單螺桿擠出機(jī)的介紹.ppt

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1、第四章 螺桿擠出機(jī),4.1 概述 4.2 單螺桿擠出機(jī) 4.3 雙螺桿擠出機(jī) 4.4 擠出聯(lián)動(dòng)線,2020年9月19日星期六,4.1 概 述,擠出成型是塑料成型加工的重要成型方法之一。大部分熱塑性塑料和橡膠都能用此法進(jìn)行加工。 用擠出成型生產(chǎn)的產(chǎn)品廣泛地應(yīng)用于人民生活以及農(nóng)業(yè)、建筑業(yè)、石油化工、機(jī)械制造、國(guó)防等工業(yè)部門。 擠出成型在擠出機(jī)上進(jìn)行，擠出機(jī)是塑料成型加工機(jī)械的重要機(jī)臺(tái)之一。,2020年9月19日星期六,擠出成型 ?物料從擠出機(jī)中通過加熱、混合、加壓，以流動(dòng)狀態(tài)連續(xù)通過口模成型。 產(chǎn)品：管材、薄膜、板材、片材、棒材、異型材、電線電纜包覆物、單絲、撕裂膜、打包帶、網(wǎng) 設(shè)備：,擠出機(jī),單

2、螺桿擠出機(jī) 雙螺桿擠出機(jī),,2020年9月19日星期六,單螺桿擠出機(jī),2020年9月19日星期六,與其它成型方法相比，擠出成型有下述特點(diǎn)： 1、 生產(chǎn)過程是連續(xù)的，因而其產(chǎn)品都是連續(xù)的；可連續(xù)化生產(chǎn)。 2、 生產(chǎn)效率高,一臺(tái)200擠出機(jī)700kg/小 時(shí)，德國(guó)500擠出機(jī)20t/小時(shí) 3、 應(yīng)用范圍廣，能生產(chǎn)管材、棒材、板材、薄膜、單絲、電線、電纜、異型材，以及中空制品等； 4、 投資少，收效快 5、 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易操作。,1 擠出成型的特點(diǎn),2020年9月19日星期六,2 擠出過程及工作原理,擠出過程 塑料之所以能進(jìn)行成型加工，是由其內(nèi)在依

3、據(jù)所決定的。由高分子物理學(xué)得知，高聚物一般存在著玻璃態(tài)、高彈態(tài)和粘流態(tài)三種物理狀態(tài)，在一定條件下，這三種物理狀態(tài)將發(fā)生相互轉(zhuǎn)化。塑料的成型加工（壓制、壓延、擠出、注射等）是在粘流態(tài)下進(jìn)行的。,2020年9月19日星期六,塑料由料斗進(jìn)入料筒后，隨著螺桿的旋轉(zhuǎn)而被逐漸推向機(jī)頭方向。 1、加料段輸送并開始?jí)簩?shí)物料 螺槽為松散的固體粒子（或粉末）所充滿，物料開始被壓實(shí)。 2、壓縮段 1)由于阻力,物料被壓實(shí) 由于螺槽逐漸變淺，以及濾網(wǎng)、分流板和機(jī)頭的阻力，在塑料中形成了很高的壓力，把物料壓得很密實(shí)。,2020年9月19日星期六,2)外熱、內(nèi)熱的作用，物料熔融 同時(shí)，在料筒外熱和螺桿、料筒對(duì)物料的混

4、合、剪切作用所產(chǎn)生的內(nèi)摩擦熱的作用下，塑料的溫度逐漸升高。對(duì)于常規(guī)三段全螺紋螺桿來說，大約在壓縮段的三分之一處，與料筒壁相接觸的某一點(diǎn)的塑料溫度達(dá)到粘流溫度，開始熔融。 3）物料全部熔融，變?yōu)檎沉鲬B(tài) 隨著物料的向前輸送，熔融的物料量逐漸增多。而未熔融的物料量逐漸減少，大約在壓縮段的結(jié)束處，全部物料熔融而轉(zhuǎn)變?yōu)檎沉鲬B(tài)，但這時(shí)各點(diǎn)的溫度尚不很均勻。,2020年9月19日星期六,3、均化段---均化、擠出 經(jīng)過均化段的均化作用就比較均勻了，最后螺桿將熔融物料定量、定壓、定溫地?cái)D入機(jī)頭。 4、機(jī)頭---成型、定型 口模是個(gè)成型部件，物料通過它便獲得一定截面的幾何形狀和尺寸。再經(jīng)過冷卻定型和其它工序，

5、就得到成型好的制品。,2020年9月19日星期六,工作原理,擠出過程是這樣進(jìn)行的：將塑料加熱，使之呈粘流狀態(tài)，在加壓的情況下，使之通過具有一定形狀的口模而成為截面與口模形狀相仿的連續(xù)體，然后通過冷卻，使其具有一定幾何形狀和尺寸的塑料由粘流態(tài)變?yōu)楦邚棏B(tài)，最后冷卻定型為玻璃態(tài)，得到所需要的制品。（玻璃態(tài)粘流態(tài)高彈態(tài)玻璃態(tài)）,2020年9月19日星期六,1、主機(jī)（擠出機(jī)） 擠壓系統(tǒng)：主要由料筒和螺桿組成。塑料通過擠壓系統(tǒng)而塑化成均勻的熔體，并在這一過程中所建立的壓力下，被螺桿連續(xù)地定壓定量定溫地?cái)D出機(jī)頭。,3 擠出機(jī)及其機(jī)組的組成,2020年9月19日星期六,2020年9月19日星期六,傳動(dòng)系統(tǒng)：它

