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擠出機的組成

壹般來說,單螺桿擠出機是最基本和最常見的擠出機。主要包括傳動裝置、送料裝置、料筒、螺桿、機頭、模具六個部分。傳動部分通常由電機、變速箱和軸承組成。在擠出過程中,螺桿的轉速必須穩定,不能隨螺桿載荷的變化而變化,以保持所得產品的質量均勻。但在不同的場合,要求螺桿可以變速,以滿足壹臺設備可以擠出不同塑料或不同產品的要求。因此,這部分壹般采用交流換向器電機、DC電機等裝置來實現無級變速。壹般螺桿轉速為10~100轉/分。

傳動系統的作用是驅動螺桿,供給螺桿在擠出過程中所需的扭矩和轉速,通常由電機、減速器和軸承組成。在結構基本相同的前提下,減速器的制造成本與其整體尺寸和重量大致成正比。由於減速器的外形和重量較大,意味著制造時消耗的材料較多,使用的軸承也比較大,增加了制造成本。

對於相同螺桿直徑的擠出機,高速高效擠出機比常規擠出機耗能更大,需要加倍電機功率,相應增加減速機底座數量。但是高螺桿轉速意味著低減速比。與減速比大的減速器相比,減速比小的減速器齒輪模數增大,減速器承載能力增加。因此,減速器體積和重量的增加與電機功率的增加不成線性比例。如果以擠出量為分母,除以減速器重量,高速高效擠出機數量少,普通擠出機數量多。從單位產量來看,高速高效擠出機的電機功率和減速機重量較小,意味著高速高效擠出機的制造成本低於普通擠出機。壹般多采用顆粒狀物料給料,但也可采用帶狀物料或粉狀物料。錐形料鬥通常用在加料設備中,其體積要求至少能提供壹小時的用量。料鬥底部有截斷裝置,用於調節和切斷物料流動,料鬥側面安裝有觀察孔和校準計量裝置。有的料鬥還可能裝有減壓裝置或加熱裝置,防止原料從空氣中吸收水分,或者有的桶還可能裝有攪拌器,可以自動加料或投料。

1.箱

料鬥通常制成對稱形式。料鬥側面有壹個觀察料位和加料情況的窗口,料鬥底部有壹個啟閉門,用於停止和調節加料量。蓋住料鬥,防止灰塵、水分和雜質落入。在選擇料鬥材料時,最好使用輕質、耐腐蝕、易加工的材料,壹般使用鋁板和不銹鋼板。料鬥的體積取決於擠出機的尺寸和進料方式。壹般是擠壓機1 ~ 1.5h的擠壓能力..

2.飼養

加料方式有兩種:人工加料和自動加料。自動送料主要有彈簧送料、鼓風送料、真空送料和傳送帶送料。壹般來說,小型擠出機采用手動加料,大型擠出機采用自動加料。

3.飼養方法的分類

①重力進料:

原理——物料靠自身重量進入機筒,包括人工給料、彈簧給料和鼓風給料。

特點-結構簡單,成本低。但容易造成送料不均勻,從而影響零件質量。它只適用於小型擠出機。

②強迫餵食:

原理——在料鬥中安裝壹個可以對物料施加外部壓力的裝置,迫使物料進入擠出機的料筒。

特點——能克服“架橋”現象,使進料均勻。進料螺桿由擠出機螺桿通過傳動鏈驅動,因此其轉速與螺桿轉速相適應。過載保護裝置可以在充電口堵塞時啟動,避免充電裝置損壞。壹般是合金鋼或內襯合金鋼的復合鋼管制成的金屬桶。其基本特點是耐高溫、耐壓、堅固、耐磨、耐腐蝕。壹般桶的長度為其直徑的15~30倍,其長度以物料充分受熱塑化均勻為原則。槍管應該有足夠的厚度和剛度。內部應該是光滑的,但有些槍管刻有各種凹槽,以增加與塑料的摩擦。桶外附有電加熱器、溫度自動控制裝置和帶電阻、感應器等加熱方式的冷卻系統。

1.槍管在結構上有三種類型:

