Экструзия как один из основных методов переработки полимеров. Экструдер - машина для формования пластичных материалов путем придания им формы. Проектирование и расчет оформляющей головки экструдера и червяка, его производительность и мощность привода.
Аннотация к работе
В промышленности переработки полимеров методом экструзии изготавливают различные погонажные изделия, такие, как трубы, листы, пленки, профильные полосы, оболочки кабелей и т.д. Экструдер - машина для формования пластичных материалов, путем придания им формы, при помощи продавливания (экструзии) через профилирующий инструмент (экструзионную головку). Экструдер состоит из: корпуса с нагревательными элементами; рабочего органа, размещенного в корпусе; экструзионной головки; узла загрузки перерабатываемого материала; силового привода; системы задания и поддержания температурного режима, других контрольно-измерительных и регулирующих устройств. В зависимости от конструкции рабочего органа экструдеры подразделяются: - плунжерные (поршневые);Изделие: поручень ПВХ (непластифицированный) (рис.1). Площадь поперечного сечения F = 91 мм2 = 9,1•10-5м2. Изделие (поручень) отношение длины червяка к его диаметру L/Dч = 15;Внутри головки проходит канал, сечение которого плавно меняется от круглого до сечения, соответствующего профилю изделия на выходе. 6) конструкция головки должна обеспечивать возможность регулирования распределения объемного расхода по периметру струи для устранения влияния неточностей расчета и изготовления на профиль экструдируемого изделия. экструзия экструдер привод полимер В простейшем случае экструзионная головка состоит из 4-х участков по ходу движения расплава: цилиндрического участка, конического участка, сужающегося участка (сечение плавно меняется от круглого до сечения, соответствующего профилю изделия на выходе) и призматического формующего участка с постоянными размерами сечения. Каналы, по которым расплав перетекает к формующей части, называются подводящими, они имеют переменное в направлении течения сечение. Для получения качественных изделий необходимо, чтобы заключительный отрезок пути расплав перемещался некоторое время по каналу с постоянными размерами сечения.Червяк - это основной рабочий орган экструдера, предназначенный для перемешивания, нагрева и пластификации материала и подачи расплава под давлением в экструзионную головку. L - длина червяка; D - диаметр гребня червяка; h - глубина винтового канала червяка; Червяк забирает непластифицированный материал (гранулы или порошок) от загрузочного отверстия, пластифицирует и перемешивает его и равномерно подает в виде гомогенного расплава к оформляющей головке. Расчетная схема нагружения червяка приведена на рисунке 6. На червяк действует аксиальная сила Р, крутящий момент Мкр и равномерно распределенная нагрузка g от собственной массы червяка.Определяющее влияние на производительность машины оказывает дозирующая зона червяка. Производительность дозирующей зоны сильно зависит от геометрических параметров самого червяка. Производительность же экструдера в целом зависит не только от геометрических размеров шнека и числа оборотов, но и в значительной степени - от конструкции формующей головки. На основе гидродинамического подхода к анализу взаимодействия рабочих органов с перерабатываемым материалом в дозирующей зоне экструдера принято рассматривать три составляющие потока движения расплава: прямой (вынужденный) поток - поток расплава, движущийся по межвитковому пространству в направлении от зоны загрузки к зоне дозирования вдоль оси шнека, возникающий вследствие вращения шнека относительно цилиндра; обратный поток - поток расплава, движущийся в противоположном направлении, что вызвано перепадом давления по длине шнека; поток утечек - поток утечки, движущийся в зазоре между наружной поверхностью витков шнека и внутренней поверхностью материального цилиндра в направлении от зоны дозирования. Подобное разделение на три потока в канале шнека следует считать условным, так как противотока практически не существует, а имеет место некоторое ограничение прямого потока, возникающее в результате сопротивления головки.Мощность привода, потребляемая в зоне загрузки, расходуется на преодоление сил трения при движении пробки материала, значение ее не велико (около 10% от суммарной потребляемой мощности) и им можно пренебречь. Мощность, затрачиваемая в зоне дозирования, определяется суммой мощностей расходуемых на принудительное проталкивание массы по винтовому каналу ЧЕРВЯКАN1; на срез материала в зазоре между вершиной витка нарезки и стенкой ЦИЛИНДРАN2; на создание циркуляционного потока в витках нарезки ЧЕРВЯКАN3. Общая (технологическая) мощность, затрачиваемая на продвижение материала в цилиндре червячной машины, Вт: Величины эффективной вязкости ?1 и ?2 для различных перерабатываемых материалов определяются по реологическим кривым в зависимости от скоростей сдвига и температуры (? = f (T,S)). Скорость сдвига в зазоре между гребнем нарезки и цилиндром, с-1: Эффективная вязкость непластифицированного ПВХ (определяются по реологическим кривым): Перепад давления в экструзионной головке, кг/м2: где - перепад давления на i-том участке канала экструзионной головки, кг/м2. эффективная вязкость (реологический фактор), кг•с/м2. коэффициент геометрической форм
План
Содержание
Введение
1. Исходные данные
2. Проектирование и расчет оформляющей головки экструдера
3. Проектирование и расчет червяка
4. Расчет производительности экструдера
5. Расчет мощности привода экструдера
6. Техника безопасности
Литература
Введение
Одним из основных методов переработки полимеров является экструзия. Экструзия (от позднелат. extrusio - выталкивание) - технология получения изделий путем продавливания расплава материала через формующее отверстие. В промышленности переработки полимеров методом экструзии изготавливают различные погонажные изделия, такие, как трубы, листы, пленки, профильные полосы, оболочки кабелей и т.д.
Экструдер - машина для формования пластичных материалов, путем придания им формы, при помощи продавливания (экструзии) через профилирующий инструмент (экструзионную головку).
Экструдер состоит из: корпуса с нагревательными элементами; рабочего органа, размещенного в корпусе; экструзионной головки; узла загрузки перерабатываемого материала; силового привода; системы задания и поддержания температурного режима, других контрольно-измерительных и регулирующих устройств.
В зависимости от конструкции рабочего органа экструдеры подразделяются: - плунжерные (поршневые);
- одночервячные;
- многочервячные;
- шестеренчатые;
- дисковые.
Наибольшее распространение получили одно - и многочервячные экструдеры.
Диаметр червяка D промышленных одночервячных экструдеров равен 45-90 мм, длина 15-40 D. Наблюдается тенденция к увеличению параметра L/D, что позволяет увеличить степень гомогенизации расплава.
Современные экструдеры оснащаются микропроцессорной техникой, осуществляющей управление машиной; на многих машинах устанавливаются промышленные компьютеры с выводом на экран основных параметров процесса.