挤出成型-料筒设计

挤出成型挤出成型-料筒设计料筒设计料筒的设计1.5 1.5 料料料料 筒筒筒筒料筒和螺杆组成了挤压系统。料筒和螺杆组成了挤压系统。料筒和螺杆组成了挤压系统。料筒和螺杆组成了挤压系统。和和螺螺杆杆一一样样，料料筒筒也也是是在在高高高高压压压压、高高高高温温温温、严严重重的的磨磨磨磨损损损损、一定的一定的腐蚀腐蚀腐蚀腐蚀条件下工作的。条件下工作的。在在挤挤出出过过程程中中，料料筒筒还还有有将将热热量量传传传传给给给给物物物物料料料料或或或或将将将将热热热热量量量量从物料中传走从物料中传走从物料中传走从物料中传走的作用。的作用。料筒上还要料筒上还要设置加热冷却系统，安装机头设置加热冷却系统，安装机头设置加热冷却系统，安装机头设置加热冷却系统，安装机头。此此外外，料料筒筒上上要要开开开开加加加加料料料料口口口口。而而加加料料口口的的几几何何形形状状及及其位置的选定对加料性能的影响很大。其位置的选定对加料性能的影响很大。料料筒筒内内内内表表表表面面面面的的的的光光光光洁洁洁洁度度度度、加加加加料料料料段段段段内内内内壁壁壁壁开开开开设设设设沟沟沟沟槽槽槽槽等等，对对挤出过程有很大影响。挤出过程有很大影响。设计或选择料筒时都要考虑到上述因素。设计或选择料筒时都要考虑到上述因素。料筒的设计料料 筒筒料筒的设计1 1、料筒结构、料筒结构、料筒结构、料筒结构料筒的结构分为，料筒的结构分为，整体料筒整体料筒整体料筒整体料筒和和和和组合料筒组合料筒组合料筒组合料筒。1 1）整体料筒）整体料筒）整体料筒）整体料筒在在整整体体坯坯料料上上加加工工出出来来的的。这这种种结结构构容容易易保保证证较较高高的的制制造造精精度度和和装装配配精精度度，也也可可简简化化装装配配工工作作，便便于于加热冷却系统的设置加热冷却系统的设置 和装拆，而且热量沿和装拆，而且热量沿 轴向分布比较均匀，轴向分布比较均匀，但这种料但这种料筒筒筒筒要求较高要求较高 的加工制造条件。的加工制造条件。料筒的设计2 2）组合料筒）组合料筒）组合料筒）组合料筒是是指指一一根根料料筒筒是是由由几几个个料料筒筒段段组组合合起起来来的的。实实实实验验验验性性性性挤挤挤挤出出出出机机机机和和排排排排气气气气式式式式挤挤挤挤出出出出机机机机多多用用组组合合料料筒筒。前前者者是是为为了了便便于于改改变变料料筒筒长长度度来来适适应应不不向向长长径径比比的的螺螺杆杆，后后者者是是为为了了设置排气段。设置排气段。但但实实际际上上组组组组合合合合料料料料筒筒筒筒对对对对加加加加工工工工精精精精度度度度要要要要求求求求很很很很高高高高。组组合合料料筒筒筒筒各各料料筒筒段段多多用用法法兰兰螺螺栓栓联联接接在在一一起起。这这样样就就破破破破坏坏坏坏了了了了料料料料筒筒筒筒加加加加热热热热的的的的均均均均匀匀匀匀性性性性，增增加加了了热热损损失失。也也不不便便于于加加热热冷冷却却系系统的设置和维修。统的设置和维修。料筒的设计3 3）双金属料筒）双金属料筒）双金属料筒）双金属料筒为为了了既既能能满满足足料料筒筒对对材材质质的的要要求求，又又能能节节省省贵贵重重材材料料，不不少少料料筒筒在在一一般般碳碳素素钢钢或或铸铸钢钢的的基基体体内内部部镶镶一一合合金金钢钢衬套。衬套。衬套磨损后可以拆出加以更换衬套磨损后可以拆出加以更换衬套磨损后可以拆出加以更换衬套磨损后可以拆出加以更换。衬衬套套和和料料筒筒要要配配合合好好，要要保保证证整整个个料料筒筒壁壁上上热热热热传传传传导导导导不不不不受受受受影影影影响响响响；料料筒筒和和衬衬套套间间既既不不不不能能能能有有有有相相相相对对对对运运运运动动动动，又又要要能能能能方方方方便地拆出便地拆出便地拆出便地拆出，这就要选择合适的配合精度。