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第六章_挤出机

日期:2019-10-30 04:48 来源:

  

第六章_挤出机

  第六章 螺杆挤出机 第一节 概 述 挤出成型的特点:连续、高生产率、广用途、低 成本。 一、挤出机的用途与分类 橡胶:压型、过滤、生胶的塑炼、金属丝的包胶、 再生胶的脱硫、也可用于胶料的造粒、压片和混 炼等。 塑料:管、棒、板、薄膜、单丝、电线、电缆、 异型材、中空制品等,也可用于塑料的造粒和 混合等。 合成纤维:作为纺丝联合机(前纺)的单元机, 其作用是对纺丝切片进行熔融、塑化、均化, 为纺丝装置提供合格的纺丝熔体。 分类:单螺杆、双螺杆、无螺杆。 冷喂料、热喂料(仅橡胶挤出机)。 卧式、立式。 普通螺杆挤出机、新型螺杆挤出机。 普通挤出机、排气挤出机。 二、挤出成型设备的组成 主机、辅机、控制系统 (一)主机(挤出机) (1)挤压系统(2)传动系统(3)加热冷却系统 (二)辅机 包括:(机头)、定型装置、冷却装置、 牵引装置、卷取或堆放装置。 主机一般是通用的,同一挤出机安装不 同的机头就可以挤出不同的制品,而辅 机是专用的,不同的制品(因此有不同 的机头)用不同的辅机。 (三)控制系统 由各种电器、仪表和执行机构组成。 三、规格与技术特征 规格:以汉语拼音及螺杆直径表示。 XJ-150,SJ-90,VC,VD 第二节 基本结构 一、整体结构及传动系统 (一)整体结构 组成:挤压(螺杆、机筒)、传动(原动机、 变速及减速机构)、加热冷却系统。 塑料挤出机与橡胶挤出机的区别:第一,结构 和主要参数不同。结构:橡胶挤出机多为等深 变距螺杆,而塑料挤出机多为等距变深螺杆; 橡胶挤出机多为普通三段螺杆,而现代塑料挤 出机一般采用新型螺杆。参数:长径比、压缩 比不同。第二,加热冷却系统不同。橡胶挤出 机为载体加热或冷却(加热和冷却系统为同一 套装置),塑料挤出机为电加热,机筒冷却系 统:进料口水冷,其它多为风冷,螺杆为水冷。 纺丝挤出机与塑料挤出机的差异: 相同:螺杆参数基本相同;加热系统相同;机 筒进料口与塑料挤出机一样采用水环冷却。 不同:机筒除进料口采用水环冷却外,其它部 分一般不设冷却系统;进料斗为密封料斗。 (二)传动系统 组成:原动机、调速装置、减速器。 作用:转动螺杆,使其按工艺条件正常运转。 要求:能调速、有一定的调速范围。 原动机两种:电动机、液压马达。 传动方式: 1、感应电动机-机械变速(主要用于橡胶挤出机) 电动机不能变速,由机械变速装置实现变速。 齿轮减速箱(有级,橡胶挤 出机常用) 机械变速装置 无级变速器 (较少采用) 2、交流整流子电动机无级变速 常用调速范围为1:3 3、直流电动机无级调速 调速范围一般在1:10以上,是目前国内外 采用最广泛的变速电动机,也是挤出机采 用最多的电动机。 4、电磁调速交流异步电动机(滑差电机) 调速比: 1 : 5 和 1 : 10 两种,要配备稳压装置, 否则,由于受外电网干扰,准确性差。 5、液压马达无级调速 传动特性软,可起过载保护作用;体积小。但 制造精度要求很高,这在一定程度上限制了它在 挤出机上的应用。 二、主要零部件 (一)螺杆 1、材料 要求:强度和刚度;耐高温、耐化学腐蚀性、 耐磨性。 材料:目前我国常用的螺杆材料有45号钢、 40Cr、38CrMoAl等。 2、主要形式:普通型、新型。 普通型包括: (1)等距变深螺杆 塑料和 纺丝挤 出机多 采用这 种形式。 2)等深变距螺杆 橡胶挤出机多采用双螺纹等深变距螺杆。 (3)变深变距螺杆 加工很复杂,采用不多。 3、主要参数 (1)螺杆直径(D)-螺杆的外径 设计时由产量确定,直径越大,则生产 能力越大。 Ds-螺杆直径,Db- 机筒直径。二者公 称尺寸相同,可用D表示。 (2)长径比(L/D) 长径比是指螺杆工作长度L与外径之比。 (3)螺杆的分段 进料段( L1 )、压缩段(L2):也称熔融段。 计量段(L3):也称均化段 (4)螺槽深度 螺槽深度是指螺纹外半径与其根半径 之差。 等深变距螺杆:螺槽深度用h表示。 等距变深螺杆: 进料段:h1,一般为定值; 计量段:h3,一般也是定值; 压缩段: h2,由小变大。 (5)压缩比ε 螺杆进料段第一个螺槽容积与计量段最后一个 螺槽容积之比。 对等距变深螺杆, ε=0.93h1/h3 (6)导程(t)、螺距(s)与升角(φ) t=ns , t=πDtgφ, 对单螺纹螺杆,t=s s =πDtgφ 为了便于加工, 通常取t=D,此时 tgφ=1/π φ =17°40’。 (二)机筒 1、机筒的结构形式 整体式:易保证精度,易装配,热量分布均匀, 大多数挤出机采用。 分段式:易加工、不易保证装配精度、热量分 布不均匀,用于实验性挤出机和排气挤出机。 衬套式:节省贵重金属。 2、机筒的加热冷却 橡胶挤出机:载体加热冷却。 塑料挤出机和纺丝挤出机一般采用电加热。 