畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）單螺桿擠出機(jī)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

1、 前言采用螺桿擠出聚合物迄今已有120多年的歷史。這種方法在聚合物加工工業(yè)中已經(jīng)占有十分重要的地位。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界60以上的產(chǎn)品是采用螺桿擠出法來(lái)加工的。擠出成型制品的產(chǎn)量雄居于其它聚合物成型制品之上。隨著聚合物加工工業(yè)的飛速發(fā)展，螺桿擠出裝備的技術(shù)發(fā)展和進(jìn)步也受到人們更多的關(guān)注。與其它成型方法比較，聚合物的螺桿擠出成型法具有一些突出的特點(diǎn)，如：生產(chǎn)過(guò)程連續(xù)；生產(chǎn)率較高；適用范圍廣，其不僅能用于加工幾乎所有的熱塑性塑料制品，而且也能用于擠出一些熱固性材料。此外，螺桿擠出設(shè)備通常結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單、操作容易，而且投資少，收效快。因此，螺桿擠出成型法已成為目前最廣泛采用的一種聚合物成型加工方法，螺桿擠出

2、裝備也理所當(dāng)然成為聚合物成型加工機(jī)械中的最重要的機(jī)種之一。目前，用螺桿擠出法生產(chǎn)的制品有：管材、板材、片材、棒材、薄膜、單絲、電纜、中空制品、異型材、各種復(fù)合制品等。此外，螺桿擠出還大量用于進(jìn)行聚合物的造粒、脫水、共混、增強(qiáng)、反應(yīng)擠出、合金化、喂料及色母料等作業(yè)。螺桿擠出機(jī)的分類，目前最通常是按螺桿數(shù)目分為：?jiǎn)温輻U擠出機(jī)，雙螺桿擠出機(jī)和多螺桿擠出機(jī)。其中前兩類目前應(yīng)用最廣泛。此外，還可按用途分為：造粒擠出機(jī)、排氣脫揮 式擠出機(jī)、喂料擠出機(jī)、傳遞混煉擠出機(jī)，按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分為：磨盤式擠出機(jī)、可視化科研擠 出機(jī)、電磁動(dòng)態(tài)塑化擠出機(jī)、自熱式高速擠出機(jī)、立式擠出機(jī)、階式多級(jí)擠出機(jī)等，以上機(jī)型還可有通用機(jī)和

3、專用機(jī)之分。常規(guī)型單螺桿擠出機(jī)，易操作、造價(jià)低，因此在聚合物加工工業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。但它存在混合、分散和均化效果差，物料溫差大和難以吃粉料等不足之外。因此，通常只適用于一般性造粒和塑料制品的加工。目前，歐美等國(guó)單螺桿擠出機(jī)應(yīng)用的比例是：平膜及片材10；異型材20；發(fā)泡材30%40；吹膜100%；電纜100%；單絲100%；配混（包括雙級(jí)式）10。 第1章 擠出機(jī)概述隨著機(jī)械制造技術(shù)的進(jìn)步，常規(guī)型單螺桿擠出機(jī)螺桿，制品的質(zhì)量有所提高。但由于常規(guī)型單螺桿擠出機(jī)存在上述許多的不足，如今正逐漸被新型單螺桿擠出機(jī)所取代。新型單螺桿擠出機(jī)的出現(xiàn)，極大地改善了常規(guī)單螺桿擠出機(jī)的不足，使單螺桿擠出機(jī)的產(chǎn)量和質(zhì)

4、量有了較大的提高。目前，各國(guó)新型螺桿的相關(guān)專利眾多，得以實(shí)用的主要有以下類型 ：（1） 分離型螺桿 分離型螺桿是在普通螺絲桿的加料段末端設(shè)置一外徑小于主螺紋的副螺紋，并在固體物料熔融結(jié)束處與主螺紋相交，從而有效地避免常規(guī)單螺桿在熔融段后期出現(xiàn)的固相破碎，使熔融速率得到提高。分離型螺桿的熔體溫度、壓力和流率波動(dòng)小，擠出量大。不僅適用于通用的聚稀烴塑料、尼龍、聚碳酸酯和聚砜等工程塑料，而且可用于聚氯乙烯和聚甲醛等熱敏性的塑料加工。分離型螺桿的bm型、barr型熔體槽型、xlk雙層型、pm 型和ict型等，目前工業(yè)應(yīng)用最多的是bm型。（2） 屏障型螺桿 屏障型螺桿是在均化段設(shè)置屏障，以阻止未熔融固相

5、進(jìn)入均化段，并促進(jìn)物料熔融。屏障元件有直槽式、斜槽式、三角槽式、深槽漸變型、斜槽雙屏障式或多屏障式等多種結(jié)構(gòu)。該螺桿屬高剪切元件，通常僅適用于聚烯烴物料。但只要屏障頭設(shè)計(jì)合理，也可用于擠出熱敏性的塑料。（3） 分流型螺桿 分流型螺桿是在常規(guī)螺桿螺槽內(nèi)設(shè)置分流元件（如銷釘、犁釘、凸臺(tái)、分流溝槽、分流孔等），其作用是打亂固液兩相流動(dòng)、增加固體和熔體間的剪切，促進(jìn) 熔融和混合。主要結(jié)構(gòu)型式為銷釘型和dis型。這種螺桿可適用于硬聚氯乙烯制品、發(fā)泡擠出、交聯(lián)擠出、聚乙烯和尼龍等混配作業(yè)。（4） 變流道型螺桿 該螺桿的結(jié)構(gòu)特征是螺桿流道截面形狀或截面面積大小是變化的。其代表是波形螺桿和hm型（其具有多邊形

6、的螺桿段）。由于物料在這種螺桿內(nèi)要承受不斷的壓縮、捏合和混煉作用，故可強(qiáng)化熔融和混合。變流道型螺桿雖然制造麻煩，但塑化、混合質(zhì)量好，尤適于加工難以熔融的塑料。但這種螺桿不適用于熱敏塑料。（5） 減壓螺桿減壓螺桿是在螺槽熔融段內(nèi)設(shè)置23個(gè)螺距槽深較淺的區(qū)域，目的是避免熔體因過(guò)大的剪切熱而導(dǎo)致塑料過(guò)熱分解。由于熔體可在較小的剪切作用下進(jìn)行熱量的擴(kuò)散和均化，故可適用于熱敏性塑料和需脫揮的物料擠出。此外，還有溝槽型螺桿、排氣螺桿、剪切錐螺桿、強(qiáng)冷輸送螺桿、空心螺桿和分段組合螺桿等新型螺桿。除了上述擠出機(jī)外，還有特殊型單螺桿擠出機(jī)：（1） 剖分式單螺桿擠出機(jī)該機(jī)型的特點(diǎn)是機(jī)筒可沿軸線剖分，使得清理螺桿和

7、機(jī)筒極為方便和省時(shí)，特別是當(dāng)突遇停電或機(jī)器故障時(shí)，便于機(jī)內(nèi)塑料的清除。尤其適用于熱固性塑料（如粉末涂料。酚醛塑料等）的擠出。（2） 排氣式單螺桿擠出機(jī)這種機(jī)型具有排氣脫揮的能力，其特點(diǎn)是機(jī)筒中部位置開(kāi)有排氣口和抽真空系統(tǒng)。排氣式擠出機(jī)能排除固體粒料間帶入機(jī)內(nèi)的空氣、粒料吸附的水分、殘留單體、低沸點(diǎn)增塑劑和低分子揮發(fā)物等。它適用于聚合物擠出造料時(shí)對(duì)需要排除熔體中的揮發(fā)物以及吸濕性大的塑料的加工，如對(duì)硬聚氯乙烯、聚碳酸酯、尼龍和聚甲醛等的擠出。 （3） 全程透明視窗單螺桿擠出機(jī) 這種機(jī)型主要用于科學(xué)研究和螺桿結(jié)構(gòu)優(yōu)化試驗(yàn)之用，其特點(diǎn)是機(jī)筒兩邊交錯(cuò)設(shè)置透明玻璃視窗，可以在正常擠出條件下，觀察拍攝物料

