塑料机械知识—-单螺杆挤出机的结构

挤出机的结构21 单螺扦挤出机的结构单螺杆挤出机的结构组成，有挤压系统、加料系统、传动系统、加热冷却系统和控制系统五大部分组成。大要零件位置名称见图21(1) 挤压系统 挤压系统中螺杆和机筒是主要零件，另外还有分流板和过滤网配合工作 ，其功能就是把投人到机简中的粉体或粒状料，在螺杆转动和机简温度的作下，塑化成熔融状态，挤山成型制品。 (2) 传动系统 传动系由电屯动机、皮带轮、减速箱和螺杆的轴承座等部件组成 它们之间的联动，驱动螺杆在机筒内旋转，保证螺杆有一定的转动扭矩和相稳定的转速： (3)加料系统 加料系统中有料斗、加料器和上料设备。二者协调配合工作作，保证加料器在料斗中定时、定量的向机筒内供料。 (4)加热冷却系统 加热系统是按工艺要求，给机筒一定的热量装置。冷却系统是降低机筒温度的装置 这两个部分间断性的工作，控制稳定机简的各部位在工艺给定的温度范围内。 (5)控制系统 控制系统按工艺条件要求、控制挤出机的电动机转速和加热冷却系统工作，执行工艺条件规定的各参数。保证挤比机生产正常、稳定地进行工作。塑料挤出机及制品生产故障与排除211 挤压系统挤压系统主要由螺杆和机筒组成：拉挤出机的不同用途，挤压系统可配置排气装置、调压装置、换网装置、多机头用挤出分流装置、还有静态混合器和计量泵等。2111 螺杆 螺朴是挤压系统中的主要冬件 它的各部分几何形状的变化直接影响螺仔的引：作忻能效果。对期料制品的产量和质量，都省非常重大影响。 1、螺杆的T作性能指标评定 (1)型化质贵 按专业标渺规定制造的挤出帆，挤塑今扩：的塑料制品巴应是符合质量标准。螺杆处挤烟土严影响产品质量的关键冬件，物料的混介质虽、印化的是否均习、柳树的径向温差是否较小、压力红均衡、能量消托些比较低、4：严令的提高，这边都受螺杆上作质数的影响、(2)比流量 这个比值大，说明这d1螺杆的塑化能力强t量的单仆为(Ldll)(rmin) (3)比功率 这个价小，说明小广；问佯质量的朗料制品消耗少比功率的单价为kW(岭h)。、 (4)1ijd州： 指螺杆能食道应挤竣4；问的竣料，能在不问塑料制品机头队力下作。 (5)经济性 制造机械加工比较容易，工作寿命比较长c 2螺杆的选用原则 (I)校塑料的制品种类选择 塑料的种类很多，有结晶型和非结晶型它们在被挤那牛产制品时，对温度条件要求及本身的粘度、稳定性和流动性能都有差别。所以，生产不同种类塑料制品时，应该选样不问类型螺杆。 (2)机头模具的阻力对螺杆结构尺寸的影响 螺杆螺纹的均化段的螺槽深浅与机头阻力大小要匹配选取，机头阻力大，这段螺纹槽要浅些；反之，当阻力小时，螺槽就府深一些。对于排气式挤出机，要求朔二阶螺杆的均化段螺槽深度要比第一阶螺杆的均化段螺纹槽要深此，否则排气口处易溢料。 (3)技挤出机的川途选择 4同用途的挤出机，根据工作性质和挤塑塑料品种来选pl螺杆。如果只崩1： 种塑料制死的挤出可按该螺料产品的要求，门伯专用螺杆挤出视。如果挤出机要挤绍不向材料的多种制品时就应考虑选用的螺仟有较大的通用件； 3螺杆的分类 按照螺杆的结构和螺杆螺纹部分的几何形状，RJ分为普通螺仟、新型螺杆和排气螺仟： (1)普通螺扑 普通螺杆挤出机足EI刷泛应用的挤出机，能挤塑粉料和粘料c这种螺秆螺纹部分可分为加料段、翅化段和均化段。普通螺扦与新则螺仟比较，有许多)T；足之处，有逐渐被新型螺仟取代的趋势 普通煤扦按炽趴和螺槽探泼，义可分为等螺纹处不等深螺杆、等螺槽深木等螺纹距螺杆训不等螺纹gF不等螺纹深嫁杆。 (2)新型螺扦 与普通螺扑比较，就是在螺杆的不向部位上设冒71F螺纹几件(恢阅销订)，以改进塑料的混合、熔融塑化质量和缩短挤塑生产时1d。 (3)排气螺仟 在挤塑物料的过程47为能够排除物料中的空气、挥发物气体印水蒸气，W专门设计的蝶杆， 4普通螺杆的结构利各部位几何尺寸的确定 (1)普通螺杆的螺纹类型 普通螺杆的螺纹形式有多种，见图22、有螺纹队不相等型螺杆、螺纹距相等但螺槽深不相等型螺杆，还有螺纹槽深逐渐变化相突然变化型螺杆等。0螺纹距不相等螺杆。这种螺杆的螺纹趴不相等，在一根螺朴上：不同的功能段有不同的螺距。一根螺树：的螺纹距不相等，在机械0螺纹距不相等螺杆。这种螺杆的螺纹趴不相等，在一根螺朴上：不同的功能段有不同的螺距。一根螺树：的螺纹距不相等，在机械加工小比较困难。所以，这种螺杆应用较少。 螺纹距相等但螺纹槽诛不相等螺杆。螺纹距相等但螺纹槽深不相等的螺杆应用比较多。因为这种螺杆的机械加工较容易。这种螺杆的螺纹深度变化又分两种，一种是螺纹深度逐渐变化，一种是螺纹深度交然变化。 螺纹深度逐渐变化螺杆。螺纹深度逐渐变化的螺杆又分为两种，一种是由进料段的深螺纹逐渐变浅；另种是加料段螺纹深度和均化段的螺纹深度不变，而塑化段的螺纹榴深度变化，由深逐渐变浅。这种螺杆适合加工则、赐等非结晶型塑料的挤塑成型。 螺纹槽深度突然变化螺杆。这种螺杆是指螺杆的加料段和均化段的螺纹槽深度相等，在很短的塑化段上螺槽的深度突然由深变浅。这种突变型螺杆适合于挤塑聚烯烃等结晶型塑料。 (2)螺仟各部位几何尺寸 螺杆各部位几何尺寸见图L30 囚十J田竹阐首即1YJ L仙K1双11亏 螺杆占径螺杆直径尺寸表不挤出机的规格大小。在选择挤出机的规格型创十，要根据塑料制品的尺寸选择。螺杆直径与塑料制品的尺寸关系见表21。 长径比。螺什的螺纹部分长与螺什的出径比值，即LD o在招T80119N专业标准中规定、螺杆的长径比为贝30。对于4；易挤朗的物料取大值、挤颐聚烯烃类型料制品时长径比一般取2530、较大的氏径比他，能够保证构料在挤塑过程中充分塑化、螺杆也dJ尚速旋转达到提高产经酌E1的：但是长径比加大螺秆的长度增加造成制造的困难，机械加上的费用增加。这种大长径比螺杆g：作的，消耗功率要大还钉可能内于螺杆的变形弯曲，造成在转动时与机简内壁的摩擦、 对于热敏感的塑料，采用长行比恢较小的螺杆。聚氯乙烯类塑料制品，在挤塑时通常采用长径比为2025。合理的选择挤出机燥杆的长径比，对塑料制品的制造成本有定的影响。 螺杆螺纹部分的分段n根据螺杆1“作运转时各部分功能作用，把螺纹部分分为加料段、塑化段、均化段部分。 加料段接受料4“供给的物料然后输送给塑化段。 塑化段接受加料段送过来的物料，么此段逐渐压实，熔融塑化后冉经螺纹推给均化段。这个绍化段也叫压塑段。 均化段物料到这里进一步得到塑化，然后等压、等量在稳定的温度条件下把均匀塑化奸的焙融料推向机头。 这三段长度的分配，是在长径比值确定的前题下，来解决三段长度的关系。塑化段长度的确定要符合理料的熔融速率，与螺杆的压缩比有关*对非结晶型塑料，通常取螺纹全长的45犯。对结晶型塑料，如聚烯烃，取(35)D、对于尼龙可取(12)0。 均化段长时，可减少温度、压力和产量的波动。但过长又会使螺杆加长，减少塑化段和加料段长度的比例分配。逐化段被减小了，不利于塑料的塑化。它们三者之间定要综合考虑。