【正文】 少時(shí)，轉(zhuǎn)矩輥就增速，當(dāng)進(jìn)入加料口的膠料適量時(shí)，則轉(zhuǎn)矩輥就恢復(fù)保持正常速度，多供給的膠片遇厚薄不勻時(shí)，轉(zhuǎn)矩加料裝置能自動(dòng)加以控制，以達(dá)到均勻加料，提高膠料壓出精度，其誤差可由 。這種溫控方式準(zhǔn)確、有效、合理。由于擠出機(jī)的進(jìn)步，其應(yīng)用方法和應(yīng)用范圍也在不斷的改進(jìn)和擴(kuò)大。采用第一種途徑勢(shì)必增加設(shè)備和工序，費(fèi)工又費(fèi)時(shí)，并使成本增加，而且對(duì)于單體和某些高沸點(diǎn)溶劑的脫除效果也不一定好，因?yàn)樵诩庸で坝煤嫦涞臒峥諝鈦?lái)干燥物料，由于塑料的導(dǎo)熱性差，使得干燥時(shí)間長(zhǎng)達(dá)樹小時(shí)，效率很低，且物料易受污染，而采用第二種途徑時(shí)，由于被封閉在原料顆粒內(nèi)北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 的揮發(fā)物、空氣和水分等又往往無(wú)法在顆粒熔融前完全逸出，特別是在螺桿轉(zhuǎn)速較高的情況下。 排氣擠出機(jī)是在擠出成型制品過(guò)程中，能夠用來(lái)排除物料中所含的水分、溶劑、剩余單體、不凝性氣體及在成型溫度下能揮發(fā)的低聚物的一種擠出設(shè)備。 排氣擠出機(jī)在加工塑料制品過(guò)程中，顯示出許多優(yōu)點(diǎn)，歐洲的許多有名度的擠出機(jī)制造商都在生產(chǎn)排氣擠出機(jī)，一般可分成兩大類： ① 單螺桿排氣擠出機(jī) ② 多螺桿排氣擠出機(jī)（大多數(shù)指雙螺桿） 本論文只討論單螺桿排氣擠出機(jī) 1．最基本的商用單螺桿排氣擠出機(jī) 通常，單螺桿排氣擠出機(jī)擠壓部件的基本結(jié)構(gòu)由兩段（通常叫兩階）組成，一般每階均有一固定的螺距和不同的槽深，物料從第一階的進(jìn)料區(qū)進(jìn)入，融化、升壓，最后送到第一計(jì)量段，然后半熔融體被釋壓（由于螺槽突然加深，有時(shí)伴隨著螺距突然加寬），這樣半熔融體邊進(jìn)入排氣段，此段一般認(rèn)為是第二階螺桿的首段；在排氣段，揮發(fā)性物質(zhì)以及其它的氣體成分從熔融體中釋放，通過(guò)開在 機(jī)筒上的排氣孔逸出或由真空泵抽出。 然而，排氣擠出機(jī)在生產(chǎn)過(guò)程中，通常有兩個(gè)不易解決的問(wèn)題： ① 產(chǎn)量波動(dòng)； ②排氣口堵塞（即冒料問(wèn)題）。 2．二階單螺桿排氣擠出機(jī)的類型 盡管排氣擠出機(jī)工作原理相同，但結(jié)構(gòu)類型和螺桿的幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)等方面往往相北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 差很大，這不僅取決于制造技術(shù)水平的高低，而且還取決于生產(chǎn)、科研需要的不同。多階排氣擠出機(jī)比二階排氣擠出機(jī)多若干段排氣程序，因此可以滿足某些物料加工的特殊要求，在一般的情況下，當(dāng)工藝上只需要排除物料中所含的不凝性氣體和揮發(fā)物時(shí)，采用二階排氣擠出機(jī)（一次抽氣）已足夠有效，故目前用得較多的是二階排氣擠出機(jī)。 （ 1） 和直接抽氣式排氣擠出機(jī) 圖 一般排氣擠出 工藝原理 所謂直排和直接抽氣式排氣擠出機(jī)，即是系統(tǒng)直接由第一計(jì)量段進(jìn)入 排氣段后，氣體是從設(shè)在排氣段的機(jī)筒上的排氣口排出的擠出機(jī)。 （ 2） 旁路式排氣擠出機(jī) 圖 旁路式排氣擠出機(jī) 上圖所示旁路式排氣擠出機(jī)的特點(diǎn)是在機(jī)筒上開有旁路系統(tǒng)，在旁路上安有調(diào)壓閥，以控制流量，在其螺桿的第一計(jì)量段末有一反向螺紋，以迫使物料 通過(guò)旁路進(jìn)入排氣段，其優(yōu)點(diǎn)是可方便地控制流量，達(dá)到防止冒料的目的。 （ 3） 中空式排氣擠出機(jī) 圖 中空排氣式擠出機(jī)結(jié)構(gòu)原理圖 上圖所示中空排氣擠出機(jī)的特點(diǎn)是在其螺桿的第一計(jì)量段后面設(shè)有一個(gè)或幾個(gè)反螺紋，在反螺紋的作用下，使向前的料流被迫從開設(shè)在螺桿中心的孔中流到第二階螺桿 ，而氣體卻可以通過(guò)反螺紋到達(dá)排氣段，并從排氣段排氣口排出，脫除了氣體的物料經(jīng)壓縮和塑化后從機(jī)頭擠出。 （ 4） 尾部排氣擠出機(jī) 圖 尾部排氣式擠出機(jī) 圖 所示尾部排氣擠出機(jī)的特點(diǎn)是其螺桿有較短的壓縮段，且排氣口不開設(shè)在機(jī)筒上，而開在排氣段的螺桿上，氣體是從排氣口經(jīng)開在螺桿中心的孔中從螺桿尾部排出的，故稱其為尾部排氣擠出機(jī) 。 北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 第 3． 2節(jié) 排氣擠出機(jī)的結(jié)構(gòu) 排氣擠出機(jī)與普通擠出機(jī)的主要不同是螺桿與料筒的結(jié)構(gòu)，同時(shí)排氣擠出機(jī)還有一套排氣系統(tǒng)。排氣擠出機(jī)的螺桿可以看成是由前后兩根螺桿組成，第一根螺桿的出料端與排氣段相接。這前后相聯(lián)的結(jié)構(gòu)決定了這兩根螺桿的產(chǎn)量相互牽制，相互影響。假如第二根螺桿的擠出能力大于第一根螺桿，則排氣擠出機(jī)擠出不穩(wěn)定，影響擠出質(zhì)量，因此要使排氣擠出機(jī)能正常工作，這兩根螺桿的擠出能力，在轉(zhuǎn)速相同的條件下，必須相等。 因此，排氣擠出機(jī)的機(jī)筒和螺桿設(shè)計(jì)比普通用擠出機(jī)的要復(fù)雜的多。排氣口的位置可以設(shè)在熔融段的前方，也可以設(shè)在熔融段的末端。對(duì)粉末狀的原材料、原材料中所含揮發(fā)物的沸點(diǎn)比較低的，排氣口的位置應(yīng)放在熔融段的前端比較有利。對(duì)要求擠出物中所含揮發(fā)物極限值比較高的可采用自然排氣，這樣不易冒料，對(duì)提高產(chǎn)量有利。對(duì)原材料中含揮發(fā)物量大的應(yīng)采用多級(jí)排氣螺桿，對(duì)固態(tài)料用抽真空排氣效果比較明顯，但對(duì)熔體的效果就小得多了。偏面提高某一段功能，不但不能提高整機(jī)功能，有時(shí)甚至?xí)焕谄渌胃玫陌l(fā)揮功能。為此，螺桿只能在較低的轉(zhuǎn)速下進(jìn)行生產(chǎn)，產(chǎn)量不能有實(shí)質(zhì)性的提高。排氣段的長(zhǎng)度不宜太長(zhǎng)，太長(zhǎng)不僅增加了螺桿的總長(zhǎng)，同時(shí)增加了冒料的危險(xiǎn)。 本文將對(duì) f 90橡膠排氣擠 出機(jī)在傳統(tǒng)機(jī)型的基礎(chǔ)上進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)。 