6、的作用是給螺桿提供所需的扭矩和轉(zhuǎn)速。 加熱冷卻系統(tǒng)：其功用是通過對(duì)料筒（或螺桿）進(jìn)行加熱和冷卻，保證成型過程在工藝要求的溫度范圍內(nèi)完成。 控制系統(tǒng)：控制擠出機(jī)的拖動(dòng)電機(jī)、按所需的功率、速度運(yùn)行，檢測(cè)、控制溫度、壓力等參數(shù)，完成對(duì)制品的質(zhì)量控制，使其滿足工藝要求。,2、輔機(jī) 機(jī)頭（口模）：它是制品成型的主要部件，熔融塑料通過它獲得一定的幾何截面和尺寸。在擠出成型過程中起決定性的作用。 定型裝置：它的作用是將從機(jī)頭中擠出的塑料的既定形狀穩(wěn)定下來并對(duì)其進(jìn)行精整，從而得到更為精確的截面形狀、尺寸和光亮的表面。通常采用冷卻和加壓的方法達(dá)到這一目的。,2020年9月19日星期六,冷卻裝置：由定型裝置出來的

7、塑料在此得到充分的冷卻，獲得最終的形狀和尺寸。 牽引裝置：其作用為均勻地牽引制品。并對(duì)制品的截面尺寸進(jìn)行控制，使擠出過程穩(wěn)定地進(jìn)行。 切割裝置：將連續(xù)擠出的制品切割成所需要的規(guī)格（一定的長(zhǎng)度和寬度）。 堆放及卷取裝置：硬制品的碼放及軟制品的收卷。,2020年9月19日星期六,3、控制系統(tǒng)（檢測(cè)和控制） 擠出機(jī)組的控制系統(tǒng)：它由各種電器、儀表和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。 控制擠出機(jī)的主機(jī)、輔機(jī)的拖動(dòng)電機(jī)、驅(qū)動(dòng)油泵、油（汽）缸和其它各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)按所需的功率、速度和運(yùn)動(dòng)軌跡，使其滿足工藝要求并保證其協(xié)調(diào)運(yùn)行。 檢測(cè)、控制主輔機(jī)的溫度、壓力、流量，完成對(duì)制品的質(zhì)量控制，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)擠出機(jī)組的自動(dòng)控制和對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量

8、的控制。 我們一般稱由以上各部分組成的擠出裝置為擠出機(jī)組。,2020年9月19日星期六,擠出機(jī)的分類：隨著擠出機(jī)用途的增加，出現(xiàn)了各種擠出機(jī)，分類方法很多。 1、 按螺桿數(shù)目的多少，可以分為單螺桿擠出機(jī)、雙螺桿擠出機(jī)和多螺桿擠出機(jī)。 2、 根據(jù)功能，分為排氣擠出機(jī)、混煉式擠出機(jī)和超高分子量擠出機(jī)等,4 擠出機(jī)的分類,2020年9月19日星期六,3、 按螺桿的有無：可分為螺桿擠出機(jī)和無螺桿擠出機(jī)（柱塞式擠出機(jī)）； 4、 按螺桿在空間的位置：可分為臥式擠出機(jī)和立式擠出機(jī)。 5、 按螺桿轉(zhuǎn)速：可分為普通擠出機(jī)、高速擠出機(jī)和超高速擠出機(jī)。 最常用的是臥式單螺桿非排氣擠出機(jī)和雙螺桿非排氣擠出機(jī)，本章將以

9、此為重點(diǎn)進(jìn)行介紹。,2020年9月19日星期六,4.2 單螺桿擠出機(jī),4.2.1 主要結(jié)構(gòu)和參數(shù) 4.2.2 擠出過程參變量 4.2.3 物料在螺桿中的流動(dòng)理論 4.2.4 螺桿及其參數(shù) 4.2.5 其它主要零部件,單螺桿擠出機(jī),2020年9月19日星期六,4.2.1 主要結(jié)構(gòu)和參數(shù),1 擠壓系統(tǒng)：主要由料筒和螺桿組成。塑料通過擠壓系統(tǒng)而塑化成均勻的熔體，并在這一過程中所建立的壓力下，被螺桿連續(xù)地定壓定量定溫地?cái)D出機(jī)頭。 2 傳動(dòng)系統(tǒng)：它的作用是給螺桿提供所需的扭矩和轉(zhuǎn)速。 3 加熱冷卻系統(tǒng)：其功用是通過對(duì)料筒（或螺桿）進(jìn)行加熱和冷卻，保證成型過程在工藝要求的溫度范圍內(nèi)完成。 4 控制系統(tǒng)：控

10、制擠出機(jī)的拖動(dòng)電機(jī)、按所需的功率、速度運(yùn)行，檢測(cè)、控制溫度、壓力等參數(shù)，完成對(duì)制品的質(zhì)量控制，使其滿足工藝要求。,單螺桿擠出機(jī),傳動(dòng)裝置 加料裝置 機(jī)筒 螺桿 機(jī)頭與口模,,單螺桿擠出機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖 1-機(jī)座 2-電動(dòng)機(jī) 3-傳動(dòng)裝置 4-料斗 5-料斗冷卻區(qū) 6-機(jī)筒 7-料筒加熱器 8-熱點(diǎn)偶控溫點(diǎn) 9-螺桿 10- 過濾網(wǎng)及多孔板 11-機(jī)頭加熱器 12-機(jī)頭 13-擠出物,2020年9月19日星期六,單螺桿擠出機(jī)的性能特征通常用以下幾個(gè)主要技術(shù)參數(shù)表示： 螺桿直徑D ：指螺桿外徑，單位mm。 螺桿長(zhǎng)徑比LD ：L為螺桿的有效長(zhǎng)度，即有螺紋部分的長(zhǎng)度（工藝上將L定義為由加料口中心線到螺紋末

