单螺杆挤出机的介绍课件

,書式設定,書式設定,第 2,第 3,第 4,第 5,*,第四章 螺杆挤出机,4.1,概述,4.2,单螺杆挤出机,4.3,双螺杆挤出机,4.4,挤出联动线,10 八月 2024,第四章 螺杆挤出机4.1 概述22 八月 2023,1,4.1,概 述,挤出成型是塑料成型加工的重要成型方法之一。大部分热塑性塑料和橡胶都能用此法进行加工。,用挤出成型生产的产品广泛地应用于人民生活以及农业、建筑业、石油化工、机械制造、国防等工业部门。,挤出成型在挤出机上进行，挤出机是塑料成型加工机械的重要机台之一。,10 八月 2024,4.1 概 述 挤出成型是塑料成型加工的重要成型方法之一,挤出成型,?,物料从挤出机中通过加热、混合、加压，以流动状态连续通过口模成型。,产品：,管材、薄膜、板材、片材、棒材、异型材、电线电缆包覆物、单丝、撕裂膜、打包带、网,设备：,挤出机,单螺杆挤出机,双螺杆挤出机,10 八月 2024,挤出成型?物料从挤出机中通过加热、混合、加压，以流动状,单螺杆挤出机,10 八月 2024,单螺杆挤出机22 八月 2023,与其它成型方法相比，挤出成型有下述特点：,1、生产过程是连续的,，,因而其产品都是连续的；,可连续化生产。,2、,生产效率高,一台,200,挤出机700,kg/,小 时，德国,500,挤出机20,t/,小时,3、,应用范围广，,能生产管材、棒材、板材、薄膜、单丝、电线、电缆、异型材，以及中空制品等；,4、,投资少，收效快,5、,结构简单，易操作,。,1,挤出成型的特点,10 八月 2024,与其它成型方法相比，挤出成型有下述特点：1 挤出成型的,2,挤出过程及工作原理,挤出过程,塑料之所以能进行成型加工，是由其内在依据所决定的。由高分子物理学得知，高聚物一般存在着,玻璃态、高弹态,和,粘流态,三种物理状态，在一定条件下，这三种物理状态将发生相互转化。塑料的成型加工（,压制、压延、挤出、注射,等）是在,粘流态,下进行的。,10 八月 2024,2 挤出过程及工作原理挤出过程 22 八月 2023,塑料由料斗进入料筒后，随着螺杆的旋转而被逐渐推向机头方向。,1、加料段,输送并开始压实物料,螺槽为松散的固体粒子（或粉末）所充满，物料开始被压实。,2、压缩段,1),由于阻力,物料被压实,由于螺槽逐渐变浅，以及滤网、分流板和机头的阻力，在塑料中形成了很高的压力，把物料,压得很密实。,10 八月 2024,塑料由料斗进入料筒后，随着螺杆的旋转而被逐渐推向机头方向。2,2),外热、内热的作用，物料熔融,同时，在料筒外热和螺杆、料筒对物料的混合、剪切作用所产生的内摩擦热的作用下，塑料的,温度逐渐升高,。对于常规三段全螺纹螺杆来说，大约在压缩段的三分之一处，与料筒壁相接触的某一点的塑料温度达到粘流温度，,开始熔融,。,3）物料全部熔融，变为粘流态,随着物料的向前输送，熔融的物料量逐渐增多。而未熔融的物料量逐渐减少，大约在压缩段的结束处，全部物料熔融而转变为粘流态，但这时各点的温度尚不很均匀。,10 八月 2024,2)外热、内热的作用，物料熔融22 八月 2023,3、,均化段,-均化、挤出,经过均化段的,均化作用,就比较均匀了，最后螺杆将熔融物料,定量、定压、定温,地,挤入机头。,4、,机头,-成型、定型,口模是个,成型,部件，物料通过它便获得一定截面的几何形状和尺寸。再经过,冷却定型,和其它工序，就得到成型好的制品。,10 八月 2024,3、均化段-均化、挤出22 八月 2023,工作原理,挤出过程是这样进行的：将塑料加热，使之呈粘流状态，在加压的情况下，使之通过具有一定形状的口模而成为截面与口模形状相仿的连续体，然后通过冷却，使其具有一定几何形状和尺寸的塑料由粘流态变为高弹态，最后冷却定型为玻璃态，得到所需要的制品。（,玻璃态,粘流态,高弹态,玻璃态,）,10 八月 2024,工作原理挤出过程是这样进行的：将塑料加热，使之呈粘流状态，在,1、主机（挤出机）,挤压系统,：,主要由料筒和螺杆组成。,塑料通过挤压系统而,塑化,成均匀的熔体，并在这一过程中所建立的压力下，被螺杆连续地定压定量定温地,挤出,机头。