國(guó)內(nèi)的
雙螺桿擠出機(jī)發(fā)展也是越來(lái)越快了,產(chǎn)品質(zhì)量也非常高。在提率的同時(shí),需要產(chǎn)品質(zhì)量也提高是一項(xiàng)高挑戰(zhàn)的問(wèn)題,提高性能的多樣化也面臨著研發(fā)的難度。
提高生產(chǎn)效率是新型同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機(jī)開(kāi)發(fā)研制的重要目標(biāo)之一,它可以通過(guò)提高螺桿轉(zhuǎn)速、增強(qiáng)塑化和混合能力等途徑來(lái)實(shí)現(xiàn)。
在相同螺桿轉(zhuǎn)速下,增大螺槽的深度可使輸送量大幅度增加。與此相應(yīng)地要求螺桿的塑化和混合能力也隨之增大,這就要求螺桿能夠承受更大的扭矩。在高的螺桿轉(zhuǎn)速下,物料在擠出機(jī)內(nèi)的停留時(shí)間減少,有可能使物料塑化熔融、混煉不夠充分。為此,需要適當(dāng)增加螺桿長(zhǎng)度,這些又必然導(dǎo)致雙螺桿擠出機(jī)實(shí)際承載扭矩和功率的增加。
增大螺槽自由容積也是一個(gè)重要的因素。在加料段和脫揮段,螺紋元件具有大的自由容積是非常必要的,對(duì)于松密度物料,增大加料段自由容積和物料在螺槽中的充滿程度,可大幅度提高擠出機(jī)的生產(chǎn)能力。
提高扭矩和轉(zhuǎn)速,需對(duì)減速分配箱進(jìn)行精心設(shè)計(jì)。要大幅度地提高設(shè)備的扭矩指標(biāo),必將對(duì)傳動(dòng)箱的設(shè)計(jì)和制造水平提出更高的要求。扭矩越高,傳動(dòng)箱中齒輪、輸出軸、軸承等零件的設(shè)計(jì)、制造精度、材質(zhì)強(qiáng)度和熱處理要求就越高,同時(shí)對(duì)雙螺桿擠出機(jī)的芯軸、螺紋元件和捏合盤等零件的設(shè)計(jì)制造精度要求也更高。因?yàn)橐龃舐菁y元件的自由容積,在螺桿外徑不變的情況下,兩螺桿中心距將減小,這必將使配比齒輪和止推軸承安裝空間不夠的問(wèn)題變得更為突出。
要得到高的產(chǎn)品質(zhì)量,擠出機(jī)核心部件——塑化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)關(guān)系重大。
塑化系統(tǒng)主要包括螺桿和機(jī)筒,為適應(yīng)多種加工要求,通常都將螺桿和機(jī)筒設(shè)計(jì)成積木式組合結(jié)構(gòu)。按照各段的功能可將螺桿分成加料段、塑化段、混煉段、排氣段和擠出段。這些區(qū)段在擠出過(guò)程中具有不同的功能,其結(jié)構(gòu)各不相同,與之相應(yīng)的螺桿元件幾何參數(shù)也各不相同,因此如何確定螺紋元件幾何參數(shù)成為塑化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。
對(duì)同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機(jī)來(lái)說(shuō),中徑比(即兩螺桿中心距與螺桿半徑之比)、螺紋頭數(shù)以及螺紋頂角之間存在一定的關(guān)系,不可隨意設(shè)計(jì),否則兩螺桿之間會(huì)發(fā)生干涉。為解決這一問(wèn)題,筆者根據(jù)兩螺桿的運(yùn)動(dòng)軌跡得到螺桿的理論端面曲線,利用大型計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)軟件的三維實(shí)體造型功能,編制了雙螺桿擠出機(jī)幾何造型程序,實(shí)現(xiàn)了雙螺桿三維實(shí)體圖形顯示,得到了各類規(guī)格自清式螺紋元件的幾何參數(shù),并檢驗(yàn)兩螺桿的嚙合情況。此外,還結(jié)合工程實(shí)踐,借助于計(jì)算機(jī),完成了有間隙的雙螺桿三維實(shí)體造型,可以用來(lái)檢驗(yàn)兩螺桿的間隙是否均勻,使物料在螺桿運(yùn)動(dòng)中*,即保證螺桿具有較強(qiáng)的自清能力,能有效地防止物料在機(jī)內(nèi)停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而降解,這無(wú)疑為制造、的塑料產(chǎn)品提供了良好的加工手段。