11、端的長(zhǎng)度），D為螺桿直徑。,單螺桿擠出機(jī)的主要參數(shù),2020年9月19日星期六,螺桿的轉(zhuǎn)數(shù)n：?jiǎn)挝籸/min。 驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率N ：用表示，單位kw。 料筒加熱段數(shù)B ：34段 料筒加熱功率E ：?jiǎn)挝籯w。 擠出機(jī)生產(chǎn)率Q ：用表示，單位kg/h。 機(jī)器的中心高H ：用表示，指螺桿中心線到地面的高度。單位mm。 機(jī)器的外形尺寸：長(zhǎng)、寬、高。單位mm。,2020年9月19日星期六,描寫這一過程的參量有溫度、壓力、流率（或擠出量、產(chǎn)量）和能量（或功率）。,4.2.2 擠出過程參變量,溫度是擠出過程得以進(jìn)行的重要條件之一。如前所述，物料從加入料斗到最后成型為制品是經(jīng)歷了一個(gè)復(fù)雜的溫度過程的。,1、溫度

12、,如果我們以物料沿料筒方向的位移為橫坐 標(biāo)。而以溫度為縱坐標(biāo)，將沿料筒方向測(cè)得的各點(diǎn)的物料溫度值連成曲線，就會(huì)得到所謂溫度輪廓曲線。 該曲線有一定的變化規(guī)律。實(shí)驗(yàn)告訴我們，加工不同物 料和不同制品，這條輪廓曲線是不相同的。,1）熱量來源 根據(jù)擠出理論和實(shí)踐，物料在擠出過程中熱量的來源主要有兩個(gè)： a.物料與物料之間；物料與螺桿、料筒之 間的剪切、摩擦產(chǎn)生的熱量， b.料筒外部加熱器提供的熱量。,2）溫度的調(diào)節(jié) 溫度的調(diào)節(jié)是靠擠出機(jī)的加熱冷卻系統(tǒng)和控制系統(tǒng)進(jìn)行的。 a.加料段--低溫輸送。 為加大輸送能力，不希望加料段溫度升得過高，相反有時(shí)要冷卻； b.壓縮段和計(jì)量段高溫熔融。 為了促使物

13、料熔融，均化，物料要升到較高的溫度。 為了便于物料的容易加入、輸送、熔融、均化以及在低溫下擠出，獲得高質(zhì)量、高產(chǎn)量的制品，每一種物料的擠出過程應(yīng)有一條合適的溫度輪廓曲線。,2、壓力,1）壓力的建立 擠出成型時(shí)，沿料筒軸線方向，在物料內(nèi)部就要建立起不同的壓力 a.壓縮比的存在（螺槽深度的改變、料筒上的溝槽深度變化、螺距的改變） b.分流板、濾網(wǎng)和口模產(chǎn)生的阻力， c.壓力的建立是擠出成型制品的重要條件 壓力的建立也是物料得以經(jīng)歷物理狀態(tài)變化、得到均勻密實(shí)的熔體、并最后得到成型制品的重要條件之一。,2）影響壓力的因素 如果將沿料筒軸線方向（包括口模）測(cè)得的各點(diǎn)的物料壓力值作為縱座標(biāo)，以料筒軸線

14、為橫座標(biāo)做一曲線，即可得到所謂壓力輪廓線。,,a.機(jī)頭、分流板、 濾 網(wǎng)的阻力， b.加熱冷卻系統(tǒng)， c.螺桿轉(zhuǎn)數(shù)， d.螺桿和料筒的結(jié) 構(gòu)。,3、流率（擠出量）,流率是描寫擠出過程的一個(gè)重要參量。它的大小表征著機(jī)器生產(chǎn)率的高低。 1）絕對(duì)流率（流量，產(chǎn)量） 用Q表示，為每小時(shí)公斤。 2）比流率 用每轉(zhuǎn)的流率 Q/n表示。后者更能反映擠壓系統(tǒng)性能，應(yīng)當(dāng)作為比較擠壓系統(tǒng)性能的標(biāo)準(zhǔn)。,3）影響流率的因素 a.機(jī)頭的阻力 b.螺桿、料筒的設(shè)計(jì) c.螺桿轉(zhuǎn)數(shù) d.加熱冷卻系統(tǒng) e.物料的性質(zhì)等。,4、能量（功率）,1）能量平衡 若從能量的觀點(diǎn)來觀察擠出過程，就有一 個(gè)能量平衡問題。 為了使加入

15、的物料熔融呈粘流態(tài)，必須供給熱能；為使物料壓實(shí)并得以成型，物料必須具有一定的壓力，即必須供給壓力能。 熱能和壓力能是由加熱器的電能和驅(qū)動(dòng)螺桿的機(jī)械能轉(zhuǎn)化而來。這些能量的一部分為熔融物料、成型制品所利用。其余部分作為熱損失而損失掉。,其能量平衡方程式如下:,機(jī)械能+熱能=熔融熱能+壓力能+熱量損失 式中 Z單位時(shí)間內(nèi)由螺桿輸入的機(jī)械能， HJ由外部加熱器輸入的熱能。 右端第一項(xiàng)物料由固態(tài)變?yōu)槿廴跔顟B(tài)所需之能量， 右端第二項(xiàng)物料在擠出過程中所獲得的壓力能。 H熱量損失,Z+HJ=Qv(T2-T0)CvJ+QvP+H,2）比功率消耗 現(xiàn)在經(jīng)常用比功率消耗這一指標(biāo)作為評(píng)價(jià)擠出機(jī)性能

