排气式挤出机螺杆如何改进技术

  • 发布日期:2016-07-28
  • 摘要:

    螺杆的结构和参数的选择,对挤出机性能的影响是很大的。高产优质的挤出是螺杆设计应符合的基本要求。

     

    一.   排气式冷喂料挤出机的工作机理及其螺杆的组成结构

     

    在挤出过程中,胶料的物性是有一定变化的,这种变化在冷喂料挤出机上尤为明显。通常加入挤出机的胶料呈高弹态,随着挤出过程的进行,胶料在螺杆的强烈剪切、压缩作用下温度与压力逐渐升高,而呈现粘流态。

     

    根据胶料在挤出过程中物性的变化情况,螺杆的工作部分大体可分为喂料段、塑化段和挤出段(又称计量段)。挤出机的生产能力很大程度上取决于喂料段的进料能力和挤出段的挤出能力。而胶料的混炼和塑化质量则直接与塑化段的塑化能力有关。对于排气式冷喂料挤出机,其螺杆通常则由四段组成,即喂料段、第一计量段、排气段和第二计量段。实际上就是在塑化段和挤出段之间增加了一段所谓“排气段”。其排气效果的好坏将决定胶料内部是否含有气泡,从而影响到产品的致密性和外观质量。排气式冷喂料挤出机的工作原理可概述如下:

     

     

    自喂料口进入挤出机的胶料,往往夹带有少量气体,在旋转螺杆的作用下,喂料段胶料只有部分充满螺槽,进入第一计量段时,由于这段的螺槽较浅,胶料受到强烈的剪切和压缩从而得到较好的塑化和混炼,温度和压力也逐渐升高,胶料完全充满螺槽,并开始呈现出粘流态的物性。排气段的螺槽较深且导程也比第一计量段大.故其螺槽容积显著增大,胶料进入该段后,由于内部含有气体(包括水份及易挥发物的气化产物)而产生气泡,在螺棱的切割下气泡破碎,气体从排气口用真空泵抽出,抽出的气体经冷凝器冷凝、过滤,以除去有害物质。除气后的胶料继续输往第二计量段作进一步的塑化和混合,在螺杆的挤压作用下,胶料以一定的压力和温度自机头挤出。排气式冷喂料挤出机的螺杆结构及工作压力变化曲线示意图。

     

     螺杆结构及工作压力变化曲线示意图

     

    二.影响排气效率的主要因素
     
    (1)排气段的流量。流量大则排气效率低。
     
    (2)进料度。进料度指排气段螺纹沟槽内有料部分断面积与螺纹沟槽断面积之比。进料度高则排气效率低。
     
    (3)停留时间。胶料在排气段的停留时间越长,排气效率越高。
     
    (4)剪切强度。剪切强度越大,则排气效率越高。
     
    3 问题的提出
     
    某公司引进德国Berstoff公司技术生产的橡胶排气式冷喂料挤出机的螺杆,其塑化段采用了主副螺纹型螺杆,它由两条导程不等的主副螺纹组成,副螺纹的高度略低于主螺纹,塑化好呈现出粘性流动的胶料可以越过副螺纹螺棱进入副螺纹背侧螺槽,未塑化好的胶料则继续留在副螺纹正侧螺槽进一步塑化。主副螺纹型螺杆具有强烈的剪切和塑化能力,故可在高转速下实现优质挤出,且对加工的胶料适应性强,并具有较好的自洁、排气、耐扫膛性能。该螺杆在排气段排气孔之前设有独特的横棱结构,详见图2。
     
     横棱结构剖视(改进前)
     
    胶料在螺槽中流动,由于受到横棱的作用而产生强烈的剪切和混合,因此能得到较好的塑化和混炼。由图1可以看出胶料在横棱前时工作压力将达到第一计量段的峰值,经过横棱后由于螺槽容积的突然增大,导致压力显著下降,使胶料中所含的气体、水份及挥发物气化,鼓出气泡,在排气螺棱的切割作用下气泡被破碎,并通过排气口的抽真空管路将这些气体排除。所以,使用了这种结构螺杆的挤出机所生产的产品,无论是致密性还是外观质量上均能满足用户的使用要求,多年来深受用户青睐。
     
    但是,不少用户所使用的胶料是不尽相同的,特别是冷喂料挤出机,所加入胶料的硬度及其粘度也有很大的不同。他们根据其所生产产品的不同性能要求,在同一台挤出机上会经常变换使用物性差异较大的胶料。因此在实际挤出过程中,就会出现以下情况:
     