，这就要选择合适的配合精度。料筒的设计双金属料筒图双金属料筒图双金属料筒图双金属料筒图料筒的设计4 4）IKVIKV料筒料筒料筒料筒a a、料筒加料段内壁开设纵向沟槽、料筒加料段内壁开设纵向沟槽、料筒加料段内壁开设纵向沟槽、料筒加料段内壁开设纵向沟槽为为了了提提高高固固体体输输送送效效率率，由由固固体体输输送送理理论论知知，一一种种方方法法就就是是增增增增加加加加料料料料筒筒筒筒表表表表面面面面的的的的摩摩摩摩擦擦擦擦系系系系数数数数，还还有有一一种种方方法法就就是是增增增增加加加加加加加加料料料料口口口口处处处处的的的的物物物物料料料料通通通通过过过过垂垂垂垂直直直直于于于于螺螺螺螺杆杆杆杆轴轴轴轴线线线线的的的的横横横横截面的面积截面的面积截面的面积截面的面积。在在料料料料筒筒筒筒加加加加料料料料段段段段内内内内壁壁壁壁开开开开设设设设纵纵纵纵向向向向沟沟沟沟槽槽槽槽和和和和将将将将加加加加料料料料段段段段靠靠靠靠近近近近加加加加料料料料口口口口处处处处的的的的一一一一段段段段料料料料筒筒筒筒内内内内壁壁壁壁做做做做成成成成锥锥锥锥形形形形就就就就是是是是这这这这两两两两种种种种方方方方法法法法的的的的具体化。具体化。具体化。具体化。料筒的设计在在料筒加料段处开料筒加料段处开料筒加料段处开料筒加料段处开 纵向沟槽或加工出纵向沟槽或加工出纵向沟槽或加工出纵向沟槽或加工出 锥度的具体结构锥度的具体结构锥度的具体结构锥度的具体结构如如 下：下：料筒的设计锥锥锥锥度度度度的的的的长长长长度度度度可可取取（3 35 5）D D（D D为为料料筒筒内内径径），加加工工粉料时，锥度可以加长到（粉料时，锥度可以加长到（610610）D D。锥锥锥锥度度度度的的的的大大大大小小小小决决定定于于物物料料颗颗粒粒的的直直径径和和螺螺杆杆直直径径。螺螺杆杆直直径径增增加加时时，锥锥度度要要减减少少（同同时时加加料料段段的的长长度度要要相应增加）。相应增加）。纵纵纵纵向向向向沟沟沟沟槽槽槽槽只只能能在在物物料料仍仍然然是是固固体体或或开开始始熔熔融融以以前前的的那一段料筒上开。那一段料筒上开。槽长约（槽长约（槽长约（槽长约（3535）D D，有锥度，有锥度，有锥度，有锥度。沟沟沟沟槽槽槽槽的的的的数数数数目目目目与与螺螺杆杆直直径径有有关关，据据IKVIKV介介绍绍，相相当当于于螺螺杆杆直直径径（厘厘米米）的的十十分分之之一一左左右右，槽槽数数太太多多，会会导导致物料回流，使输送量下降。致物料回流，使输送量下降。槽的形状槽的形状槽的形状槽的形状可以是长方形，三角形，或其它形状的。可以是长方形，三角形，或其它形状的。横横横横截截截截面面面面为为长长方方形形的的沟沟槽槽的的宽宽度度和和深深度度与与螺螺杆杆直直径径有有关，具体数值可参见下表。关，具体数值可参见下表。料筒的设计国国内内现现有有挤挤出出机机上上有有的的也也开开有有纵纵向向沟沟槽槽，但但具具体体形形状状和尺寸与表不尽相同。和尺寸与表不尽相同。方形沟槽的推荐数据：方形沟槽的推荐数据：方形沟槽的推荐数据：方形沟槽的推荐数据：螺杆直径螺杆直径 沟槽数目沟槽数目 槽宽槽宽b b 槽深槽深 45 4 8 3 45 4 8 3 60 6 8 3 60 6 8 3 90 8 10 4 90 8 10 4 120 12 10 4 120 12 10 4 150 16 10 4 150 16 10 4料筒的设计 b b、强制冷却加料段料筒、强制冷却加料段料筒、强制冷却加料段料筒、强制冷却加料段料筒为为了了提提高高固固体体输输送送效效率率，可可冷冷冷冷却却却却加加加加料料料料段段段段料料料料筒筒筒筒，目目的的是是使使被被输输送送的的物物料料温温度度保保持持在在软软化化点点或或熔熔点点以以下下，避免熔膜出现，以保持物料的固体摩擦性质。