8、在機(jī)筒內(nèi)的形態(tài)變化過(guò)程。（4） 電磁動(dòng)態(tài)塑化單螺桿擠出機(jī) 該設(shè)備的特點(diǎn)是將擠出系統(tǒng)（螺桿和機(jī)筒）置于電機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)腔中。略去了常規(guī)擠出機(jī)由電機(jī)驅(qū)動(dòng)、皮帶輪、齒輪傳動(dòng)、螺桿和機(jī)筒塑化的模式 ，采用能量直接轉(zhuǎn)換方式塑化物料，實(shí)現(xiàn)了機(jī)電磁一體化，其能量消耗、機(jī)器重量及制造成本均大幅下降。第2章 冷喂料擠出機(jī)的理論和實(shí)踐第2.1節(jié) 喂料擠出機(jī)的分類橡膠工業(yè)使用了多年的熱喂料擠出機(jī)，用它加工的膠料必須是經(jīng)過(guò)開(kāi)煉機(jī)熱煉塑化后的，這種擠出工藝和設(shè)備至今在我國(guó)橡膠加工廠中仍占有相當(dāng)大的份額。六十年代發(fā)展起來(lái)的冷喂料擠出機(jī)，它不需在壓出之前將膠料在兩輥開(kāi)煉機(jī)預(yù)熱，而是通過(guò)特殊結(jié)構(gòu)的螺紋和加長(zhǎng)螺桿尺寸，增加膠料在螺槽

9、和機(jī)筒內(nèi)運(yùn)行時(shí)間將喂入的未經(jīng)熱煉的冷膠料加熱塑化，這對(duì)于適合于冷喂料擠出工藝和設(shè)備的膠料來(lái)說(shuō)，它明顯地優(yōu)于熱喂料擠出機(jī)。冷喂料擠出機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：省掉預(yù)熱膠料的熱煉機(jī)及相應(yīng)的供膠裝置；減少操作人員、設(shè)備占地面積、空間、維修、動(dòng)力和冷卻水的消耗。缺點(diǎn)：膠料生熱大；產(chǎn)量比同規(guī)格的熱喂料擠出機(jī)低；特定的螺桿結(jié)構(gòu)只適合于加工幾種特定膠料，而對(duì)于某些膠料會(huì)造成俗話不均或因生熱過(guò)高引起焦燒。正因?yàn)槔湮沽蠑D出機(jī)生產(chǎn)量低，適應(yīng)能力差，使它無(wú)法全部取代熱喂料擠出機(jī)。近十多年發(fā)展最快的是機(jī)筒銷釘式冷喂料擠出機(jī)。銷釘式冷喂料擠出機(jī)開(kāi)始主要是用于常規(guī)冷喂料擠出機(jī)不能勝任的地方。由于它具有擠出膠溫度低，產(chǎn)量可超過(guò)熱喂料擠出機(jī)

10、，塑化程度好，擠出質(zhì)量高的特點(diǎn)，從這些年的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，有取代熱喂料擠出機(jī)和冷喂料擠出機(jī)的傾向。另外，隨著工業(yè)制品常壓硫化技術(shù)的發(fā)展，冷喂料排氣擠出機(jī)的應(yīng)用也在擴(kuò)大。為了提高擠出制品質(zhì)量的穩(wěn)定性，除要求擠出機(jī)螺桿設(shè)計(jì)良好外，穩(wěn)定的喂料，平穩(wěn)的傳動(dòng)，正確的溫度控制也是十分重要的，這些方面都取得了進(jìn)步。2.1.1 銷釘式冷喂料擠出機(jī)銷釘式冷喂料擠出機(jī)的結(jié)構(gòu)是從徑向向機(jī)筒插入成排的銷釘，銷釘端部幾乎達(dá)到螺桿紋的底部，插有銷釘部位的螺紋開(kāi)有環(huán)形溝槽（切口）。擠出工作時(shí)，銷釘將膠料連續(xù)地分割和移位，反復(fù)地將螺紋溝槽中的膠料料流分隔成一些較小的料流，膠料經(jīng)分隔、移位和局部阻滯之后，小料流又匯合到一起。在各

11、銷釘周圍橫過(guò)流動(dòng)的膠料料流，方向發(fā)生變化，與相鄰未受干擾區(qū)域的膠料相比，流動(dòng)速度下降，另外，通過(guò)螺紋各切口的膠料被拉長(zhǎng)，膠料受到如此反復(fù)作用，得到良好的塑化和均勻化。銷釘式冷喂料擠出機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)還表現(xiàn)在：銷釘防止膠料在機(jī)筒表面打滑，可提高和穩(wěn)定產(chǎn)量，較一般冷喂料擠出機(jī)相比，產(chǎn)量約提高10%，對(duì)于較易加工的膠料和較難加工的膠料，產(chǎn)量差別很??；可降低擠出機(jī)的溫度，出口處擠出膠的溫度較一般冷喂料擠出機(jī)低10-15。銷釘式冷喂料擠出機(jī)和熱喂料擠出機(jī)、普通冷喂料擠出機(jī)的比較見(jiàn)表1。銷釘式冷喂料擠出機(jī)取代一般熱喂料擠出機(jī)和冷喂料擠出機(jī)的優(yōu)越性是顯而易見(jiàn)的。此外，它還可取代供膠開(kāi)煉機(jī)，作為需要熱煉膠的壓延機(jī)

12、等設(shè)備的膠料預(yù)熱設(shè)備。表2.1 各種擠出機(jī)的比較2.1.2 冷喂料排氣擠出機(jī)目前像橡膠密封條等工業(yè)制品生產(chǎn)過(guò)程中采用常壓硫化的技術(shù)正不斷發(fā)展，為使常壓硫化的膠料在硫化過(guò)程中不致產(chǎn)生氣孔，要求徹底地排除膠料中所含的氣體，以保證制品質(zhì)量。為此，需選用冷喂料排氣擠出機(jī)，它可將擠出膠中的氣體基本排除，保證制品在常壓硫化時(shí)不致產(chǎn)生氣孔。冷喂料排氣擠出機(jī)的工作原理是在螺桿的塑化區(qū)段和擠出區(qū)段之間設(shè)有抽真空區(qū)段，經(jīng)過(guò)螺桿塑化的膠料擠入到真空去段時(shí)，膠料體積突然膨脹，所含氣體被釋放出來(lái)，釋放出來(lái)的氣體被抽真空裝置抽走，之后膠料擠至機(jī)頭口型，擠出所需形狀的半成品。擠出機(jī)的傳動(dòng)技術(shù)，有齒輪變速、直流電機(jī)和其他方式

13、等若干種。國(guó)內(nèi)外常用的是由電機(jī)通過(guò)減速裝置帶動(dòng)螺桿進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速傳動(dòng)，國(guó)外多用直流電機(jī)變速傳動(dòng)，而國(guó)內(nèi)則多用整流子電機(jī)變速傳動(dòng)。近年國(guó)外在發(fā)展液壓技術(shù)的基礎(chǔ)上，如同開(kāi)煉機(jī)一樣，采用液壓馬達(dá)傳動(dòng)方式來(lái)轉(zhuǎn)被擠出機(jī)。擠出機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中所壓出的膠料常有不均勻及波動(dòng)現(xiàn)象，這種現(xiàn)象引起的原因：電源波動(dòng)；供料不均勻；膠料本身不均勻。采用液壓馬達(dá)傳動(dòng)方式來(lái)裝備擠出機(jī)，使膠料的擠出和電源的波動(dòng)不發(fā)生直接的聯(lián)系，帶動(dòng)螺泛傳動(dòng)的轉(zhuǎn)速，由油量的大小來(lái)決定，因此液壓傳動(dòng)不象電機(jī)轉(zhuǎn)速一樣有波動(dòng)。此外，液壓傳動(dòng)具有工作穩(wěn)定、噪音低、操作安全等特點(diǎn)，所以適用于擠出機(jī)作業(yè)。為提高擠出制品質(zhì)量的穩(wěn)定性，擠出機(jī)除要求螺桿設(shè)計(jì)良好和傳動(dòng)