,3,挤出机及其机组的,组成,10 八月 2024,1、主机（挤出机）3 挤出机及其机组的组成22 八月 20,10 八月 2024,传动系统,：,它的作用是给螺杆提供所需的,扭矩和转速,。,加热冷却系统：,其功用是通过对料筒（或螺杆）进行,加热和冷却,，保证成型过程在工艺要求的温度范围内完成。,控制系统：,控制挤出机的拖动电机、按所需的功率、速度运行，检测、控制温度、压力等参数，完成对制品的质量控制，使其,满足工艺要求,。,22 八月 2023传动系统：它的作用是给螺杆提供所需的扭矩,2、辅机,机头（口模）,：,它是制品成型的主要部件，熔融塑料通过它获得一定的几何截面和尺寸。在挤出成型过程中起,决定性,的作用。,定型装置：,它的作用是将从机头中挤出的塑料的既定形状稳定下来并对其进行精整，从而得到更为,精确的截面形状、尺寸和光亮的表面,。,通常采用冷却和加压的方法,达到这一目的,。,10 八月 2024,2、辅机22 八月 2023,冷却装置：,由定型装置出来的塑料在此得到充分的冷却，获得最终的形状和尺寸。,牵引装置：,其作用为均匀地牵引制品。并对制品的截面尺寸进行控制，使挤出过程稳定地进行。,切割装置：,将连续挤出的制品切割成所需要的规格（一定的长度和宽度）。,堆放及卷取装置：,硬制品的码放及软制品的收卷。,10 八月 2024,冷却装置：由定型装置出来的塑料在此得到充分的冷却，获得最终的,3、控制系统（检测和控制）,挤出机组的控制系统：,它由各种电器、仪表和执行机构组成。,控制,挤出机的主机、辅机的拖动电机、驱动油泵、油（汽）缸和其它各种执行机构按所需的功率、速度和运动轨迹，使其满足工艺要求并保证其协调运行。,检测、控制,主辅机的,温度、压力、流量，完成对制品的质量控制，,最终实现对整个挤出机组的自动控制和对产品质量的控制。,我们一般称由以上各部分组成的挤出装置为,挤出机组。,10 八月 2024,3、控制系统（检测和控制）22 八月 2023,挤出机的分类：随着挤出机用途的增加，出现了各种挤出机，分类方法很多。,1、,按螺杆数目,的多少，可以分为,单螺杆挤出机,、,双螺杆挤出机,和,多螺杆挤出机,。,2、,根据功能,，,分为,排气挤出机、混炼式挤出机,和,超高分子量挤出机,等,4,挤出机的分类,10 八月 2024,4 挤出机的分类22 八月 2023,3、,按螺杆的有无,：,可分为,螺杆挤出机和无螺杆挤出机（柱塞式挤出机）；,4、,按螺杆在空间的位置,：,可分为,卧式挤出机,和,立式挤出机。,5,、,按螺杆转速,：,可分为,普通挤出机、高速挤出机,和,超高速挤出机。,最常用的是,卧式单螺杆非排气挤出机,和,双螺杆非排气挤出机,，本章将以此为重点进行介绍。,10 八月 2024,3、按螺杆的有无：可分为螺杆挤出机和无螺杆挤出机（柱塞式挤,4.2,单螺杆挤出机,4.2.1,主要结构和参数,4.2.2,挤出过程参变量,4.2.3,物料在螺杆中的流动理论,4.2.4,螺杆及其参数,4.2.5,其它主要零部件,4.2 单螺杆挤出机4.2.1 主要结构和参数,18,单螺杆挤出机,10 八月 2024,单螺杆挤出机22 八月 2023,4.2.1,主要结构和参数,1,挤压系统：,主要由料筒和螺杆组成。塑料通过挤压系统而,塑化,成均匀的熔体，并在这一过程中所建立的压力下，被螺杆连续地定压定量定温地,挤出,机头。,2,传动系统：,它的作用是给螺杆提供所需的,扭矩和转速,。,3,加热冷却系统：,其功用是通过对料筒（或螺杆）进行加热和冷却，保证成型过程在工艺要求的温度范围内完成。,4,控制系统：,控制挤出机的拖动电机、按所需的功率、速度运行，检测、控制温度、压力等参数，完成对制品的质量控制，使其满足工艺要求。,4.2.1 主要结构和参数1 挤压系统：主要由料筒和螺杆组成,单螺杆挤出机,传动装置,加料装置,机筒,螺杆,机头与口模,单螺杆挤出机结构示意图,1-,机座,2-,电动机,3-,传动装置,4-,料斗,5-,料斗冷却区,6-,机筒,7-,料筒加热器,8-,热点偶控温点,9-,螺杆,10-,过滤网及多孔板,11-,机头加热器,12-,机头,13-,挤出物,10 八月 2024,单螺杆挤出机传动装置单螺杆挤出机结构示意图22 八月 202,单螺杆挤出机的性能特征通常用以下几个主要技术参数表示：,螺杆直径,D,：,指螺杆外径，单位,mm,。