【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 六代、第七代高速、大長(zhǎng)徑比方向發(fā)展。單螺桿 擠出機(jī) 則是向著超大型、超微型、大 長(zhǎng)徑比、高產(chǎn)出、良好的排氣性等方向發(fā)展，而適應(yīng)特殊加工需要的螺桿機(jī)筒結(jié)構(gòu)，則成為大家爭(zhēng)相研發(fā)的重點(diǎn)。實(shí)際上，單螺桿 擠出機(jī) 是一種低能耗、低成本的機(jī)型，只要技術(shù)得當(dāng)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，同樣可以達(dá)到雙螺桿 擠出機(jī) 的效能。據(jù)介紹，美國(guó) 現(xiàn)在使用的 塑料 擠出機(jī) 就以單螺桿為主。高技術(shù)含量的單螺桿 擠出機(jī) 正在某些領(lǐng)域逐步取代雙螺 桿 擠出機(jī) 。 目前國(guó)內(nèi)外單螺桿擠出機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及發(fā)展趨勢(shì)確定了本控制系統(tǒng)的硬件組成 :以 PLC 為核心來(lái)完成對(duì)擠出機(jī)工藝溫度和電機(jī)速度的集中控制 [2]。單螺桿塑料擠出機(jī)控制系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)各行各業(yè)的應(yīng)用雖然己經(jīng)十分廣泛，但從國(guó)內(nèi) 電纜 生產(chǎn)的 擠出機(jī)來(lái)講，總體發(fā)展水平仍然不高，同日本、美國(guó)、德國(guó)等先進(jìn)國(guó)家相比，仍然有著較大的差距。目前，我國(guó)在這方面總體技術(shù)水平處于 20 世紀(jì) 80 年代 水平 。比如在溫度控制方面成熟的溫控產(chǎn)品主要以“點(diǎn)位”控制及常規(guī)的 PID 控制器為主，它只能適應(yīng)一般溫 度系統(tǒng)控制，難于控制滯后、復(fù)雜、時(shí)變溫度系統(tǒng)控制。而適用于較高要求控制場(chǎng)合的智能化、自適應(yīng)溫控儀表，雖然國(guó)外己有較多的成熟產(chǎn)品，但由于國(guó)外技術(shù)保密及我國(guó)開(kāi)發(fā)工作的滯后，目前國(guó)內(nèi)擠出機(jī)以傳統(tǒng)繼電控制非常普遍，稍微好一點(diǎn)的以 PLC 為控制器，但是系統(tǒng)功能較為單一，與國(guó)際相比差距較大。 電 線(xiàn) 電 纜行業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)中一個(gè)重要的產(chǎn)業(yè)部門(mén)，為國(guó)家電氣化和國(guó)民及經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。但面對(duì)競(jìng)爭(zhēng)激烈的國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)和瞬息萬(wàn)變的科學(xué)技術(shù) ，線(xiàn)纜行業(yè)面臨著更新知識(shí)，學(xué)習(xí)新技術(shù)的艱巨任務(wù)。 近年來(lái)，我國(guó)光電線(xiàn) 電 纜市場(chǎng)以每年 15%~20%的速度遞增，電線(xiàn)電纜業(yè)在我國(guó)機(jī)械行業(yè)中的位置是僅次于汽車(chē)的第二大產(chǎn)業(yè)，中國(guó)也是僅次于美國(guó)的世界第二大電線(xiàn)電纜生產(chǎn)國(guó)。