由于螺桿轉(zhuǎn)速的提高,物料在擠出機(jī)內(nèi)的停留時(shí)間縮短,為了使物料能得到更充分的塑化和混合,并能使物料溫度上升過(guò)程變得緩和,得到高質(zhì)量的產(chǎn)品,除了需要進(jìn)行螺桿元件的優(yōu)化組合外,還需要增加螺桿的長(zhǎng)徑比。但L/D增大,對(duì)機(jī)器的制造精度和驅(qū)動(dòng)功率以及螺桿芯軸的承載扭矩的要求提高,在制造技術(shù)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上要求有更高的水平。
此外,對(duì)排氣段螺紋元件進(jìn)行優(yōu)化組合,在排氣口前設(shè)立建壓元件,并采用大導(dǎo)程螺紋元件,可以提高脫揮效率;另外,在機(jī)頭與擠出機(jī)間采用熔體齒輪泵建壓,使得擠出機(jī)計(jì)量段末端壓力降低,螺桿有效充滿長(zhǎng)度縮短,有效排氣長(zhǎng)度加長(zhǎng),又能在一定程度上提高排氣效果。
實(shí)現(xiàn)多功能化
隨著雙螺桿擠出機(jī)的工藝用途越來(lái)越廣泛,在擠出機(jī)內(nèi)除了要完成一般的加料、輸送、壓縮、塑化、混煉、排氣、均化等工序外,往往還要求完成脫水、干燥、降解、反應(yīng)擠出等多種工藝,并要求雙螺桿擠出機(jī)具有多路喂料和多級(jí)排氣等功能。為了滿足用戶的不同工藝以及快速更新產(chǎn)品的要求,在塑化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中要著重于不同螺紋元件、機(jī)筒以及加料系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)工作。除開(kāi)發(fā)四類螺桿元件用于不同組合外,還需設(shè)計(jì)不同類型的機(jī)筒,除了用在塑化、熔融和均化段的一般的封閉機(jī)筒外,還有帶有上開(kāi)口的加料機(jī)筒、帶有側(cè)開(kāi)口的側(cè)向加料機(jī)筒以及玻纖、抽真空機(jī)筒。
加料機(jī)筒設(shè)計(jì)成加料口為楔形間隙形式,在加料口的側(cè)壁與螺桿表面形成一個(gè)直到加料口底部中心的楔形間隙,使物料能夠順利地被旋轉(zhuǎn)帶入擠出機(jī)內(nèi)。側(cè)向加料機(jī)筒是為加入炭黑等難加入的物料或不宜在螺桿內(nèi)停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的易分解助劑而設(shè)計(jì)的,而輔加料機(jī)筒是為加入玻璃纖維等添加劑而設(shè)計(jì)的。在排氣機(jī)筒上,排氣口垂直向上,排氣口的中心線沿螺桿旋轉(zhuǎn)方向偏移機(jī)筒中心線一定距離,從而減小物料因離心力的作用而被轉(zhuǎn)動(dòng)的螺桿從排氣口甩出的可能性。
設(shè)計(jì)自清的、高容積同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機(jī)定量加料器,它與側(cè)向加料器液體注入器配合,可以得到比常規(guī)用的經(jīng)攪拌器預(yù)混合,然后與基料一起通過(guò)主加料口加入到雙螺桿擠出機(jī)的工藝更好的混合質(zhì)量,并能在一定程度上提高產(chǎn)量。
還可設(shè)計(jì)多路排氣裝置,如自然排氣和抽真空排氣系統(tǒng),將混合過(guò)程中的揮發(fā)分排出。用多級(jí)排氣口可以排出大量的揮發(fā)分,可以將聚合和混合的中間步驟省掉,提高生產(chǎn)效率。
對(duì)于具有多路喂料和多級(jí)排氣的雙螺桿擠出機(jī)來(lái)說(shuō),配置的長(zhǎng)徑比要大,為36~48,并能根據(jù)用戶加工工藝要求進(jìn)行自由調(diào)節(jié)。