【文章內(nèi)容簡介】 代化和大量生產(chǎn)只是近三、四十年的事。目前，除某些在工藝過程中要求壓力極高的材料，或不宜用螺桿擠壓的材料仍有用柱塞式擠出機(jī)外，大量使用的是單螺桿擠出機(jī)，并且各國都已成系列生產(chǎn)。塑料注射成型工藝在十九世紀(jì)中后期也已出現(xiàn)，它是根據(jù)金屬壓鑄原理創(chuàng)造出來的，但具有較高機(jī)械化水平的第一臺柱塞式 注射機(jī)只是到二十世紀(jì)三十年代才出現(xiàn)。至二十世紀(jì)四十年代，螺桿式擠出機(jī)開始用于注射成型的預(yù)塑化裝置， 1956 年出現(xiàn)往復(fù)螺桿式注射機(jī)，標(biāo)志著注射成型工藝已發(fā)展到一個新的歷史階段，注射成型技術(shù)開始獲得突飛猛進(jìn)的發(fā)展。目前，不僅 熱塑性塑料，同時熱固性塑料也已可用擠出法和注射成型法進(jìn)行生產(chǎn)。大約也是在十九世紀(jì)中發(fā)展了橡膠壓延成型機(jī)，塑料壓延機(jī)也是在橡膠壓延機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。 從總的方面看，近年來，世界各國的塑料機(jī)械是朝大型、高速、高效、精密、特殊用途、連續(xù)化和自動化，以及小型和超小型的方向發(fā)展。 解放前，我國沒有塑料工業(yè)，我國的塑料機(jī)械是在解放以后，在中國共產(chǎn)黨的領(lǐng)導(dǎo)下，從無到有，從小到大，從原料到加工迅速的發(fā)展起來的，而塑料工業(yè)也正是在這種情況下得到快速的發(fā)展。目前，我國生產(chǎn)的塑料機(jī)械的品種比較齊全，并且已能生產(chǎn)一些大型精密的 塑料機(jī)械。同時，我國的擠出機(jī)、注射機(jī)、開煉機(jī)和壓延機(jī)都已系列化。它將進(jìn)一步促進(jìn)我國塑料機(jī)械工業(yè)的發(fā)展。然而，與世界先進(jìn)水平相比，我國的塑料工業(yè)和塑料機(jī)械仍存在著較大的差距。為使我國的塑料工業(yè)迅速趕上和超過世界先進(jìn)水平，把我國 建設(shè)成為農(nóng)業(yè)、工業(yè)、國防和科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化的偉大的社會主義強(qiáng)國而努力奮斗 【 1】 。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 3 第 2章 課題概述 塑料擠出機(jī)的特點(diǎn) 擠出成型在塑料制品成型加工工業(yè)中占有很重要的地位。據(jù)統(tǒng)計，在塑料制品成型加工中，擠出成型制品的產(chǎn)量居首位。 擠出成型發(fā)具有如下的主要特點(diǎn)： 。 。而且從發(fā)展趨勢看，擠出成型制品的生 產(chǎn)率的提高將比其它成型法快。 ，能加工絕大多數(shù)熱塑性塑料和一些熱固性塑 料。 ，收效快。因此，擠出成型法已成為目前最普通的 一種塑料成型加工方法，而擠出機(jī)也就成為塑料成型加工機(jī)械的最重要的機(jī)種之一，它對人們的生活、工農(nóng)業(yè)建設(shè)、國防建設(shè)和星際航行等都具有十分重要的意義。 塑料擠出機(jī)的組成部分 塑料擠出機(jī)的分類 隨著塑料擠出成型法的廣泛應(yīng)用和發(fā)展，塑料擠出機(jī)的類型日益爭多。 根據(jù)螺桿的轉(zhuǎn)速分：普通擠出機(jī)、分開式擠出機(jī)。根據(jù)安裝位置分：螺桿在空間呈水平裝置的臥式擠出機(jī)和螺桿直立于地面安裝的立式擠出機(jī)。 