電線(xiàn)電纜行業(yè)的整體集中度不高，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，外資企業(yè)和私營(yíng)企業(yè)已經(jīng)成為電線(xiàn)電纜行業(yè)中最重要的力量。在電線(xiàn)電纜行業(yè)銷(xiāo)售收入前十名的企業(yè)中，絕大部分為民營(yíng)企業(yè)。 福斯 公司是國(guó)內(nèi)最大的汽車(chē)電線(xiàn)電纜制造企業(yè)之一，和眾多線(xiàn)束制造廠(chǎng)、汽車(chē)主機(jī)廠(chǎng)有著密切聯(lián)系。公司具有目前國(guó)際上先進(jìn)的汽車(chē)電線(xiàn)制造設(shè)備和加工手段，長(zhǎng) 期為國(guó)內(nèi)外用戶(hù)和各類(lèi)車(chē)型開(kāi)發(fā)配套了按德標(biāo)、日標(biāo)、美標(biāo)等國(guó)際主要汽車(chē)電線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)制造的各類(lèi)汽車(chē)電線(xiàn)產(chǎn)品。積累了豐富的制造經(jīng)驗(yàn)并受到用戶(hù)認(rèn)可 。 在本世紀(jì)第一個(gè)十年，福斯的汽車(chē)電線(xiàn)電纜產(chǎn)品已經(jīng)通過(guò)海內(nèi)外多家實(shí)驗(yàn)室的檢測(cè)，并獲得多家汽車(chē)企業(yè)的認(rèn)可。目前福斯為大眾、奧迪、福特、日產(chǎn)、標(biāo)致、菲亞黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 特、通用、馬自達(dá)等眾多汽車(chē)品牌配套，具有廣闊的市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)，在汽車(chē)電線(xiàn)電纜市場(chǎng)占有重要比例。 福斯具有符合汽車(chē)工業(yè)需要的完整的質(zhì)量保證體系。在 2020 年通過(guò)QS9000 質(zhì)量體系認(rèn)證和 質(zhì)量體系認(rèn)證， 2020 年通過(guò)了 ISO/TS 16949 質(zhì)量體系認(rèn)證和 ISO14001 環(huán)境管理體系認(rèn)證。目前福斯分別在北京、上海、長(zhǎng)春設(shè)有生產(chǎn)基地。在成都、廣州、重慶、武漢、南京、珠海等地設(shè)有辦事處。福斯總的占地面積達(dá)到十萬(wàn)平米。主要設(shè)備總數(shù)大約二百余臺(tái)套，員工總數(shù)近千人，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力可達(dá)到每年三百萬(wàn)公里（ 3,000,000km）。產(chǎn)品產(chǎn)量、品種和質(zhì)量名列前茅。 研究的主要問(wèn)題 單螺桿 擠出機(jī)的主機(jī)是擠塑機(jī)，它由擠壓系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)和加熱冷卻系統(tǒng)組成。 擠壓系統(tǒng) 擠壓系統(tǒng)包括螺桿、機(jī)頭和模具等，塑料經(jīng)過(guò)擠壓系統(tǒng)而塑化成平均的熔體，并在這一過(guò)程中所樹(shù)立壓 力下，被螺桿連續(xù)的擠出機(jī)頭。 ：是擠塑機(jī)的最主要部件，它直接關(guān)系到擠塑機(jī)的應(yīng)用范圍和消費(fèi)率，由高強(qiáng)度耐腐蝕的合金鋼制成。 ：機(jī)頭由合金鋼內(nèi)套和碳素鋼外套構(gòu)成，機(jī)頭內(nèi)裝有成型模具，機(jī)頭的作用是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的塑料熔體轉(zhuǎn)變?yōu)槠叫兄本€(xiàn)運(yùn)動(dòng)，平均平穩(wěn)的導(dǎo)入模套中，并賦予塑料以必要的成型壓力。為保證機(jī)頭內(nèi)塑料流道合理，消弭積存塑料的死角，常常安頓有分流套筒，為消弭塑料擠出時(shí)壓力動(dòng)搖，也有設(shè)置均壓環(huán)的。機(jī)頭上還裝有模具校正和調(diào)整的安裝，便于調(diào)整和校正模芯和模套的同心度。機(jī)頭的外殼是用螺栓固定在機(jī)身上， 機(jī)頭內(nèi)的模具有模芯坐，并用螺帽固定在機(jī)頭進(jìn)線(xiàn)端口，模芯座的前面裝有模芯，模芯及模芯座的中心有孔，用于經(jīng)過(guò)芯線(xiàn)，在機(jī)頭前部裝有均壓環(huán)，用于平衡壓力，擠包成型局部由模套座和模套組成，模套的位置可由螺栓經(jīng)過(guò)支撐來(lái)調(diào)理，以調(diào)整模套對(duì)模芯的相對(duì)位置，便于調(diào)理擠包層厚度的平均性，機(jī)頭外部裝有加熱安裝和測(cè)溫安裝。 傳動(dòng)系統(tǒng) 傳動(dòng)系統(tǒng)的作用是驅(qū)動(dòng)螺桿， 供應(yīng) 螺桿在擠出過(guò)程中所需求的力矩和轉(zhuǎn)速，通常由電動(dòng)機(jī)、減速器和軸 承等組成。而在構(gòu)造根本相同的前提下，減速機(jī)的制形成本大致與其外形尺寸及重量成正比。單螺桿直徑的擠出機(jī)，高速高效 [3]的擠出機(jī)比常規(guī)的擠出機(jī)所耗費(fèi)的能量多，電機(jī)功率加大一倍，減速機(jī)的機(jī)座號(hào)相應(yīng)加大是必需的。但高的螺桿速度，意味著低的減速比。假如用擠出量做分母，除以減速機(jī)重量，高速高效的擠出機(jī)得數(shù)小，普通擠出機(jī)得數(shù)大。以單位產(chǎn)量計(jì)，高速高效擠出機(jī)的電機(jī)功率小及減速機(jī)重量小，意味著高速高效擠出機(jī)的單位產(chǎn)量機(jī)器制形成本比普通擠出機(jī)低 . 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 加熱冷卻安裝 加熱與冷卻是塑料擠出過(guò)程可以停止的必要條件。 的是電加熱，分為電阻加熱和感應(yīng)加熱，加熱片裝于機(jī)身、機(jī)脖、機(jī)頭各局部。加熱安裝由外部加熱筒內(nèi)的塑料，使之升溫，以到達(dá)工藝操作所需求的溫度。 。詳細(xì)說(shuō)是為了掃除螺桿旋轉(zhuǎn)的剪切摩擦產(chǎn)生的多余熱量，以防止溫渡過(guò)高使塑料合成、焦燒或定型艱難。機(jī)筒冷卻分為水冷與風(fēng)冷兩種，普通中小型擠塑機(jī)采用 風(fēng)冷比擬適宜，大型則多采用水冷或兩種方式分離冷卻；螺桿冷卻主要采用中心水冷，目的是增加物料固體保送率，穩(wěn)定出膠量，同時(shí)進(jìn)步產(chǎn)質(zhì)量；但在料斗處的冷卻，一是為了增強(qiáng)對(duì)固體物料的 保送作用，避免因升溫使塑料粒發(fā)粘梗塞料口，二是保證傳動(dòng)局部正常工作。