(1)壹體式墨盒

加工方法-對整個材料進行加工。

優點——容易保證較高的制造精度和裝配精度,可以簡化裝配工作,氣缸受熱均勻,用途多。

缺點——由於桶長,加工要求高,對加工設備的要求也很嚴格。磨損後很難修復機筒的內表面。

(2)綜合材料清單

加工方法——將筒體加工成若幹段,然後用法蘭或其他形式將各段連接起來。

優點——加工簡單,易於改變長徑比,多用於改變螺桿長徑比的情況。

缺點——加工精度要求很高,由於分段較多,各段同軸度難以保證,法蘭連接破壞了筒體的加熱均勻性,增加了熱量損失,加熱冷卻系統設置和維護困難。

(3)雙金屬桶

加工方法——在普通碳鋼或鑄鋼的基體中插入或鑄造壹層合金鋼材料。既能滿足槍管的材料要求,又能節約貴金屬材料。

①襯套筒體:筒體配有可更換的合金鋼襯套。節約了貴金屬,可以更換襯套,延長了筒體的使用壽命。但是它的設計、制造和組裝是復雜的。

(2)鑄桶:在桶內壁離心鑄造壹層厚度約2mm的合金,然後通過磨削得到所需的桶內徑。合金層與槍管基部結合良好,沿槍管軸向長度方向結合均勻,不存在剝落和開裂的傾向,還具有優良的滑動性能,耐磨性高,使用壽命長。

(4)IKV圓筒

1)筒體裝料段內壁設有縱向凹槽。

為了提高固體輸送率,根據固體輸送理論,壹種方法是增加機筒表面的摩擦系數,另壹種方法是增加物料在垂直於螺桿軸線的進料口處的截面積。這兩種方法的實施例是在註射筒裝料部分的內壁上開壹個縱向槽,並使靠近裝料口的註射筒部分的內壁逐漸變細。

2)加料段中料筒的強制冷卻

為了提高固體輸送能力,還有另壹種方法。它是在加料段對料筒進行冷卻,以保持被輸送物料的溫度在軟化點或熔點以下,避免熔融膜的出現,保持物料的固體摩擦性能。

采用上述方法後,輸送效率由0.3提高到0.6,擠出量對模頭壓力的變化不太敏感。螺桿是擠出機的心臟和關鍵部件。螺桿的性能決定了擠出機的生產率、塑化質量、添加劑的分散、熔體溫度和功耗。它是擠出機最重要的部分,直接影響擠出機的應用範圍和生產效率。只有當螺桿的旋轉對塑料施加極限壓力時,塑料才能在機筒內運動、加壓並從摩擦中獲得部分熱量,塑料才能在機筒的運動過程中得到混合和塑化。當粘性熔體被擠出並流過模具時,它可以獲得所需的形狀和形式。螺桿和機筒壹樣,由高強度、耐熱、耐腐蝕的合金制成。

因為塑料的種類很多,所以性質也不壹樣。所以在實際操作中,為了滿足不同塑料加工的需要,需要不同類型的螺桿,其結構也不同。以便最大化塑料的運輸、擠壓、混合和塑化。圖為幾種常見的螺絲。

代表螺桿特性的基本參數有以下幾點:直徑、長徑比、壓縮比、螺距、螺槽深度、螺桿角度、螺桿與機筒的間隙等。

最常見的螺桿直徑D約為45~150 mm,隨著螺桿直徑的增大,擠出機的加工能力也隨之提高,擠出機的生產率與螺桿直徑D的平方成正比,螺桿的有效長度與工作部分直徑之比(簡稱L/D)通常為18~25。大L/D可以改善物料的溫度分布,有利於塑料的混合和塑化,減少泄漏和逆流。提高擠出機的生產能力,大長徑比螺桿適應性強,可用於擠出各種塑料。但如果L/D過大,塑料部會因加熱時間增加而降解。同時,由於螺釘自重的增加,自由端會發生撓曲下垂,容易造成材料與螺釘之間的劃傷,制造加工困難。並且擠出機的功耗增加。螺桿太短容易造成混煉時塑化不良。

機筒內徑與螺桿直徑之差的壹半稱為間隙δ,它會影響擠出機的生產能力。隨著δ的增加,生產率降低。通常將δ控制在0.1-0.6 mm左右是合適的,如果δ較小,材料將受到較大的剪切作用,有利於塑化。但是,如果δ太小,強烈的剪切作用容易導致材料的熱機械降解,同時,螺桿將被保持或摩擦桶壁。而且如果δ過小,物料幾乎不會發生泄漏和逆流,會在壹定程度上影響熔體的混合。