90 橡膠排氣擠出機(jī)是一個(gè)有機(jī)整體，對(duì)它的開發(fā)設(shè)計(jì)必然要求綜合材料，材料加工，實(shí)踐等多方面的知識(shí)。 北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 第 4 章 設(shè)計(jì)排氣擠出機(jī) 第 4． 1節(jié) 排氣擠出機(jī)主要組成部分 （ 1） 一臺(tái)擠出成型設(shè)備通常又主機(jī)、輔機(jī)及其控制系統(tǒng)組成。 ② 傳動(dòng)系統(tǒng) 其主要作用是驅(qū)動(dòng)螺桿，保證螺桿工作過(guò)程中、所需的扭距和轉(zhuǎn)速。 2）輔機(jī) 擠出設(shè)備的組成根據(jù)制品的種類而定的。 3）控制系統(tǒng) 擠出機(jī)的控制系統(tǒng)主要由電儀表和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成，其主要作用： ① 控制主、輔機(jī)的拖動(dòng)系統(tǒng)，以滿足工藝要求的轉(zhuǎn)速和功率。 ③ 實(shí)現(xiàn)整個(gè)擠出機(jī)的自動(dòng)控制。傳動(dòng)系統(tǒng)和加熱冷卻系統(tǒng)是為了保證擠出機(jī)正常工作服務(wù)的。隨著情況的轉(zhuǎn)變，這些矛盾可以相互轉(zhuǎn)化。 ① 生產(chǎn)能力 生產(chǎn)能力是設(shè)計(jì)螺桿的主要指標(biāo)之一。同一種規(guī)北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 格的螺桿由于結(jié)構(gòu)和幾何的差異或者由于螺桿的差異，加工同一種物料的生產(chǎn)能力也不同。其中的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)就是生產(chǎn)能力 Q 和螺桿 n 的轉(zhuǎn)速之比，稱為比流量 Q/n。通常以螺桿每單位生產(chǎn)能量的所消耗的機(jī)械功率作為衡量的標(biāo)準(zhǔn)，稱為螺桿的單耗 N/Q。因此在保證物料塑化的前提下，螺桿的單耗應(yīng)以底值為好。 擠出物的外觀質(zhì)量是指擠出物在擠出時(shí)表面是否出現(xiàn)不光滑、波浪形、鯊魚皮形等。混合質(zhì)量好表明制品的各點(diǎn)北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 的性能均勻性好。擠出物的基礎(chǔ) 溫度低，制品容易定型、可以縮短對(duì)制品的冷卻時(shí)間，能減輕輔機(jī)的冷卻負(fù)擔(dān)。徑向溫差是指在螺桿頭部前面某一垂直于物料流動(dòng)方向的截面上徑向各點(diǎn)的溫度差值。 ④ 螺桿加工制造容易，使用壽命長(zhǎng) 螺桿的加工制造困難，影響螺桿的造價(jià)。 ⑤ 機(jī)頭壓力的計(jì)算 膠料在擠出機(jī)內(nèi)流動(dòng)的過(guò)程中，由于受到機(jī)頭內(nèi)腔流道的阻力和螺桿的壓縮作用，使機(jī)筒內(nèi)膠料的壓力 有加料口開始沿膠料流動(dòng)的方向逐漸升高，到螺桿頭部 附近達(dá)到最大值，該值習(xí)慣上稱為機(jī)頭壓力。對(duì)普通螺桿而言 ,膠料壓力在螺桿頭端 形成最大值 .對(duì)于帶有屏障頭的螺桿 ,從喂料口到螺桿頭端會(huì)形成兩個(gè)壓力峰值 ,其最大的仍在螺桿的頭部附近。通常 壓型擠出機(jī)的擠出壓力是 10MPa 左右，濾膠機(jī)為15MPa 左右。 ⑥ 驅(qū)動(dòng)功率影響到機(jī)器能否正常生產(chǎn)，它直接決定成本的高低。 