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新型单机共挤螺杆挤出机的设计及分析

梁斌  
【摘要】: 共挤出复合成型是使用两台以上的挤出机在一个机头中成型多层结构的加工过程。由于其制品在性能、外观上的优良特性以及生产过程的简单实用而越来越得到普及和重视。但是目前共挤设备普遍存在设备投资大,结构复杂,占地面积大,高能耗,制品“熔接线”等问题。因此,开发高效、节能、优质的多层结构单机共挤技术越来越受到相关人士的重视。在这一趋势下,国外专业人士设计出了一些结构、功能独特的单机实现共挤的设备。比较成功的是嵌套的多个锥形套加螺槽共挤出的结构“Conex”,但目前我国在这一领域研究很少。 针对这一情况,本论文以挤出机经典的Tadmor熔融理论为启发,参阅了相关文献中的内容,在不改变普通螺杆基本形式的前提下,提出了新型的单机实现共挤的理论基础及概念,即嵌套式内外螺杆结构的概念。该新型结构不同于国外的已有设备,没有改变螺杆的构型,是在现有普通单螺杆挤出机结构的基础上进行的创造性设计。是国内首次出现的单机实现共挤的新型挤出设备。 根据该概念提出了多种结构方案进行比较并选择了最佳的一种作为实际方案。分别对新型螺杆挤出机的挤压系统,传动系统,共挤机头等进行了结构设计与分析。设计过程中,利用有限元工具ANSYS对螺杆及传动轴等主要部件在新的载荷下的应力应变进行了分析,得到了相关几何参数对其强度及刚度的影响,确定了最优化的尺寸,并依此为依据最终完成了主机的设计。利用流体分析软件POLYFLOW对共挤机头的流场进行了模拟,得到了内外螺杆转速对机头流道速度场,压力场和剪切速率场的影响,对比结果后得到了最优化的内外螺杆转速。流场分析结果对本挤出机要进行的实验研究及其他类型共挤机头的设计起到了指导作用。依据设计图纸加工出实验机,进行了初步的实验研究,实验结果良好,基本到达了设计要求,并初步验证了分析结果。 本论文的完成对单机共挤领域的进一步实验研究和相关机械的设计提供了理论和经验。


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