玻璃钢拉挤成型机成型部设计.docx

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玻璃钢拉挤成型机成型部设计

前言

近年来，世界上几个工业发达国家和地区都将玻璃钢复合材料列为研究和发展的新材料项目之一，普遍认为这种材料除自身具有的独特性能之外，在加工制造和使用过程中还是一种节能材料。

随着玻璃钢应用领域的扩大，拉挤工艺的不断发展，拉挤玻璃钢制品从小尺寸、形状简单、对称均匀向大型、复杂、非对称的拉挤制品发展，这就对拉挤玻璃钢设备提出了更高的要求。

为了更好的改进拉挤玻璃钢的成型设备，满足不同领域对玻璃钢的要求，

本设计从玻璃钢成型的最基本的装置出发，利用机械设计的相关理论来设计玻璃钢的成型设备，本文详细的阐述了各部分的设计原理与思路，并叙述了各部分的基本组成，主要包括送纱装置的设计、预成型装置的设计、成型装置的设计、后固化装置的设计。

本设计各部分的结构比较简单，操作方便，实用性较高。

在设计的过程当中，我得到了知道老师的悉心指导，同时也得到了众多同学的帮助，在此表示衷心的感谢。

由于本人的知识水平和设计的经验有先限，此说明书肯定有不足之处，恳请评审老师批评指正。

第一章玻璃钢的发展与应用

1.1玻璃钢的发展概况

人类使用复合材料的历史，可以追溯到远古时代，当时的埃及人、犹太人及我国的劳动人民已经运用草筋增强泥胚作墙体材料等，这是原始的复合材料。

我国元代所制成的弓，已经是一个具有相当水平的复合材料结构物，它用木材做芯子，在受拉面胶有平行纤维，而在受压面胶有牛角，在当时它已作为强有力的战术武器。

近代建筑用的钢筋混凝土，多层木板等都是常见的复合材料。

作为近代复合材料之一的玻璃钢，是从第二次世界大战时发展起来的，当时的美国已经有了发展玻璃钢的物质基础，一是从1935年起，连续玻璃纤维已有了较大发展，二是1939年发明了低压的不饱和聚酯树脂。

当时的玻璃钢首先用在航空工业方面，如飞机的雷达罩、副油箱等等，这是由于重量轻、透电波，成型工艺简便、能满足性能要求。

早期的AT—6型飞机，已成型了夹层结构机翼。

在工艺方面已经采用了喷射成型。

在树脂方面如瑞士的巴西公司已开始试制环氧树脂，同时英国的司高脱—贝特公司已开始制造玻璃钢用的聚酯树脂。

50年代以后，美国研制火箭发动机外壳用的玻璃钢，1957年回收的红石导弹，第一节是用三聚氰氨玻璃钢制造。

以后，有较多数量的玻璃钢用于大型客机上。

1967年在美国的德克萨斯州试飞了用环氧树脂制造的第一架全玻璃钢结构飞机（该机设计历时7年）。

进入70年代，玻璃钢船舶发展较快，西方各主要工业国都趋向于大型化，尤其是玻璃钢扫雷艇，都已相继下水。

近年来，玻璃钢渔船发展很快，日本的大中型玻璃钢渔船与占到40%。

造船的增强材料，有多层毡、复合薄毡及无捻粗纱玻璃。

在玻璃钢等复合材料中，一般认为其力学性能是取决于玻璃纤维等增强材料，在40年代是玻璃纤维占绝大多数，在以后很长的历史时期中，用玻璃纤维作增强材料的复合材料仍然占主要地位，但随着工业的发展，不同的时期相继出现了新的材料，在50年代，研制了高模量的炭纤维、硼纤维。

60年代，改变了玻璃成分，研究了S及R型高强度玻璃纤维。

从70年代到目前，先后开发了聚芳香酰胺纤维、碳化硅纤维等，开辟了材料应用领域的新途径。

增强材料的品种是非常多的，除此之外，还有剑麻等天然纤维。

1.2玻璃钢应用

玻璃钢的应用是非常广的，从各主要工业国家的不完全统计，其品种在3万种以上，概括起来，目前玻璃钢的主要应用领域是车辆、船舶、化工防腐和建筑四大部门，但由于全国情况不一，在玻璃钢应用的着重点是有很大区别。