,螺杆长径比,LD,：,L,为螺杆的有效长度，即有螺纹部分的长度（工艺上将,L,定义为由加料口中心线到螺纹末端的长度），,D,为螺杆直径。,单螺杆挤出机的主要参数,10 八月 2024,单螺杆挤出机的性能特征通常用以下几个主要技术参数表示：单螺,螺杆的转数,n,：,单位,r/min,。,驱动电机功率,N,：,用表示，单位,kw,。,料筒加热段数,B,：,34,段,料筒加热功率,E,：,单位,kw,。,挤出机生产率,Q,：,用表示，单位,kg/h,。,机器的中心高,H,：,用表示，指螺杆中心线到地面的高度。单位,mm,。,机器的外形尺寸,：,长、宽、高。单位,mm,。,10 八月 2024,螺杆的转数n：单位r/min。22 八月 2023,描写这一过程的参量有,温度,、,压力,、,流率,（或挤出量、产量）和,能量,（或功率）。,4.2.2,挤出过程参变量,描写这一过程的参量有温度、压力、流率（或挤出量、产量,温度是挤出过程得以进行的重要条件之一。如前所述，物料从加入料斗到最后成型为制品是经历了一个复杂的温度过程的。,1、温度,如果我们以物料沿料筒方向的位移为横坐 标。而以温度为纵坐标，将沿料筒方向测得的各点的物料温度值连成曲线，就会得到所谓温度轮廓曲线。,该曲线有一定的变化规律。,实验告诉我们,，,加工不同物 料和不同制品，这条轮廓曲线是不相同的,。,温度是挤出过程得以进行的重要条件之一。如前所述，物料从加,1）热量来源,根据挤出理论和实践，物料在挤出过程中,热量的来源,主要有两个,：,a.,物料与物料之间；物料与螺杆、料筒之,间的剪切、摩擦产生的热量，,b.,料筒外部加热器提供的热量。,1）热量来源,2）温度的调节,温度的调节是,靠挤出机的加热冷却系统和控制系统进行的,。,a.,加料段-低温输送。,为加大输送能力，不希望加料段温度升得过高，相反有时要冷却；,b.,压缩段和计量段高温熔融。,为了促使物料熔融，均化，物料要升到较高的温度,。,为了便于物料的容易加入、输送、熔融、均化以及在低温下挤出，获得高质量、高产量的制品，每一种物料的挤出过程应有一条合适的温度轮廓曲线。,2）温度的调节,2、压力,1）压力的建立,挤出成型时，沿料筒轴线方向，在物料内部就要建立起不同的压力,a,.,压缩比,的存在,（,螺槽深度的改变,、,料筒上的沟槽深度变化、螺距的改变,）,b,.,分流板,、,滤网,和,口模,产生的阻力,，,c.,压力的建立是挤出成型制品的重要条件,压力的建立也是物料得以经历物理状态变化、得到均匀密实的熔体、并最后得到成型制品的重要条件之一。,2、压力1）压力的建立,2）,影响压力的因素,如果将沿料筒轴线方向（包括口模）测得的各点的物料压力值作为纵座标，以料筒轴线为横座标做一曲线，即可得到所谓压力轮廓线。,a.,机头、分流板、,滤 网的阻力，,b.,加热冷却系统，,c.,螺杆转数，,d.,螺杆和料筒的结,构。,2）影响压力的因素a.机头、分流板、,3、流率（挤出量）,流率是描写挤出过程的一个重要参量。它的大小表征着机器生产率的高低。,1）绝对流率,（流量，产量）,用,Q,表示，为每小时公斤。,2）比流率,用每转的流率,Q/n,表示。后者更能反映挤压系统性能，应当作为比较挤压系统性能的标准。,3、流率（挤出量）流率是描写挤出过程的一个,3）影响流率的因素,a.,机头的阻力,b.,螺杆、料筒的设计,c.,螺杆转数,d.,加热冷却系统,e.,物料的性质等。,3）影响流率的因素,4、能量（功率）,1）能量平衡,若从能量的观点来观察挤出过程，就有一 个能量平衡问题。,为了使加入的物料熔融呈,粘流态,，必须供给,热能,；为使物料压实并得以成型，物料必须具有一定的压力，即必须供给,压力能,。,热能,和,压力能,是由加热器的电能和驱动螺杆的机械能转化而来,。这些能量的一部分为熔融物料、成型制品所利用。其余部分作为热损失而损失掉。,4、能量（功率）1）能量平衡,其能量平衡方程式如下:,机械能,+,热能,=,熔融热能,+,压力能,+,热量损失,式中,Z,单位时间内由螺杆输入的机械能，,H,J,由外部加热器输入的热能。,右端第一项,物料由固态变为熔融状态所需之能量，,右端第二项,物料在挤出过程中所获得的压力能。