    (1)当使用硬度较低的胶料时,通过塑化段的塑化混炼后,已经呈现粘流态的胶料粘度也较小,其流动能力较好,容易通过排气段横棱。此时的横棱与螺槽顶部的间隙δ值就应设计小,些,以限制胶料的流动速度,这样既可以限制流量又可以延长胶料在排气段的停留时问,有利于提高排气效率。否则的话,将出现排气孔因该部位集胶过多导致“冒胶”的现象,从而堵塞排气孔,使排气孔无法正常工作,增加清理排气孔的频率。
     
    (2)当使用硬度较高的胶料时,横棱与螺槽顶部的间隙δ值则必须设计大些,以适应那些流动性较差的高粘度胶料的通过,使胶料排气后能尽快填充至第二计量段螺槽,保证挤出的连续均匀和产量的稳定。由于原德国Berstoff公司技术生产的螺杆,其横棱与螺杆设计成一整体结构,故一经加工完成,其横棱高度是不可改变的。以往用户在订货时。须提供所用胶料的硬度范围以供设制造参考若胶料硬度变化较大时,需配备两条甚至更多
     
    的螺杆一因螺杆材料优先选用38CrMoAIA钢,价格昂贵,且加工工艺复杂,其表面还需进行离子氮化处理,故造价不菲,这将大大提高用户的设备投入成本。
     
    4问题的解决——两种改进方案
     
    我公司经过多方论证及实践,提出并实施了两种改进的螺杆横棱方案,采用分体式结构较好地解决了因胶料硬度变化而带来的以上问题。
     
    4.1改进方案一:活动横棱结构
     
    对于小规格挤出机而言,其螺棱较窄,受到安装空问的限制,而且螺杆所受的扭矩相对较小。为此,我们采用将原横棱部位直接改成可拆卸的活动横棱结构,见图3。

    活动横棱结构

     

    其具体做法:在原来的横棱部位预先铣出安装平台,并加工好键槽及安装螺孔,为了保证螺杆主体与活动横棱均有足够的强度和抗剪切能力,截面厚度略有增加,活动横棱下部加工出与键槽配合的键,并用内六角螺钉安装在螺杆主体预先铣出的安装平台上。
     
    该结构采用键槽联接方式保证活动横棱能承受胶料塑化和混炼所传递来的扭矩和剪切力。活动横棱的加工也比较方便,一般来说一条螺杆配备三种高度规格的活动横棱就基本可满足绝大多数胶料的使用要求。
     
    该结构简便易行,对于不同硬度的胶料,通过更换活动
     
    横棱的高度规格,即可改变横棱与螺槽顶部的问隙8值,使
     
    问题得到较好地解决。
     
    4.2改进方案二:两半挡环结构
     
    对于较大规格的挤出机,螺杆所承受的扭矩明显增加,须采用抗剪切能力更强的结构,两半挡环结构就是根据这一要求提出的,见图4。
     

    两半档环结构

     

    这种结构主要由两个带有键槽和安装螺孑L的两半环、承受扭矩的定位平键及安装螺钉组成。加工步骤如下:

     

    (1).螺杆的横棱部位车出环状沟槽,并加工好键槽及安装螺孔。

     

    (2).按与环状沟槽相匹配的尺寸加工几件带有键槽和安装螺孔的整圆固定环,然后用线切割从中间将之分开成两个半环(半成品)并配对使用。

     

    (3).将一组两半环(半成品)用内六角螺钉安装在螺杆主体的环状沟槽上,按螺杆的螺槽曲面加工出符合某种胶料硬度范围的横棱。

     

    (4).更换另一对两半环(半成品)安装就位,以同样方法加工出符合另一种胶料硬度范围的横棱。如此可加工出多组不同高度规格横棱的两半挡环。

     

    (5).两半挡环的材料与螺杆一致,加工后同炉进行表面离子氮化处理。

     

    该结构较为复杂,加工过程也颇繁琐。但由于采用了环状沟槽来承受胶料塑化和混炼时产生的轴向压力,靠键槽承受螺杆旋转产生的扭矩,因此尤其适合фl50以上大规格排气式冷喂料挤出机的使用要求。对于不同硬度的胶料,通过更换不同高度规格的两半挡环,即可改变横棱与螺槽顶部的间隙δ值,使问题得到解决。

     

    5.结束语

     

    两种改进后的排气式冷喂料挤出机螺杆,均采用了可拆换的横棱结构,在一条螺杆上通过变换不同高度规格的活动横棱或两半挡环,即可以实现以往两、三条螺杆才能兼顾的胶料硬度适用范围,为用户节约了可观的设备投入成本,尤其适合那些中小型橡胶制品加工企业的使用需要。

     

    螺杆设计技术http://www.zssllg.com/news/Industry-News/340.html

     
     


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