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 第 2章 單螺桿塑料擠出機(jī)技術(shù) 單螺桿 擠出機(jī) 生產(chǎn)線(xiàn)概況 擠出生產(chǎn)線(xiàn)結(jié)構(gòu) :上海福爾欣線(xiàn)纜有限公司 (實(shí)習(xí)單位 )的擠出生產(chǎn)線(xiàn)大致結(jié)構(gòu)：從右至左主要分為 ： .甩線(xiàn)式的 放線(xiàn) 機(jī) ； ； ； 槽和干燥箱 ； 收線(xiàn) 機(jī) 這 六大 塊。 如 圖 所示。 圖 單螺桿擠出機(jī)生產(chǎn)流水線(xiàn)（實(shí)圖） 圖 單螺桿擠出機(jī)生產(chǎn)流水線(xiàn)（示意圖） 通過(guò) 圖 可以了解到擠出機(jī)生產(chǎn)流水線(xiàn)的整體各個(gè)部分的示意圖 ，大致可以分為部分。 甩桶放線(xiàn)機(jī)：根據(jù)擠出的牽引速度自動(dòng)調(diào)整放線(xiàn)速度并提供銅線(xiàn)芯。 磁粉張力架：提供張力傳感 信號(hào)，用于調(diào)整甩桶放線(xiàn)速度。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 35 臥式注條機(jī)：?jiǎn)温輻U塑料護(hù)套擠出輔機(jī)，根據(jù)擠出電纜的要求配合主機(jī)使用，給銅芯電纜添加色帶，用于生產(chǎn)多色電纜的添加色。 65 高速擠出機(jī)：?jiǎn)温輻U塑料護(hù)套擠出主機(jī)，用于裸露線(xiàn)芯加上塑料絕緣護(hù)套，生產(chǎn)單色電纜時(shí)獨(dú)立使用，生產(chǎn)多色電纜時(shí)，要與輔機(jī)配合生產(chǎn)。 控制柜： 擠出機(jī)電氣控制部分，面板有各種操作按鍵以及觸摸屏、監(jiān)控儀表等 米溫水槽 :剛擠出護(hù)套 溫度很高，不能直接冷水，需 緩慢冷卻定型 . 8 米冷卻水槽： 繼溫水冷卻的冷水冷卻，使擠出的電纜 完全冷卻定型 . 張力 儲(chǔ) 線(xiàn)架： 當(dāng)收 線(xiàn) 部分需要換桶時(shí)，為了不讓擠出 主機(jī) 停止， 故 設(shè)置儲(chǔ)線(xiàn) . 干水槽： 用厚棉布或海棉 吸干水分和 使 線(xiàn)纜圓潤(rùn)定型 。 吹吸干機(jī)： 通過(guò)壓縮的干燥 氣流使線(xiàn)纜完全干燥 。 1測(cè)徑儀：檢測(cè) 擠出 線(xiàn)徑 的大小，調(diào)整擠出機(jī)的牽引速度，以滿(mǎn)足客戶(hù)要求。 1火花機(jī)： 使用 5KV 高壓測(cè)試 線(xiàn)纜的裸露點(diǎn)（火花點(diǎn)）。 1桶式收線(xiàn)機(jī)： 用于 收線(xiàn)，在本設(shè)計(jì)中不包括此項(xiàng)的設(shè)計(jì)。 擠出機(jī) 主機(jī) 基本概況 擠出機(jī)通過(guò) 電機(jī)的螺桿齒輪和齒輪傳動(dòng)功能帶動(dòng)擠出螺桿的轉(zhuǎn)動(dòng) 。塑料粒料通過(guò)擠出螺桿 機(jī)筒一端的料斗進(jìn)入機(jī)筒，然后通過(guò)螺桿傳送到機(jī)筒的另一 端。為了有足夠的壓力，螺桿上螺紋的深度隨著到料斗的距離的增加而下降。外部的加熱以及在塑料和螺桿由于摩擦而產(chǎn)生的內(nèi)熱，使塑料變軟和熔化 而達(dá)到塑料擠出的效果。 擠出機(jī) 頭 通常由三段組成。 ： 靠近加料 裝置 。它的功能讓物料以一個(gè)相對(duì)平穩(wěn)的速率進(jìn)入擠出機(jī)。