排氣擠出機(jī)的驅(qū)動(dòng)功率應(yīng)為一、二階螺桿所消耗的驅(qū)動(dòng)功率之和，即 I IIN N N?? （ ） 北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 式中 N — 排氣擠出機(jī)所消耗的驅(qū)動(dòng)功率（千瓦） IN — 排氣螺桿第一階所消耗的驅(qū)動(dòng)功率（千瓦） IIN — 排氣螺桿第二階所消耗的驅(qū)動(dòng)功率（千瓦） 在計(jì)算 IN 、 IIN 時(shí)，可參考普通螺桿的驅(qū)動(dòng)功率的計(jì)算方法進(jìn)行。如第一計(jì)量段末的壓力是否為零，物料在到達(dá)第二階時(shí)是否處于基本熔融塑化的狀態(tài)等情況來(lái)考慮。 表 部分排氣擠出機(jī)的驅(qū)動(dòng)功率 螺桿直徑 sD (毫米 ) 長(zhǎng)徑比 轉(zhuǎn)速范圍 (轉(zhuǎn) /分 ) 生產(chǎn)率 (公斤 /時(shí) ) 驅(qū)動(dòng)功率 （千瓦） 加熱功率及分段數(shù) 加熱功率 分段數(shù) 45 25 50 60 30 120 90 30 12120 250 74 30 6 90 35 200 70180 3055 41 5 150 27 60200 75 6 ⑦ 軸向力的計(jì)算 螺桿的軸向力是擠出機(jī)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要參數(shù)，它是由作用在螺桿上的兩個(gè)不同部分的力組成的：螺桿頭端膠料對(duì)螺桿的反壓力（膠料的靜壓力）作用在螺桿端面上引起的，即由擠出壓力引起的軸向力，稱為靜壓軸向力；在螺桿旋轉(zhuǎn)推動(dòng)膠料運(yùn)動(dòng)時(shí)，膠料對(duì)螺桿表面摩擦阻力的軸向分 力而引起的，稱為動(dòng)壓軸向力。 靜壓軸向力可以按擠出壓力與螺桿的橫截面積來(lái)計(jì)算，即： 21 4DPPp= () 式中： P — 螺桿頭端膠料的擠出壓力， aMP D — 螺桿外徑， m.。動(dòng)壓軸向力要精確計(jì)算是困難的，以下的是半經(jīng)驗(yàn)公式： ( ) 239。Lp p D L i D S eSpp驏 247。= +231。桫 () 式中： 39。e — 螺峰的軸向?qū)挾龋?m 。p 經(jīng)國(guó)內(nèi)測(cè)定：對(duì)排氣擠出機(jī)推薦采用： 39。= + = + 創(chuàng) = ⑧ 螺桿轉(zhuǎn)速的確定： 擠出機(jī)螺桿轉(zhuǎn)速是擠出機(jī)的重要參數(shù)，直接影響擠出機(jī)的生產(chǎn)率、功率、壓出半成品的質(zhì)量，機(jī)器的結(jié)構(gòu)等。 生產(chǎn)率與轉(zhuǎn)速的關(guān)系 從生產(chǎn)率 Q 的計(jì)算公式中可知，隨著轉(zhuǎn)速 n 的增加， 生產(chǎn)率 Q 也 上升。 功率與轉(zhuǎn)速的關(guān)系 隨著轉(zhuǎn)速的增加，功率也隨著增加，但功率隨轉(zhuǎn)速增加的速率是逐漸下降的。較大的機(jī)頭壓力可以提高半成品的致密度。 轉(zhuǎn)速 n 與膠料在機(jī)筒內(nèi)剪切、捏煉、塑化、升溫的關(guān)系 當(dāng) n 升高后，速度梯度增加，則膠料的撕裂、剪切、捏煉的效果好，塑化亦好。因此 n 的高低既影響半成品的質(zhì) 量，又影響擠出北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。 