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开题报告示例
本科毕业设计开题报告
课题名称PVC塑料造粒机设计
学号20061893
姓名韦超
专业机械工程及其自动化
指导教师何雪浤
评阅教师叶大勇
开题时间2010年3月31日
东北大学机械工程与自动化学院
一、立论依据
1.本课题的目的和意义
塑料是以树脂为主要成分的高分子材料,在一定温度和压力下具有可塑性,且模塑成型后,能保持形状尺寸不变并满足一定的使用性能。
由于塑料具有重量轻,比强度高,电气性能优异,化学稳定性优越,摩擦系数小,耐磨性能优良,吸震和消声隔音作用好,并且有好的弹性、易成型、易切削、易焊接、能很好地与金属、玻璃、木材及其他材料相粘接等特点,加之,原料来源丰富,所以它在人民生活、工农业生产、国防工业等各方面都得到了广泛的应用。
中国塑料工业经过长期的奋斗和面向全球的开放,也已形成门类较齐全的工业体系。
从合成树脂、塑料机械和塑料制品生产来看,都显示了中国塑料工业强劲的发展势头。
塑料的成型方法可以分为膜压、层压、注射、挤出、吹塑、浇铸塑料和反应注射塑料等多种类型。
其中,挤出成型在塑料制品成型加工工业中占有重要地位。
在塑料制品的成型加工中,挤出成型制品的产量一直位居塑料产品的首位。
虽然有些挤出机可以直接由粉状原料成型制品,但是大部分塑料机械仍需要使用经过初步塑化的颗粒进行成型加工。
塑料造粒机常用于加工废旧塑料薄膜(工业包装膜、农业地膜、大棚膜、啤酒包、手提袋等)、编织袋、农用方便袋、盆、桶、饮料瓶、家具、日常用品等,尤其适用于大部分常见的废旧塑料的再生加工。
目前,中国造粒机包装造粒机的产值在300亿元人民币左右。
其中饮料和啤酒包装造粒机占有相当大的比重。
造粒机行业的快速发展,饮料、啤酒配套造粒机将具有更大的发展潜力。
先造粒的颗粒有以下优点:
加料方便,不需要在加料斗安装强制加料器;颗粒相对密度比粉末料大,塑料制品强度较好;树脂与各种粉末或液体助剂的混合较均匀,塑料制品的物理性能较均匀;塑料制品色泽均匀;颗粒中含空气及挥发物都较少,实塑料制品不易发生气泡;颗粒料制品对挤出机和生产环境无污染。
用挤出造粒通常有两种方法,即热切粒法和冷切粒法。
其中热切粒法又可分风冷热切、水下热切和干切三种;冷切法又可分为挤条和挤片切粒。
热切粒法是采用特殊形状的旋转刀,切断由多孔板挤出的塑料条。
这种切粒装置结构紧凑,占地面积小,其缺点是当产量大时冷却问题较大。
冷切粒法是先挤出条状物或片状物,经冷却后进行切粒。
这种方法机构庞大,动力消耗多,切刀磨损快,噪声大,且用水冷却时还要一整套干燥设置,已逐渐被淘汰。
塑料的挤出成型从原料到产品经历三个阶段:
一是原料塑化,即通过挤出机的加热和混炼,使固态原料变成均匀的粘性流体。
二是成型,即在挤出机挤压部件的作用下,使熔融物料以一定的压力和速度连续地通过
成型机头。
三是冷却定型,通过不同的冷却方法使熔融物料以获得的形状固定下来,成为所需的塑件。
挤出机及其附属装置就是完成这一全过程的设备。
根据塑料塑化方式的不同,挤出工艺可分干法挤出和湿法挤出。
干法挤出的塑化是依靠加热将塑料变成熔体,塑化和加热可在同一设备内进行,其定型处理为简单的冷却。
而湿法挤出是用溶剂使塑料充分软化,塑化和加压必须分为两个独立的过程,定型采取比较复杂的溶剂脱除技术并考虑溶剂回收。