我国的玻璃钢发展于1958年，早期作重为国防工业服务，随着我国社会主要经济的不断发展与壮大，玻璃钢工业也相继有了增长，70年代以后，发展得比较快，现在的玻璃钢和研究单位，基本已遍及全国各主要城市。

1959年试航了9米长的游艇，1965年试飞了玻璃钢飞机螺旋浆，1966年试飞了全玻璃钢水上飞机浮筒和介放7型滑翔机，1968年安装了第一台直径15米的大型玻璃钢天线反射面，1970年运转了直径4.7米的玻璃钢风洞螺旋浆,1971年安装了直径44米的的大型全玻璃钢结构的地面雷达罩,1974年颁布了40立升铝内衬玻璃钢气瓶规范,同年,我国第一首大型的是39.8米的玻璃钢船舶下水,1976年定性了直径为8米的冷却风机玻璃钢叶片,1982年颁布了玻璃钢波形瓦标准.另外还试制生产了许多玻璃钢产品:

如冷却塔、波形瓦、活动房屋、风力发电叶片、大型电机护环、各种透电波的罩壳、及文体方面活动上午撑杆、弓等产品。

玻璃钢应用在各个工业领域以及能源开发与利用和节约木材等方面都作出了更大贡献。

第二章成型部工作原理

玻璃钢拉挤成型机的成型部是整个机器设备的核心。

它具有两个功能：

定型功能和固化功能。

我们将成型部分为送纱浸胶装置、预成型装置、成型装置和后固化装置四个部分。

送纱浸胶装置的作用是将无捻粗纱从纱架引入成型装置中，并将一部分粗纱浸胶。

我们将无捻粗纱分成了三部分，一部分在胶槽中浸胶之后，被牵引进入预成型装置；第二部分则被直接引入到预成型装置中；第三部分无捻粗纱不经过预成型装置而被直接牵引至成型装置。

拉挤成型工艺浸胶的形式主要有胶槽浸渍法和注入浸渍法，我们采用的是胶槽浸渍法，即将增强材料通过树脂槽浸胶，然后进入预成型装置。

预成型装置的作用是将浸有树脂的无捻粗纱和第二部分无捻粗纱混合在模具当中初步成型，并将多余的树脂挤去。

我们设计的预成型装置由钢芯座、钢芯、前纤维梳板、刮胶板、加热座Ⅰ、铜管和后纤维梳板组成。

加热座Ⅰ内部嵌入数根加热棒，其上有一温度传感器，温度由PLC控制。

铜管安装在加热座上，它有两个作用：

一是充当加热固化设备，从送纱浸胶装置中引入的无捻粗纱和树脂的混合体与铜管内壁直接接触，均匀受热而初步固化；二是作为定型装置，对玻璃纤维和树脂基体产生径向压力，初步对其进行拉挤成型。

成型装置的作用是将预成型的玻璃钢管进一步加热固化，并在玻璃钢管表面形成螺纹。

成型装置分为预热压紧区、绕纹成型区和加热固化区三个部分。

预热压紧区由喂纱嘴、束纱管和加热座Ⅱ组成。

从预成型装置出来的玻璃纤维和树脂的混合体已经初步具备了玻璃钢管的形状，通过喂纱嘴被牵引入束纱管。

束纱管的内孔设计成花瓣状，即内孔沿着圆周开有多个型腔。

“花瓣”的直径（即内孔最大直径）为22mm。

当预成型的玻璃钢管牵引入束纱管中时，其中的一部分树脂被挤压入束纱管内孔的型腔中，同时在定型时产生一定的压力，保证成型后的玻璃钢管密度，无气孔、不起层、无裂纹和其它缺陷。

同时束纱管的截面钻有一圈的引纱孔，其作用是将第三部分的无捻粗纱引入绕纹成型区。

加热座Ⅱ的作用主要是对这第三部分的无捻粗纱进行预热，将其加热使其软化，为其后的绕纹成型做准备。

绕纹成型区的主要结构是绕纹辊筒，它的主要作用是在玻璃钢管上产生螺纹。

绕纹辊筒由绕线转板、辊筒齿轮、平衡飞轮和平衡转板组成。

绕线转板将钢丝带引入绕在玻璃钢管上，辊筒齿轮带动整个绕纹辊筒旋转，钢丝带也不断地缠绕在玻璃钢管上，并且将从束纱管引入的第三部分无捻粗纱也紧紧地扎紧在玻璃钢管表面上，于此同时玻璃钢管连续地被牵引着向前移动，那么钢丝带相对于玻璃钢管做的是螺旋运动，从而在它上面形成螺纹。