14、系統(tǒng)平穩(wěn)外，穩(wěn)定的喂料和正確溫度控制也是十分重要的。裝有對(duì)螺桿進(jìn)行強(qiáng)制喂料的喂料輥，可以保證膠料均勻喂入。近年國(guó)外發(fā)展了轉(zhuǎn)矩喂料裝置，即在加料口設(shè)置兩個(gè)小輥筒分別由兩個(gè)液壓馬達(dá)傳動(dòng)，由于兩個(gè)小輥筒相當(dāng)于一臺(tái)小開(kāi)煉機(jī)，使膠料加料恒定在一定位置而不波動(dòng)。加料口膠料由兩只轉(zhuǎn)矩加料輥施以壓力，并產(chǎn)生反壓力，當(dāng)進(jìn)入加料口的膠料過(guò)多時(shí)，轉(zhuǎn)矩加料輥就減速，當(dāng)進(jìn)入加料口的膠料減少時(shí)，轉(zhuǎn)矩輥就增速，當(dāng)進(jìn)入加料口的膠料適量時(shí)，則轉(zhuǎn)矩輥就恢復(fù)保持正常速度，多供給的膠片遇厚薄不勻時(shí)，轉(zhuǎn)矩加料裝置能自動(dòng)加以控制，以達(dá)到均勻加料，提高膠料壓出精度，其誤差可由0.5mm到0.25mm。擠出機(jī)的溫度控制，主要是對(duì)機(jī)身、螺桿、

15、和機(jī)頭的溫度進(jìn)行控制，而機(jī)身通常按螺桿結(jié)構(gòu)分三個(gè)區(qū)段進(jìn)行控制，每個(gè)部位的控溫介質(zhì)用各自獨(dú)立的熱交換器控制，以適應(yīng)不同溫控部位不同溫度的要求。這種溫控方式準(zhǔn)確、有效、合理。2.1.3 擠出機(jī)的應(yīng)用擠出機(jī)主要應(yīng)用于擠出胎面、輪胎半成品部件、內(nèi)胎、膠管、電纜及其他需要擠出的半成品。由于擠出機(jī)的進(jìn)步，其應(yīng)用方法和應(yīng)用范圍也在不斷的改進(jìn)和擴(kuò)大。（1） 汽車用散熱器膠管的制造（2） 工業(yè)制品小膠條的制造（3） 擠出連續(xù)硫化的橡膠制品（4） 由擠出機(jī)取代壓延機(jī)第22節(jié) 排氣擠出機(jī)簡(jiǎn)介在用普通螺桿擠出機(jī)加工制品時(shí)，要出去原料中所含的氣體和水分等，一般通過(guò)兩種途徑：一種是先將原料進(jìn)行預(yù)熱煩躁處理；另一種是靠物料

16、在機(jī)筒中通過(guò)螺桿的擠壓作用返回加料段，并從加料口逸出。采用第一種途徑勢(shì)必增加設(shè)備和工序，費(fèi)工又費(fèi)時(shí)，并使成本增加，而且對(duì)于單體和某些高沸點(diǎn)溶劑的脫除效果也不一定好，因?yàn)樵诩庸で坝煤嫦涞臒峥諝鈦?lái)干燥物料，由于塑料的導(dǎo)熱性差，使得干燥時(shí)間長(zhǎng)達(dá)樹(shù)小時(shí)，效率很低，且物料易受污染，而采用第二種途徑時(shí)，由于被封閉在原料顆粒內(nèi)的揮發(fā)物、空氣和水分等又往往無(wú)法在顆粒熔融前完全逸出，特別是在螺桿轉(zhuǎn)速較高的情況下。針對(duì)上述問(wèn)題，為了找出一個(gè)脫除這些成分的更有效的途徑，更好地提高產(chǎn)品質(zhì)量，在生產(chǎn)中發(fā)展了排氣擠出機(jī)。排氣擠出機(jī)是在擠出成型制品過(guò)程中，能夠用來(lái)排除物料中所含的水分、溶劑、剩余單體、不凝性氣體及在成型溫度

17、下能揮發(fā)的低聚物的一種擠出設(shè)備。它可以省卻物料的干燥工序，提高制品質(zhì)量，它既具有排氣性能而又有較大的長(zhǎng)徑比，因此可以提高螺桿的轉(zhuǎn)速，從而提高機(jī)器的生產(chǎn)能力。排氣擠出機(jī)在加工塑料制品過(guò)程中，顯示出許多優(yōu)點(diǎn)，歐洲的許多有名度的擠出機(jī)制造商都在生產(chǎn)排氣擠出機(jī)，一般可分成兩大類： 單螺桿排氣擠出機(jī) 多螺桿排氣擠出機(jī)（大多數(shù)指雙螺桿）本論文只討論單螺桿排氣擠出機(jī)1最基本的商用單螺桿排氣擠出機(jī)通常，單螺桿排氣擠出機(jī)擠壓部件的基本結(jié)構(gòu)由兩段（通常叫兩階）組成，一般每階均有一固定的螺距和不同的槽深，物料從第一階的進(jìn)料區(qū)進(jìn)入，融化、升壓，最后送到第一計(jì)量段，然后半熔融體被釋壓（由于螺槽突然加深，有時(shí)伴隨著螺距突

18、然加寬），這樣半熔融體邊進(jìn)入排氣段，此段一般認(rèn)為是第二階螺桿的首段；在排氣段，揮發(fā)性物質(zhì)以及其它的氣體成分從熔融體中釋放，通過(guò)開(kāi)在機(jī)筒上的排氣孔逸出或由真空泵抽出。半熔融體在排氣段排氣后，繼而又在第二壓縮段、死二計(jì)量段（泵送段）升壓，并保持一定的壓力，（此壓力由機(jī)頭的阻力而決定），最后從機(jī)頭擠出成型制品。然而，排氣擠出機(jī)在生產(chǎn)過(guò)程中，通常有兩個(gè)不易解決的問(wèn)題：產(chǎn)量波動(dòng)；排氣口堵塞（即冒料問(wèn)題）。這兩個(gè)問(wèn)題是矛盾的統(tǒng)一，為了避免產(chǎn)量波動(dòng)，螺桿的第二計(jì)量段必須充滿熔體，并保持足夠的壓力，這就很可能會(huì)把熔體擠回排氣區(qū)，充滿排氣段，導(dǎo)致冒料；相反，威力防止排氣口堵塞，保持有效的排氣效率，就必須使排氣段

19、不充滿熔體，即希望熔體能盡快從第二計(jì)量段通過(guò)機(jī)頭擠出，這往往又會(huì)使擠出量波動(dòng)，因此，設(shè)計(jì)時(shí)要兼顧二者，設(shè)法達(dá)到平衡。2二階單螺桿排氣擠出機(jī)的類型盡管排氣擠出機(jī)工作原理相同，但結(jié)構(gòu)類型和螺桿的幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)等方面往往相差很大，這不僅取決于制造技術(shù)水平的高低，而且還取決于生產(chǎn)、科研需要的不同。根據(jù)目前國(guó)內(nèi)外所設(shè)計(jì)和使用的排氣擠出機(jī)的情況來(lái)看，從排氣口的開(kāi)設(shè)情況（亦既排氣段的多少）可分為二階和多階排氣式擠出機(jī)；只有一個(gè)排氣段的稱為二階排氣擠出機(jī)；有兩個(gè)或兩個(gè)以上排氣段的稱為多階排氣擠出機(jī)。多階排氣擠出機(jī)比二階排氣擠出機(jī)多若干段排氣程序，因此可以滿足某些物料加工的特殊要求，在一般的情況下，當(dāng)工藝上只需要

20、排除物料中所含的不凝性氣體和揮發(fā)物時(shí)，采用二階排氣擠出機(jī)（一次抽氣）已足夠有效，故目前用得較多的是二階排氣擠出機(jī)。第3章 排氣擠出機(jī)第31節(jié) 排氣擠出機(jī)的分類目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的二階單螺桿排氣擠出機(jī)有直排和直接抽氣式、旁路式、中空排氣和尾部排氣式擠出機(jī)。（1） 和直接抽氣式排氣擠出機(jī)圖3.1 一般排氣擠出工藝原理所謂直排和直接抽氣式排氣擠出機(jī)，即是系統(tǒng)直接由第一計(jì)量段進(jìn)入排氣段后，氣體是從設(shè)在排氣段的機(jī)筒上的排氣口排出的擠出機(jī)。如圖3.1所示，它的特點(diǎn)是螺桿加工較其它類型的排氣螺桿方便，加工物料的種類范圍較廣，較容易安裝加熱冷卻系統(tǒng)裝置，目前廣泛采用。（2） 旁路式排氣擠出機(jī) 圖3.2 旁路式排氣擠