,H,热量损失,Z+H,J,=Q,v,(T,2,-T,0,),C,vJ,+Q,v,P+H,其能量平衡方程式如下:机械能+热能=熔融热能+压力能+,2）比功率消耗,现在经常用比功率消耗这一指标作为评价挤出机性能的标准之一，它的含义是,每挤出一公斤物料（制品）所消耗的功率,。,它也是挤出过程的重要度量之一。,在保证塑化质量和混炼质量的前提下，,希望该值,越小越好,。,2）比功率消耗在保证塑化质量和混炼质量的前提下，,4.2.3,物料在螺杆中的流动理论,根据实验研究，物料自料斗加入到由机头中挤出，要通过几个职能区：,固体输送区、熔融区和熔体输送区。,固体输送区,，,物料向前输送并被压实，但仍以固体状存在,固体输送理论,。,熔融区,，物料开始熔融，已熔的物料和未熔的物料以两相的形式共存，未熔物料最终全部转变为熔体,熔融理论,。,熔体输送区,，螺槽全部为熔体充满,熔体输送理论,。,4.2.3物料在螺杆中的流动理论 根据实验研究，物料自料斗加,一 固体输送理论,1、基本假设：,1）、螺槽中被压实的物料象具有弹性的固体塞于一样移动：,2）、塞子与所有面（料筒表面、螺纹槽底面、螺纹两个侧面）相接触；,3）、塞子与各表面的摩擦系数是一个常数，但在螺杆和料筒表面可以取不同值；,4）、忽略料筒和螺纹棱之间的间隙；,5）、螺槽是矩形的，并且其深度不变：,6）、固体塞子的密度不变。,一 固体输送理论1、基本假设：,2 基本方程,在固体塞子上取一个微单元。假定螺杆不动，料筒以,V,b,=,dn,的速度移动。固体塞子沿螺槽移动的速度用,V,p,表示，固体塞子沿螺杆轴线方向的移动速度用,V,pl,表示。则固体的流率,Q,s,可以用速度,V,pl,和固体塞子通过垂直于螺杆轴线的平面上的螺槽横截面积的乘积来表示：,2 基本方程 在固体塞子上取一个微单元。假定螺杆不动，料,以上公式就是体积流率,Qs,的计算公式,影响固体输送率的因素很多且很复杂,Q,s,=VA,以上公式就是体积流率Qs的计算公式Qs=VA,二熔融理论,熔融理论又称为融化理论，相迁移理论，它是研究塑料从固态转变为熔融状态的过程，是建立在热力学第一流变学等基础上的一种理论。熔融理论主要用于指导螺杆熔融段的设计。,有关熔融区的研究是近几十年的事，到目前为止，仍处于发展阶段。,二熔融理论 熔融理论又称为融化理论，相迁移理论，它是,39,1.,熔融理论的物理模型,该熔融理论是在挤出机上进行的大量冷却实验的基础上提出来的。,冷却实验,：将着色物料（或炭黑）和本色物料加入挤出机中，待挤出过程稳定后，快速停车并骤冷料筒（如果可能，也冷却螺杆），,1.熔融理论的物理模型,（,1,）固态塑料,（固态床）,（,2,）熔池,（,3,）接近料筒表面的熔膜,通过切取不同的截面，我们看到“随着物料向前输送，,熔池逐渐加宽，固体床相应变窄，,直到最后，熔体充满整个螺槽，固体床消失。,抽出螺杆，将螺旋状的已冷却的物料带从螺杆上剥下，这时可以发现，已熔融的和局部混合的物料呈现流线，而未熔的物料将保持初始的固态。,然后垂直于螺纹方向切取截面，可以看到一个截面内有,三个区域,：,（1）固态塑料（固态床）通过切取不同的截面，我们看到,三、熔体输送理论,常规的全螺纹单螺杆均化段的熔体输送理论已得到很好的发展，与其他两个理论相比，它建立的最早。,1953,年它首先在两个无限大的平板之间，假定熔体为等温牛顿流体的条件下建立起来，后来又进行了修正。,三、熔体输送理论 常规的全螺纹单螺杆均化段的熔体,42,1、熔体输送的机理,1）无限平行板模型。,为了方便研究问题，假定：,a、,将计量段螺槽展开并认为螺槽为浅螺槽，,H,3,/D0.09,b、,螺槽静止不动,c、,将机筒展开为一无限大平板，且该平板运动速度为,V,b,。,V,b,=D,b,n,d、V,b,的方向与展开的螺槽方向成,角，则有,V,bx,=D,b,nsin,V,bZ,=D,b,ncos,a.,螺槽的几何尺寸图,1、熔体输送的机理1）无限平行板模型。a.螺槽的几何尺寸图,2)熔体在螺槽内的运动分析,熔料在螺槽中的流动实际上有以下几种运动合成：,a.,正流（曳流）：,是由物料受机筒的摩擦拖曳引起的，最大处速度为,V,bz,.,方向与,V,bz,相同，流量用,Q,d,表示。