三段长度分配参照表220 螺纹部分几何尺寸：螺纹部分几何尺寸*是指螺杆卜的螺纹别而几何图形的各部价尺沙，见图24(心、(N所示n “压缩比一这个数值的选择对塑料的挤期工艺控制很重要。不问翅料由它的物理性能来决定，选取它的最佳挤塑压缩比。不同塑料挤塑用螺杆的压缩比见表230压缩比，就是加料段对难料斗口的那个螺槽深(或是螺纹槽容A，与均化段末端螺槽深A2(或是 个螺纹槽容积)之比值。对于等距不等深螺纹来讲，如果螺纹棱宽相等，则压缩比： E?A3式中：AL加抖段螺纹深 A、均化段末端螺纹深 螺距一般等螺距不等深螺力的螺纹距和螺杆的直径相等，则螺杆的螺纹升角是17042。实践经验让HJj，挤塑粉料时取螺纹升角3r，挤型粒料时取升角17。方形料取升角15。为最好。 螺杆螺纹截面的几何形状有矩形和锯齿形。矩形螺纹截面根部圆弧很小，容积大，适合于加料段。锯齿形螺纹截面的推力面与螺杆轴线垂自，另面为斜面与轴线钉一灾角，这个夹角一般取wo推力面根部圆弧半径RI：(1223)A3，斜面根部圆弧半径R： (23) 月?。 锯齿形螺纹提高了螺纹的工作强度，能够承受更大的机头模具阻力造成的物料前移的反移动力，有利于物料的混合、熔融和不易行料。锯齿形螺纹适合于塑化段和均化段， 螺杆在实际制造n、r，一般都采用矩形截面螺纹： 螺纹棱宽螺纹棱宽值过大挤出机的挤出量会减小c e值取太小，挤塑时易产生涡流，也会降低螺纹的推力强度，一般经验取co10 0螺纹头数 挤出机螺村：螺纹头数一股多数足一个头：为了提高螺什型化物料的质量，在粟一段螺纹区域pJ用多头螺纹。为了提高产虽，在挤出机挤酮造粉时，可JfJ多头螺纹。挤塑生产板材N，用的饥头分旧螺杆也可用多头螺纹 多头螺纹有它的缺点，就足挤出的料量4稳定容易严生脉冲。 螺杆头部结构形状、塑化纤的焙础料被转动的螺杆螺纹推出均化段店，料的流动方式从螺旋带状变成直线流动，此时应注意防止塑化料局邻过热。螺杆的头部结构型式的选择，就是从这点考虑。螺杆的头部形状有多种，选择时要根据机头流道的形状和分流板的位置综合考虑。螺杆头部结构见凶25(a)(k)1。 阁25，1r螺杆头部较钝的圆弧形状，用在流动性较好的烯烃类利尼龙，这种结构形式的螺扦的阿，一般都仑分流板和过滤网，螺杆头部锥角较小的锥型螺杆头，适合十挤期聚氯乙烯，一般不用分流板和挝滤网目的是减少物料的滞留R引可，能尽快挤出机头模具成型e 5新型螺杆 由于塑料品种的增加，用普通螺杆挤出帆已经不能满足多种塑料的挤出成型要求：科技人员在普通螺杆的基础上，研究设汁了多种新型螺杆，以适应不向塑料工艺要求，完成挤塑成型加工工作。 (1)普通螺杆与新型螺杆比较 普通螺杆产量与新型螺杆的产量相比较，低于新型螺杆。普遍螺仟的热传导方式，主要是来源于机简和料在机简Il受挤压、剪切、摩擦产牛的热，来熔融物料。由于高聚物的热传导系数较低，所以，料的熔融速度缓慢。再点是螺杆的秆向混合能力差，个能很好地实现料流方向混合。如果为了提高产星16提高螺槽深利加大长径比都是不可取的。这样做会加大挤出机的制造成伞，增加挤出机工作时的功率消耗。从而也提高了题料制抓的制造成本。 新型螺仟的特点，是在螺纹的止常走向处，设置一些销钉和开设一部分非常规螺纹段，用来变化螺仟：t1物料的输送状态，从顺提高了物料的混炼能力，加快丁塑料的熔融速度，使塑料能更好的均(2)新型螺仟的种类 新型螺杆有多种站构形式，日前我们应用比较多的有屏障型螺杆、分离型螺扦和分流型螺杆。 