16、的標(biāo)準(zhǔn)之一，它的含義是每擠出一公斤物料（制品）所消耗的功率。它也是擠出過程的重要度量之一。,在保證塑化質(zhì)量和混煉質(zhì)量的前提下， 希望該值越小越好。,4.2.3物料在螺桿中的流動(dòng)理論,根據(jù)實(shí)驗(yàn)研究，物料自料斗加入到由機(jī)頭中擠出，要通過幾個(gè)職能區(qū)：固體輸送區(qū)、熔融區(qū)和熔體輸送區(qū)。 固體輸送區(qū)，物料向前輸送并被壓實(shí)，但仍以固體狀存在固體輸送理論。 熔融區(qū)，物料開始熔融，已熔的物料和未熔的物料以兩相的形式共存，未熔物料最終全部轉(zhuǎn)變?yōu)槿垠w熔融理論。 熔體輸送區(qū)，螺槽全部為熔體充滿熔體輸送理論。,,,一 固體輸送理論,1、基本假設(shè)： 1）、螺槽中被壓實(shí)的物料象具有彈性的固體塞于一樣移動(dòng)： 2）、塞子與所

17、有面（料筒表面、螺紋槽底面、螺紋兩個(gè)側(cè)面）相接觸； 3）、塞子與各表面的摩擦系數(shù)是一個(gè)常數(shù)，但在螺桿和料筒表面可以取不同值； 4）、忽略料筒和螺紋棱之間的間隙； 5）、螺槽是矩形的，并且其深度不變： 6）、固體塞子的密度不變。,2 基本方程,在固體塞子上取一個(gè)微單元。假定螺桿不動(dòng)，料筒以Vb=dn的速度移動(dòng)。固體塞子沿螺槽移動(dòng)的速度用Vp表示，固體塞子沿螺桿軸線方向的移動(dòng)速度用Vpl表示。則固體的流率Qs可以用速度Vpl和固體塞子通過垂直于螺桿軸線的平面上的螺槽橫截面積的乘積來表示：,,以上公式就是體積流率Qs的計(jì)算公式 影響固體輸送率的因素很多且很復(fù)雜,Qs=VA,二熔融理論,熔融理論又稱為

18、融化理論，相遷移理論，它是研究塑料從固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿廴跔顟B(tài)的過程，是建立在熱力學(xué)第一流變學(xué)等基礎(chǔ)上的一種理論。熔融理論主要用于指導(dǎo)螺桿熔融段的設(shè)計(jì)。,有關(guān)熔融區(qū)的研究是近幾十年的事，到目前為止，仍處于發(fā)展階段。,1. 熔融理論的物理模型 該熔融理論是在擠出機(jī)上進(jìn)行的大量冷卻實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出來的。 冷卻實(shí)驗(yàn)：將著色物料（或炭黑）和本色物料加入擠出機(jī)中，待擠出過程穩(wěn)定后，快速停車并驟冷料筒（如果可能，也冷卻螺桿），,（1）固態(tài)塑料（固態(tài)床） （2）熔池 （3）接近料筒表面的熔膜,通過切取不同的截面，我們看到“隨著物料向前輸送，熔池逐漸加寬，固體床相應(yīng)變窄，直到最后，熔體充滿整個(gè)螺槽，固體床消失。,,抽

19、出螺桿，將螺旋狀的已冷卻的物料帶從螺桿上剝下，這時(shí)可以發(fā)現(xiàn)，已熔融的和局部混合的物料呈現(xiàn)流線，而未熔的物料將保持初始的固態(tài)。 然后垂直于螺紋方向切取截面，可以看到一個(gè)截面內(nèi)有三個(gè)區(qū)域：,三、熔體輸送理論,,常規(guī)的全螺紋單螺桿均化段的熔體輸送理論已得到很好的發(fā)展，與其他兩個(gè)理論相比，它建立的最早。1953年它首先在兩個(gè)無限大的平板之間，假定熔體為等溫牛頓流體的條件下建立起來，后來又進(jìn)行了修正。,1、熔體輸送的機(jī)理,1）無限平行板模型。 為了方便研究問題，假定： a、將計(jì)量段螺槽展開并認(rèn)為螺槽為淺螺槽，H3/D<0.09 b、螺槽靜止不動(dòng) c、將機(jī)筒展開為一無限大平板，且該平板運(yùn)動(dòng)速度為Vb。

20、 Vb=Dbn d、Vb的方向與展開的螺槽方向成角，則有 Vbx=Dbnsin VbZ=Dbncos,a.螺槽的幾何尺寸圖,2) 熔體在螺槽內(nèi)的運(yùn)動(dòng)分析 熔料在螺槽中的流動(dòng)實(shí)際上有以下幾種運(yùn)動(dòng)合成： a.正流（曳流）： 是由物料受機(jī)筒的摩擦拖曳引起的，最大處速度為Vbz. 方向與Vbz相同，流量用Qd表示。,b 逆流（壓力流）：,由機(jī)頭，口模等阻力元件產(chǎn)生的壓力引起的逆向流動(dòng)。方向與正流方向相反，流量為QP.,, 由垂直于螺棱方向的分速度Vbx引起（如圖) 使物料在螺槽內(nèi)產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。方向與Vbx 方向相同。 橫流對(duì)物料的混合、熱交換和塑化起著重要作用，但對(duì)流體總的流動(dòng)量基本無影響。,