此外，還有排氣式擠出機(jī)、混煉擠出機(jī)、兩段式擠出機(jī)和超高分子量聚合物擠出機(jī)等 目前應(yīng)用最多的是臥式單螺桿整體裝配式擠出機(jī)。 擠出機(jī)的主要技術(shù)參數(shù) 擠出機(jī)工作性能的主要技術(shù)參數(shù)有：螺桿直徑（指螺桿的外圓直徑Ds）、螺桿的長徑比 L/Ds（即螺桿工作部分長度 L 與 Ds 之比值）、螺桿的轉(zhuǎn)速范圍、主螺桿的拖動電動機(jī)的功率 N、機(jī)器的生產(chǎn)能力 Q、以及機(jī)筒的加熱功率和分段數(shù)、機(jī)器的中心高度和 外形尺寸（長、寬、高）等。這是衡量和選用擠出機(jī)的主要根據(jù)，也是設(shè)計擠出機(jī)時首先要確定的技術(shù)參數(shù)。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 4 塑料擠出機(jī)的主機(jī)的組成 塑料擠出機(jī)的主機(jī)是由擠壓系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)和加熱冷卻系統(tǒng)組成。 擠壓系統(tǒng)包括螺桿、機(jī)筒、料斗、機(jī)頭、和模具，塑料通過擠壓系統(tǒng)而塑化成均勻的熔體，并在這一過程中所建立壓力下，被螺桿連續(xù)的擠出機(jī)頭。 （ 1） 螺桿：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)用范圍和生產(chǎn)率，由高強(qiáng)度耐腐蝕的合金鋼制成。 （ 2）機(jī)筒：是一金屬圓筒，一般用耐熱、耐壓強(qiáng)度較高、堅固耐磨、耐腐蝕的合金鋼或內(nèi)襯合金鋼的復(fù)合鋼管制成。 （ 3）料斗：料斗底部裝有截斷裝置，以便調(diào)整和切斷料流，料斗的側(cè)面裝有視孔和標(biāo)定計量裝置。 （ 4）機(jī)頭和模具：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。 傳動系統(tǒng)的作用是驅(qū)動螺桿，供給螺桿在擠出過程中所需要的力矩和轉(zhuǎn)速，通常由電動機(jī)、減速器和軸承等組成。 加熱與冷卻是塑料擠出過程能夠進(jìn)行的必要條件。 （ 1）現(xiàn)在擠塑機(jī)通常用的是電加熱，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)頭各部分。加熱裝置由外部加熱筒內(nèi)的塑料，使之升溫，以達(dá)到工藝操作所需要的溫度。 （ 2）冷卻裝置是為了保證塑料處于工藝要求的溫度范圍而設(shè)置的。 輔助設(shè)備 塑料擠出機(jī)組的輔機(jī)主要包括放線裝置、校直裝置、預(yù)熱裝置、冷卻裝置、牽引裝置、計米器、火花試驗(yàn)機(jī)、收線裝置。擠出機(jī)組的用途不同其選配用的輔助設(shè)備也不盡相同。如還有切斷器、吹干器、印字裝置等。 控制系統(tǒng) 塑料擠出機(jī)的控制系統(tǒng)包括加熱系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)及工藝參數(shù)測量系統(tǒng)，主要由電器、儀表和執(zhí)行機(jī)構(gòu)（即控制屏和操作臺）組成。其主要作用是： 1． 控制和調(diào)節(jié)主輔機(jī)的拖動電機(jī)，輸出符合工藝要求的轉(zhuǎn)速和功率，并能使主輔機(jī)協(xié)調(diào)工作； 2． 