4、材料和要求 高压容器,与螺杆要求一样,硬度要 求更高。 (三)机头-挤出机的成型部件 1、机头的作用 (1)使熔融物料由螺旋运动变为直线)产生必要的成型压力,以保证制品的密 实; (3)使物料进一步塑化均化; (4)成型制品。 2、机头的分类 (1)按用途分:橡胶挤出机:内胎机头、胶 管机头、胎面机头、电缆机头; 塑料挤出机:吹膜机头、挤管机头、挤板机 头、挤异型材机头、吹塑中空制品机头、造 粒机头…; 纺丝挤出机机头(纺丝组件):长丝组件、 短纤维组件。 (2)按机头与螺杆的相对位置分: 直向机头-机头内料流的方向与挤出机轴向一 致。 横向机头(直角机头)-制品离开机头的方向 与螺杆轴线度。 斜向机头(斜角机头)-制品离开机头的方向 与螺杆轴线)按机头内压力的大小分: 橡胶挤出机和塑料挤出机: 低压机头:压力小于4MPa; 中压机头:压力在4-10MPa之间; 高压机头:压力高于10MPa。 纺丝挤出机: 普通组件:压力小于9.8MPa, 高压组件:压力大于等于29.4MPa。 3、机头的结构 第三节 工作原理与产量分析 一、工作原理 进料段: 作用:对物料进行输送、压实、预热。 物料状态:固态。 需解决的核心问题:提高对固体物料的输送能 力。 解决办法:适当加大进料段螺槽深度、进料段 机筒开设纵向沟槽、进料段采用锥形机筒 压缩段: 作用:对物料进行加热、压缩、熔融和排气。 物料状态:固液共存。 计量段: 作用:对物料进行进一步的塑化和均化, 保证其以恒定的压力、流量和温度从机头 挤出。 物料状态:熔融态。 二、产量分析 (一)产量计算 1、理论公式 挤出量Q=QD-Qp-Ql 五点假设:第一,计量段中物料是已完全熔融的等温 状态的牛顿流体,它在螺槽中的流动为层流流动;第 二,熔体的压力仅仅是沿螺槽方向的函数;第三,熔 体不可压缩,其密度不变;第四,螺槽宽度与深度之 比大于 10 ;第五,将螺杆和机筒分别展为两个大平面, 并设螺杆平面静止而机筒平面以vb=πDn的速度平移。 挤出量Q=QD-Qp-Ql 2、经验公式 Q=βd3n 3、按挤出半制品线vgα (二)影响生产能力的因素 1、螺杆转速 通过增加n来提高Q是最简单和有效的方法。但n的增加是 有一定限度的,因为(1)n过高时物料受到过强的剪切作用, 易产生过热分解;(2)n的增加使物料在挤出机中流经时间 缩短,固相物料来不及充分熔融和均化,从而导致熔体质 量下降。(3)转速增加,功率消耗也相应增大。 2、机头压力 (1)螺杆特性曲线 B+C越小,则螺杆特性曲线越平,即螺杆特性 越硬,挤出越稳定。 (2) 机头特性线 Q=Kp/μ 对机头特性线,p增加,则Q增加,;对 螺杆特性线,p增加, Qp和Ql增大,则Q 降低。对同一台挤出机而言,在正常工作 情况下,从螺杆和机头挤出的物料必定相 同,故挤出机的工作点必定是螺杆与机头 特性线、螺杆直径 产量接近与螺杆直径的平方成正比,在一定条 件下,适当地增大螺杆直径是提高挤出机生产 能力的一个重要途径。 4、螺槽深度 对挤出量而言,螺槽深度存在一个最佳值, 并非越深越好。而h3 较小的螺杆,螺杆特性 线斜率绝对值较小,即螺杆特性较硬,挤出 稳定性较好。浅的h3 ,物料受到的剪切作用 大,有利于它在计量段的进一步塑化和均化, 但过浅的h3 可能会引起热敏性物料的分解。 5、计量段长度 增大L3 可减少反流和漏流的流量,在其它条件 相同时,相对地提高了产量。另外,计量段较 长的螺杆,其工作特性较硬。 第三节 新型螺杆和排气挤出机 一、新型螺杆 (一)常规全螺纹三段螺杆存在的主要问题 ( 1 )不能保证固体床在消失之前始终以最大 的面积与机筒相接触;(2)固体床破裂; ( 3 )已熔融的物料由于保持与机筒的接触而 过热。 结果:导致温度、塑化极不均匀以及由此造成 的物料粘度等不均匀,压力、产量波动大,尤 其是在高转速情况下,这些弊端更为突出。 (二)新型螺杆 1、分离型螺杆 设计这类螺杆的指导思想是:改变常规 全螺纹三段螺杆在压缩段熔融过程中固 液相共存于同一螺槽的状况,将已熔融 的物料与未熔融的物料尽早分离,从而 促进未熔融的物料更快熔融。 2、屏障型螺杆 3、分流型螺杆 4、组合螺杆 最大特点是适应性强,专用性也强,易于获得 最佳的工作条件,在一定程度上解决了“万能” 与“专用”之间的矛盾. 二、排气式挤出机 用途:排出熔体中夹带的气体。 为保证挤出机的正常运转,第一、二 计量段的挤出量必须相等。如果第一计量 段的挤出量大于第二计量段挤出量时,物 料必然在排气口溢出,反之,挤出不稳定, 制品致密性差。

  第六章_挤出机_纺织/轻工业_工程科技_专业资料。第六章 螺杆挤出机 第一节 概 述 挤出成型的特点:连续、高生产率、广用途、低 成本。 一、挤出机的用途与分类 橡胶:压型、过滤、生胶的塑炼、金属丝的包胶、 再生胶的脱硫、也可用于胶料的造粒、

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