21、出機(jī)上圖所示旁路式排氣擠出機(jī)的特點(diǎn)是在機(jī)筒上開(kāi)有旁路系統(tǒng)，在旁路上安有調(diào)壓閥，以控制流量，在其螺桿的第一計(jì)量段末有一反向螺紋，以迫使物料通過(guò)旁路進(jìn)入排氣段，其優(yōu)點(diǎn)是可方便地控制流量，達(dá)到防止冒料的目的。但這種機(jī)臺(tái)的機(jī)筒形狀復(fù)雜，熱處理加工時(shí)容易變形，而且螺桿上的反螺紋制造亦較難，在機(jī)筒上也不易布置加熱冷卻裝置，它不適于加工熱敏性塑料，但易于安裝調(diào)壓裝置。（3） 中空式排氣擠出機(jī)圖3.3 中空排氣式擠出機(jī)結(jié)構(gòu)原理圖1.中空部分 2.反螺紋上圖所示中空排氣擠出機(jī)的特點(diǎn)是在其螺桿的第一計(jì)量段后面設(shè)有一個(gè)或幾個(gè)反螺紋，在反螺紋的作用下，使向前的料流被迫從開(kāi)設(shè)在螺桿中心的孔中流到第二階螺桿，而氣體卻可以

22、通過(guò)反螺紋到達(dá)排氣段，并從排氣段排氣口排出，脫除了氣體的物料經(jīng)壓縮和塑化后從機(jī)頭擠出。該排氣擠出機(jī)亦不使用于加工熱敏性塑料，但其機(jī)筒的結(jié)構(gòu)比旁路式的簡(jiǎn)單，而螺桿的結(jié)構(gòu)卻復(fù)雜不易加工，因在螺桿的中心開(kāi)了孔，之螺桿的冷卻長(zhǎng)度受到限制。（4） 尾部排氣擠出機(jī)圖3.4 尾部排氣式擠出機(jī)圖3.4所示尾部排氣擠出機(jī)的特點(diǎn)是其螺桿有較短的壓縮段，且排氣口不開(kāi)設(shè)在機(jī)筒上，而開(kāi)在排氣段的螺桿上，氣體是從排氣口經(jīng)開(kāi)在螺桿中心的孔中從螺桿尾部排出的，故稱其為尾部排氣擠出機(jī)。此機(jī)臺(tái)的螺桿亦較復(fù)雜，其螺桿冷卻計(jì)受到限制，但在機(jī)筒的加工及安裝加熱冷卻裝置等方面比較容易。第32節(jié) 排氣擠出機(jī)的結(jié)構(gòu)排氣擠出機(jī)與普通擠出機(jī)的主

23、要不同是螺桿與料筒的結(jié)構(gòu)，同時(shí)排氣擠出機(jī)還有一套排氣系統(tǒng)。圖3.5所示為一級(jí)排氣擠出機(jī)的螺桿與料筒結(jié)構(gòu)示意簡(jiǎn)圖。排氣擠出機(jī)的螺桿可以看成是由前后兩根螺桿組成，第一根螺桿的出料端與排氣段相接。排氣段可以看成是第二根螺桿的加料段。這前后相聯(lián)的結(jié)構(gòu)決定了這兩根螺桿的產(chǎn)量相互牽制，相互影響。假如第一根螺桿的擠出能力大于第二根螺桿的進(jìn)料能力，則排氣口必然會(huì)冒料，影響正常生產(chǎn)。假如第二根螺桿的擠出能力大于第一根螺桿，則排氣擠出機(jī)擠出不穩(wěn)定，影響擠出質(zhì)量，因此要使排氣擠出機(jī)能正常工作，這兩根螺桿的擠出能力，在轉(zhuǎn)速相同的條件下，必須相等。一臺(tái)高質(zhì)量的排氣擠出機(jī)，不僅要求擠出產(chǎn)量高、質(zhì)量好、能耗低，而且要求排氣

24、口不冒料或少冒料。因此，排氣擠出機(jī)的機(jī)筒和螺桿設(shè)計(jì)比普通用擠出機(jī)的要復(fù)雜的多。圖3.5 排氣擠出機(jī)結(jié)構(gòu)圖1.加料段； 2.熔融段； 3.計(jì)量段； 4.減壓段5.排氣段； 6.壓縮段； 7.第二計(jì)量段排氣擠出機(jī)的結(jié)構(gòu)類型很多，根據(jù)料筒上排氣口的數(shù)量，可以分為一級(jí)和多級(jí)，采用較多的是一級(jí)和二級(jí)；根據(jù)排氣條件可以分為自然排氣和抽真空排氣。排氣口的位置可以設(shè)在熔融段的前方，也可以設(shè)在熔融段的末端。設(shè)計(jì)者應(yīng)根據(jù)材料的性能和最終所需達(dá)到的條件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。對(duì)粉末狀的原材料、原材料中所含揮發(fā)物的沸點(diǎn)比較低的，排氣口的位置應(yīng)放在熔融段的前端比較有利。對(duì)粒料，含高沸點(diǎn)揮發(fā)物的，排氣口的位置應(yīng)放在熔融段的后面。對(duì)

25、要求擠出物中所含揮發(fā)物極限值比較高的可采用自然排氣，這樣不易冒料，對(duì)提高產(chǎn)量有利。但對(duì)含量極限值比較低的，則應(yīng)采用真空排氣。對(duì)原材料中含揮發(fā)物量大的應(yīng)采用多級(jí)排氣螺桿，對(duì)固態(tài)料用抽真空排氣效果比較明顯，但對(duì)熔體的效果就小得多了。第33 節(jié) 排氣原理塑料在通過(guò)排氣擠出機(jī)螺桿時(shí)，要經(jīng)歷比普通螺桿更為復(fù)雜的歷程，各段功能在直接影響整機(jī)性能的同時(shí)還會(huì)相互影響，相互促進(jìn)或牽制，設(shè)計(jì)螺桿的各段時(shí)，必須應(yīng)用系統(tǒng)工程的觀點(diǎn)，使各段功能相互匹配，最優(yōu)組合，提高整機(jī)效率。偏面提高某一段功能，不但不能提高整機(jī)功能，有時(shí)甚至?xí)焕谄渌胃玫陌l(fā)揮功能。如設(shè)計(jì)排氣擠出機(jī)，假如把加料段的進(jìn)料能力提得很高，排氣段的排料能

26、力達(dá)不到要求，結(jié)果，螺桿轉(zhuǎn)速愈高，排氣口處的冒料量就愈大。為此，螺桿只能在較低的轉(zhuǎn)速下進(jìn)行生產(chǎn)，產(chǎn)量不能有實(shí)質(zhì)性的提高。設(shè)計(jì)排氣擠出機(jī)的螺桿，排氣段的設(shè)計(jì)是關(guān)鍵，物料通過(guò)此段時(shí)突然降壓，有的還要受負(fù)壓的影響，物料必須早此段內(nèi)將所含高于極限值的所有揮發(fā)物放出，同時(shí)將排好氣的物料及時(shí)向前輸送。排氣段的長(zhǎng)度不宜太長(zhǎng)，太長(zhǎng)不僅增加了螺桿的總長(zhǎng)，同時(shí)增加了冒料的危險(xiǎn)。因此，設(shè)計(jì)排氣擠出機(jī)螺桿，如何提高排氣段的效率至關(guān)重要，也是目前研究的一個(gè)熱點(diǎn)。本文將對(duì)90橡膠排氣擠出機(jī)在傳統(tǒng)機(jī)型的基礎(chǔ)上進(jìn)行開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)。從理論結(jié)合實(shí)踐設(shè)計(jì)出一套擠出機(jī)的主機(jī)系統(tǒng)，并與傳統(tǒng)主機(jī)進(jìn)行比較。90橡膠排氣擠出機(jī)是一個(gè)有機(jī)整體，對(duì)它