我们设计在绕线转板上装有多个张紧滚轮、可调滚轮和减速滚轮，用来调节钢丝带的张紧力和缠绕速度。

钢丝依此绕过各个滚轮，我们可以手动调节张紧轮来调节钢丝带的张紧度，也可以通过可调滚轮组来调节。

可调滚轮的原理是通过安装在绕线转板侧面的张紧电机带动螺杆转动，从而驱动双滚轮部的调节横梁前后移动来调节钢丝的张紧。

固化区的结构是一组安装在绕线转板上的加热瓦（加热座Ⅲ），其作用是对玻璃钢管进行三次加热（固化成型）。

玻璃钢管经过成型装置要经过后固化装置进一步固化。

后固化装置的作用是对玻璃钢管进行第四加热（保温），采用一组加热瓦加热。

第三章成型部的设计内容

3.1送纱装置的设计

本部分的设计包括前纤维梳板、后纤维梳板、刮胶板的设计。

3.1.1送纱过程分析

从总装配图分析可知，从纱架牵引出来的无捻粗纱分为三部分进入成型部阶段。

第一部分纱直接通过前纤维梳板、后纤维梳板进入束纱管。

第二部分纱为不浸胶粗纱与第三部分浸胶粗纱一起通过前纤维梳板、刮胶板进入预成型装置。

3.1.2前纤维梳板的设计

根据以上对送纱过程的分析，送纱分为三部分，由总体设计中选定的粗纱型号以及最终产品的规格得出需粗纱的数量，为了使无捻粗纱与浸润剂能够均匀相间，前纤维梳板的结构设计示意图如下：

其零件图如BLG-001。

1）前纤维梳板尺寸的确定

由总体设计布局、生产速率

和无捻粗纱的型号和最后产品的规格要求得到结构尺寸如图BLG-001。

2）前纤维梳板材料的选择

从设计的实际要求以及设计的经济方面考虑，采用具有如下性能的聚合塑料：

1　质轻，比强度高。

2　减摩，耐腐蚀性能好。

3　优异的化学稳定性，一般对酸碱化学药品均有良好的耐腐蚀能力。

4　优异的电绝缘性。

3.1.3刮胶板与刮胶圈的设计

1）设计原理

为了控制胶层的厚度及使胶均匀地分布在粗纱之间，刮胶板设计成由上盖与基座两部分组成，刮胶板与刮胶圈的装配尺寸通过配作孔实现，刮胶板与刮胶圈的具体结构与尺寸见各自的零件图BLG-002，BLG-002-01，BLG-002-02，BLG-002-03.

2）刮胶板与刮胶圈材料的选择

根据实际工作条件分析，可以选择铸铁作为刮胶板的材料。

铸铁的特点为：

力学性能低、耐磨性能好、生产简便、成本低廉且应用广泛。

最终我选择ZT250。

刮胶圈的材料为橡胶。

3.1.4后纤维梳板的设计

根据前面的送纱过程分析可知，仅有一部分无捻粗纱通过后纤维梳板，综合考虑后，为使粗纱分布均匀，设计结构示意图如下。

其零件图如BLG-003。

1）后纤维梳板尺寸的确定

由于经过后纤维梳板的粗纱不是太多，具体尺寸视情况而定。

零件图如BLG-003。

2）后纤维梳板材料的选择

后纤维梳板材料与前纤维梳板材料相同都为ZT250。

3.2浸胶装置的设计

3.2.1浸胶装置的设计原理

为使从纱架引过来的粗纱浸胶以及保证浸胶的程度，利用升降气缸组成一个气压手臂，通过它的升降来控制。

其示意图如下：

3.2.2浸胶升降气缸的确定

根据浸胶过程原理，气缸的工作性能要求不高，查阅网上资源[2],我选用了如下升降气缸：

其主要特点如下：

1.QGBQ系列气缸为单活塞杆双作用两侧可调缓冲气缸。

2.气缸外形安装尺寸符合ISO/6430国际标准，且尺寸紧凑，安装空间小。

3.主要材料用优质碳素结构钢制造，坚固耐用，适用于恶劣条件下工作。

其具体技术参数如下：

4.1预成型装置的设计

预成型装置的设计包括钢芯的选择、钢芯座的设计、加热座I的设计。

4.1.1预成型原理分析

由刮胶板引进来的粗纱均匀的包裹在钢芯上，在牵引力的作用下进入预成型装置的加热座，通过加热使温度上升到粗纱软化的临界温度，使粗纱与浸润剂进一步融合使之初步成型，形成具有空心结构的玻璃纤维管，预成型的玻璃纤维管再经过内部结构为蝶形的束纱管使之玻璃纤维管的成分致密均匀。