檢測和調(diào)節(jié)擠塑機(jī)中塑料的溫度、壓力、流量； 3． 實(shí)現(xiàn)對整個機(jī)組的控制或自動控制。 一般地說，主機(jī)在擠出設(shè)備中往往是最主要的部分。而在主機(jī)的組成 部分中，擠出系統(tǒng)又是最關(guān)鍵的部分，傳動系統(tǒng)和加熱冷卻系統(tǒng)則是為保證擠出系統(tǒng)正常工作服務(wù)的；在輔機(jī)的各個組成部分中，機(jī)頭設(shè)計和制造的質(zhì)量也往往是比較重要的。然而，隨著情況的改變，這些矛盾又是可以哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 5 相互轉(zhuǎn)換的。 單螺桿 塑料擠出機(jī) 原理 單螺桿一般在有效長度上分為三段，按螺桿直徑大小、螺距、 螺深確定三段有效長度，一般按各占三分之一劃分。 料口最后一道螺紋開始叫 加料 段：物料在此處要求不能塑化，但要預(yù)熱、受壓擠實(shí)，過去老擠出理論認(rèn)為此處物料是松散體，后來通過證明此處物料實(shí)際是固體塞，就是說這里物料受擠壓后是一固體象塞子一樣，因此只要完成輸送任務(wù)就是它的功能了。 第二段叫 熔融 段，此時螺槽體積由大逐漸變小，并且溫度要達(dá)到物料塑化程度，此處產(chǎn)生壓縮由輸送段三，在這里壓縮到一，這叫螺桿的壓縮比－－ 3： 1，有的機(jī)器也有變化，完成塑化的物料進(jìn)入到第三段。 第三段是 均化 段，此處物料保持塑化溫度，只是象計量泵那樣準(zhǔn)確、定量輸送熔體物料，以供給 機(jī)頭，此時溫度不能低于塑化溫度，一般略高點(diǎn)。 隨著塑料成型法的廣泛應(yīng)用和發(fā)展， SJ45 塑料擠出機(jī)為單螺桿擠出機(jī)，裝配結(jié)構(gòu)為整體式。 布局方式：螺桿在空間呈水平裝置的臥式擠出機(jī)，此擠出機(jī)重心較低而平穩(wěn)，且機(jī)器的中心高度可視操作方便而定，同時能方便的配置各種輔機(jī)，操作維修都較方便。 SJ45 擠出機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)：螺桿直徑 DS 為 45mm，螺桿的長徑比L/DS 為 25： 1，螺桿的轉(zhuǎn)速范圍為 50～ 200r/min，最大擠出量為 40～50kg/h。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 6 第 3章 擠壓系統(tǒng)的設(shè)計 擠壓系統(tǒng)的設(shè)計主要包括螺桿和機(jī)筒的設(shè)計，其次還有分流板和過濾網(wǎng)的設(shè)計。從擠出理論分析可知高聚物固體顆粒在擠壓系統(tǒng)中經(jīng)過固體輸送、熔融和熔料定壓定量等擠壓過程。螺桿的結(jié)構(gòu)及其幾何參數(shù)的設(shè)計合理與否直接影響這個擠壓過程。因此，螺桿是擠壓系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，被稱為擠出系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，被稱為擠出成型設(shè)備的 “心臟 ”。 螺桿和機(jī)筒的設(shè)計包括普通螺桿、新型螺桿、機(jī)筒的設(shè)計，螺桿和機(jī)筒材料的選擇及其強(qiáng)度計算。 普通螺桿 是屬于從加料段至均化段為全螺紋的螺桿。螺桿特 征主要有：螺桿形式、 直徑 Ds、長徑比 L/Ds、三段的結(jié)構(gòu)、 螺紋升程 和螺紋升角、螺紋 升角 、 螺紋斷面形狀以及螺桿頭的結(jié)構(gòu)。