,2)熔体在螺槽内的运动分析,b,逆流（压力流）：,由机头，口模等阻力元件产生的压力引起的,逆向流动,。方向与正流方向相反，流量为,Q,P.,b 逆流（压力流）：由机头，口模等阻力元件产生的压力引起的,由垂直于螺棱方向的分速度,V,bx,引起（如图),使物料在螺槽内产生翻转运动。方向与,Vbx,方向相同。,横流对物料的混合、热交换和塑化起着重要作用，但对流体总的流动量基本无影响。,作用：,搅拌和热交换，,流量：,Q,c,=0,（相对于物料输送方向）,c.,横流（环流）：,由垂直于螺棱方向的分速度Vbx引起（如图)使物料在螺槽,d,漏流：,是 产 生在机筒与螺杆突棱间隙,处形成的一种压力,逆流,。,方向沿螺杆轴线方向，并由机头向后。流量用,Q,L,表示。,和逆流一样，也是由压力梯度引起的。,漏流的流速比正流和逆流小得多。,d 漏流：是 产 生在机筒与螺杆突棱间隙处形成的一种压力,Q=Q,d,-Q,p,-Q,l,实际上螺槽中熔体的总的流动是这几种流动的总和，挤出机的生产能力即等于正流、压力流、漏流的总和,总流,塑料熔体在螺槽中混合流动示意图,熔体在螺槽内的流速分布图,Q=Qd-Qp-Ql 实际上螺槽中熔体的总的流动是,2基本假设,a.,牛顿型流体，并已全部熔融且等温,b.,流动是稳定的,c.,压力只在,X，Z,方向上变化,d.,流体不可压缩；内部无流动,e.,重力忽略,f.,机筒运动，螺杆相对静止。,2基本假设 a.牛顿型流体，并已全部熔融且等温,3生产率的基本方程,根据前面的假设，分析和建立的物理模型，用流体力学的分析方法，就可以导出目前应用于单螺杆挤出机均化段的流率计算公式：,正流流率常数,倒流流率常数,漏流流率常数,螺槽中物料黏度,f,螺棱与机筒间隙中物料的平均黏度,p,1,计量段起始端压力,p,2,计量段末端压力,3生产率的基本方程 根据前面的假设，分析和建立的物理模型,4.2.4,螺杆及其参数,螺杆和料筒,组成了挤出机的,挤压系统,。为说明挤压系统的重要性，人们通常称之为,挤出机的心脏,。物料正是在这一部分由玻璃态转变为粘流态，然后通过口模、辅机而被做成各种制品的。如果就螺杆和料筒相比，螺杆更显得居于关键地位。,一台挤出机的,生产率、塑化质量、填加物的分散性（分散混合效果）、熔体温度、动力消耗等，,主要决定于,螺杆,的性能,。,4.2.4 螺杆及其参数螺杆和料筒组成了挤出机的挤压系统。为,51,一、评价螺杆的标准,1,塑化质量,一根螺杆首先必须能生产出合乎质量要求的制品。,2,产量,在保证塑化质量的前提下，通过给定机头的产量或挤出量。,3,单耗,所谓单耗，是指每挤出一公斤塑料（橡胶）所消耗的能量。,4,适应性,对加工不同塑料、匹配不同机头和不同制品的适应能力。,5,制造的难易,一根好的螺杆还必须易于加工制造，成本低。,一、评价螺杆的标准 1 塑化质量,二、螺杆的结构分类,普通型螺杆,：,工作长度上为全螺纹，通常称为,常规全螺纹三段螺杆,，,是指出现最早、应用最广、整根螺杆由三段组成，其挤出过程完全依靠全螺纹的形式完成的螺杆。,二、螺杆的结构分类普通型螺杆：工作长度上为全螺纹，通常称为常,常规全螺纹三段螺杆,按螺纹升程和螺槽深度的变化分为,等距变深型螺杆,等距渐变型螺杆：加料段较深螺槽向均化段较浅螺槽的过渡是在一个较长的螺杆轴向距离内完成的。,等距突变型螺杆：加料段较深螺槽向均化段较浅螺槽的过渡是在较短的螺杆轴向距离内完成的。,等深变距型螺杆,变深变距型螺杆,三,常规全螺纹三段,螺杆的型式,常规全螺纹三段螺杆按螺纹升程和螺槽深度的变化分为三常规全螺纹,四 螺杆的结构形式及参数,加料段：,起预热、压实、输送物料的作用，螺槽深度不变,II,压缩段：,螺槽深度逐渐变小；起熔融物料、去阶气体等,III,均,化段（计量段）：,螺槽深度通常为常数；起进一步塑化,均匀物料、并将其定量定压的送入机头口模的作用。,常规全螺纹三段螺杆一般分为,加料段、压缩段、均化段,（计量段）。,四 螺杆的结构形式及参数 加料段：起预热、压实、输送物料的,1 加料段：,加料段的作用是输送物料给压缩段和均化段,。,加料段螺槽体积最大且维持不变，由加料斗加入的物料靠此段向前输送，并开始被压实，温度从常温逐渐升高到熔点，此段物料处于固态。