擠出機機頭設計

XJ-150擠出機機頭的設計本科畢業(yè)設計（論文）=2.5m/min圖3-8分配器套Fig3-8Setofdistributor在側進料的擠出機機頭中，熔融的物料通常以90°進入，當有冷的空氣進入模芯或者半成品等進入時，采用這種方法是有必要的。熔體分配器將進入機頭的熔融的物料進行周向的分配，通過熔體分配器，可以將熔融的物料的運動方向由徑向流動變?yōu)橹芟蛄鲃?。熔體分配器一般位于擠出機機頭的殼體上或者位于模芯上。在側進料的擠出機機頭中，應該保證熔融的物料在出口處速度保持均勻，為達到這一要求，通常采用的方法是繞著模芯上開出一個環(huán)形槽，斷面要足夠大，環(huán)形縫隙要位于環(huán)形槽的后面，且為高流阻。此種類型的擠出機機頭類似于將一個T型熔體分配器包覆在圓柱體上面，它也存在不足之處，主要是因為熔融的物料在其上的滯留時間存在較大的差異。圖3-9調整螺母Fig3-9Adjustingnut還有一種方法可以使熔融的物料在出口處速度均勻。就是在熔融的物料流經處放置一個環(huán)型魚雷頭，這是因為這樣可以保證擠出機機頭的兩側流徑長度從出口到入口都相等。當然，這種擠出機機頭也有缺點，主要是因為熔融的物料分配不合理，除非將高流阻平行成形區(qū)設置在其后面才能使物料的分配均勻。此外，這種方法還有一個缺點就是將存在兩條流痕，這是因為分流的存在。若采用衣架型熔料分配器或者采用魚尾型熔料分配器的設計原理的話，如果模芯的直徑比縫隙的寬度和流道的直徑足夠的大，理論上講，側進料擠出機機頭的物料分配是可以足夠均勻的。圖3-10料流截面Fig3-10Materialflowcrosssection直角擠出機機頭中的高壓降比寬平縫機頭更容易處理，且其結成的內壓處理起來也比較簡單。這是由于管型只需按照內壓來進行設計，一般情況下，熔體分配器的設計不必與工作相關條件有關。因為以上所述的有關成型區(qū)的計算，其最大長度值偏大，因此最好能選用一種合理的計算方法來進行分配流道長度的設計。目前所采用的方法是在側進料擠出機機頭的其中一端，進行熔融物料的合流，從而得出所要求得的合理尺寸。錐形分配器不但壓力損失較低，而且更節(jié)省空間。與之前所述不同的是它的分配流道不是在圓柱體上而是在圓錐體上。因為它的模芯是錐型的，因此，成形區(qū)的高度縫隙要設計成沿著物料的流動方向漸漸變大的而不能是一成不變的，通過這種設計，進而使剪切速率在縫隙中保持為一常量。已知當量的剪切速率的公式[9]：（3-4）將v=2.5代入，所以可以求得h（y）和rmin分別是：=280mm=10mm和條件無關的工作時，設計分流道的半徑最大值為：（3-5）代入得R=230而對于成型區(qū)，長度最大值y0ξ=π：（3-6）所以y0=210mm綜上所述，最大半徑可以求得為：（3-7）所以r=67.5mm這個值在估算所需空間時很有必要?？梢愿鶕峙淞鞯乐袨槌Ａ康募羟兴俾蕘砬蟮梅峙淦髁鞯谰嚯x與半徑之間的函數關系：（3-8）有關成型區(qū)長度的變化，關系式如下：（3-9）代入數據得y（ξ）=452mm在熔體分配器中，平均滯留時間為：（3-10）將r=10，y=210代入得t=10s壓力在熔體分配器中的損失為：（3-11）將v=2.5，r=10代入，得Δp=28MPa圖3-11分配器橫截面Fig3-11Distributorcrosssection1、計算粘滯力在流道內壁的大?。毫鞯纼缺谑艿郊魬Ζ觲，此處按照管流來進行計算，查表得到：（3-12）由()得,對此，Δp≈0→FZI≈02、當收到大小為pi內壓時的張開可以求出張開量在內壓作用下的大小fi，經驗公式為：（3-13）將Ra=10，R1=6，p=28代入得f1=12式中，μ是指泊松數，對于鋼來講，μ≈0.33（泊松比m=1/μ），最大應力處在流道上，也就是在內壁上，按照c周向r徑向的二向來計算應力狀態(tài)，得出以下方程：（3-14）所以ε=4.5×10-4查閱文獻得[10]：（3-15）σrmin=-pi=28MPa進行設計算時，最好使fi小于0.05mm。pi就可以直接帶入進行計算，因為其已是常量。