普通螺桿按其螺紋升程和螺槽深度的變化可分為三種形式：等距變深螺桿、等深變距螺桿、變深變距螺桿。 隨著塑料工業(yè)的飛速發(fā)展，人們在生產(chǎn)實(shí)踐的過程中對普通螺桿不斷進(jìn)行改進(jìn)和提高，以適應(yīng)其生產(chǎn)上的需要，就在這種情況下，產(chǎn)生了新型螺桿 ——分離型螺桿。 衡量螺桿設(shè)計質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn) 生產(chǎn)能力 生產(chǎn)能力是設(shè)計螺桿的一個主要指標(biāo)之一。不同規(guī)格的螺桿生產(chǎn)能力是不同的，同一規(guī)格 的螺桿，由于結(jié)構(gòu)和幾何尺寸的差異或由于螺桿轉(zhuǎn)速的差異，加工同一物料的生產(chǎn)能力也各有不同。因此，必須有一個作為比較生產(chǎn)能力的標(biāo)準(zhǔn)。其中的一個標(biāo)準(zhǔn)是生產(chǎn)能力 Q 與螺桿轉(zhuǎn)速 n 之比值，稱為比流量 Q/n，即在單位時間內(nèi)螺桿每轉(zhuǎn)一圈的擠出量。同規(guī)格的螺桿在加工同一種物料時的比流量，在一定程度上說明了螺桿的結(jié)構(gòu)及其幾何參數(shù)設(shè)計的合理與否。對于同一規(guī)格的螺桿，還要衡量在保證擠出物質(zhì)量的前提下能夠達(dá)到的最高生產(chǎn)能力 Qmax。 功率消耗 從擠出機(jī)的能量平衡來看，在擠壓系統(tǒng)中對物料所消耗的能量應(yīng)等于對物料的加熱能量和對螺桿輸入功率的總和。但習(xí)慣上為了 衡量螺桿加工不同物料所消耗的機(jī)械功率的大小，假設(shè)機(jī)筒外加熱功率相同時，以螺桿每單位生產(chǎn)能力所消耗的機(jī)械功率作為衡量的標(biāo)準(zhǔn)，稱為螺桿的單耗 N/Q，哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 7 其單位為千瓦 小時 /公斤。 螺桿的單耗值愈大，說明螺桿所作的機(jī)械功對物料進(jìn)行剪切和摩擦作用而轉(zhuǎn)換為熱能愈多。但是，在不同的溫度下，不同的物料的熱焓是一個定值， 機(jī)械功轉(zhuǎn)換為熱量過多，可能會引起局部過熱，甚至造成物料的熱分解，影響制品質(zhì)量；另一方面增加螺桿傳動 裝置的負(fù)載或螺桿和機(jī)筒進(jìn)行局部冷卻而造成能量浪費(fèi)。因此，在保證物料塑化的前提下，螺桿的單耗應(yīng)以低值為好。 擠出物的質(zhì)量 擠出物的質(zhì)量包括外觀質(zhì)量、擠出物的混合質(zhì)量、擠出物的擠出溫度、在徑向上的溫差、溫度隨時間而波動的軸向溫差、擠出的壓力波動等方面的內(nèi)容。 設(shè)計 擠壓系統(tǒng)首先考慮的問題 高聚物的特性 在設(shè)計擠出系統(tǒng)之前， 應(yīng)掌握被加工高聚物的性能。不同的高聚物，對螺桿的結(jié)構(gòu)和幾何參數(shù)有不同的要求。被加工的高聚物顆粒的形狀、大小、松密度，熔融溫度或軟化點(diǎn)，在熔融狀態(tài)下的粘度、流動性能、熱穩(wěn)定性，熔融溫度的范圍以及高聚物中是否含有填料、其含量的大小和填料的性能等都對螺桿的設(shè)計有不同的要求。 話纜線芯絕緣層材料為聚氯乙烯。 擠壓系統(tǒng)的用途 在設(shè)計之前應(yīng)考慮其用途，是作為專用機(jī)臺還是通用機(jī)臺，擠壓系統(tǒng)只考慮擠壓某一種塑料的長期生產(chǎn)之用。 