(guān)鍵部件。通過它的轉(zhuǎn)動，料筒內(nèi)的塑料才能發(fā)生移動，得到增壓和部分的熱量。螺桿的幾何參數(shù)，如直徑、長徑比、各段長度比例及螺槽深度等，對螺桿的工作特性均有重大影響，因此，將螺桿的基本參數(shù)和其作用簡介如下。 1）螺桿的直徑和長徑比螺桿直徑是螺桿基本參數(shù)之一。它是根據(jù)所制制品的形狀大小及需要的生產(chǎn)率所決定的。 因此， 擠出機(jī)大小的規(guī)格常用螺桿的外徑來表示。另外，螺桿的其他參數(shù)如長度、螺槽深度螺棱寬度等，其尺寸均與

33、直徑有關(guān)，而且大多用它們與直徑之比來表示。 表征螺桿特性的另一重要參數(shù)時螺桿的有效長度與其直徑之比，即長 徑比。如果把螺桿僅看成為輸送物料的一種手段，則螺桿的長徑比是決定 螺桿體積容量的主要因素；另外，長徑比會影響熱量從料筒壁傳給物料的速率，這四川大學(xué)材料學(xué)院課程設(shè)計 17 反過來影響由剪切所產(chǎn)生的熱量、能量輸入以及功率與擠出量之比。因此，增大長徑比可使塑料塑化更均勻，可提高螺桿轉(zhuǎn)速以及增大擠出量。目前，螺桿有增大長徑比的趨勢，但過長會給制造和裝配帶來一些困難。長徑比一半在25左右居多。 2）螺桿各段的功能根據(jù)塑料在螺桿上運(yùn)轉(zhuǎn)的情況可分為：加料、壓縮和計量三個段這種通用螺桿有時成為標(biāo)準(zhǔn)螺桿或計

34、量型螺桿，它是螺紋角為17.6度、螺距等于直徑的螺桿。各段的功能是不同的。 加料段是塑料入口向前延伸的一段距離，其長度為6D。這段中，塑料 依然是固體狀態(tài)。這段螺桿的主要功能是從加料斗取物料傳送給壓縮短，同時使物料受熱，由于物料的密度低，螺槽做得很深，加料段的螺槽深度 （H1）為0.12D.另外，為使物料有最好的運(yùn)輸條件，要求減少物料與螺桿的摩擦而增大物料與料筒的切向摩擦，為此，可在料筒與塑料接觸的表面開設(shè)縱向溝槽；提高螺桿表面光潔度，并在螺桿中心通冷卻水。 壓縮段是螺桿中部的一段。塑料在這段中，除受熱和前移外，即由粒狀固體逐漸壓實并軟化為連續(xù)的熔體。 同時還將夾帶的空氣向加料段排出。 為適應(yīng)

35、這一變化，通常使這一段螺槽深度逐漸減小，直至計量段的螺槽深度（H2）。這樣，既有利于制品的質(zhì)量， 也有利于無聊的升溫和融化。 對于這種等螺距螺桿， 壓縮比可用H1/H2表示，其值為2，它取決于所加工塑料的種類、進(jìn)料時的聚集狀態(tài)和擠出制品的形狀。 計量段是螺桿的最后一段，其長度為7D。這段的功能是使熔體進(jìn)一步塑化均勻，并使料流定量，定壓由機(jī)頭和口膜的流道擠出，所以這段稱為計量段。這段螺槽的深度比較淺，其深度為0.06D。 3）螺桿上的螺旋角和螺棱寬度（e）螺旋角的大小與物料的形狀有關(guān)。從螺桿的制造考慮，通常以螺距等于直徑的最易加工，這時螺旋角等于17.6度，而且對產(chǎn)率的影響不大，螺桿的螺旋方向一

36、般為右旋，螺棱的寬度為0.1D，但在螺槽的底部則較寬，其根部應(yīng)用圓弧過度。 （2）口模此次設(shè)計選用衣架式口模。衣架式口模是將直支管式口模與魚尾形口模的優(yōu)點結(jié)合在一起構(gòu)成的，這樣改進(jìn)了聚合物在口模內(nèi)的流動四川大學(xué)材料學(xué)院課程設(shè)計 =1246.91/350-4臺（取整數(shù)） 18 分布均勻性。這種口模的分配腔是由兩根直徑遞減的圓管（即支管）與兩塊三角形平板間的狹縫構(gòu)成像衣架的通道.從擠出機(jī)送來的柱塞狀流體，通過兩根支管的分流和三角形的“中高效應(yīng)”而分布呈片狀熔體流，再經(jīng)過扼流棒和模唇的調(diào)節(jié)作用，擠出物的流速更加均勻。最后經(jīng)冷卻即得片材。 5.3 擠出機(jī)臺數(shù)計算 設(shè)備計算的主要任務(wù)是：年生產(chǎn)8000t，年生產(chǎn)時間為300d，擬定產(chǎn)品合格率為90%，選擇設(shè)備規(guī)格型號，確定實際生產(chǎn)臺數(shù)，并為購置設(shè)備及車間生產(chǎn)布置提供依據(jù)。 （1）由物料衡算和熱量衡算的計算，得知： 年需要物料總量：M=合格產(chǎn)品/合格率=8000t/90%=8888.89t 每小時車間處理物料量：M5