,加料段螺杆长度,L,1,，一般取,(310）,D,。,螺槽深度,h,1,，加大,h,1,可提高输送量,Q,s,1 加料段：加料段的作用是输送物料给压缩段和均化段。,2 压缩段：,压实物料，熔融物料,。,螺槽体积在此段逐渐减小，螺槽是压缩型的，物料在此段继续被压实，并向熔融态转化，至末端物料全部或大部熔融而转变为粘流态。此段物料以固态和粘流态共存。,压缩段螺杆长度,L,2,。,压缩比：,它的作用是将物料压缩，排除气体，建立必要的压力，保证物料到达螺杆末端时有足够的致密度。,几何压缩比：,加料段第一个螺槽容积与均化段最后一个螺槽容积之比。,物理压缩比：,物料加工之前的松密度与均化段熔体密度之比。,2 压缩段：压实物料，熔融物料。,3 均化段：,该段的作用是将来自压缩段的已熔物料,定压定量定温,地挤到机头中去。,均化段的螺槽体积最小且维持不变，已完全熔融的物料在此段进一步被塑化和均化。物料在此段呈粘流态。,螺槽深度,h,3,应当设计得使该段的计量能力与压缩段的熔融能力相匹配，以适当地控制每一转的挤出量,。,h,3,=（0.020.06）D,。,均化段的长度,L,3,长一些，可以使物料得到相对长一些的均化时间，也可以减少压力、产量、温度的波动。,3 均化段：该段的作用是将来自压缩段的已熔物料定压定量定温地,1,螺杆直径,D,螺杆直径是指螺杆的外径，是螺杆的重要参量，它在一定意义上表征挤出机挤出量的大小。,螺杆直径已经标准化,五 螺杆的基本参数,1 螺杆直径D五 螺杆的基本参数,2,螺杆长径比,L/D,螺杆的长径比是螺杆的重要参数之一。若将它与螺杆转数联系起来考虑，在,一定意义上也表示螺杆的塑化能力和塑化质量。,单螺杆的长径比有一个由小到大的发展趋势，50年代一般为1820，60年代为2528，目前为30左右。,2 螺杆长径比L/D,大长径比的优点,1）长径比加大后，螺杆的长度增加，塑料在料筒中停留的时间长，塑化得更充分更均匀，故可以,保证产品质量,。,2）在此前提下，可以提高螺杆的转数。从而,提高挤出量,。,大长径比的缺点,1）长径比加大后，螺杆、料筒的加工和装配都比较困难和复杂，成本也相应提高。,2）,L/D,增大后,因螺杆的下垂度与其长度的四次方成正比，故会增加螺杆的弯曲度而造成螺杆与料筒的间隙不均匀，有时会使螺杆刮磨料筒而影响挤出机的寿命。,3,）当长径比加大后，若提高螺杆转数，其扭矩必然加大，这对小直径的螺杆来说，因其加料段的螺纹根径较小，就要考虑其强度是否满足要求的问题。,大长径比的优点,3,压缩比,是指螺杆的几何压缩比，它是螺杆加料段第一个螺槽的容积与计量段最后一个螺槽容积之比。,对于等距渐变型螺杆,S,1,=S,3,压缩比的选择：根据物料和工艺条件。,3 压缩比对于等距渐变型螺杆 S1=S3压缩比的选择：,4,导程、螺距与升角,导程,t,：,螺纹回转一周时，螺纹上某点沿螺杆轴向前进的距离。,螺距,s,：,螺杆上相邻螺纹之间的轴向距离。,螺纹升角,：,螺纹展开线与垂直于螺杆轴线的平面间的夹角。,=30,左右适于粉料，,=l7,左右适于圆柱料，,=15,左右适于方块料。,出于机械加工的方便，一般取,D=t,，,=1740。,4 导程、螺距与升角,螺纹的头数,n,螺杆螺纹可以是,单头的,，也可以是,双头的,。多头螺纹用得较少，这是因为物料在多头螺纹中不易均匀充满，易造成波动。,螺纹棱部宽度,e,1）e,太小会使漏流增加，而导致产量降低，特别是对低粘度的熔体来说更是如此。,2）,e,太大会增加螺棱上的动力消耗，有局部过热的危险。,3）一般取,e=(0.08-0.12)D。,螺纹的头数n,常见螺杆螺纹的断面形状有三种,1 矩形：,在螺槽根部有一个很小的圆角半径，它有最大的装填体积，而且机械加工比较容易，适用于加料段,2 锯齿形：,改善了塑料的流动情况，有利于搅拌塑化，也避免了物料的滞留。适用于压缩段和均化段。,3 双楔形：,输送物料稳定，提高塑化效果，提高产量3050%。,六 螺纹断面形状,常见螺杆螺纹的断面形状有三种六 螺纹断面形状,七 螺杆头部结构,当塑料熔体从螺旋槽进入机头流道时，其料流形式急剧改变，由螺旋带状的流动变成直线流动,。,为得到较好的挤出质量。