4.1.2钢芯的选择

根据最终产品的要求及总体布局，选择的钢芯的规格为：

Ø6×2000mm，材料为45号钢。

4.1.3钢芯的作用

1　使玻璃纤维依附在钢芯上，经预加热后形成空心玻璃纤维管。

2　支撑作用，即为后续的钢丝缠绕成型部提供支撑作用。

4.1.4钢芯座的设计

1）钢芯座的结构的确定

钢芯座的示意图如下图所示，该钢芯座的主要设计要点在于要牢固固定支撑钢芯以及要便于安装，其结构主要由上盖，基座组成，由钢芯的规格配作了一个Ø6的通孔，并通过螺钉联接，将上盖与基座联接。

2）钢芯座尺寸的确定

由总体设计布局情况确定尺寸如零件图BLG-004。

3）钢芯座材料的选择

根据实际的工作要求及设计的经济性考虑，我选择钢芯座的材料为HT250。

4.1.5加热座I的设计

1）加热原理及其作用

通过加热棒加热将热量均匀地传给铜管，从刮胶板引过来的玻璃纤维管紧贴在铜管内壁从而均匀受热，使之达到预成型的临界温度，从而使玻璃纤维软化，一次预成型。

临界温度的控制由温度传感器感知通过PLC控制。

2）铜管的选择

由最终产品的要求及加热的过程的实际情况，铜管的尺寸定为：

Ø25×3×650mm。

3）加热棒的选择及数量的确定

根据总体设计及玻璃纤维软化的临界温度可知我选用如下图所示的加热棒：

其规格为：

，功率为50瓦，数量为12根。

4）加热座Ⅰ的整体结构设计

为了使加热棒的安装方便及使预成型的玻璃纤维管均匀受热，应使加热棒均匀分布，由此加热座设计成由上盖与基座组成，根据已得到的第一次加热所需加热棒的数量和以上要求，初步设计加热座I的示意图如下：

加热棒对称均匀分布在加热座I的上盖与基座上，同样上盖与基座配制了Ø25的孔便于安装铜管，加热座的具体尺寸如零件图BLG-005.

5）加热座Ⅰ材料的选择

由机械工程材料知识可知，可选择ZT250即可。

6）传感器的选择

为了能够及时控制加热温度，在加热座Ⅰ的上盖与基座上对称安装了4个传感器，如上图所示，来分别测量相邻加热棒的温度，以免玻璃纤维管因温度过高而熔化导致预成型失败。

查相关资料可选择传感器类型如下图：

其规格为：

，测温范围：

0～400°C。

4.2束纱管及喂纱嘴的设计

4.2.1束纱管及喂纱嘴的设计的设计原理

为了使预成型的玻璃纤维管的成分更加均匀致密，束纱管的截面形状设计成花瓣状，花瓣状的外径（即内孔的最大直径为22mm）当玻璃纤维管引入其中时，束纱管就像梳子一样将玻璃纤维管挤压从而使玻璃纤维管组织致密，无气孔，不起层，无裂纹和其他缺陷，同时在束纱管的外圆与花瓣形内孔之间钻有一圈引纱孔，其作用是将通过后纤维梳板的那部分纱引入成型部。