若作為通用機(jī)臺之用，擠壓系統(tǒng)要考慮適應(yīng)于若干種塑料相互交替之用。 SJ45 擠出機(jī)為專用機(jī)臺。 口模幾何形狀和阻力特性 擠出不同的制品，要求用不同的口模。不同幾何形狀的口模，對物料擠出時的阻力特性不同，從擠出理論知道螺桿 ——口模的特性關(guān)系曲線：機(jī)頭阻力大，螺桿的生產(chǎn)能力降低；反之生產(chǎn)能力提高。不同口模的幾何形狀和阻力特性對螺桿的幾何參數(shù)有不同的要求。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 8 螺桿的分析設(shè)計 形式的選擇 隨著塑料工業(yè)的飛速發(fā)展，人們在生產(chǎn)實(shí)踐的過程中對普通螺桿不斷進(jìn)行改進(jìn)和提高，以適應(yīng)其生產(chǎn)上的需要，并從理論上進(jìn)行研究和探索。同時對原有的理論模型進(jìn)行修改、補(bǔ)充和提高，提出一些新的理論模型。從不同的角度上改進(jìn)了普通螺桿，從而出現(xiàn)了許多新的螺桿稱為新型螺桿。在此， SJ45 擠出機(jī)采用分離型螺桿，它在不同程度上大大提高了螺桿的工作特性 。 基本結(jié)構(gòu)、工作原理和性能 1．基本結(jié)構(gòu) 分離型螺桿的基本結(jié)構(gòu)是其加料段和均化段與普通螺桿的結(jié)構(gòu)相似，不同的是在加料段末端設(shè)置一條起屏障作用的附加螺紋，其外徑小于主螺紋，如圖所示。 2．工作原理 分離型螺桿的工作原理如圖，由于熔料及時被分離，固體床不會產(chǎn)生被碎。而且熔料越過間隙 △ 時受到一定的剪切作用，可以提高混煉效果。即使部分未熔融的小顆粒越過間隙 △ ，也受到剪切作用而進(jìn)一步熔融，如果還未達(dá)到全部熔融，在進(jìn)入液相槽之后也容易與熔料進(jìn)行熱交換而熔融。同時，熔料在液相槽中還可以進(jìn)一步受到剪切作用而均化。 3．分離型螺桿的工作性能 （ 1）擠出物均勻。 （ 2）生產(chǎn)能力、功率消耗和工作特性。 （ 3）排氣性能好。 （ 4）掃膛現(xiàn)象少 。 分離型螺桿設(shè)計 1．長徑比的確定 從國內(nèi)外的資料和生產(chǎn)實(shí)踐的結(jié)果表明長徑比一般取 2025 較好， 25以上的長徑比更能發(fā)揮其特性和擴(kuò)大對物料的適應(yīng)性。 L/Ds 的具體確定還要考慮加工物料的實(shí)際物理性性能、制品的質(zhì)量要求和所需要的生產(chǎn)能力來確定。所以長徑比選定為 25。 2．壓縮比和螺槽深度的確定 分離型螺桿的幾何壓縮比一般可小于普通螺桿，但要大于被加工物料壓縮比，由表 124[1]可知，低壓聚乙烯，聚丙烯和聚苯乙烯的物理壓縮比都小于 2，若確定加工這三種物料的分離型螺桿的幾何壓縮比為 2 左右就哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 9 能滿足要求，故選定其幾何壓縮比為 考慮到分離型螺桿在相同轉(zhuǎn)速下比普通螺桿消耗的功率大，如果要進(jìn)一步提高轉(zhuǎn)速，所需的功率更大。因此，為保證分離型螺桿加料段第一個螺槽根徑處有足夠的機(jī)械強(qiáng)度， H1 一般選取等于或小于普通螺桿。而 H3比普通螺桿大，可按確定壓縮比計算。 大多數(shù)采用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)來確定。 H3=（ ～ ） Ds =(～ )mm