一般情況下，為避免加料通道的堵塞，這部分將保持相對(duì)低的溫度。 ： 在這段形成熔體并且壓力增加。由加料段到壓縮段的過(guò)渡可以突然的也可以是逐步的。 ： 緊靠著擠出機(jī)出口。主要功能是流出擠出機(jī)的 塑料 質(zhì)是均勻一致的。在這部分為確保組成成分和溫度的均勻性，物 料應(yīng)有足夠的停留加熱 時(shí)間。 擠出機(jī)主機(jī)各個(gè)部分的功能及作用： 為使擠出 產(chǎn)品能滿(mǎn)足市場(chǎng)多樣要求 ，一般擠出 機(jī)的擠出部分都是 由主機(jī)和輔機(jī)兩大部分 組成，其基本結(jié)構(gòu)都如 圖 圖 所示?，F(xiàn)在就以主機(jī)為例，說(shuō)明其擠出生產(chǎn)過(guò)程。 塑料料粒由加料料斗加入機(jī)筒，隨著螺桿的旋轉(zhuǎn)，料 粒在螺槽中向前輸送，在輸送過(guò)程中受到機(jī)筒的加熱逐漸融化，形成很好塑化 熔體，然后 被輸送到機(jī)頭。機(jī)頭是制品成型的主要部件，熔融物料通過(guò)它機(jī)頭后獲得一定的幾何截面和尺寸。塑料從機(jī)頭中擠出后，溫度依然較高，仍有一定的塑性，經(jīng)冷卻定型，最后成為形狀固定的絲。為克服塑料絲在冷卻定型過(guò)程中所產(chǎn)生的摩擦力 而變形 ，用牽引裝置使管材以均勻的速度引出。當(dāng)牽引裝置送出冷卻定型后的規(guī)格黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 達(dá)到要求后，由收卷電機(jī)用卷絲盤(pán)將塑料絲卷起，完成整個(gè)的生產(chǎn)工序。 ③ 一 段 加 熱④ 二 段 加 熱⑤ 三 段 加 熱⑥ 四 段 加 熱⑨ 冷 卻 風(fēng) 扇⑧ 機(jī) 頭 、 眼 模 加 熱⑩ 螺 桿① 減 速 齒 輪 箱② 加 料 裝 置⑦ 機(jī) 夾 、 法 蘭 加 熱 圖 擠出機(jī) 主機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖 通常，人們把物料在料筒中的運(yùn)動(dòng)和狀態(tài)和性能 [4]的變化分為三段加以研究 ,分別是固體輸送 段、熔融段和熔體輸送段 : ： 塑料料粒從加料口直接進(jìn)入固體輸送段，該段主要職能是對(duì)料粒進(jìn)行 低溫 壓實(shí)并向 前輸送，隨著螺桿的轉(zhuǎn)動(dòng)以固體的狀態(tài)在螺 紋 槽中輸送。在固體輸送段，物料由室溫狀態(tài)進(jìn)入料筒，距物料熔融溫度溫差較大，物料在該段需要的熱量較大。 ： 螺桿在熔融段的螺槽深度越來(lái)越淺，螺距越來(lái)越小，隨著物料溫度的升高，固 體塑料逐漸熔融變成熔體 .在該段由物料剪切作用所轉(zhuǎn)化的熱往往超過(guò)了物料的需 求， 此時(shí)，應(yīng)采取制冷措施將系統(tǒng)多余的熱量排出。 ： 該段接受熔融段送來(lái)的熔融物料，使之溫度、應(yīng)力、粘度、密實(shí)度和流速更趨 均勻，通過(guò)多孔板后，為順利地從口模擠出做最后的準(zhǔn)備。熔融的物料通過(guò)口模后，在牽引裝置的牽引下通過(guò)定型裝置，從而得到更為精確的截面形狀、尺寸和光亮的表面。 擠出機(jī)的 主要 控制技術(shù) 單螺桿擠出的控制技術(shù)有許多種分類(lèi)。下面主要是根據(jù)擠出機(jī)控制技術(shù)方面分類(lèi)： 。通過(guò)控制技術(shù)方面的分類(lèi)可以更加清楚 表述出 擠出機(jī)的控制是 怎么實(shí)現(xiàn)的和更加 能體現(xiàn)出單螺桿擠出控制重要性。 