4.2.2束纱管与喂纱嘴的结构设计

其中束纱管示意图如下：

其具体的设计尺寸如零件图BLG-006（装配图）,BLG-006-01（束纱管）,

BLG-006-02（喂纱嘴）。

4.3加热座Ⅱ的设计

加热座II的主要作用在于使通过束纱管的那部分无捻粗纱预热，温度比加热座I温度低30°左右。

1）加热棒的选择与数量的确定

加热棒的选择与数量的确定方法与确定加热座Ⅰ的加热棒一样，可根据临界温度及加热棒的参数可以计算出所需加热棒的数量为2。

2）传感器的选择

传感器的选择与加热座Ⅰ中的传感器一样。

3）加热座Ⅱ的结构设计

加热座Ⅱ的整体结构也采用上盖与基座构成，其具体的结构及尺寸如零件图BLG-007。

5.1成型装置的设计

成型装置的设计主要包括传动方案的设计，绕纹辊筒的设计。

5.1.1成型装置设计原理

在预成型部分形成的玻璃纤维管和通过束纱管那部分已经预热的粗纱被牵引到成型装置时，利用绕纹辊筒的周期性转动将钢丝与预加热的粗纱缠绕在不断

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第四章总结

在老师们对我悉心指导下，我终于很顺利地圆满完成了本次的毕业设计工作。

经过这次毕业设计，我体会到了与以前做课程设计的不同，这次给了我初步体现设计能力的机会，反映了大学四年的基础和专业知识的学习情况。

在这次毕业设计中，让我明白了理论与实际相结合的重要，虽然感觉自己辛苦一点，但感觉自己还是过得非常充实，学到了许多以前没有搞懂的，甚至接触很少的东西，感觉自己这段时间确实收获了不少，自己的能力也得到了很大的提高。

我想这正是毕业设计所要带给我的收获吧。

但由于本人的知识水平和实践经验有限，在设计过程中考虑问题不全面，设计出来的装置必然存在一些不足之处，敬请各位老师批评指正。

通过此次毕业设计，使我对相关的专业知识的综合运用，有了一定程度上的把握。

我系统地回顾了大学四年所学的相关专业知识，使理论知识和生产实践密切地结合起来，使这些知识得到了进一步巩固、加深和扩展。

通过此次毕业设计，学习和掌握了常见机械零件，机械传动装置或简单机械的一般设计方法和原则。

培养了分析和解决机械设计问题的能力，为以后进行相关的设计工作打下了基础。

通过此次毕业设计，使我在使用掌握计算机绘图、运用并熟悉相关设计资料（包括手册，标准和规范等）以及进行经验估算等方面的能力都有了一定程度的提高。

总之，通过此次毕业设计，我受益匪浅，也更激发了我对机械设计的兴趣，在设计的过程中，我体会到了作为设计技术人员应具备的素质和能力及精神，此次设计必为我今后的学习和进一步的研究打下了坚实而牢固的基础。

参考文献

[1]于永泗，齐民主编.机械工程材料.大连：

大连理工大学出版社，2007.8

[2]吴宗泽主编.机械零件设计手册.北京：

机械工业出版社，2003.11

[3]邹宇主编.玻璃制品手工成型工艺.北京：

化学工业出版社，2003.3

[4]杨明忠，朱家诚主编.机械设计.武汉：

武汉理工大学出版社，2001.10

[5]杨可桢，程光蕴主编.机械设计基础.（第四版）.北京：

高等教育出版社，1999

[6]刘鸿文主编.材料力学Ⅰ.（第四版）.北京：

高等教育出版社，2004.1

[7]谭建荣，张树有，陆国栋，施岳定编.图学基础教程.北京：

高等教育出版社，1999.10

[8]《现代机械传动手册》编辑委员会编.现代机械传动手册.北京：

机械工业出版社，1995.10

[9]余桂英，郭纪林主编.AutoCAD2006中文版实用教程.大连：

大连理工大学出版社，2006.1

[10]郑文纬，吴克坚主编.机械原理.（第七版）.北京：

高等教育出版社，1996.10

[11]查找轴承座网址

[12]http:

//www.sigma-

[13]张紧电机选择网址

[14]气缸选择的查询网址

[15]-加热器选择网址

致谢

这次毕业设计能够顺利的完成，是与我的指导老师林金龙老师的悉心指导分

不开的。

从论文选题，结构的布局，数据的估值到论文的撰写无不凝聚着老师的

心血。

在老师的耐心的讲解和指导中，不仅使开阔了设计思路，领会到了许多设计的角度与思路，也掌握了一些设计的方法与技巧，而且与老师的交流中，老师严谨的治学态度，务实的作风，谦和的为人，让我学到了不少为人处事的真谛，我受益匪浅。

在论文顺利完成之际，谨向我的指导老师致以崇高的敬意和衷心的感谢。

当然，此次论文的完成，还与大学四年中对我悉心指导和帮助的任课老师和同学是分布开的，在此我也向你们深表谢意！

同时也感谢本组成员江熹、杨艳艳、张宗来三位同学的帮助，是我们的团结协作才顺利的完成了此次毕业设计！

最后，还要感谢各位评委老师，你们辛苦了！

谢谢！