21、作用：攪拌和熱交換， 流量：Qc=0 （相對(duì)于物料輸送方向）,c.橫流（環(huán)流）：,d 漏流：,是 產(chǎn) 生在機(jī)筒與螺桿突棱間隙處形成的一種壓力逆流。方向沿螺桿軸線方向，并由機(jī)頭向后。流量用QL表示。 和逆流一樣，也是由壓力梯度引起的。 漏流的流速比正流和逆流小得多。,Q=Qd-Qp-Ql,實(shí)際上螺槽中熔體的總的流動(dòng)是這幾種流動(dòng)的總和，擠出機(jī)的生產(chǎn)能力即等于正流、壓力流、漏流的總和,總流,塑料熔體在螺槽中混合流動(dòng)示意圖,熔體在螺槽內(nèi)的流速分布圖,2基本假設(shè),a.牛頓型流體，并已全部熔融且等溫 b. 流動(dòng)是穩(wěn)定的 c. 壓力只在X，Z方向上變化 d. 流體不可壓縮；內(nèi)部無流動(dòng) e. 重力忽略 f.

22、機(jī)筒運(yùn)動(dòng)，螺桿相對(duì)靜止。,3生產(chǎn)率的基本方程,根據(jù)前面的假設(shè)，分析和建立的物理模型，用流體力學(xué)的分析方法，就可以導(dǎo)出目前應(yīng)用于單螺桿擠出機(jī)均化段的流率計(jì)算公式：,,正流流率常數(shù) 倒流流率常數(shù) 漏流流率常數(shù) 螺槽中物料黏度 f螺棱與機(jī)筒間隙中物料的平均黏度,p1計(jì)量段起始端壓力 p2計(jì)量段末端壓力,4.2.4 螺桿及其參數(shù),螺桿和料筒組成了擠出機(jī)的擠壓系統(tǒng)。為說明擠壓系統(tǒng)的重要性，人們通常稱之為擠出機(jī)的心臟。物料正是在這一部分由玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檎沉鲬B(tài)，然后通過口模、輔機(jī)而被做成各種制品的。如果就螺桿和料筒相比，螺桿更顯得居于關(guān)鍵地位。,,一臺(tái)擠出機(jī)的生產(chǎn)率、塑化質(zhì)量、填加物的分散性（分散混合效果）、

23、熔體溫度、動(dòng)力消耗等，主要決定于螺桿的性能。,一、評(píng)價(jià)螺桿的標(biāo)準(zhǔn),1 塑化質(zhì)量 一根螺桿首先必須能生產(chǎn)出合乎質(zhì)量要求的制品。 2 產(chǎn)量 在保證塑化質(zhì)量的前提下，通過給定機(jī)頭的產(chǎn)量或擠出量。 3 單耗 所謂單耗，是指每擠出一公斤塑料（橡膠）所消耗的能量。 4 適應(yīng)性 對(duì)加工不同塑料、匹配不同機(jī)頭和不同制品的適應(yīng)能力。 5 制造的難易 一根好的螺桿還必須易于加工制造，成本低。,二、螺桿的結(jié)構(gòu)分類,普通型螺桿：工作長(zhǎng)度上為全螺紋，通常稱為常規(guī)全螺紋三段螺桿，是指出現(xiàn)最早、應(yīng)用最廣、整根螺桿由三段組成，其擠出過程完全依靠全螺紋的形式完成的螺桿。,常規(guī)全螺紋三段螺桿按螺紋升程和螺槽深度的變化分

24、為 等距變深型螺桿 等距漸變型螺桿：加料段較深螺槽向均化段較淺螺槽的過渡是在一個(gè)較長(zhǎng)的螺桿軸向距離內(nèi)完成的。 等距突變型螺桿：加料段較深螺槽向均化段較淺螺槽的過渡是在較短的螺桿軸向距離內(nèi)完成的。 等深變距型螺桿 變深變距型螺桿,三常規(guī)全螺紋三段螺桿的型式,四 螺桿的結(jié)構(gòu)形式及參數(shù), 加料段：起預(yù)熱、壓實(shí)、輸送物料的作用，螺槽深度不變 II 壓縮段：螺槽深度逐漸變??；起熔融物料、去階氣體等 III 均化段（計(jì)量段）：螺槽深度通常為常數(shù)；起進(jìn)一步塑化 均勻物料、并將其定量定壓的送入機(jī)頭口模的作用。,常規(guī)全螺紋三段螺桿一般分為加料段、壓縮段、均化段（計(jì)量段）。,1 加料段：加料段的作用是輸送物

25、料給壓縮段和均化段。 加料段螺槽體積最大且維持不變，由加料斗加入的物料靠此段向前輸送，并開始被壓實(shí)，溫度從常溫逐漸升高到熔點(diǎn)，此段物料處于固態(tài)。 加料段螺桿長(zhǎng)度L1，一般取(310）D。 螺槽深度h1，加大h1可提高輸送量Qs,2 壓縮段：壓實(shí)物料，熔融物料。 螺槽體積在此段逐漸減小，螺槽是壓縮型的，物料在此段繼續(xù)被壓實(shí)，并向熔融態(tài)轉(zhuǎn)化，至末端物料全部或大部熔融而轉(zhuǎn)變?yōu)檎沉鲬B(tài)。此段物料以固態(tài)和粘流態(tài)共存。 壓縮段螺桿長(zhǎng)度L2。 壓縮比：它的作用是將物料壓縮，排除氣體，建立必要的壓力，保證物料到達(dá)螺桿末端時(shí)有足夠的致密度。 幾何壓縮比：加料段第一個(gè)螺槽容積與均化段最后一個(gè)螺槽容積之比。 物理壓縮