避免熔膜出现，以保持物料的固体摩擦性质。采采用用上上述述方方法法后后，输输送送效效率率由由0.30.3提提高高到到0.60.6。而而且且挤挤出量对机头压力变化的敏感性较小。出量对机头压力变化的敏感性较小。料筒的设计缺点：缺点：缺点：缺点：强力冷却会强力冷却会造成显著的能量损失造成显著的能量损失造成显著的能量损失造成显著的能量损失；由由于于在在料料筒筒加加料料段段末末处处可可能能产产生生极极高高的的压压力力（有有的的高高达达80150MPa80150MPa），有有有有损损损损坏坏坏坏带带带带有有有有沟沟沟沟槽槽槽槽的的的的薄薄薄薄壁壁壁壁料料料料筒的危险筒的危险筒的危险筒的危险；螺杆磨损较大螺杆磨损较大螺杆磨损较大螺杆磨损较大；挤出性能对原料的依赖性较大挤出性能对原料的依赖性较大挤出性能对原料的依赖性较大挤出性能对原料的依赖性较大。此外，在小型挤出机上采用此结构受到限制。此外，在小型挤出机上采用此结构受到限制。料筒的设计5 5）加料口的形状和位置）加料口的形状和位置）加料口的形状和位置）加料口的形状和位置加料口的形状及其在料筒上的开设位置对加料性能加料口的形状及其在料筒上的开设位置对加料性能有很大影响。有很大影响。加料口应能使物料自由地高效地加入料加料口应能使物料自由地高效地加入料筒筒筒筒而而不产生不产生不产生不产生架桥架桥架桥架桥，设计时还应当考虑到加料口，设计时还应当考虑到加料口是否适于设置加是否适于设置加是否适于设置加是否适于设置加料装置料装置料装置料装置，是否有利于清理是否有利于清理是否有利于清理是否有利于清理，是否便于在此段设置冷是否便于在此段设置冷是否便于在此段设置冷是否便于在此段设置冷却系统却系统却系统却系统。加料口的形状（俯视）有圆的，方的，也有矩形的。加料口的形状（俯视）有圆的，方的，也有矩形的。一般情况下多用矩形的，其长边平行于料一般情况下多用矩形的，其长边平行于料筒筒筒筒轴线，轴线，长度约为螺杆直径长度约为螺杆直径1 1.5-25-2倍。圆形加料口主要用于设倍。圆形加料口主要用于设置机械搅拌器强制加料的场合。置机械搅拌器强制加料的场合。下图画出了常用加料口之断面形状。下图画出了常用加料口之断面形状。料筒的设计加料口之断面形状加料口之断面形状加料口之断面形状加料口之断面形状其中其中a a多见于早年的挤出机，适于带状料，不适于粒多见于早年的挤出机，适于带状料，不适于粒料和粉料。以料和粉料。以 f f 用得最成功，其一壁垂直地与料筒用得最成功，其一壁垂直地与料筒圆柱面相交，另一壁下方倾斜圆柱面相交，另一壁下方倾斜4545，加料口的中心线，加料口的中心线与螺杆轴线错开与螺杆轴线错开1 14 4料筒直径。料筒直径。料筒的设计2 2、料筒材料及强度计算、料筒材料及强度计算、料筒材料及强度计算、料筒材料及强度计算1 1）料筒材料）料筒材料）料筒材料）料筒材料正象螺杆一样，为满足料筒的工作要求，料筒材料正象螺杆一样，为满足料筒的工作要求，料筒材料必须满足如下要求：耐高温、耐磨损、耐腐蚀、高必须满足如下要求：耐高温、耐磨损、耐腐蚀、高强度、良好的机加工性能和热处理性能。强度、良好的机加工性能和热处理性能。料筒除了可以用料筒除了可以用4545号钢、号钢、号钢、号钢、40Cr40Cr、38CrMoAL38CrMoAL外，还外，还可以用可以用铸钢铸钢铸钢铸钢和和球墨铸铁球墨铸铁球墨铸铁球墨铸铁制造。带衬套的加料段可以制造。带衬套的加料段可以用用优质铸铁优质铸铁优质铸铁优质铸铁制成。