01阵地螺朴J4降型蝶村是指在织补的均化段末端设置屏障段，见团26它是在均化段末端外任等于螺补商径的圆柱J：，开小数量士宽度相等的进心料槽，料槽沿着螺杆的轴线开。进料槽的比门在软向端足判闭的出料槽在进啪轴向也是封闭的。进LI料伯，州t11料稻间问棱朗鱼：径与机筒内冲队顺 大小等数量分开，小间隙灶指螺杆外衫幻机简内径间隙，大间隙约在o38。064删间。物料进入进料槽后，出于前端出口封闭，只好越过较大间隙的棱面而进入出料恢，经出料槽前端出口巾流出屏障段进入机头。而没有塑化奸的颗粒它不能通过问隙，例洋障段的进料槽内受前端封闭影响，而成旋转涡流得到进一步型化，待成为熔融状态时才能通过大间隙，进入出料槽后被挤出。 屏障型螺杆毛与轴线平行的直槽型见图26。或开成三角型民暗4 M间17分离型螺仟。分离型螺秆的结构特点，足公螺杆螺纹的熔化段螺槽小，再附加一条螺纹。这条附加螺纹的外径小于原螺纹外径螺距包小于原螺纹螺距，见图281 出十两螺纹的螺gb个相等，所以附图28 附加螺纹与原 螺纹位置示意图加螺纹的Jf始与终止必与原螺纹相交，生附加螺纹内的物料即被破坏了原前移的路线，移到交接处父不能通过，它只能越过附加螺纹外径进入原螺纹槽前移。没有塑化好的不能越过问隙者，待塑化好再通过问隙，进入均化段。这个附加螺纹外径与机简内径间隙在o2o4Mb附加螺纹的螺纹棱；()仍o佃)“D。这两个数由螺杆直径的大小决定。大直径螺杆取大值，小螺杆直径取小值。出于它具备达一特点，它的均化段螺槽uJ加深，这样，挤出机的产 分流形螺相、分流型螺扦是在螺杆的塑化段木端或者是均化段J：，设置外多突起的间柱形销订或菱形块 被挤期的物料在此处通过时，被分流成多股后内重新排列混合，从而这些销订起到促进熔触螟化qI增加双炼效果，锅钉的外因直径与螺纹的白径相等，销训可的距离可公46mM之间，悄订的，17乙线勺螺纹槽面垂A：。销钓可以置数排，排列uJ无规则，也可，?螺纹旋向相反，见图24。 这种螺杆村物料的理化效果比较计，仟保i6质虽的前提下，为广提高严牡。可以提高螺杆的转速： 6排气型螺杆 排气型螺杆是徘气式挤出机闻米挤塑生产塑料的专用螺杆。图210是排i式挤出帆专用徘气型螺仟的不意图i 排气式挤出机的功能与用途在第一事小已经介绍。这里只说明一下排气型螺秆的备部他结构参数的确定。 (1)螺杆酌长样比 长径比LD恢一般取2430。 (2)一阶螺杆的长度 阶螺杆的长度占令螺杆长的5558、最长不超过蝗杆总长的23c (3)均化段长 一阶螺杆上均化段的长度是“阶螺杆长度的2530。第二阶螺杆均化段的长度是第一阶螺杆均化段长度的0818倍。 (4)排气段螺杆长度 排气段螺杆长度是螺行直径的(2。6)D倍。 (5)排气螺杆的螺纹槽深 第一均化段螺纹槽深A，(o仍o仍)Di第二均化段螺纹槽深AZ(152)AI。排气段螺纹槽深是第一阶螺纹均化段蛹纹槽深的(256)AI。 7普通螺杆的技术质量要求 螺仟是挤出机设备中挤压系统的主要零件。螺仔在机筒内旋转L作，是在高温、高压、大扭矩的条件下。由于它要在转动中强力报动物料前移，同时，它本身还要承受强大的摩擦力利物料分解腐蚀性气体的侵蚀，所以，要求制造螺杆的材料为有很高的力学强度能承受户大的权力矩和在高温条件下作不变形闭合众钢材，这种合仓钢经热处四后要荷很高的表面硬度，能抵抗强人nt摩擦力的磨损和耐腐蚀、 日前，同内挤出机制造厂制造的螺朴，多用渗氮合金钢38crKAl钢材制造。其它合太钢还有40(：r、40c此钢材。 