螺旋角φ是螺紋與螺桿橫截面之間的夾角。隨著φ的增加,擠出機的生產率增加,但對塑料的剪切作用和擠壓力下降。通常螺旋角在10° ~ 30°之間,沿螺桿長度方向變化。常用等距螺桿,螺距等於直徑。φ的值約為17 41’。

壓縮比越大,塑料的擠壓比越大。當螺旋槽較淺時,可以對塑料產生較高的剪切速率,有利於筒壁與材料之間的傳熱。物料混合和塑化效率越高,生產率越低。反之,當螺旋槽較深時。情況正好相反。因此,熱敏材料(如PVC)應使用深螺旋槽螺釘;對於熔體粘度低、熱穩定性高的塑料(如聚酰胺),應采用淺螺旋槽螺桿。

1.螺釘分段

當材料沿螺桿向前運動時,它經歷溫度、壓力和粘度的變化,這些變化在螺桿的整個長度上是不同的。根據物料的變化特性,螺桿可分為進料段、壓縮段和均化段。

(1)、可塑和可塑三種狀態

有兩種塑料:熱固性塑料和熱塑性塑料。熱固性塑料成型固化後,不能再加熱熔化。由熱塑性塑料形成的產品可以被加熱和熔化以形成其他產品。

隨著溫度的變化,熱塑性塑料產生三態變化:玻璃態、高彈性態、粘性態,並且隨著溫度的反復變化,三態反復變化。

A.三種狀態下聚合物熔體的不同特性:

玻璃態——塑料看起來是壹種堅硬的固體;熱運動能量小,分子間力大,變形主要由鍵角變形貢獻;外力撤除後變形瞬間恢復,屬於壹般彈性變形。

高彈性狀態——塑料表現為類似橡膠的物質;形變由鏈段取向引起的大分子構象拉伸貢獻,形變值大;去除外力後變形可以恢復,但具有時間依賴性,屬於高彈性變形。

粘性流動-塑料表現為高粘性熔體;熱能進壹步加劇鏈狀分子的相對滑動運動;變形是不可逆的,屬於塑性變形。

B.塑料加工和塑料三種狀態:

塑料可以在玻璃狀態下加工。在高彈性狀態下,可以拉伸,如拉伸紡織品、管材擠出、吹塑和熱成型。粘性流體可以被塗覆、旋轉模塑和註射模塑。

當溫度高於粘性流體狀態時,塑料會熱分解,當溫度低於玻璃態時,塑料會變脆。當塑料溫度高於粘性流體狀態或低於玻璃態趨勢時,熱塑性塑料往往會嚴重變質和破壞,因此在加工或使用塑料制品時應避開這兩個溫度區域。

②三級螺桿

塑料在擠出機中有三種物理狀態:玻璃態、高彈性態和粘性態,每種狀態需要不同的螺桿結構。

C.為了滿足不同狀態的要求,擠出機的螺桿通常分為三段:

進料段L1(也稱固體輸送段)

L2熔化部(稱為壓縮部)

均化段L3(稱為計量段)

這就是所謂的三級螺旋。塑料在這三個階段的擠出過程是不同的。

裝料部分的作用是將料鬥供應的材料送到壓縮部分。塑料通常在運動過程中保持固態,並且由於加熱而部分熔化。進料段的長度隨著塑料的類型而變化,可以從離料鬥不遠到螺旋杯總長度的75%。

壹般來說,擠出結晶聚合物最長,其次是硬無定形聚合物,軟無定形聚合物最短。由於餵料段不壹定要產生壓縮,所以它的螺旋槽容積可以保持不變,而螺旋角對這壹段的餵料量影響很大,實際上影響了擠出機的生產率。通常粉狀物料的螺旋角在30度左右,生產率最高。方形材料的螺旋角應為15度左右,球形材料的螺旋角應為17度左右。

進料段螺桿的主要參數:

螺旋角ψ壹般為17 ~ 20。

螺桿槽深度H1在均化段螺桿槽深度確定後,通過螺桿的幾何壓縮比ε計算。

進料段長度L1由經驗公式確定:

對於無定形聚合物l 1 = (10% ~ 20%) l

對於結晶聚合物L1 = (60% ~ 65%) L

壓縮段(遷移段)的作用是壓實物料,使物料由固態轉變為熔融態,並除去物料中的空氣;為了適應物料熔化時將物料中的氣體推回餵料段,壓實物料,減小體積的特點,該段的螺桿要對塑料有很大的剪切作用和壓縮作用。所以螺旋槽的體積通常是逐漸減小的,減小的程度由塑料的壓縮比(產品比重/塑料表觀比重)決定。壓縮比不僅與塑料的壓縮比有關,還與塑料的形狀有關。粉末比重小,夾帶的空氣多,需要更大的壓縮比(可達4~5),而顆粒料只有2.5~3。

壓縮部分的長度主要與塑料的熔點和其他特性有關。熔融溫度範圍較寬的塑料,如PVC,在150℃以上開始熔融,壓縮段最長,可達螺桿總長度的100%(漸變型)。熔融溫度範圍較窄的聚乙烯(低密度聚乙烯105~120℃,高密度聚乙烯125 ~)對於大多數熔融溫度範圍較窄的聚合物,如聚酰胺,壓縮段甚至只有壹個螺距長。

熔融段螺桿的主要參數:

壓縮比ε:壹般指幾何壓縮比,即螺桿進料段第壹個螺旋槽的體積與均質段最後壹個螺旋槽的體積之比。

ε=(Ds-h 1)h 1/(Ds-H3)≈h 1/H3

式中,h 1——進料段第壹個螺旋槽的深度。

H3——均化段最後壹個螺旋槽的深度。

熔化段長度L2由經驗公式確定:

對於無定形聚合物,L2 = 55% ~ 65% L

對於結晶聚合物L2 = (1 ~ 4) ds

均化段(計量段)的作用是將熔融材料以恒定的體積(量)和壓力送入模具,使其在模具中成型。均化段中螺旋槽的容積與進料段中的容積壹樣恒定。為了避免物料停留在螺桿頭端面的死角造成分解,螺桿頭總是設計成圓錐形或半圓形;螺旋汗有的勻質段是表面完全光滑的桿體,稱為魚雷頭,但有的刻有凹槽或銑成花紋。魚雷頭具有攪拌和控制物料的作用,消除了流動時的脈動(脈沖)現象,隨著物料壓力的增加,物料層厚度減小,加熱條件改善,螺桿塑化效率可進壹步提高。該部分可以是螺釘總長度的20-25%。

均化段螺桿的重要參數:

螺旋槽的深度H3由經驗公式H3 = (0.02 ~ 0.06) ds確定。

長度L3由以下公式確定:L3 = (20% ~ 25%) L。

D.根據熔體輸送理論,在螺桿的均化段有四種形式的熔體流動,熔融物料在螺桿槽中的流動是這四種流動的組合:

順流-塑料熔體在機筒和螺桿之間沿著螺桿槽朝向機頭的方向流動。

逆流——流動方向與順流相反,這是由於機頭、多孔板、濾板的阻力造成的壓力梯度造成的。

錯流-熔體沿垂直於螺紋壁的方向流動,影響擠出過程中熔體的混合和熱交換。

泄漏——由於壓力梯度,在螺桿和機筒之間的間隙沿螺桿軸向形成的回流。

2.普通螺釘的結構

根據螺紋升程和螺紋槽深度的變化,常規全螺紋三級螺桿可分為三種形式:

(1)等距加深螺釘

等距變深度螺旋從螺旋槽深度的變化速度可分為兩種形式:

①等距漸變螺旋:從進料段到均質段最後壹個螺旋槽的深度逐漸變淺。在較長的熔化段,螺旋槽的深度逐漸變淺。

②等軸突變螺桿:即進料段和均質段的螺桿槽深不變,熔融段的螺桿槽深突然變淺的螺桿。

(2)等深變螺距螺桿

等深變螺距螺桿是指螺桿槽的深度是恒定的,從進料段的第壹個螺桿槽到均質段的末端,螺距逐漸變窄。

等深變螺距螺桿的特點是螺旋槽深度相等,進料口處螺桿的橫截面積大,有足夠的強度,有利於提高轉速,從而提高生產率。但螺桿加工難度大,熔體倒流量大,均化效果差,很少使用。

(3)可變深度和螺距螺釘

變深度變螺距螺桿是指螺桿的槽深和螺紋升角從進料段到均化端逐漸變化,即螺紋升程由寬到淺逐漸變窄的螺桿。這種螺釘具有前兩種螺釘的特點,但加工困難,很少使用。

3.螺絲材料

螺桿是擠出機的關鍵部件,作為螺桿的材料必須具有耐高溫、耐磨、耐腐蝕、強度高、切削性能好、熱處理後殘余應力小、熱變形小的特點。

對於擠出機螺桿的材料,有以下具體要求:

