复合材料线材挤出机的结构设计(附件)
本设计进行了一种纤维增强树脂复合材料的小型挤出装置的研究，并对其进行了结构方面，热系统，控制系统的设计及优化。使用三维软件对制件进行三维实体造型。进行设计时，考虑工艺的合理性、零部件的选材并进行了控制系统的优化设计。通过这次毕业论文设计，不但使我加深对大学四年课本上知识的掌握和理解，更加锻炼了我将知识应用到实际问题的能力。了解复合材料线材挤出机的设计方法和步骤，掌握设计整套设备所必须具备的基本知识、基本能力和基本素质。关键词 挤出机，单螺杆，分段式料筒，结构设计
目 录
1 绪论 6
1.1 论文研究背景 6
1.2 现代挤出机的历史 7
1.3 现代挤出机的分类及国内外发展 8
1.4 挤出机的研究与发展方向 9
1.5 设计的内容及研究方法 9
2 挤出机的工作原理 10
3 挤出机的整体设计 10
3.1 挤出机加热冷却系统的设计 11
3.2 挤出机挤压系统的设计 12
3.2.1 螺杆的设计 12
3.2.2 料筒的设计 13
3.2.3喷嘴的设计 14
3.3 控制系统的设计 15
3.3.1 电源的选择 15
3.3.2 电动机的选择 16
3.3.3 继电器的选择 16
4 挤出机的proE设计 17
5 挤出机的三维装配 25
结论 27
参考文献 29
1 引言
本次论文想要设计一款纤维增强树脂复合材料的小型挤出机，并将其用于3D打印的供料。为此本设计通过参考注三段式单螺杆挤出机的设计思路，对其进行结构等方面的设计及优化，并通过proE建立三维模型。
论文研究背景
3D打印是一种利用数字模型原理的快速成型技术。它通过计算机控制使用逐层打印的方法将塑料或金属、复合材料等粘接材料融在一起来构造三维物体。美国在20世纪80年代的中期出现了第一台3D打印机。3D打印技术作用巨大，应用广泛，这些体现在快速成型和制造添加剂上。他的对象几乎可以是任何形状或几何图形，他通常使用来自3D模型或其 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
他电子数据源的数字模型数据，比如一个附加的制造文件(AMF)文件(通常是顺序层)。3D打印有许多不同的技术，如立体成像(STL)或熔融沉积模型(FDM)。因此，不像传统加工过程中从库存中取出的材料，3D打印从计算机辅助设计(CAD)模型或AMF文件中构建三维物体，通常是逐层逐层添加材料。“3D打印”一词最初指的是一种将粘结剂物质沉积在带有喷墨打印机头的粉末床上的过程。最近，这个词被用在流行的术语中，包括更广泛的添加剂制造技术。美国和全球的技术标准使用官方术语“添加剂制造”来实现这一更广泛的意义。
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图11 3D打印机及打印机耗材
在目前的发展情况下，3D打印已经被用于食品、制造、医疗、工业和社会文化部门等领域，同时这些部门的广泛应用也促进3D打印成为一种成功的商业技术。例如，快速原型法是最早的添加剂变体之一，它的任务和特点是减少开发新零件的时间和降低生产设备原型的成本。而食品添加剂的制造是通过挤压食物，使其层层叠加，从而形成三维物体来发展的。各种各样的食物都是合适的、可利用的材料，如巧克力和糖果，披萨、意大利面和饼干等线性或平面食品。
3D打印也已经进入了服装领域，时尚设计师们正在尝试利用3D打印技术制作的衣服、鞋子和裙子等服装。在商业生产中，Nike正在使用以3D打印技术为原型制造2012年美国足球运动员的蒸汽激光Talon足球鞋，这是为运动员量身定做的平衡鞋。
