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(mén)。 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(guò)加熱、混合、加壓，以流動(dòng)狀態(tài)連續(xù)通過(guò)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(guò)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(guò)程及工作原理,擠出過(guò)程 塑料之所以能進(jìn)行成型加工，是由其內(nèi)在依據(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(kāi)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(kāi)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(lái)說(shuō)，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(kāi)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(guò)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(guò)它便獲得一定截面的幾何形狀和尺寸。再經(jīng)過(guò)冷卻定型和其它工序，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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)擠壓系統(tǒng)而塑化成均勻的熔體，并在這一過(guò)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(guò)對(duì)料筒（或螺桿）進(jìn)行加熱和冷卻，保證成型過(guò)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(guò)它獲得一定的幾何截面和尺寸。在擠出成型過(guò)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(lái)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(lái)的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(guò)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)量的控制。 我們一般稱(chēng)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(lèi)：隨著擠出機(jī)用途的增加，出現(xiàn)了各種擠出機(jī)，分類(lèi)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(lèi),2020年9月19日星期六,3、 按螺桿的有無(wú)：可分為螺桿擠出機(jī)和無(wú)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(guò)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(guò)擠壓系統(tǒng)而塑化成均勻的熔體，并在這一過(guò)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(guò)對(duì)料筒（或螺桿）進(jìn)行加熱和冷卻，保證成型過(guò)程在工藝要求的溫度范圍內(nèi)完成。 4 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。,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(guò)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(xiě)這一過(guò)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(guò)程參變量,溫度是擠出過(guò)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(guò)程的。,1、溫度,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(lái)源 根據(jù)擠出理論和實(shí)踐，物料在擠出過(guò)程中熱量的來(lái)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(guò)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(guò)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(xiě)擠出過(guò)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(lái)觀察擠出過(guò)程，就有一 個(gè)能量平衡問(wèn)題。 為了使加入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(lái)。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(guò)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(guò)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(guò)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(kāi)始熔融，已熔的物料和未熔的物料以?xún)上嗟男问焦泊妫慈畚锪献罱K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(guò)垂直于螺桿軸線的平面上的螺槽橫截面積的乘積來(lái)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(chēng)為融化理論，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(guò)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(lái)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(guò)程穩(wěn)定后，快速停車(chē)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(guò)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(wú)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(lái)，后來(lái)又進(jìn)行了修正。,1、熔體輸送的機(jī)理,1）無(wú)限平行板模型。 為了方便研究問(wèn)題，假定： a、將計(jì)量段螺槽展開(kāi)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(kāi)為一無(wú)限大平板，且該平板運(yùn)動(dòng)速度為Vb。 Vb=Dbn d、Vb的方向與展開(kāi)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(wú)影響。,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(wú)流動(dòng) e. 重力忽略 f. 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(shuō)明擠壓系統(tǒng)的重要性，人們通常稱(chēng)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(guò)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）、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(guò)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(lèi),普通型螺桿：工作長(zhǎng)度上為全螺紋，通常稱(chēng)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(guò)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(guò)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(guò)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：螺槽深度逐漸變小；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(kāi)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(lái)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/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(lái)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(lái)說(shuō)，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(wèn)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(kāi)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(lái)說(shuō)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(guò)熱的危險(xiǎn)。 3）一般取e=(0.08-0.12)D。,常見(jiàn)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(guò)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(lèi)： 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。,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(yú)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(yú)雷頭表面上開(kāi)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(lái)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(lái)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(lái)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，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(lái)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(lái)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(shuō)，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(kāi)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(guò)垂直于螺桿軸線的橫截面的面積。在料筒加料段內(nèi)壁開(kāi)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(guò)渡區(qū)，物料流過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)它的物料流速均勻。 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(wú)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(guò)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(guò)程。,（1）交流整流子電機(jī)無(wú)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(wú)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(guò)載保護(hù)器 （快速熔斷器、過(guò)流繼電器） 機(jī)械保護(hù)安全銷(xiāo)或安全鍵，在過(guò)載時(shí)，首先剪斷銷(xiāo)或鍵，起到保護(hù)作用。,4 加熱冷卻系統(tǒng),由擠出過(guò)程知，溫度是擠出過(guò)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(guò)程中得到的熱量來(lái)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(lái)。 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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)程。擠出過(guò)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)物料溫度過(guò)高，如不及時(shí)排出過(guò)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(lái)水，而是經(jīng)過(guò)化學(xué)處理的水。軟化水并經(jīng)過(guò)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(mén)”，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。,