在其他情況下，相關的尺寸要按照壓力在入口處的最大值來進行計算，以確保安全性。需要注意的是，如果能夠確認正應力是由擠出機機頭的尺寸微變形引起的，則可以忽略不計。若流道高度Hv相比與Riv較大，可以用以下公式計算（3-16）因為，所以Fzva和Fzvi之間的關系為：（3-17）當然，若環(huán)縫半徑比Hv小得多，則需要用如下公式進行計算：（3-18）上式中，k=Ri/Ra,分別令r=Ra和Ri，分別可以求出τwv=6MPa和τwv18MPa，進而可以求得Fzva和Fzvi需要注意，模芯還受到徑向的壓力，周向壓力、軸向壓力和徑向壓力共同作用。因為熔融的物料存在壓力，在流道內壁上以及反方向上都將產生壓力，在p2為常量的情況下，此壓力值可以通過流道表面突出部分受到的力進行簡單的計算：對于面1：（3-19）對于這種情況，所計算部分的內壓力降呈非線性還是線性一定要進行考慮。若壓力的減小不是呈線性的，需要重新計算，直至數據合理為止?？梢酝ㄟ^近似值的方式求得，主要方法是將各個部分的壓力作用在流道壁的突出部分并將其視為常量。要求得總的壓力，只需求出各部分的壓力最后進行相加即可。若壓力是呈線性變化的，那么可以直接求出總壓力。不妨設起點和終點的壓力分別為pE和pA，可以得出：（3-20）上式中，RE和RA分別代表起點處的半徑和終點處的半徑，代入得FP=30kN當熔融的物料流徑機頭時，流道內壁和模芯上同時有壓力Fp（沿著三個不同方向）以及粘滯力Fz，內壓p的存在會使機頭內部迅速張開。對于分配器的尺寸需要計算流道各部分的尺寸來得出最終的大小。已知擠出機機頭入口處壓力為40MPa,芯線的牽引速度為2.5——3m/min，將數據帶入以上的方程組，經過合理計算，最終確定分配器的各個尺寸為：前端直徑為126mm，錐度為15度，第二部分直徑為170mm，進料口寬度為50mm，后端內徑為187mm?？傞L為452mm，主體長度為280.8mm，最外錐長度為192mm。圖3-12調整螺母Fig3-12Adjustingnut3.3.5校核進行相關計算校核時，可以采用當量應力的方式進行處理。當量應力的值一定不能大于材料的許用應力，即σeq＜σp若分配器的相關區(qū)域同時受彎應力和剪應力時，用如下公式進行相關計算：（3-21）關于彎曲應力，有以下的方程，（3-22）剪應力為，（3-23）若實際當中，當量應力比材料的許用應力還要大，則一定要通過重新進行流道的設計計算或者改變相關零件尺寸的方式使壓力損失降低到合理范圍內。在進行尺寸設計時，還需要注意以下問題：在進行螺栓受力分析計算時要考慮到不同的方向，擠出機機頭內部的作用力最終要全部被螺栓所吸收。此外，擠出機機頭各個部分之間密封的表面要保持壓緊狀態(tài)，需要對其進行預拉力實驗以及表面壓力大小確定的實驗進行處理。一般情況下是不存在機頭各個部分溫差較大的情況的，若出現這種情況，就一定要對擠出機機頭的相關部分進行熱應力的檢查。已知連接螺栓為受軸向載荷的螺栓組，已知流道內最大壓力為40MPa，選用的螺栓的直徑為20mm，個數為8個，螺栓材料為Q215，每個螺栓受到均勻的載荷，大小為（3-24）螺栓所受到的總拉力的大小，就等于工作壓力與殘余預緊力的總和。即F2=F+F1已知螺栓的殘余預緊力大小為：（3-25）所以螺栓總拉力為F2=ΔF+F0（3-26）所以軸向載荷的拉伸強度條件是：（3-27）螺紋連接件所允許的許用拉應力的計算公式為：=320/4=80MPa最終求得σca=52MPa＜80MPa，所以選用的螺栓符合要求?？偨Y本次畢業(yè)設計通過查閱大量的資料，在了解擠出機的工作原理、機頭設計要求的基礎上，對主要零部件的相關尺寸進行計算，運用三維軟件對主要零件的結構進行設計，并運用二維畫圖軟件進行繪制。本文對機頭中的模芯和模套以及模芯座的尺寸進行了詳細的計算，對分配器的尺寸進行合理的選擇，對所選用的螺栓進行了校核。計算設計后，用三維畫圖軟件對主要零件進行造型，用二維畫圖軟件進行了零件圖和裝配圖的繪制。通過三個月的努力，終于完成了XJ-150擠出機機頭的設計。從開始設計到最終完成，每個環(huán)節(jié)都讓我收獲頗豐。整個畢業(yè)設計的過程不但