26、比：物料加工之前的松密度與均化段熔體密度之比。,3 均化段：該段的作用是將來自壓縮段的已熔物料定壓定量定溫地?cái)D到機(jī)頭中去。 均化段的螺槽體積最小且維持不變，已完全熔融的物料在此段進(jìn)一步被塑化和均化。物料在此段呈粘流態(tài)。 螺槽深度 h3 應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)得使該段的計(jì)量能力與壓縮段的熔融能力相匹配，以適當(dāng)?shù)乜刂泼恳晦D(zhuǎn)的擠出量。 h3=（0.020.06）D。 均化段的長(zhǎng)度L3長(zhǎng)一些，可以使物料得到相對(duì)長(zhǎng)一些的均化時(shí)間，也可以減少壓力、產(chǎn)量、溫度的波動(dòng)。,1 螺桿直徑D 螺桿直徑是指螺桿的外徑，是螺桿的重要參量，它在一定意義上表征擠出機(jī)擠出量的大小。 螺桿直徑已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化,五 螺桿的基本參數(shù),2 螺桿長(zhǎng)徑比L

27、/D 螺桿的長(zhǎng)徑比是螺桿的重要參數(shù)之一。若將它與螺桿轉(zhuǎn)數(shù)聯(lián)系起來考慮，在一定意義上也表示螺桿的塑化能力和塑化質(zhì)量。 單螺桿的長(zhǎng)徑比有一個(gè)由小到大的發(fā)展趨勢(shì)，50年代一般為1820，60年代為2528，目前為30左右。,大長(zhǎng)徑比的優(yōu)點(diǎn) 1）長(zhǎng)徑比加大后，螺桿的長(zhǎng)度增加，塑料在料筒中停留的時(shí)間長(zhǎng)，塑化得更充分更均勻，故可以保證產(chǎn)品質(zhì)量。 2）在此前提下，可以提高螺桿的轉(zhuǎn)數(shù)。從而提高擠出量。 大長(zhǎng)徑比的缺點(diǎn) 1）長(zhǎng)徑比加大后，螺桿、料筒的加工和裝配都比較困難和復(fù)雜，成本也相應(yīng)提高。 2） L/D增大后,因螺桿的下垂度與其長(zhǎng)度的四次方成正比，故會(huì)增加螺桿的彎曲度而造成螺桿與料筒的間隙不均勻，有時(shí)會(huì)使螺

28、桿刮磨料筒而影響擠出機(jī)的壽命。 3）當(dāng)長(zhǎng)徑比加大后，若提高螺桿轉(zhuǎn)數(shù)，其扭矩必然加大，這對(duì)小直徑的螺桿來說，因其加料段的螺紋根徑較小，就要考慮其強(qiáng)度是否滿足要求的問題。,3 壓縮比 是指螺桿的幾何壓縮比，它是螺桿加料段第一個(gè)螺槽的容積與計(jì)量段最后一個(gè)螺槽容積之比。,,對(duì)于等距漸變型螺桿 S1=S3,壓縮比的選擇：根據(jù)物料和工藝條件。,4 導(dǎo)程、螺距與升角 導(dǎo)程t：螺紋回轉(zhuǎn)一周時(shí)，螺紋上某點(diǎn)沿螺桿軸向前進(jìn)的距離。 螺距s：螺桿上相鄰螺紋之間的軸向距離。 螺紋升角：螺紋展開線與垂直于螺桿軸線的平面間的夾角。 =30左右適于粉料， =l7 左右適于圓柱料， =15左右適于方塊料。 出于機(jī)械加工的

29、方便，一般取D=t，=1740。,,,螺紋的頭數(shù)n 螺桿螺紋可以是單頭的，也可以是雙頭的。多頭螺紋用得較少，這是因?yàn)槲锪显诙囝^螺紋中不易均勻充滿，易造成波動(dòng)。 螺紋棱部寬度e 1）e太小會(huì)使漏流增加，而導(dǎo)致產(chǎn)量降低，特別是對(duì)低粘度的熔體來說更是如此。 2）e太大會(huì)增加螺棱上的動(dòng)力消耗，有局部過熱的危險(xiǎn)。 3）一般取e=(0.08-0.12)D。,常見螺桿螺紋的斷面形狀有三種 1 矩形：在螺槽根部有一個(gè)很小的圓角半徑，它有最大的裝填體積，而且機(jī)械加工比較容易，適用于加料段 2 鋸齒形：改善了塑料的流動(dòng)情況，有利于攪拌塑化，也避免了物料的滯留。適用于壓縮段和均化段。 3 雙楔形：輸送物料穩(wěn)定，提

30、高塑化效果，提高產(chǎn)量3050%。,六 螺紋斷面形狀,七 螺桿頭部結(jié)構(gòu),當(dāng)塑料熔體從螺旋槽進(jìn)入機(jī)頭流道時(shí)，其料流形式急劇改變，由螺旋帶狀的流動(dòng)變成直線流動(dòng)。為得到較好的擠出質(zhì)量。要求物料盡可能平穩(wěn)地從螺桿進(jìn)入機(jī)頭，盡可能避免局部受熱時(shí)間過長(zhǎng)而產(chǎn)生熱分解現(xiàn)象。這與螺桿頭部形狀、螺桿末端螺紋的形狀以及 機(jī)頭體中流道的設(shè)計(jì)和分流板的設(shè)計(jì)等有密切關(guān)系。,根據(jù)常用的螺桿頭的形狀，分成以下幾類： 1、鈍的螺桿頭 總有因物料在螺桿頭前面停滯而分解的危險(xiǎn)，即使稍有曲面和錐面的螺桿頭通常也不足以防止這一點(diǎn)，對(duì)以上形式的螺桿頭一般要求裝分流板。 2、帶有較長(zhǎng)錐面的螺桿頭 也難免在螺桿的端點(diǎn)因停滯物料被燒焦的現(xiàn)象。,