①機械性能高。應具有足夠的強度,以適應高溫高壓的工作條件,提高螺桿的使用壽命。

②良好的可加工性。它應具有良好的機械加工性能和熱處理性能。

③良好的耐腐蝕性和耐磨性。

(4)取材容易。

4.新螺釘

傳統全螺旋肋三級螺桿存在的問題;

(1)在熔化段,固體床和熔池共同生活在螺旋槽中,熔池不斷變寬,固體床逐漸變窄,從而減少了固體床與筒壁的接觸面積,減少了直接從筒壁傳遞到固體床的熱量,降低了熔化效率,導致擠壓低;

②壓力波動、溫度波動、產量波動大;

③不能適應壹些特殊塑料的加工,如混煉、著色等。

此類問題的常見處理方法:

增加長徑比;提高螺桿轉速;增加均化段螺旋槽的深度;

為了克服常規螺釘的缺點,人們創造了壹些新的螺釘,主要包括:

①拼合螺釘

在壓縮段增加了輔助螺紋,克服了常規螺桿中固體床和熔體共存於壹個螺旋槽中的缺點,使熔融物料與未熔融物料盡快分離,從而促進未熔融物料的熔融。

該螺桿塑化效率高,塑化質量好。由於沒有固體床的解體,產量、壓力、溫度波動比較小,具有排氣性能好、能耗低的優點,所以應用廣泛。

②阻擋螺釘

壹種螺桿,其中在普通螺桿的特定部分設置阻擋段,以防止未熔化的固體通過並促進固體熔化。

這種螺桿通過剪切和渦流的混合作用,將機械能轉化為熱能,進行熱交換,使物料熔融均勻,徑向溫差小,產量和質量都優於常規螺桿。

③銷釘螺釘

當材料流通過銷時,銷將固體材料或未完全熔化的材料分成許多細小的材料流,這些材料流在兩排銷之間的較寬位置處匯合。經過多次相遇和分離,提高了材料的塑化質量。

針以人字形、環形等排列在熔化區。針有圓柱形、菱形和方形。

由於銷釘對熔體進行多次分料和分料,增加了物料的混合和均化以及添加劑的分散。此外,由於固體碎片在熔融過程中不斷從熔體中吸收熱量,因此可以降低熔體溫度,因此可以獲得低溫擠出。

④組合螺釘

它由具有進料段的螺桿體和各種具有不同功能的螺桿元件組成,例如輸送元件、混合元件和剪切元件。通過改變這些部件的類型、數量和組合順序,可以得到各種特性的螺釘,以滿足不同材料、不同零件的加工要求,找出最佳的工作條件。

這種螺桿適應性強,容易獲得最佳工作條件,在壹定程度上解決了通用性和專業化之間的矛盾,因此得到廣泛應用。但設計復雜,組合部件拆裝麻煩,很難在小直徑的螺桿上實現。模具和沖模通常是壹個整體,也就是通常所說的沖模。但是也有有機頭和管芯分離的情況。模具的作用是將旋轉的塑料熔體轉化為平行的直線運動,使塑料進壹步均勻塑化,使熔體均勻平滑地導入模具,並給予必要的成型壓力,從而使塑料容易成型,得到的產品致密。模具是具有壹定橫截面形狀的通道。當塑料熔體在模具中流動時,它獲得所需的形狀,並通過模具外部的設定裝置和冷卻系統冷卻和硬化。模頭和模頭的部件包括濾網、穿孔扳手、分流器(有時它與模芯結合形成壹個零件)、模芯、模頭和頸部。

模具中的多孔板可以對模具和機筒進行定心和定位,可以支撐濾網(過濾熔體中不溶的雜質)並對熔體產生背壓。模頭中還有壹個校正調整裝置(定位螺釘),可以調整和校正模芯和模具的同心度、尺寸和形狀。當生產管材或吹塑薄膜時,壓縮空氣可以通過頸部和模芯引入。根據物料流動方向與螺桿中心線是否有夾角,機頭可分為直角機頭(也稱丁字機頭)和角機頭(直角或其他角度)。直角模主要用於擠出管材、片材等型材,角模多用於擠出薄膜、電纜塗層和吹塑制品。