通过以上的事例可以了解到3D打印已经达到渗透和覆盖传统或新型制造行业的方方面面的地步，这使得3D打印技术得到飞速和长足的发展，但与此同时，3D打印的耗材却有着诸多限制与不足，拖慢了3D打印机个性化的发展速度。比如：打印的连续性不足，耐热性和耐腐蚀不行，材料强度不高，不能满足个性化打印需求等。因此，本次将要设计一种与市场上主流3D打印机相配套的纤维增强树脂复合材料的小型挤出装置。这款挤出装置将会参考注塑行业中单螺杆式挤出机的设计思路，来设计一款粉末材料具有良好的热塑（固）性，一定的热导性，粉末经激光烧结后要有一定的粘结强度，材料能线性生产，粉末材料的粒度适宜，且材料还有较窄的“软化固化”温度范围的挤出机。
现代挤出机的历史
现代线性挤出机的前身是在19世纪早期发展起来的。在1820年，托马斯汉考克发明了一种橡胶“咀嚼器”，用来回收加工过的橡胶废料。1836年，埃德温查菲发明了一种双滚筒机器，将添加剂混合成橡胶。1935年，Paul Troester和他的妻子Ashley Gershoff在德国汉堡进行了第一次热塑性挤压。不久之后，第一个双螺杆式挤出机是LMP的Roberto Colombo于意大利研发。后来，在1935年，德国机械制造商将挤出机推到一个新的阶段，生产出了可应用热塑性塑料材料的挤出机，用于铺设海底电缆，即现代单螺杆式挤出机的原型。
自第一台单螺杆式挤出机问世起，挤出装置就在不断发展。从早期全由机械操纵的柱塞式挤出机到现今可自动化的螺杆式挤出机，挤出机技术不断成熟。从间歇式生产变为连续性生产，这样就满足了市场高效率化，个性化，多功能化，低耗能化的需求。
伴随着挤出设备需要加工的聚合类品种越来越丰富，结构越来越复杂，挤出成型作为挤出工艺的一种也愈发重要。挤出成型也被称为挤塑，这是一种通过料斗将固态粉状或粒状聚合物物料加入挤出机，再在自重的影响和螺杆的转动作用下将它输送进料筒，然后在料筒内通过内部或者外部的加热器加热将物料熔融塑化成粘流态，最后通过螺杆旋转加压将粘流态的物料经机头由往复变为平行直线运动，最终经过冷却、定型在牵引力的作用下形成与口模形状相近的连续体的成型技术。
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a 柱塞式挤出机 b 螺杆式挤出机
目 录
1 绪论 6
1.1 论文研究背景 6
1.2 现代挤出机的历史 7
1.3 现代挤出机的分类及国内外发展 8
1.4 挤出机的研究与发展方向 9
1.5 设计的内容及研究方法 9
2 挤出机的工作原理 10
3 挤出机的整体设计 10
3.1 挤出机加热冷却系统的设计 11
3.2 挤出机挤压系统的设计 12
3.2.1 螺杆的设计 12
3.2.2 料筒的设计 13
3.2.3喷嘴的设计 14
3.3 控制系统的设计 15
3.3.1 电源的选择 15
3.3.2 电动机的选择 16
3.3.3 继电器的选择 16
4 挤出机的proE设计 17
5 挤出机的三维装配 25
结论 27
参考文献 29
1 引言
本次论文想要设计一款纤维增强树脂复合材料的小型挤出机，并将其用于3D打印的供料。为此本设计通过参考注三段式单螺杆挤出机的设计思路，对其进行结构等方面的设计及优化，并通过proE建立三维模型。
论文研究背景
3D打印是一种利用数字模型原理的快速成型技术。它通过计算机控制使用逐层打印的方法将塑料或金属、复合材料等粘接材料融在一起来构造三维物体。美国在20世纪80年代的中期出现了第一台3D打印机。3D打印技术作用巨大，应用广泛，这些体现在快速成型和制造添加剂上。他的对象几乎可以是任何形状或几何图形，他通常使用来自3D模型或其 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