由于湿法挤出这些缺点,它仅限于硝酸纤维素和少数醋酸纤维素填料的挤出。
根据对塑料加压方式的不同,挤出工艺又可分为连续和间歇两种。
前一种所用的设备为螺杆式挤出机;后一种为柱塞式挤出机。
目前,绝大多数生产厂采用前一种连续式,而间歇式再生产实际中很少应用。
螺杆式挤出机借助螺杆的旋转产生的压力、料筒的外加热以及塑料与设备之间的剪切摩擦热,使塑料熔化呈流动状态。
与此同时,塑料还受螺杆的搅拌而均匀分散并不断前进,塑料在口模处被螺杆挤到机外而形成连续型体,经冷却凝固即成产品。
挤出机按其安装位置可以分为立式挤出机和卧式挤出机。
前者重心高而且稳定性差,配置辅机较困难,操作维修也不方便,高度受厂房高度限制,因而应用很少;后者重心较低而且稳定,机器中心高度可视操作方便而定,同时能方便地配置各种辅机,操作维修都较方便,因此最为常用。
挤出机按其螺杆数量可以分为单螺杆、双螺杆和多螺杆挤出机。
单螺杆挤出机适用于一般材料的挤出加工;双螺杆挤出机适用于管、板、异形材等制品的生产。
相比双螺杆挤出机,单螺杆挤出机在结构上具有更换方便,制造安装容易、造价低等优点,因此在塑化造粒中使用最为广泛。
综上所述,本课题所设计的卧式单螺杆PVC塑料造粒机具有十分重要的使用价值。
点评:
层次很好,略显啰嗦,最会一句话点题,是必须的。
二、文献综述
1.国内外研究现状、发展动态
由于聚合物加工从整体来说,发展较晚,挤出理论作为其加工理论的一部分更是一门较新的学科。
实际上,挤出理论研究工作只是在20世纪20年代才开始,直到20世纪50年代后才有较大的成就,并且可以说,只是到了20世纪60年代后,对挤出理论的研究才有了可喜的突破,并且开始对塑料、橡胶的加工有所推进。
我国对挤出理论的研究始于20世纪70年代,研究成果与生产实践紧密相连,对挤出成型工艺和设备的发展和改进起到了指导作用。
单螺杆挤出机发展的主要标志在于其关键零件——螺杆的发展。
近几年以来,人们对螺杆进行了大量的理论和实验研究,至今已有近百种螺杆,常见的有分离型、剪切型、屏障型、分流型与波状型等。
从单螺杆发展来看,尽管近年来单螺杆挤出机已较为完善,但随着高分子材料和塑料制品不断的发展,还会涌现出更有特点的新型螺杆和特殊单螺杆挤出机。
从总体而言,单螺杆挤出机向着高速、高效、专用化方向发展。
中小型塑料挤出造粒机在废旧塑料再生行业用途最广。
此外,中国包装造粒机的生产也已经达到较高水平,可以满足中型企业的需要,部分已经可以替代进口设备,并且出口量逐年提高。
例如:
张家港市瑞德顺达机械有限公司生产的SJ系列热切造粒机组,主要用于PVC塑料造粒,通用性强,而且生产效率高;大环宇环保塑料机械厂生产的单螺杆塑料造粒机,流水线配置,单主机结构,维护简单,运行可靠,主要用于小块状或粉状热塑性塑料的造粒,配以不同设计要求的螺杆、模头和辅机,还可用做加工塑料制品的挤出主机。
美国现在使用的塑料挤出机大部分是单螺杆的,由于技术含量高,取代了双螺杆挤出机。
目前德国生产的造粒用单螺杆挤出机,螺杆直径达700mm,产量为36t/h。
大型塑料造粒机是聚乙烯和聚丙烯装置后处理工序中的重大设备,要求集机械、电气、仪表于一体,自动化控制水平高,是大型乙烯项目的关键设备之一。
国际上聚乙烯、聚丙烯装置单线产能已达50万t。
大型塑料造粒机组还需要拥有集高性能、高原料利用率、低能耗、低污染、环境舒适于一体的智能化体系。