27、的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)必然要求綜合材料，材料加工，實(shí)踐等多方面的知識(shí)。由于本人知識(shí)結(jié)構(gòu)的局限，對(duì)聚合物加工、高分子材料、高分子材料加工機(jī)械設(shè)計(jì)及流體動(dòng)力學(xué)等理論和設(shè)計(jì)實(shí)踐還有許多認(rèn)識(shí)不足，懇請(qǐng)各界師長(zhǎng)、學(xué)人和朋友批評(píng)指正。第4章 設(shè)計(jì)排氣擠出機(jī)第41節(jié) 排氣擠出機(jī)主要組成部分（1） 一臺(tái)擠出成型設(shè)備通常又主機(jī)、輔機(jī)及其控制系統(tǒng)組成。1）主機(jī) 主機(jī)主要由以下三部分組成： 擠壓系統(tǒng) 它主要由機(jī)筒、襯套和螺桿組成，是擠出機(jī)的關(guān)鍵部分。 傳動(dòng)系統(tǒng) 其主要作用是驅(qū)動(dòng)螺桿，保證螺桿工作過(guò)程中、所需的扭距和轉(zhuǎn)速。 加熱冷卻系統(tǒng) 它保證塑料和擠壓系統(tǒng)在成型加工中的溫度要求。2）輔機(jī)擠出設(shè)備的組成根據(jù)制品的種類而定的。一般

28、來(lái)說(shuō)輔機(jī)是由機(jī)頭、定性裝置、冷卻裝置、牽引裝置、切割裝置等組成。3）控制系統(tǒng)擠出機(jī)的控制系統(tǒng)主要由電儀表和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成，其主要作用： 控制主、輔機(jī)的拖動(dòng)系統(tǒng)，以滿足工藝要求的轉(zhuǎn)速和功率。 控制主輔機(jī)的溫度、壓力、流量和制品的質(zhì)量。 實(shí)現(xiàn)整個(gè)擠出機(jī)的自動(dòng)控制。 一般來(lái)說(shuō)，主機(jī)在整個(gè)設(shè)備中是最主要的部分，而在主機(jī)部分中擠壓系統(tǒng)是最主要的。傳動(dòng)系統(tǒng)和加熱冷卻系統(tǒng)是為了保證擠出機(jī)正常工作服務(wù)的。在輔機(jī)的各項(xiàng)組成部分中，機(jī)頭的設(shè)計(jì)和制造往往是比較復(fù)雜的。隨著情況的轉(zhuǎn)變，這些矛盾可以相互轉(zhuǎn)化。（2） 擠出機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)有：螺桿直徑（指螺桿外圓直徑）、螺桿的長(zhǎng)徑比（即螺桿的工作部分長(zhǎng)度與之比值）、螺桿轉(zhuǎn)速

29、范圍、拖動(dòng)主螺桿的功率n、機(jī)器的生產(chǎn)能力q、機(jī)筒的加熱功率和機(jī)筒的分段數(shù)、機(jī)器的中心高度和外形尺寸（長(zhǎng)、寬、高）等，這些是衡量和選用擠出機(jī)的主要根據(jù)，也是設(shè)計(jì)擠出機(jī)時(shí)首先確定的技術(shù)參數(shù)。 生產(chǎn)能力生產(chǎn)能力是設(shè)計(jì)螺桿的主要指標(biāo)之一。不同規(guī)格的螺桿的指標(biāo)不一樣。同一種規(guī)格的螺桿由于結(jié)構(gòu)和幾何的差異或者由于螺桿的差異，加工同一種物料的生產(chǎn)能力也不同。因此，必須有一個(gè)衡量生產(chǎn)能力的標(biāo)準(zhǔn)。其中的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)就是生產(chǎn)能力q和螺桿n的轉(zhuǎn)速之比，稱為比流量q/n。熔料在螺桿中流動(dòng)時(shí)，在不考慮漏流的影響下，對(duì)單頭螺紋其生產(chǎn)率簡(jiǎn)化公式為： （4.1）其中： 螺桿直徑（厘米） n 螺桿轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/秒） q 生產(chǎn)能力（）

30、第一計(jì)量段螺槽深度（厘米） 第一計(jì)量段螺桿的螺旋升角把=9cm，n=75r/min=1.25r/s，=1cm，=代如到以上公式可得 功率消耗從擠出機(jī)的能量平衡來(lái)看，在擠壓系統(tǒng)中對(duì)物料所消耗的能量應(yīng)等于對(duì)物料的加熱能量和對(duì)螺桿的輸入功率的總合。通常以螺桿每單位生產(chǎn)能量的所消耗的機(jī)械功率作為衡量的標(biāo)準(zhǔn)，稱為螺桿的單耗n/q。螺桿的單耗值越大，說(shuō)明螺桿的機(jī)械功率對(duì)物料進(jìn)行剪切和摩擦作用而轉(zhuǎn)化為熱能越多，機(jī)械功率轉(zhuǎn)化的熱能越多，可能引起局部過(guò)熱，甚至造成物料的分解，影響制品的質(zhì)量：另一方面增加螺桿的傳動(dòng)裝置的湖負(fù)載或螺桿和機(jī)筒局部冷卻造成浪費(fèi)。因此在保證物料塑化的前提下，螺桿的單耗應(yīng)以底值為好。 擠出

31、物的質(zhì)量擠出物的質(zhì)量包括外觀質(zhì)量、擠出物的混合質(zhì)量、擠出物的擠出溫度在徑向上的溫度差值、溫度隨時(shí)間波動(dòng)的軸向溫差、擠出的壓力波動(dòng)等方面的內(nèi)容。擠出物的外觀質(zhì)量是指擠出物在擠出時(shí)表面是否出現(xiàn)不光滑、波浪形、鯊魚(yú)皮形等。擠出物的混合質(zhì)量指擠出物的各組分的分散程度。混合質(zhì)量好表明制品的各點(diǎn)的性能均勻性好。擠出物的擠出溫度是指保證塑化的前提下，擠出物擠出時(shí)的溫度的高低。擠出物的基礎(chǔ)溫度低，制品容易定型、可以縮短對(duì)制品的冷卻時(shí)間，能減輕輔機(jī)的冷卻負(fù)擔(dān)。軸向溫差指螺桿頭部前面某一軸向位置上物料的溫度隨著時(shí)間而伯父動(dòng)的溫度差值。徑向溫差是指在螺桿頭部前面某一垂直于物料流動(dòng)方向的截面上徑向各點(diǎn)的溫度差值。這兩

32、種差值太大容易使制品尺寸不均、變形、甚至造成局部過(guò)熱分解，降低制品的性能。 螺桿加工制造容易，使用壽命長(zhǎng)螺桿的加工制造困難，影響螺桿的造價(jià)。使用壽命短，機(jī)臺(tái)的經(jīng)濟(jì)性差。 機(jī)頭壓力的計(jì)算膠料在擠出機(jī)內(nèi)流動(dòng)的過(guò)程中，由于受到機(jī)頭內(nèi)腔流道的阻力和螺桿的壓縮作用，使機(jī)筒內(nèi)膠料的壓力有加料口開(kāi)始沿膠料流動(dòng)的方向逐漸升高，到螺桿頭部附近達(dá)到最大值，該值習(xí)慣上稱為機(jī)頭壓力。機(jī)頭壓力的大小與螺桿的幾何參數(shù)、螺桿轉(zhuǎn)速、機(jī)筒內(nèi)表面與螺棱頂部的間隙、膠料的性質(zhì)、機(jī)頭結(jié)構(gòu)以及口型截面等有關(guān)。對(duì)普通螺桿而言,膠料壓力在螺桿頭端 形成最大值.對(duì)于帶有屏障頭的螺桿,從喂料口到螺桿頭端會(huì)形成兩個(gè)壓力峰值,其最大的仍在螺桿的頭

33、部附近。在正常操作的條件下，當(dāng)螺桿擠出機(jī)達(dá)到操作溫度后，擠出壓力可以達(dá)到3-10mpa，如果操作條件不合理，膠料沒(méi)有達(dá)到預(yù)熱的溫度，或者口型截面較小時(shí)，擠出壓力可以達(dá)到13mpa。通常壓型擠出機(jī)的擠出壓力是10mpa左右，濾膠機(jī)為15mpa左右。因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)中為冷喂料濾膠機(jī)，機(jī)頭壓力主要用于螺桿、機(jī)筒及其它一些零件的校核時(shí)使用，為了安全起見(jiàn)，將機(jī)頭壓力假定為50mpa。 驅(qū)動(dòng)功率影響到機(jī)器能否正常生產(chǎn)，它直接決定成本的高低。它與所加工物料的品種、螺桿的長(zhǎng)徑比、轉(zhuǎn)速、擠出工螺桿的幾何形狀等多種因素有關(guān)，目前排氣螺桿的驅(qū)動(dòng)功率一般還是靠實(shí)驗(yàn)、類比和經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)確定，當(dāng)然，在條件具備的情況下亦可用理論公