溫度控制技術(shù)指標(biāo) 單螺桿 塑料擠出機(jī)的溫度控制與 其 所生產(chǎn)的 塑料 材料有 很大的 關(guān)系，例如 上海福爾欣線(xiàn)纜有限公司采用的是 電線(xiàn)電纜絕緣和護(hù)套的塑料擠出是根據(jù)熱塑性塑料容易變形的特性，使之處于粘流狀態(tài)進(jìn)行 擠壓 的。除了要求螺桿和機(jī)筒外部加熱 ； 熱量 傳遞到塑料使之融化擠出 ； 還要考慮螺桿擠出塑料時(shí)其本身的發(fā)熱 。 因此要求 擠出機(jī) 主機(jī)黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 的溫度 控制 應(yīng)從整體來(lái)考慮，既要考慮 主機(jī)各區(qū)段適當(dāng) 加熱器加熱的 同時(shí) ，又要考慮塑料熔化時(shí) 螺桿的擠出熱量外溢的因素加以 適時(shí) 冷卻。 所以要求 確定測(cè)量元件熱電偶具有合理的 安裝 位置和方 法， 方能 保證 從控溫儀表 讀取的溫度數(shù)據(jù)是 準(zhǔn)確反映主機(jī)各區(qū) 段的實(shí)際 適時(shí) 溫度 ； 以及要求溫控儀表的精度與系統(tǒng) 完美 配合，使整個(gè) 擠出機(jī) 主機(jī)溫度控制系統(tǒng)的波動(dòng)穩(wěn)定度達(dá)到各種塑料的擠出溫度 控制 的要求。 在擠出機(jī)溫度控制的技術(shù)指標(biāo)：最大允許 溫差值為177。 3℃。 另外 必須 具 有較快的反應(yīng) 溫度瞬變 的能力 。 上海福爾欣線(xiàn)纜有限公司的擠出機(jī)溫度控制系統(tǒng) 設(shè)計(jì)過(guò)程中采用 是 日本理化的 CH402型溫控表 [5]，自帶 PID 自動(dòng)調(diào)節(jié)功能 ,能夠出色的完成溫度控制任務(wù) 。 壓力控制技術(shù)指標(biāo) 擠出機(jī)擠出塑料的過(guò)程中產(chǎn)生的壓力很大。 為 了反映機(jī)頭的擠出 機(jī)擠出過(guò)程壓力情 況，需要檢測(cè)擠出時(shí)的機(jī)頭壓力，由于國(guó)產(chǎn) 的單螺桿 擠出機(jī) 并 沒(méi)有機(jī)頭壓力傳感器，一般是對(duì)螺桿擠出 的 后推力測(cè)量 代替了 機(jī)頭壓力的測(cè)量， 通過(guò)擠出 螺桿負(fù)荷表（ 即是電流表或電壓表）能正確反映擠出壓力的大小。擠出壓力的波動(dòng)也是引起擠出 塑料 質(zhì)量不穩(wěn)的重要因素之一 ； 擠出壓力的波動(dòng)與擠出溫度 控制 、冷卻裝置的使用 、 連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間的長(zhǎng)短等因素密切相關(guān)。通過(guò)檢測(cè)的壓力表讀數(shù)，就可以知道塑料在擠出時(shí) 產(chǎn)生的 壓力狀態(tài)，一般取后 螺桿擠出后 推力極限值報(bào)警控制 。 線(xiàn)徑控制技術(shù)指標(biāo) 為 了保證 擠出的 線(xiàn)纜外徑的尺寸， 能夠滿(mǎn)足客戶(hù)的要求。 除要求控制線(xiàn)芯（纜芯 ）的尺寸公差外， 另外 在擠出溫度、螺桿轉(zhuǎn)速、牽引裝置線(xiàn)速度等方面 都 有所控制 誤差[6]的保證 保證 ，因此 外徑的測(cè)量控制綜合反映上述控制的精度和水平。在擠出機(jī)組設(shè)備中，特別是高速擠出生產(chǎn)線(xiàn)上，應(yīng)配用在線(xiàn)外徑檢測(cè)儀