要求物料尽可能平稳地从螺杆进入机头，尽可能避免局部受热时间过长而产生热分解现象。这与螺杆头部形状、螺杆末端螺纹的形状以及 机头体中流道的设计和分流板的设计等有密切关系。,七 螺杆头部结构当塑料熔体从螺旋槽进入机头流道时，其料流形式,根据常用的螺杆头的形状，分成以下几类：,1、钝的螺杆头,总有因物料在螺杆头前面停滞而分解的危险，即使稍有曲面和锥面的螺杆头通常也不足以防止这一点，对以上形式的螺杆头一般要求装分流板。,2、带有较长锥面的螺杆头,也难免在螺杆的端点因停滞物料被烧焦的现象。,根据常用的螺杆头的形状，分成以下几类：,3、斜切截锥体的螺杆头,其端部有一个椭圆平面，当螺杆转动时，它能使料流搅动，物料不易因滞流而分解。,4、锥部带螺纹的螺杆头,能使物料借助螺纹的作用而运动，主要用于电缆行业。,5、鱼雷头螺杆头,与料筒之间的间隙通常小于它前面的螺槽深度。有的鱼雷头表面上开有沟槽或加工出特殊花纹。,“,它有良好的混合剪切作用，能增大流体的压力和消除波动现象,”，,常用来挤出粘度较大、导热性不良或有较为明显熔点的塑料。,3、斜切截锥体的螺杆头,4.2.5,其它主要零部件,1,料筒,2,分流板,3,传动装置,4.2.5 其它主要零部件1 料筒,就料筒的整体结构来分，有,整体料筒和组合料筒,。,整体料筒,是在整体坯料上加工出来的。这种结构容易保证较高的制造精度和装配精度，也可以简化装配工作，便于加热冷却系统的设置和装拆，而且热量沿轴向分布比较均匀，自然这种料,筒,要求较高的加工制造条件。,1,料筒结构,就料筒的整体结构来分，有整体料筒和组合料筒。1 料筒,组合料筒,是指一根料筒是由几个料筒段组合起来的。,实验性挤出机,和,排气式挤出机,多用组合料筒。前者是为了便于改变料筒长度来适应不向长径比的螺杆，后者是为了设置排气段。在一定意义上说，采用组合料筒有利于就地取材和加工，对中小型厂是有利的。但实际上组合料筒对加工精度要求很高。组合料,筒,各料筒段多用法兰螺栓联接在一起。这样就破坏了料筒加热的均匀性，增加了热损失。也不便于加热冷却系统的设置和维修。,组合料筒,双金属料筒,为了既能满足料筒对材质的要求，又能节省贵重材料，不少料筒在一般碳素钢或铸钢的基体内部镶一合金钢衬套。衬套磨损后可以拆出加以更换、衬套和料筒要配合好，要保证整个料筒壁上热传导不受影响；料筒和衬套间既不能有相对运动，又要能方便地拆出，这就要选择合适的配合精度。,双金属料筒,IKV,料筒,料筒加料段内壁开设纵向沟槽,为了提高固体输送率，由固体输送理论知，一种方法就是增加料筒表面的摩擦系数，还有一种方法就是增加加料口处的物料通过垂直于螺杆轴线的横截面的面积。,在,料筒加料段内壁开设纵向沟槽和将加料段靠近加料口处的一段料筒内壁做成锥形就是这两种方法的具体化。,IKV料筒,强制冷却加料段料筒,为了提高固体输送量，还有一种方法。就是冷却加料段料筒，目的是使被输送的物料的温度保持在软化点或熔点以下，避免熔膜出现，以保持物料的固体摩擦性质。,采用上述方法后，输送效率由,0.3,提高到0,.6,。而且挤出量对机头压力变化的敏感性较小。,强制冷却加料段料筒,2,分流板,在螺杆头部和口模之间有一个过渡区，物料流过这一区域时，其流动形式要发生变化。为适应这一变化，该过渡区应当有一个决定于螺杆头形状和尺寸、口模形状和尺寸以及物料粘度的形状，该形状应当使熔体易于向口模流动。,a,b,2 分流板 在螺杆头部和口模之间有一个过渡区，物料流过这一,75,分流板的作用,使料流由螺旋运动变为直线运动,。此外。分流板还可以提高熔体压力，使制品比较密实，当物料通过孔眼时，得以进一步均匀塑化，以控制塑化质量。,分流板的作用,分流板的形式,分流板有各种形式，目前使用较多的是结构简单、制造方便的平板式分流板。,分流板的形式,分流板上孔眼的分布原则：,是使流过它的物料流速均匀。,孔眼多按同心圆周排列，也可按同心六角形排列。,孔眼的直径一般为,37毫米，孔眼的总面积约为分流板总面积的3050%。,分流板的厚度：,由挤出机的尺寸及分流板承受的压力而定，根据经验取为料筒内径的,20%左右,。,孔道应光滑无死角，为便于清洗物料，孔道进料端要倒出斜角。,分流板的位置：,分流板至螺杆头的距离不宜过大，否则易造成物料积存，使热敏性塑料分解；距离太小，则料流不稳定，对制品质量不利，一般为0,.1D（D,为螺杆直径）。