34、式來(lái)進(jìn)行計(jì)算。排氣擠出機(jī)的驅(qū)動(dòng)功率應(yīng)為一、二階螺桿所消耗的驅(qū)動(dòng)功率之和，即 （4.2）式中 n 排氣擠出機(jī)所消耗的驅(qū)動(dòng)功率（千瓦） 排氣螺桿第一階所消耗的驅(qū)動(dòng)功率（千瓦） 排氣螺桿第二階所消耗的驅(qū)動(dòng)功率（千瓦）在計(jì)算、時(shí)，可參考普通螺桿的驅(qū)動(dòng)功率的計(jì)算方法進(jìn)行。但這時(shí)還必須注意到他們之間還存在一些異同點(diǎn)。如第一計(jì)量段末的壓力是否為零，物料在到達(dá)第二階時(shí)是否處于基本熔融塑化的狀態(tài)等情況來(lái)考慮。下表列出了部分排氣擠出機(jī)的驅(qū)動(dòng)功率，供設(shè)計(jì)時(shí)參考。表4.1 部分排氣擠出機(jī)的驅(qū)動(dòng)功率螺桿直徑(毫米)長(zhǎng)徑比轉(zhuǎn)速范圍(轉(zhuǎn)/分)生產(chǎn)率(公斤/時(shí)) 驅(qū)動(dòng)功率（千瓦）加熱功率及分段數(shù)加熱功率分段數(shù)4525504.

35、4-14.57.5603012016-24.9903012-12025074306903520070-18030-554151502721.6-6560-2007571.56 軸向力的計(jì)算螺桿的軸向力是擠出機(jī)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要參數(shù)，它是由作用在螺桿上的兩個(gè)不同部分的力組成的：螺桿頭端膠料對(duì)螺桿的反壓力（膠料的靜壓力）作用在螺桿端面上引起的，即由擠出壓力引起的軸向力，稱為靜壓軸向力；在螺桿旋轉(zhuǎn)推動(dòng)膠料運(yùn)動(dòng)時(shí)，膠料對(duì)螺桿表面摩擦阻力的軸向分力而引起的，稱為動(dòng)壓軸向力。 (4.3)式中： 軸向力，n； 靜壓軸向力，n； 動(dòng)壓軸向力，n。靜壓軸向力可以按擠出壓力與螺桿的橫截面積來(lái)計(jì)算，即： (4.4)式中

36、： 螺桿頭端膠料的擠出壓力， 螺桿外徑，m.。動(dòng)壓軸向力主要取決于膠料的性質(zhì)及其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。動(dòng)壓軸向力要精確計(jì)算是困難的，以下的是半經(jīng)驗(yàn)公式： (4.5)式中： 膠料移動(dòng)時(shí)的摩擦阻力，； 螺桿螺紋部分長(zhǎng)度，； 螺桿螺紋頭數(shù)； 螺紋的導(dǎo)程，； 螺峰的軸向?qū)挾?，。在上式中，摩擦阻力?jīng)國(guó)內(nèi)測(cè)定：對(duì)排氣擠出機(jī)推薦采用： (4.6)實(shí)驗(yàn)證明：僅為的1/81/4，即：本設(shè)計(jì)中軸向力的確定： 螺桿轉(zhuǎn)速的確定：擠出機(jī)螺桿轉(zhuǎn)速是擠出機(jī)的重要參數(shù)，直接影響擠出機(jī)的生產(chǎn)率、功率、壓出半成品的質(zhì)量，機(jī)器的結(jié)構(gòu)等。下面是一些影響轉(zhuǎn)速的因素。生產(chǎn)率與轉(zhuǎn)速的關(guān)系 從生產(chǎn)率q的計(jì)算公式中可知，隨著轉(zhuǎn)速n的增加，生產(chǎn)率q也上升。

37、但轉(zhuǎn)速過(guò)高，生產(chǎn)率提高不多，而且膠料容易焦燒。功率與轉(zhuǎn)速的關(guān)系 隨著轉(zhuǎn)速的增加，功率也隨著增加，但功率隨轉(zhuǎn)速增加的速率是逐漸下降的。機(jī)頭壓力與轉(zhuǎn)速的關(guān)系 隨著轉(zhuǎn)速n的增加，機(jī)頭壓力p略有增加。較大的機(jī)頭壓力可以提高半成品的致密度。但n增加時(shí)，p的增加不大，所以轉(zhuǎn)速對(duì)提高致密度的效果并不顯著。轉(zhuǎn)速n與膠料在機(jī)筒內(nèi)剪切、捏煉、塑化、升溫的關(guān)系 當(dāng)n升高后，速度梯度增加，則膠料的撕裂、剪切、捏煉的效果好，塑化亦好。但n過(guò)高，發(fā)熱量過(guò)大，當(dāng)冷卻不好時(shí)，容易發(fā)生早期硫化。因此n的高低既影響半成品的質(zhì)量，又影響擠出機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。如果能夠改善擠出機(jī)機(jī)筒和螺桿的散熱條件，就可以提高螺桿轉(zhuǎn)速n。螺桿的臨界轉(zhuǎn)速

38、在無(wú)旁壓輥的顆粒加料擠出機(jī)中，當(dāng)轉(zhuǎn)速過(guò)高時(shí)，會(huì)使進(jìn)料困難，甚至加不進(jìn)料。加不進(jìn)料膠料時(shí)的螺桿轉(zhuǎn)速稱為螺桿的臨界轉(zhuǎn)速，它可以根據(jù)膠料被螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)所產(chǎn)生的離心力與其重力相等的條件來(lái)確定。 (4.7)式中： 螺桿直徑，厘米。轉(zhuǎn)速n與傳動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)系 螺桿轉(zhuǎn)速越低，傳動(dòng)系統(tǒng)的減速比就越大，使傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。最佳條件下的螺桿轉(zhuǎn)速 最佳條件下的螺桿轉(zhuǎn)速n可以通過(guò)下式計(jì)算： (4.8)式中： n 螺桿的最佳轉(zhuǎn)速，； 螺桿直徑，mm； c 系數(shù)，排氣擠出機(jī)，膠料流動(dòng)性差時(shí)，c值應(yīng)相應(yīng)減少。排氣擠出機(jī)螺桿轉(zhuǎn)速與螺桿長(zhǎng)徑比有一定的關(guān)系，螺桿長(zhǎng)徑比大，轉(zhuǎn)速允許范圍大，以保證膠料在擠出機(jī)內(nèi)停留足夠的時(shí)間。參考國(guó)內(nèi)外同類

39、的擠出機(jī)的螺桿轉(zhuǎn)速，確定螺桿的最佳轉(zhuǎn)速，即正常工作時(shí)的螺桿轉(zhuǎn)速為，有效工作的螺桿轉(zhuǎn)速范圍是。第42節(jié) 設(shè)計(jì)排氣螺桿 擠出機(jī)螺桿的基本參數(shù)（1） 螺桿的直徑：指螺桿的外經(jīng)，它是擠出機(jī)規(guī)格大小的標(biāo)志；（2） 螺桿的長(zhǎng)度l和長(zhǎng)徑比：螺桿的長(zhǎng)度l是指螺桿的有效工作長(zhǎng)度，即自螺桿加料段螺紋部分至均化段長(zhǎng)度的末端的長(zhǎng)度。（3） 螺桿的螺槽深度h和壓縮比i:螺桿的螺槽深度是指螺紋的外半徑與其根部半徑之差。螺桿的壓縮段比（又稱為幾何壓縮比）i是指螺桿加料段第一個(gè)螺槽容積和均化段最后一個(gè)螺槽的容積之比。（4）螺桿的螺紋升程（又稱為導(dǎo)程）、螺紋升角、螺紋頭數(shù)和螺距排氣螺桿的設(shè)計(jì)的基本參數(shù)有：螺桿直徑、長(zhǎng)徑比、螺桿