31、3、斜切截錐體的螺桿頭 其端部有一個(gè)橢圓平面，當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，它能使料流攪動(dòng)，物料不易因滯流而分解。 4、錐部帶螺紋的螺桿頭 能使物料借助螺紋的作用而運(yùn)動(dòng)，主要用于電纜行業(yè)。 5、魚雷頭螺桿頭 與料筒之間的間隙通常小于它前面的螺槽深度。有的魚雷頭表面上開有溝槽或加工出特殊花紋?！八辛己玫幕旌霞羟凶饔?，能增大流體的壓力和消除波動(dòng)現(xiàn)象”，常用來擠出粘度較大、導(dǎo)熱性不良或有較為明顯熔點(diǎn)的塑料。,4.2.5 其它主要零部件,1 料筒 2 分流板 3 傳動(dòng)裝置,,就料筒的整體結(jié)構(gòu)來分，有整體料筒和組合料筒。 整體料筒 是在整體坯料上加工出來的。這種結(jié)構(gòu)容易保證較高的制造精度和裝配精度，也可以簡(jiǎn)化裝配工作

32、，便于加熱冷卻系統(tǒng)的設(shè)置和裝拆，而且熱量沿軸向分布比較均勻，自然這種料筒要求較高的加工制造條件。,1 料筒結(jié)構(gòu),組合料筒 是指一根料筒是由幾個(gè)料筒段組合起來的。實(shí)驗(yàn)性擠出機(jī)和排氣式擠出機(jī)多用組合料筒。前者是為了便于改變料筒長(zhǎng)度來適應(yīng)不向長(zhǎng)徑比的螺桿，后者是為了設(shè)置排氣段。在一定意義上說，采用組合料筒有利于就地取材和加工，對(duì)中小型廠是有利的。但實(shí)際上組合料筒對(duì)加工精度要求很高。組合料筒各料筒段多用法蘭螺栓聯(lián)接在一起。這樣就破壞了料筒加熱的均勻性，增加了熱損失。也不便于加熱冷卻系統(tǒng)的設(shè)置和維修。,雙金屬料筒 為了既能滿足料筒對(duì)材質(zhì)的要求，又能節(jié)省貴重材料，不少料筒在一般碳素鋼或鑄鋼的基體內(nèi)部鑲一合

33、金鋼襯套。襯套磨損后可以拆出加以更換、襯套和料筒要配合好，要保證整個(gè)料筒壁上熱傳導(dǎo)不受影響；料筒和襯套間既不能有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，又要能方便地拆出，這就要選擇合適的配合精度。,IKV料筒 料筒加料段內(nèi)壁開設(shè)縱向溝槽 為了提高固體輸送率，由固體輸送理論知，一種方法就是增加料筒表面的摩擦系數(shù)，還有一種方法就是增加加料口處的物料通過垂直于螺桿軸線的橫截面的面積。在料筒加料段內(nèi)壁開設(shè)縱向溝槽和將加料段靠近加料口處的一段料筒內(nèi)壁做成錐形就是這兩種方法的具體化。,強(qiáng)制冷卻加料段料筒 為了提高固體輸送量，還有一種方法。就是冷卻加料段料筒，目的是使被輸送的物料的溫度保持在軟化點(diǎn)或熔點(diǎn)以下，避免熔膜出現(xiàn)，以保持物料的

34、固體摩擦性質(zhì)。 采用上述方法后，輸送效率由0.3提高到0.6。而且擠出量對(duì)機(jī)頭壓力變化的敏感性較小。,2 分流板,在螺桿頭部和口模之間有一個(gè)過渡區(qū)，物料流過這一區(qū)域時(shí)，其流動(dòng)形式要發(fā)生變化。為適應(yīng)這一變化，該過渡區(qū)應(yīng)當(dāng)有一個(gè)決定于螺桿頭形狀和尺寸、口模形狀和尺寸以及物料粘度的形狀，該形狀應(yīng)當(dāng)使熔體易于向口模流動(dòng)。,分流板的作用 使料流由螺旋運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)。此外。分流板還可以提高熔體壓力，使制品比較密實(shí)，當(dāng)物料通過孔眼時(shí)，得以進(jìn)一步均勻塑化，以控制塑化質(zhì)量。,分流板的形式 分流板有各種形式，目前使用較多的是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便的平板式分流板。,分流板上孔眼的分布原則：是使流過它的物料流速均勻

35、。 孔眼多按同心圓周排列，也可按同心六角形排列。 孔眼的直徑一般為37毫米，孔眼的總面積約為分流板總面積的3050%。 分流板的厚度：由擠出機(jī)的尺寸及分流板承受的壓力而定，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取為料筒內(nèi)徑的20%左右。 孔道應(yīng)光滑無死角，為便于清洗物料，孔道進(jìn)料端要倒出斜角。 分流板的位置：分流板至螺桿頭的距離不宜過大，否則易造成物料積存，使熱敏性塑料分解；距離太小，則料流不穩(wěn)定，對(duì)制品質(zhì)量不利，一般為0.1D（D為螺桿直徑）。,3 傳動(dòng)系統(tǒng),傳動(dòng)系統(tǒng)是擠出機(jī)的重要組成部分，它的作用是驅(qū)動(dòng)螺桿，給螺桿需要的轉(zhuǎn)速和扭矩，完成擠出過程。,（1）交流整流子電機(jī)無級(jí)調(diào)速 整流子電機(jī)工作特性與擠出機(jī)工作特性比較接

