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  • 排氣式擠出機螺桿如何改進技術

  • 發布日期:2016-07-28
  • 摘要:

    螺桿的結構和參數的選擇,對擠出機性能的影響是很大的。高產優質的擠出是螺桿設計應符合的基本要求。

     

    一.   排氣式冷喂料擠出機的工作機理及其螺桿的組成結構

     

    在擠出過程中,膠料的物性是有一定變化的,這種變化在冷喂料擠出機上尤為明顯。通常加入擠出機的膠料呈高彈態,隨著擠出過程的進行,膠料在螺桿的強烈剪切、壓縮作用下溫度與壓力逐漸升高,而呈現粘流態。

     

    根據膠料在擠出過程中物性的變化情況,螺桿的工作部分大體可分為喂料段、塑化段和擠出段(又稱計量段)。擠出機的生產能力很大程度上取決于喂料段的進料能力和擠出段的擠出能力。而膠料的混煉和塑化質量則直接與塑化段的塑化能力有關。對于排氣式冷喂料擠出機,其螺桿通常則由四段組成,即喂料段、第一計量段、排氣段和第二計量段。實際上就是在塑化段和擠出段之間增加了一段所謂“排氣段”。其排氣效果的好壞將決定膠料內部是否含有氣泡,從而影響到產品的致密性和外觀質量。排氣式冷喂料擠出機的工作原理可概述如下:

     

     

    自喂料口進入擠出機的膠料,往往夾帶有少量氣體,在旋轉螺桿的作用下,喂料段膠料只有部分充滿螺槽,進入第一計量段時,由于這段的螺槽較淺,膠料受到強烈的剪切和壓縮從而得到較好的塑化和混煉,溫度和壓力也逐漸升高,膠料完全充滿螺槽,并開始呈現出粘流態的物性。排氣段的螺槽較深且導程也比第一計量段大.故其螺槽容積顯著增大,膠料進入該段后,由于內部含有氣體(包括水份及易揮發物的氣化產物)而產生氣泡,在螺棱的切割下氣泡破碎,氣體從排氣口用真空泵抽出,抽出的氣體經冷凝器冷凝、過濾,以除去有害物質。除氣后的膠料繼續輸往第二計量段作進一步的塑化和混合,在螺桿的擠壓作用下,膠料以一定的壓力和溫度自機頭擠出。排氣式冷喂料擠出機的螺桿結構及工作壓力變化曲線示意圖。

     

     螺桿結構及工作壓力變化曲線示意圖

     

    二.影響排氣效率的主要因素
     
    (1)排氣段的流量。流量大則排氣效率低。
     
    (2)進料度。進料度指排氣段螺紋溝槽內有料部分斷面積與螺紋溝槽斷面積之比。進料度高則排氣效率低。
     
    (3)停留時間。膠料在排氣段的停留時間越長,排氣效率越高。
     
    (4)剪切強度。剪切強度越大,則排氣效率越高。
     
    3 問題的提出
     
    某公司引進德國Berstoff公司技術生產的橡膠排氣式冷喂料擠出機的螺桿,其塑化段采用了主副螺紋型螺桿,它由兩條導程不等的主副螺紋組成,副螺紋的高度略低于主螺紋,塑化好呈現出粘性流動的膠料可以越過副螺紋螺棱進入副螺紋背側螺槽,未塑化好的膠料則繼續留在副螺紋正側螺槽進一步塑化。主副螺紋型螺桿具有強烈的剪切和塑化能力,故可在高轉速下實現優質擠出,且對加工的膠料適應性強,并具有較好的自潔、排氣、耐掃膛性能。該螺桿在排氣段排氣孔之前設有獨特的橫棱結構,詳見圖2。
     
     橫棱結構剖視(改進前)
     
    膠料在螺槽中流動,由于受到橫棱的作用而產生強烈的剪切和混合,因此能得到較好的塑化和混煉。由圖1可以看出膠料在橫棱前時工作壓力將達到第一計量段的峰值,經過橫棱后由于螺槽容積的突然增大,導致壓力顯著下降,使膠料中所含的氣體、水份及揮發物氣化,鼓出氣泡,在排氣螺棱的切割作用下氣泡被破碎,并通過排氣口的抽真空管路將這些氣體排除。所以,使用了這種結構螺桿的擠出機所生產的產品,無論是致密性還是外觀質量上均能滿足用戶的使用要求,多年來深受用戶青睞。
     
    但是,不少用戶所使用的膠料是不盡相同的,特別是冷喂料擠出機,所加入膠料的硬度及其粘度也有很大的不同。他們根據其所生產產品的不同性能要求,在同一臺擠出機上會經常變換使用物性差異較大的膠料。因此在實際擠出過程中,就會出現以下情況:
     