制成。XaloyXaloy合金是一种新颖的耐磨损、耐腐蚀材料，目前合金是一种新颖的耐磨损、耐腐蚀材料，目前在国外得到广泛应用。在国外得到广泛应用。料筒的设计这种材料熔点低，坚硬，与钢有很好的熔接性，机加这种材料熔点低，坚硬，与钢有很好的熔接性，机加工性能好，浇铸性能也好，且无浇铸应力，浇铸后即工性能好，浇铸性能也好，且无浇铸应力，浇铸后即使受到弯曲，也不会成鳞片状脱落。使受到弯曲，也不会成鳞片状脱落。将它应用到料筒上是采用这样的办法：将粉末状的将它应用到料筒上是采用这样的办法：将粉末状的XaloyXaloy合金和料筒一起加热，由于其熔点低，大约在合金和料筒一起加热，由于其熔点低，大约在12001200时即可熔融成流动状态，这时使料筒高速旋转，时即可熔融成流动状态，这时使料筒高速旋转，巨大离心力便使之浇铸在红热的料筒内壁上，其厚度巨大离心力便使之浇铸在红热的料筒内壁上，其厚度约为约为2mm2mm，冷却后用衍磨的方法磨去约，冷却后用衍磨的方法磨去约0.2mm0.2mm，即，即可满足一般料筒的要求。可满足一般料筒的要求。比比利利时时生生产产的的XaloyXaloy合合金金，硬硬度度可可达达Rc5864Rc5864，482482时，硬度无明显下降，耐腐蚀能力比渗氮钢大时，硬度无明显下降，耐腐蚀能力比渗氮钢大1212倍。倍。料筒的设计2)2)料筒壁厚的决定及强度计算：料筒壁厚的决定及强度计算：料筒壁厚的决定及强度计算：料筒壁厚的决定及强度计算：a a、料筒壁厚的决定、料筒壁厚的决定、料筒壁厚的决定、料筒壁厚的决定料筒很少因强度不足报废，主要是由于料筒很少因强度不足报废，主要是由于腐蚀磨损腐蚀磨损腐蚀磨损腐蚀磨损。料。料筒壁厚的决定，除了考虑筒壁厚的决定，除了考虑强度强度强度强度外，更多的是考虑料筒外，更多的是考虑料筒结构的结构的工艺性和热惯性工艺性和热惯性工艺性和热惯性工艺性和热惯性。根据后两个因素决定的壁厚往往大于按强度条件计算根据后两个因素决定的壁厚往往大于按强度条件计算出来的值。出来的值。由于无成熟的按照料筒传热特性计算料筒壁厚的计算由于无成熟的按照料筒传热特性计算料筒壁厚的计算方法，因此目前大多方法，因此目前大多根据经验统计类比决定壁厚根据经验统计类比决定壁厚根据经验统计类比决定壁厚根据经验统计类比决定壁厚，再，再进行强度校核。进行强度校核。料筒的设计我国各塑料机械厂生产挤出机料筒的壁厚如表所示。我国各塑料机械厂生产挤出机料筒的壁厚如表所示。我国生产的挤出机的料筒壁厚我国生产的挤出机的料筒壁厚 螺杆直径螺杆直径料筒壁厚料筒壁厚螺杆直径螺杆直径料筒壁厚料筒壁厚303020-2520-2512012040-5040-50454520-2520-2515015040-5040-50606030-4530-4520020050-6050-60909040-4540-45料筒的设计b b、强度计算、强度计算、强度计算、强度计算料筒的强度计算按料筒的强度计算按厚壁筒厚壁筒厚壁筒厚壁筒进行。此处不再进行讨论进行。此处不再进行讨论注意：注意：注意：注意：当料筒是当料筒是脆性材料脆性材料脆性材料脆性材料时，可用第一强度理论进行计算。时，可用第一强度理论进行计算。当料筒为当料筒为塑性材料塑性材料塑性材料塑性材料时，用第四强度理论进行计算。时，用第四强度理论进行计算。当当料料筒筒内内镶镶镶镶有有有有衬衬衬衬套套套套时时，相相当当于于“机机械械零零件件”中中过过盈盈配配合合中中的的压压合合连连接接，这这时时衬衬套套和和料料筒筒的的应应力力状状态态都都比比较复杂，其强度计算也比较复杂。较复杂，其强度计算也比较复杂。结束语结束语谢谢大家聆听！谢谢大家聆听！21