发达国家的塑料造粒机已普遍实现整个造粒过程工艺参数的在线检测,并采用计算机闭环控制,这对保证工艺条件的稳定、提高产品精度都很有利。
与国外相比,我国塑料造粒机设计和制造技术还比较落后,目前研发的只是中小型设备,大中型聚烯烃装置用挤压造粒机全部依靠进口。
我国曾经通过和国外公司合作制造若干台7万t级的塑料造粒机,但未获完全成功。
大型化、精密化和采用先进控制技术目前仍是我国大型塑料造粒机研发的方向。
点评:
若能再加上一些结构类型对比就更好了。
2.所阅文献的查阅范围及手段
(1)塑料机械设计相关图书图书馆借阅
(2)机械设计手册图书馆借阅
(3)东北大学图书馆电期刊数据库网上查阅
(4)网上查阅
参考文献
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三、研究内容
1.课题的构想与思路
通过对PVC塑料造粒机功能理解,熟悉其工作原理及基本机械构造;基于其使用要求和使用环境,设计出可行的整体布局方案,从中选择出合理且经济性较好的方案;根据设计方案,明确主要设计参数,对其进行设计计算;对主要部件进行强度分析;绘制三维结构图;绘制二维总装配图,部分零件图。
2.主要设计内容
(1)PVC塑料造粒机整体方案设计;
(2)PVC塑料造粒机挤压系统设计;
(3)PVC塑料造粒机传动系统设计;
(4)PVC塑料造粒机机头设计。
3.拟解决的关键技术
(1)整体布局设计;
(2)螺杆各部分参数的确定,三维结构设计;
(3)传动系统设计;
(4)造粒机头设计。
4.总体设计方案
本课题所研究的单螺杆挤出造粒设备主要由挤压系统、传动系统、加热冷却系统和机头四部分组成。
挤压系统主要由螺杆和机筒组成。
传动系统由电动机、减速装置、及螺杆主轴的轴承系统组成。
加热冷却系统用于保证塑料和挤压系统在成型加工中的温度控制要求。
机头部分采用风冷热切造粒机头,结构简单,生产效率高。
4.1总体布局设计
图1所示为总体布局方案,采用整体式机筒,在整体坯料上加工出来,这样易保证较高的制造精度和装配精度,简化装配工作,在机筒上设置加热器不受限制,机筒在轴向上热量分布易得到保证。
在机筒悬臂部分添加了支撑,提高机筒部分的稳定性,减小了床身的尺寸,节省了材料。
传动系统高速轴端使用V带连接,减速部分采用传动效率高的齿轮减速箱,运转可靠,性能稳定,控制维修简单。
电机布置在减速箱的一侧或下部,充分利用空间,减小设备的整体长度。
图1总体布局方案
4.2确定主要技术参数
螺杆直径D、螺杆长径比L/D、螺杆转速范围、电动机功率N、机器生产能力Q、机器的中心高和外形尺寸。
4.3螺杆的设计
螺杆是挤出机的关键部件,挤出机的产量、熔体温度、熔体均匀性和功率消耗等主要取决于螺杆结构。
螺杆的设计主要包括:
螺杆结构、螺杆直径D、长径比L/D、压缩比i、加料段长度L1、熔融段长度L2、均化段长度L3、均化段螺槽深度H3、加料段螺槽深度H1、熔融段渐变度A、螺纹升角θb、螺纹头数、螺棱断面形状、螺杆头部结构、螺杆的材料选择、螺杆的强度校核。
评价螺杆质量指标,一是生产能力。
二是功率消耗。
假设外加热功率相同时,习惯上以螺杆每单位生产能力所消耗的机械功率作为衡量螺杆消耗功率的标
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