    (1)當使用硬度較低的膠料時,通過塑化段的塑化混煉后,已經呈現粘流態的膠料粘度也較小,其流動能力較好,容易通過排氣段橫棱。此時的橫棱與螺槽頂部的間隙δ值就應設計小,些,以限制膠料的流動速度,這樣既可以限制流量又可以延長膠料在排氣段的停留時問,有利于提高排氣效率。否則的話,將出現排氣孔因該部位集膠過多導致“冒膠”的現象,從而堵塞排氣孔,使排氣孔無法正常工作,增加清理排氣孔的頻率。
     
    (2)當使用硬度較高的膠料時,橫棱與螺槽頂部的間隙δ值則必須設計大些,以適應那些流動性較差的高粘度膠料的通過,使膠料排氣后能盡快填充至第二計量段螺槽,保證擠出的連續均勻和產量的穩定。由于原德國Berstoff公司技術生產的螺桿,其橫棱與螺桿設計成一整體結構,故一經加工完成,其橫棱高度是不可改變的。以往用戶在訂貨時。須提供所用膠料的硬度范圍以供設制造參考若膠料硬度變化較大時,需配備兩條甚至更多
     
    的螺桿一因螺桿材料優先選用38CrMoAIA鋼,價格昂貴,且加工工藝復雜,其表面還需進行離子氮化處理,故造價不菲,這將大大提高用戶的設備投入成本。
     
    4問題的解決——兩種改進方案
     
    我公司經過多方論證及實踐,提出并實施了兩種改進的螺桿橫棱方案,采用分體式結構較好地解決了因膠料硬度變化而帶來的以上問題。
     
    4.1改進方案一:活動橫棱結構
     
    對于小規格擠出機而言,其螺棱較窄,受到安裝空問的限制,而且螺桿所受的扭矩相對較小。為此,我們采用將原橫棱部位直接改成可拆卸的活動橫棱結構,見圖3。

    活動橫棱結構

     

    其具體做法:在原來的橫棱部位預先銑出安裝平臺,并加工好鍵槽及安裝螺孔,為了保證螺桿主體與活動橫棱均有足夠的強度和抗剪切能力,截面厚度略有增加,活動橫棱下部加工出與鍵槽配合的鍵,并用內六角螺釘安裝在螺桿主體預先銑出的安裝平臺上。
     
    該結構采用鍵槽聯接方式保證活動橫棱能承受膠料塑化和混煉所傳遞來的扭矩和剪切力?;顒訖M棱的加工也比較方便,一般來說一條螺桿配備三種高度規格的活動橫棱就基本可滿足絕大多數膠料的使用要求。
     
    該結構簡便易行,對于不同硬度的膠料,通過更換活動
     
    橫棱的高度規格,即可改變橫棱與螺槽頂部的問隙8值,使
     
    問題得到較好地解決。
     
    4.2改進方案二:兩半擋環結構
     
    對于較大規格的擠出機,螺桿所承受的扭矩明顯增加,須采用抗剪切能力更強的結構,兩半擋環結構就是根據這一要求提出的,見圖4。
     

    兩半檔環結構

     

    這種結構主要由兩個帶有鍵槽和安裝螺孑L的兩半環、承受扭矩的定位平鍵及安裝螺釘組成。加工步驟如下:

     

    (1).螺桿的橫棱部位車出環狀溝槽,并加工好鍵槽及安裝螺孔。

     

    (2).按與環狀溝槽相匹配的尺寸加工幾件帶有鍵槽和安裝螺孔的整圓固定環,然后用線切割從中間將之分開成兩個半環(半成品)并配對使用。

     

    (3).將一組兩半環(半成品)用內六角螺釘安裝在螺桿主體的環狀溝槽上,按螺桿的螺槽曲面加工出符合某種膠料硬度范圍的橫棱。

     

    (4).更換另一對兩半環(半成品)安裝就位,以同樣方法加工出符合另一種膠料硬度范圍的橫棱。如此可加工出多組不同高度規格橫棱的兩半擋環。

     

    (5).兩半擋環的材料與螺桿一致,加工后同爐進行表面離子氮化處理。

     

    該結構較為復雜,加工過程也頗繁瑣。但由于采用了環狀溝槽來承受膠料塑化和混煉時產生的軸向壓力,靠鍵槽承受螺桿旋轉產生的扭矩,因此尤其適合фl50以上大規格排氣式冷喂料擠出機的使用要求。對于不同硬度的膠料,通過更換不同高度規格的兩半擋環,即可改變橫棱與螺槽頂部的間隙δ值,使問題得到解決。

     

    5.結束語

     

    兩種改進后的排氣式冷喂料擠出機螺桿,均采用了可拆換的橫棱結構,在一條螺桿上通過變換不同高度規格的活動橫棱或兩半擋環,即可以實現以往兩、三條螺桿才能兼顧的膠料硬度適用范圍,為用戶節約了可觀的設備投入成本,尤其適合那些中小型橡膠制品加工企業的使用需要。

     

    螺桿設計技術http://www.jnhsdq.com/news/Industry-News/340.html

     
     


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