40、的特征深度、壓縮比、排氣段的螺槽深度及排氣段的長(zhǎng)度、螺桿的轉(zhuǎn)速及螺桿各段長(zhǎng)度的分配等。在設(shè)計(jì)并確定排氣螺桿的這些基本工作特性參數(shù)的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)根據(jù)理論計(jì)算、生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)實(shí)驗(yàn)的有關(guān)資料的累積。同時(shí)還應(yīng)考慮到所加工的原料的工藝條件、排氣過(guò)程的特殊要求及所配的機(jī)頭口模結(jié)構(gòu)類型等因素。（1） 長(zhǎng)徑比整條排氣螺桿的有效工作長(zhǎng)度l與螺桿的直徑的比值即為排氣螺桿的長(zhǎng)徑比（l/）。在普通擠出機(jī)上，由于物料是經(jīng)過(guò)塑化和均化后即進(jìn)行擠出成型，而排氣擠出機(jī)的物料是在經(jīng)過(guò)第一階螺桿的基本塑化后，還要在排氣段進(jìn)行排氣，而排氣后的物料再經(jīng)第二階螺桿擠出。因此，它的長(zhǎng)徑比都比普通螺桿的大。在確定螺桿的長(zhǎng)徑比時(shí)，應(yīng)注意到，如

41、選得太小，則物料在第一階中有可能達(dá)不到基本塑化的程度，這將影響到排氣效果。而長(zhǎng)徑比過(guò)大，又容易使螺桿彎曲變形，且使制造帶來(lái)困難。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)具體要求而定。目前國(guó)內(nèi)部分排氣擠出機(jī)的長(zhǎng)徑比如下表所示。表4.2 目前國(guó)內(nèi)部分排氣擠出機(jī)的長(zhǎng)徑比螺桿直徑 (毫米)45659090150150長(zhǎng)徑比（l/）2526253027307（2） 排氣螺桿的螺槽特征深度排氣螺桿第一計(jì)量段的螺槽深度稱為它的特征深度，一般用=k來(lái)表示。式中是螺桿直徑（厘米），k是系數(shù)。第一計(jì)量段的螺槽深度影響著生產(chǎn)能力，因此在螺桿直徑等已確定的情況下，可根據(jù)生產(chǎn)能力的要求，來(lái)確定第一計(jì)量段的螺槽深度的大小。對(duì)于系數(shù)k來(lái)說(shuō)，根

42、據(jù)現(xiàn)有排氣擠出機(jī)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，在直徑相同的情況下，長(zhǎng)徑比較大的則對(duì)應(yīng)著較大的k值。根據(jù)資料介紹，0.03-0.05左右，對(duì)一般排氣擠出機(jī)來(lái)說(shuō)，可取k0.033。（3） 排氣螺桿的壓縮比排氣式螺桿在第一、第二階均有壓縮段和壓縮比。而且這兩段的壓縮比是有所不同的。因?yàn)槲锪显谶@兩個(gè)壓縮段中的狀態(tài)有所不同。在第一壓縮段中，物料還未被塑化，而在第二壓縮段時(shí)，物料已經(jīng)基本塑化并已經(jīng)通過(guò)脫氣。因此在選取和計(jì)算這兩段的壓縮比時(shí)，應(yīng)根據(jù)它的所處的狀態(tài)和所對(duì)應(yīng)的物料密度來(lái)考慮。（4） 排氣段各參數(shù)的確定衡量排氣擠出機(jī)的優(yōu)劣的質(zhì)量指標(biāo)之一是排氣效果的好壞。排氣純粹是一個(gè)物理過(guò)程。當(dāng)氣體從熔融物料中排出時(shí)，必須克服熔體表

43、面的張力和氣體從熔體向表面擴(kuò)散的阻力。影響排氣段排氣效果的因素很多。根據(jù)實(shí)驗(yàn)表明，排氣段的流量、物料在排氣段的充滿程度、排氣段的長(zhǎng)度、物料在排氣段的停留時(shí)間以及物料在排氣段所承受的剪切應(yīng)變等，都直接關(guān)系到排氣段的排氣效果。排氣段中的物料流量大，則排氣效率低；物料在排氣段停留的時(shí)間長(zhǎng)，則排氣率高；物料在排氣段充滿程度大，則排氣效率低；物料在排氣段所承受的剪切變形大，則排氣效率高；排氣段較長(zhǎng)時(shí)排氣效率亦高。（5）排氣螺桿各段長(zhǎng)度的分配 第一階螺桿的長(zhǎng)度排氣螺桿在第一階的長(zhǎng)度應(yīng)保證物料在進(jìn)入排氣段前已基本塑化。在一般情況下，其長(zhǎng)度約為螺桿全長(zhǎng)的53-58%，最長(zhǎng)亦不超過(guò)全長(zhǎng)的2/3。對(duì)于長(zhǎng)徑比較大的

44、排氣螺桿，這一百分比可取較小的值。 第一加料段的長(zhǎng)度第一加料段長(zhǎng)度可取第一階螺桿長(zhǎng)度的60-65%。 第一、二壓縮段長(zhǎng)度因物料在第二壓縮段中已熔融，故第二壓縮段長(zhǎng)度一般不大于2。 第一、二計(jì)量段長(zhǎng)度第一計(jì)量段長(zhǎng)度可取為第一階螺桿全長(zhǎng)的25-30%。根據(jù)資料介紹，第一計(jì)量段長(zhǎng)度不少于3。在可能的情況下，為保證擠出過(guò)程的穩(wěn)定，適當(dāng)?shù)脑黾拥诙?jì)量段的長(zhǎng)度是可行的。一般認(rèn)為，它可取整體排氣螺桿長(zhǎng)度的15-25%。對(duì)于長(zhǎng)徑比較大的螺桿，這一百分比還可取得大些。第二計(jì)量段與第一計(jì)量段的長(zhǎng)度比可為1.8-0.8。 減壓段長(zhǎng)度減壓段長(zhǎng)度一般不大于1。表4.3 國(guó)內(nèi)外部分排氣擠出機(jī)螺桿的參數(shù)l/30185.55

45、25.830.834.524.52.545255431515623260185.8535.13.60.683114.5110201.68.84.51.741.870.818918911526914161418420.56.5150244.54.250.250.25.516319.68.2515027122.212.46.53.6154204.5603093414279310.85.9902492314141139.55.469024725141411313.15.87602490.53.50.550.55729.54.760466.53.5415248312.75.8115242.565.51

46、22512315.26.82第4.3節(jié) 機(jī)筒的設(shè)計(jì)螺桿和機(jī)筒共同組成了擠出機(jī)的擠壓系統(tǒng)。完成對(duì)物料的固體輸送、熔融和定壓定量輸送。機(jī)筒的結(jié)構(gòu)形式關(guān)系到熱量的穩(wěn)定性和均勻性，并且對(duì)于一些新型的擠壓系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，機(jī)筒在加料段上的機(jī)構(gòu)形式也影響到固體輸送效率。機(jī)筒的機(jī)械加工使用壽命也影響到整個(gè)擠壓系統(tǒng)的工作性能。因此，機(jī)筒在擠壓系統(tǒng)中是僅次于螺桿的重要零部件。普通擠出機(jī)機(jī)筒的結(jié)構(gòu)形式常見(jiàn)的有三種，分別為：整體式機(jī)筒、分段式機(jī)筒和雙金屬機(jī)筒。（1） 整體式機(jī)筒圖4.1所示為整體式機(jī)筒的結(jié)構(gòu)形式之一。其特點(diǎn)是長(zhǎng)度大、加工要求比較高；在加工精度和裝配精度上容易得到保證（特別式螺桿和機(jī)筒的同心度要求），也可簡(jiǎn)化