他电子数据源的数字模型数据，比如一个附加的制造文件(AMF)文件(通常是顺序层)。3D打印有许多不同的技术，如立体成像(STL)或熔融沉积模型(FDM)。因此，不像传统加工过程中从库存中取出的材料，3D打印从计算机辅助设计(CAD)模型或AMF文件中构建三维物体，通常是逐层逐层添加材料。“3D打印”一词最初指的是一种将粘结剂物质沉积在带有喷墨打印机头的粉末床上的过程。最近，这个词被用在流行的术语中，包括更广泛的添加剂制造技术。美国和全球的技术标准使用官方术语“添加剂制造”来实现这一更广泛的意义。
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图11 3D打印机及打印机耗材
在目前的发展情况下，3D打印已经被用于食品、制造、医疗、工业和社会文化部门等领域，同时这些部门的广泛应用也促进3D打印成为一种成功的商业技术。例如，快速原型法是最早的添加剂变体之一，它的任务和特点是减少开发新零件的时间和降低生产设备原型的成本。而食品添加剂的制造是通过挤压食物，使其层层叠加，从而形成三维物体来发展的。各种各样的食物都是合适的、可利用的材料，如巧克力和糖果，披萨、意大利面和饼干等线性或平面食品。
3D打印也已经进入了服装领域，时尚设计师们正在尝试利用3D打印技术制作的衣服、鞋子和裙子等服装。在商业生产中，Nike正在使用以3D打印技术为原型制造2012年美国足球运动员的蒸汽激光Talon足球鞋，这是为运动员量身定做的平衡鞋。
通过以上的事例可以了解到3D打印已经达到渗透和覆盖传统或新型制造行业的方方面面的地步，这使得3D打印技术得到飞速和长足的发展，但与此同时，3D打印的耗材却有着诸多限制与不足，拖慢了3D打印机个性化的发展速度。比如：打印的连续性不足，耐热性和耐腐蚀不行，材料强度不高，不能满足个性化打印需求等。因此，本次将要设计一种与市场上主流3D打印机相配套的纤维增强树脂复合材料的小型挤出装置。这款挤出装置将会参考注塑行业中单螺杆式挤出机的设计思路，来设计一款粉末材料具有良好的热塑（固）性，一定的热导性，粉末经激光烧结后要有一定的粘结强度，材料能线性生产，粉末材料的粒度适宜，且材料还有较窄的“软化固化”温度范围的挤出机。
现代挤出机的历史
现代线性挤出机的前身是在19世纪早期发展起来的。在1820年，托马斯汉考克发明了一种橡胶“咀嚼器”，用来回收加工过的橡胶废料。1836年，埃德温查菲发明了一种双滚筒机器，将添加剂混合成橡胶。1935年，Paul Troester和他的妻子Ashley Gershoff在德国汉堡进行了第一次热塑性挤压。不久之后，第一个双螺杆式挤出机是LMP的Roberto Colombo于意大利研发。后来，在1935年，德国机械制造商将挤出机推到一个新的阶段，生产出了可应用热塑性塑料材料的挤出机，用于铺设海底电缆，即现代单螺杆式挤出机的原型。
自第一台单螺杆式挤出机问世起，挤出装置就在不断发展。从早期全由机械操纵的柱塞式挤出机到现今可自动化的螺杆式挤出机，挤出机技术不断成熟。从间歇式生产变为连续性生产，这样就满足了市场高效率化，个性化，多功能化，低耗能化的需求。
伴随着挤出设备需要加工的聚合类品种越来越丰富，结构越来越复杂，挤出成型作为挤出工艺的一种也愈发重要。挤出成型也被称为挤塑，这是一种通过料斗将固态粉状或粒状聚合物物料加入挤出机，再在自重的影响和螺杆的转动作用下将它输送进料筒，然后在料筒内通过内部或者外部的加热器加热将物料熔融塑化成粘流态，最后通过螺杆旋转加压将粘流态的物料经机头由往复变为平行直线运动，最终经过冷却、定型在牵引力的作用下形成与口模形状相近的连续体的成型技术。
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a 柱塞式挤出机 b 螺杆式挤出机
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