,分流板上孔眼的分布原则：是使流过它的物料流速均匀。,3,传动系统,传动系统是挤出机的重要组成部分，它的,作用,是,驱动螺杆，给螺杆需要的转速和扭矩，完成挤出过程。,3 传动系统 传动系统是挤出机的重要组成部分，它的作用,79,（,1,）,交流整流子电机无级调速,整流子电机工作特性与挤出机工作特性比较接近，调速范围，起动性等运转性能比较合适，价格也相对较低，因此我国原先的塑料挤出机等多采用此方式。,（,2,）直流电机无级调速,这种方式目前在挤出机中已普遍采用，并已取代整流子电机，各项性能优异，但成本相对高一些。,（,3,）变频调速电机,使用普通交流电机或使用变频电机加变频器调速，这是最近几年才发展的一种新的调速技术，发展较快。,调速方式,（1）交流整流子电机无级调速调速方式,安全保护装置,设置必要的、合理的安全保护装置，在发生堵转时可以有效防止设备事故的发生，比如：损坏机身、螺杆、机头、电机等,其形式有,电器保护,和,机械保护,两种。,电器保护过载保护器（快速熔断器、过流继电器）,机械保护安全销或安全键，在过载时，首先剪断销或键，起到保护作用。,安全保护装置,4,加热冷却系统,由挤出过程知，温度是挤出过程得以进行的必要条件之一，挤出机的加热冷却系统就是为保证这一必要条件而设置的。,4 加热冷却系统 由挤出过程知，温度是挤出过程得以,82,塑料在挤出过程中得到的,热量来源,:,料筒外部供热,依靠安装在料筒外部的加热器供给热量。,内部供热,是由物料与料筒内壁、物料与螺杆以及物料之间相对运动所产生的摩擦剪切热供给。由电动机传输给螺杆的机械能转化而来。,这两部分热量所占比例与螺杆、料筒的结构形式、工艺条件、物料的性质等有关，也与挤出过程的阶段（如启动阶段，稳定运转阶段）有关。,塑料在挤出过程中得到的热量来源:,这两部分热量所占的比例在挤出过程的不同区段也是不同的,：,在加料段,由于螺槽较深，物料尚未压实，摩擦热是很少的，热量主要自加热器；,均化段,物料已熔融，温度较高，螺槽较浅，摩擦剪切产生的热量较多，在正常工作时往往需冷却器进行冷却。,压缩段,物料受热是上述两种情况的过渡状态，也就是由摩擦剪切产生的热量比加料段多，而比均化段少。,这两部分热量所占的比例在挤出过程的不同区段也是不同的,挤出机的加热方法,挤出机的加热方法通常有二种：载体加热和电加热。其中以电加热用得最多。,载体加热的原理是先将液体（水、油、联苯等）加热，再由它们加热料筒。,目前挤出机上应用得最多的是电加热，它又分为电阻加热和电感加热,挤出机的加热方法,挤出机的冷却,挤出机设置冷却系统（和加热系统一起）是为了保证塑料在工艺要求的温度条件下完成挤出成型过程。挤出过程中经常会产生螺杆回转生成的摩擦剪切热比物料所需要的热量多的现象，这会导致料筒内物料温度过高，如不及时排出过多的热量，会引起物料（特别是热敏性塑料）分解，有时也会使成型难以进行。为此。必须对料筒和螺杆进行冷却。,挤出机的冷却,料筒的冷却,现代挤出机的料筒都设有冷却系统。料筒的冷却方法有,风冷和水冷,。,风冷,风冷比较柔和、均匀、干净，在国内外生产的挤出机上应用较多。但风机占的空间体积大，如果风机质量不好易有声响。一般认为用于中小型挤出机较为合适。,料筒的冷却,水冷,与风冷相比，水冷的冷却速度快，体积小，成本低，但易造成急冷，从而扰乱塑料的稳定流动。如果密封不好，会有跑、冒、滴、漏现象。用水管绕在料筒上的冷却系统，容易生成水垢面堵塞管道，也易腐蚀。故完善的水冷系统所用的水不是自来水，而是经过化学处理的水。软化水并经过除氧处理。一般认为水冷用于大型挤出机为好。,水冷,螺杆冷却,冷却螺杆目的：,第一，获得最大的固体输送率,第二，冷却螺杆以控制制品质量,。,冷却介质,也有用油和空气作为冷却介质的。油和空气的优点是不具有腐蚀作用，温控比较精确，也不易堵塞管道。但大型挤出机用水冷却效果较好。,螺杆冷却,料斗座冷却,加料段的塑料温度不能太高，否则会在加料口形成“拱门”，使料不易加入。为此。必须冷却加料斗座。此外，冷却加料斗座还能阻止挤压部分的热量传往止推轴承和减速箱，从而保证了它们的正常工作条件。加料斗座的冷却介质多用水。,料斗座冷却,