36、近，調(diào)速范圍，起動(dòng)性等運(yùn)轉(zhuǎn)性能比較合適，價(jià)格也相對(duì)較低，因此我國(guó)原先的塑料擠出機(jī)等多采用此方式。 （2）直流電機(jī)無級(jí)調(diào)速 這種方式目前在擠出機(jī)中已普遍采用，并已取代整流子電機(jī)，各項(xiàng)性能優(yōu)異，但成本相對(duì)高一些。 （3）變頻調(diào)速電機(jī) 使用普通交流電機(jī)或使用變頻電機(jī)加變頻器調(diào)速，這是最近幾年才發(fā)展的一種新的調(diào)速技術(shù)，發(fā)展較快。,調(diào)速方式,安全保護(hù)裝置 設(shè)置必要的、合理的安全保護(hù)裝置，在發(fā)生堵轉(zhuǎn)時(shí)可以有效防止設(shè)備事故的發(fā)生，比如：損壞機(jī)身、螺桿、機(jī)頭、電機(jī)等 其形式有電器保護(hù)和機(jī)械保護(hù)兩種。 電器保護(hù)過載保護(hù)器 （快速熔斷器、過流繼電器） 機(jī)械保護(hù)安全銷或安全鍵，在過載時(shí)，首先剪斷銷或鍵，起到保

37、護(hù)作用。,4 加熱冷卻系統(tǒng),由擠出過程知，溫度是擠出過程得以進(jìn)行的必要條件之一，擠出機(jī)的加熱冷卻系統(tǒng)就是為保證這一必要條件而設(shè)置的。,塑料在擠出過程中得到的熱量來源: 料筒外部供熱依靠安裝在料筒外部的加熱器供給熱量。 內(nèi)部供熱是由物料與料筒內(nèi)壁、物料與螺桿以及物料之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的摩擦剪切熱供給。由電動(dòng)機(jī)傳輸給螺桿的機(jī)械能轉(zhuǎn)化而來。 這兩部分熱量所占比例與螺桿、料筒的結(jié)構(gòu)形式、工藝條件、物料的性質(zhì)等有關(guān)，也與擠出過程的階段（如啟動(dòng)階段，穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)階段）有關(guān)。,這兩部分熱量所占的比例在擠出過程的不同區(qū)段也是不同的： 在加料段由于螺槽較深，物料尚未壓實(shí)，摩擦熱是很少的，熱量主要自加熱器； 均化段物

38、料已熔融，溫度較高，螺槽較淺，摩擦剪切產(chǎn)生的熱量較多，在正常工作時(shí)往往需冷卻器進(jìn)行冷卻。 壓縮段物料受熱是上述兩種情況的過渡狀態(tài)，也就是由摩擦剪切產(chǎn)生的熱量比加料段多，而比均化段少。,擠出機(jī)的加熱方法 擠出機(jī)的加熱方法通常有二種：載體加熱和電加熱。其中以電加熱用得最多。 載體加熱的原理是先將液體（水、油、聯(lián)苯等）加熱，再由它們加熱料筒。 目前擠出機(jī)上應(yīng)用得最多的是電加熱，它又分為電阻加熱和電感加熱,擠出機(jī)的冷卻 擠出機(jī)設(shè)置冷卻系統(tǒng)（和加熱系統(tǒng)一起）是為了保證塑料在工藝要求的溫度條件下完成擠出成型過程。擠出過程中經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生螺桿回轉(zhuǎn)生成的摩擦剪切熱比物料所需要的熱量多的現(xiàn)象，這會(huì)導(dǎo)致料筒內(nèi)物料溫度

39、過高，如不及時(shí)排出過多的熱量，會(huì)引起物料（特別是熱敏性塑料）分解，有時(shí)也會(huì)使成型難以進(jìn)行。為此。必須對(duì)料筒和螺桿進(jìn)行冷卻。,料筒的冷卻 現(xiàn)代擠出機(jī)的料筒都設(shè)有冷卻系統(tǒng)。料筒的冷卻方法有風(fēng)冷和水冷。 風(fēng)冷 風(fēng)冷比較柔和、均勻、干凈，在國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)的擠出機(jī)上應(yīng)用較多。但風(fēng)機(jī)占的空間體積大，如果風(fēng)機(jī)質(zhì)量不好易有聲響。一般認(rèn)為用于中小型擠出機(jī)較為合適。,水冷 與風(fēng)冷相比，水冷的冷卻速度快，體積小，成本低，但易造成急冷，從而擾亂塑料的穩(wěn)定流動(dòng)。如果密封不好，會(huì)有跑、冒、滴、漏現(xiàn)象。用水管繞在料筒上的冷卻系統(tǒng)，容易生成水垢面堵塞管道，也易腐蝕。故完善的水冷系統(tǒng)所用的水不是自來水，而是經(jīng)過化學(xué)處理的水。軟化水并經(jīng)過除氧處理。一般認(rèn)為水冷用于大型擠出機(jī)為好。,螺桿冷卻 冷卻螺桿目的： 第一，獲得最大的固體輸送率 第二，冷卻螺桿以控制制品質(zhì)量。 冷卻介質(zhì) 也有用油和空氣作為冷卻介質(zhì)的。油和空氣的優(yōu)點(diǎn)是不具有腐蝕作用，溫控比較精確，也不易堵塞管道。但大型擠出機(jī)用水冷卻效果較好。,料斗座冷卻 加料段的塑料溫度不能太高，否則會(huì)在加料口形成“拱門”，使料不易加入。為此。必須冷卻加料斗座。此外，冷卻加料斗座還能阻止擠壓部分的熱量傳往止推軸承和減速箱，從而保證了它們的正常工作條件。加料斗座的冷卻介質(zhì)多用水。,