47、裝配工作；在機(jī)筒上設(shè)置外加熱器不易受到限制，機(jī)筒受熱均勻。一般專業(yè)制造廠用的比較多。但是機(jī)筒的加工設(shè)備要求較高，技術(shù)加工要求也較高；機(jī)筒內(nèi)表面磨損不易修復(fù)。圖4.1 整體式機(jī)筒（2） 分段式機(jī)筒分段式機(jī)筒如圖4.2所示，是將機(jī)筒分成幾段加工，然后各段用法蘭或其它形式聯(lián)結(jié)起來(lái)。圖4.2分段式機(jī)筒這種機(jī)筒形式的機(jī)械加工比整體式簡(jiǎn)單，便于改變長(zhǎng)徑比。多用于需要改變長(zhǎng)徑比或?qū)嶒?yàn)室用的擠出機(jī)以及排氣時(shí)擠出機(jī)的機(jī)筒，使機(jī)筒結(jié)構(gòu)更加合理。這種機(jī)筒的主要缺點(diǎn)是分段太多時(shí)難以保證各段的對(duì)中；法蘭聯(lián)結(jié)處影響了機(jī)筒的加熱均勻性。（3） 金屬機(jī)筒雙金屬機(jī)筒主要結(jié)構(gòu)形式有兩種：一種襯套式機(jī)筒；另一種實(shí)在機(jī)筒上澆鑄一層合

48、金箔層，簡(jiǎn)稱為澆鑄式機(jī)筒。 襯套式機(jī)筒襯套是機(jī)筒一般是在大中型擠出機(jī)的機(jī)筒內(nèi)裝配上可以更換的合金鋼襯套。襯套可制作成整體式或分段式的形式。分段式襯套制作方便一些。機(jī)筒是用一般的碳素鋼或鑄鋼材料。這種機(jī)筒結(jié)構(gòu)可節(jié)省貴重金屬；襯套磨損后可更換，提高了機(jī)筒的使用壽命。但是襯套式機(jī)筒的設(shè)計(jì)、制造和裝配等比非襯套式機(jī)筒復(fù)雜，設(shè)計(jì)時(shí)需注意的問(wèn)題：襯套于機(jī)筒的配合間隙要適合。過(guò)松的配合間隙，擠出機(jī)在工作式會(huì)出現(xiàn)襯套相對(duì)于機(jī)筒的移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)也不利于傳熱。過(guò)緊的間隙配合除了使裝拆襯套的工作帶來(lái)困難外，還會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的裝配應(yīng)力。因此，要選擇適當(dāng)?shù)呐浜祥g隙。為防止產(chǎn)生襯套與機(jī)筒相對(duì)運(yùn)動(dòng)，在襯套與機(jī)筒之間常常裝有止

49、動(dòng)鍵獲止動(dòng)銷（見(jiàn)圖4.3）。由于襯套和機(jī)筒的材料不同，受熱后膨脹不一致，因而在結(jié)構(gòu)上應(yīng)使襯套在機(jī)筒內(nèi)有伸縮的余地。各段襯套之間的接合處要有一定的接觸應(yīng)力，使受熱后不留下接觸間隙，以防止塑料落入間隙而發(fā)生熱分解。圖4.3襯套式機(jī)筒 澆鑄式機(jī)筒澆鑄使機(jī)筒是在機(jī)筒內(nèi)壁上離心澆鑄一層大約2毫米厚的合金屬。然后研磨到所需要的機(jī)筒內(nèi)徑尺寸（一般研磨量很?。?。這種機(jī)筒的特點(diǎn)是合金層與機(jī)筒的基體結(jié)合的很好，且沿機(jī)筒軸向長(zhǎng)度上的結(jié)合較均勻，既沒(méi)有剝落的傾向，也不會(huì)開(kāi)裂，還有機(jī)好的滑動(dòng)性能。由于這種合金層的耐磨性高，使用壽命較長(zhǎng)。參照以上所述的機(jī)筒形式，雖然整體式機(jī)筒的加工技術(shù)要求高，但考慮到其普遍性以及在裝配時(shí)

50、的簡(jiǎn)單性，因此選用了整體式的機(jī)筒。第4.4節(jié) 機(jī)筒和螺桿的材料選擇以及對(duì)中性的確定螺桿和機(jī)筒在擠出機(jī)擠出時(shí)受到高溫、高壓的作用。同時(shí)受到機(jī)械刮磨。有的塑料還有化學(xué)腐蝕作用，且螺桿受到的扭矩也較大。螺桿和機(jī)筒的工作溫度有時(shí)達(dá)400高溫和3050mpa的壓力，甚至壓力高達(dá)7080mpa。螺桿和機(jī)筒在這些條件下工作，要求其機(jī)械性能能滿足要求。且螺桿的螺棱的頂面和機(jī)筒的內(nèi)表面受到刮磨，不斷加大了螺桿與積筒之間的間隙，影響了螺桿的工作性能。有些腐蝕性較強(qiáng)的塑料，在加工時(shí)對(duì)螺桿和機(jī)筒有很大的腐蝕作用。加工含有填料的塑料，造成螺桿和機(jī)筒的磨損更加嚴(yán)重。因此對(duì)材料的性能應(yīng)該滿足如下要求：（1） 機(jī)械強(qiáng)度高在選

51、擇材料時(shí)時(shí)，要求有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，以保證設(shè)計(jì)和使用上的要求。（2） 工性能好選擇的鋼材要有好的切削加工性能和熱處理性能。在一般情況下，切削加工之后還要進(jìn)行熱處理，如氮化或淬火等，所以鋼材要易于適應(yīng)這方面的要求。（3） 耐腐蝕性和抗磨性能好一般未經(jīng)處理的鋼材，其耐磨性能不是很高，往往影響其使用壽命。加工含腐蝕性物質(zhì)時(shí)，要求選取的鋼材或經(jīng)過(guò)出理后具有較好的耐腐蝕性。（4） 取材容易，成本低。我國(guó)目前常用的一些材料及其主要性能見(jiàn)表4.4所示。表4.4 我國(guó)螺桿和機(jī)筒常用材料材料類別性能45鋼40cr鋼鍍鉻38crmoala氮化屈服極限（mpa）36080085硬度最高用溫度（）500500熱處理硬度

52、（hrc）基體45鍍鉻層5565耐hcl腐蝕性不好較好中等熱處理工藝簡(jiǎn)單較復(fù)雜復(fù)雜線膨脹系數(shù)（/）12.1基體13.8鉻層8.29.214.8相當(dāng)價(jià)格11.52.5對(duì)于一些要求不高的螺桿和機(jī)筒采用45鋼，雖然成本低取材容易，但其耐磨性和耐腐蝕性差。40cr鋼經(jīng)過(guò)渡鉻（一般鍍其深度為0.050.1mm）后的抗磨性和抗腐蝕性能大大提高。但對(duì)鉻層的厚度要求太高，厚度過(guò)薄時(shí)，質(zhì)地疏松；過(guò)厚時(shí)容易剝落，從而加速其磨損。參照國(guó)內(nèi)主要機(jī)筒和螺桿的生產(chǎn)產(chǎn)家，選其材料38crmoala的氮化鋼，其綜合性能良好。煅后正火處理，粗加工后調(diào)質(zhì)處理。螺桿與機(jī)筒的對(duì)中性從設(shè)計(jì)要求上，螺桿與機(jī)筒的中心線必須重合，但是由于制

53、造和裝配的原因，實(shí)際上卻無(wú)法達(dá)到此要求。由于螺桿和機(jī)筒之間間隙的存在，因此一般不同心度所造成的影響較小，而不垂直度造成的影響較大。這是由于螺桿和機(jī)筒較長(zhǎng)，微小的不垂直度反映到螺桿頭部都會(huì)出現(xiàn)較大的偏差。為了提高螺桿和機(jī)筒的對(duì)中性，采取下列措施：提高螺桿和機(jī)筒的加工和裝配精度，減小積累誤差：盡量減少組成零件的數(shù)目；采用有效的定位基準(zhǔn)和合理的連接方式。在設(shè)計(jì)時(shí)參考塑料機(jī)械設(shè)計(jì)圖集，通過(guò)在機(jī)筒兩端的結(jié)構(gòu)改進(jìn)來(lái)保證螺桿與機(jī)筒的對(duì)中性。第45節(jié) 傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)是擠出機(jī)的主要組成部分之一。其作用是驅(qū)動(dòng)螺桿，并使螺桿在選定的工藝條件下（如壓力、速度和溫度等）獲得所需的扭矩并能均勻的旋轉(zhuǎn)，完成對(duì)塑料的塑化和連續(xù)地輸送、擠出成型。（1） 擠出機(jī)功率的確定