螺桿的臨界轉(zhuǎn)速 在無(wú)旁壓輥的顆粒加料擠出機(jī)中，當(dāng)轉(zhuǎn)速過(guò)高時(shí)，會(huì)使進(jìn)料困難，甚至加不進(jìn)料。 424n D=臨 () 式中： D — 螺桿直徑，厘米。 最佳條件下的螺桿轉(zhuǎn)速 最佳條件下的螺桿轉(zhuǎn)速 n 可以通過(guò)下式計(jì)算： 1ncD= () 式中： n — 螺桿的最佳轉(zhuǎn)速， /minr ； D — 螺桿直徑 ， mm； c — 系數(shù)，排氣擠出機(jī) 820c= ，膠料流動(dòng)性差時(shí)， c 值應(yīng)相應(yīng)減少。 11 8 2 0 8 6 / m in90n c rD= = ?轉(zhuǎn) 速 參考國(guó)內(nèi)外同類的擠出機(jī)的螺桿轉(zhuǎn)速，確定螺桿的最佳轉(zhuǎn)速，即正常工作時(shí)的螺桿轉(zhuǎn)速為 75/minr ， 有效工作的螺桿轉(zhuǎn)速范圍是 0 ~ 75 / minr 。 （ 3） 螺桿的螺槽深度 H 和壓縮比 I:螺桿的螺槽深度是指螺紋的外半徑與其根部半徑之差 。 （ 4）螺桿的螺紋升程（又稱為導(dǎo)程）、螺紋升角、螺紋頭數(shù)和螺距 排氣螺桿的設(shè)計(jì)的基本參數(shù)有：螺桿直徑、長(zhǎng)徑比、螺桿的特征深度、壓縮比、排氣段的螺槽深度及排氣段的長(zhǎng)度、螺桿的轉(zhuǎn)速及螺桿各段長(zhǎng)度的分配等。同時(shí)還應(yīng)考慮到所加工的原料的工藝條件、排氣過(guò)程的特殊要求及所配的機(jī)頭口模結(jié)構(gòu)類型等因素。 在普通擠出機(jī)上，由于物料是經(jīng)過(guò)塑化和均化后即進(jìn)行擠出成型，而排氣擠出機(jī)的物料是在經(jīng)過(guò)第一階螺桿的基本塑化后，還要在排氣段進(jìn)行排氣，而排氣后的物料再經(jīng)第二階螺桿擠出。 在確定螺桿的長(zhǎng)徑比時(shí)，應(yīng)注意到，如選得太小，則物料在第一階中有可能達(dá)不到基本塑化的程度，這將影響到排氣效果。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)具體要求而定。 表 目前國(guó)內(nèi)部分排氣擠出機(jī)的長(zhǎng)徑比 螺桿直徑 (毫米 ) 45 65 90 90 150 150 長(zhǎng)徑比（ L/ sD ） 25 26 25 30 27 30． 7 （ 2） 排氣螺桿的螺槽特征深度 排氣螺桿第一計(jì)量段的螺槽深度 1h 稱為它的特征深度，一般用 1h =K sD 來(lái)表示。 第一計(jì)量段的螺槽深度影響著生產(chǎn)能力 1Q ，因此在螺桿直徑等已確定的情況下，可根據(jù)生產(chǎn)能力 1Q 的要求，來(lái)確定第一計(jì)量段的螺槽深度 1h 的大小。 根據(jù)資料介紹， 1h ? sD 左右，對(duì)一般排氣擠出機(jī)來(lái)說(shuō)，可取 K? 。而且這兩段的壓縮比是有所不同的。在第一壓縮段中，物料還未被塑化，而在第 二壓縮段時(shí)，物料已經(jīng)基本塑化并已經(jīng)通過(guò)脫氣。 （ 4） 排氣段各參數(shù)的確定 衡量排氣擠出機(jī)的優(yōu)劣的質(zhì)量指標(biāo)之一是排氣效果的好壞。當(dāng)氣體從熔融物料中排出時(shí)，必須克服熔體表面的張力和氣體從熔體向表面擴(kuò)散的阻力。根據(jù)實(shí)驗(yàn)表