用合金钢材制造螺杆时、机械加工留分粗加厂和精加工工序，在粗加：后要进行调质处理，硬度HB加观：调质的目的主要是为了保证螺杆制造精度不变形c这边丁序厉再桔加工螺杆在磨削加工时还要留2的桔磨量或是研磨员，在渗氮处理后再精磨或研磨。 氮化处理螺杆的深度在o 3。o6则l，氮化后螺杆的表面硬度Hv值740以上。螺纹扦的脆性不大于2级： 螺纹杆的外因公差按专业标淮cD I以l一79个规定，见表25。 外因和螺纹槽底的粗糙度Aa不大于o 8小，螺纹两侧面粗糙度及a不大于16四。 螺杆的螺纹棱处堆焊耐磨合金厚度在15。2M硬度可达删864n这种螺杆的耐磨件很好，使用寿命比渗氮钢高3。4倍。但由于造价高，很少应用，只用在加工物料对螺杆磨损严重的挤出机上。 在螺杆螺纹表面镀一层硬铬，也是使螺杆增强耐磨性和抗腐蚀的方法。但是铬层硬而脆，容易脱落，所以应用比较少；2112 机简 机阁与螺杆配合J：作，组成挤出机的挤压系统。在挤塑物料的工作中，它的作用和螺杆工作同样革要c机筒和螺扦是挤塑系统的土要组成牢件，也是挤出机的关键牢件 对于机简结构形式的选择22双螺扦挤出机的结构 双螺杆挤出机的结构和单螺杆挤出机的结构相同，有捞压系统、传动系统、加热冷却系统、加料装置、控制系统和安全保护系统。 由于双螺杆挤出机的传动系统、加热冷却系统和控制、安全保护系统和单螺杆挤出机的组成结构基本相似，所以，这里不重复介绍。只把双螺杆挤出机的螺杆、机筒的结构、止推轴承的布置和加料装置介绍一下，供维修时参考：2211 啮台异向旋转缀扦的分类与结构 啮合只向旋转以螺杆挤出机的螺相：，技共结构形式分整体式和组合式两种螺杆。 1整体式蝶杆的分类 螺杆的螺ZP，从加料段开始至均化段逐渐变小型螺打； 螺杆的螺距不变，螺纹棱宽逐渐变化，由加料段开始棱宽逐渐加大； 螺杆的外圆直径逐渐变小的锥型螺仔o 2组合式螺杆 一根螺仔，由几个不同形式的螺纹单元组合在带有导键的铀上或组合在六角形芯轴上，成为挤塑某一种物料的专用螺杆。按不同原料挤塑工艺条件要求，可更换不同螺纹单元重新组合。要求这些螺纹单元，要有互换件。 图238是不同功能螺纹单元图图中(a)型螺纹等深等距，槽与梭宽相等用于输送固体和熔体料、有效强的输送能力固中(b)型螺纹也是输送型螺纹，这种棱宽比槽宽小许多的结构形式，对物料的混合能力强，多用于固体输送和熔体混合。图中(c)型为反向输送螺纹即能够把物料的挤出力向反方向输送，增加螺杆挤出压力，使物料更好的塑化，提高期化质量。图中(d)型是压缩螺纹，螺纹等棵等距，但棱宽逐渐加大，使螺榴容积逐渐变小，阿把松散的物料压实。因中(e)型、(f)型为混合元件，在螺棱上：开出许多与螺棱垂直的沟槽或呈齿形槽，便于物料混合。完整的啮合异向旋转双螺杆，见图2392213 啮合同向旋转双螺杆啮合同向旋转双螺杆采用组合式按螺杆各段功能不同及工艺需要；配备不同的螺纹元件：图2-41(a)、(b)是输送螺纹单元，用于较大输送力挤出的单头螺杆上 图241(c)是个阻力元件。222 机筒结构 啮合问向旋转双螺杆挤出机用机桶和螺杆一样，采用组合式。把机筒分成相等的几段，(有的开加料口、有的开排气口或添加剂口)，组合在一起。机筒结构示意图见图24-2。223 双螺杆挤出机用止推轴承布置 双螺杆挤出机的螺杆用止推轴承，同单螺杆挤出机的螺杆止推轴承一样。在两个啮合螺杆转动挤塑物料工作中，产生相等的轴向力，分别各自由止推轴承支撑，保证其正常运转。双螺杆工作时产生的轴向力同单螺杆工作时产生的轴向力一样，从十几吨到几十吨，甚至更高，这么大的轴向力就需要用