Changsha University of Science & Technology第六章 螺杆挤出机第一节 概述第二节 基本结构第三节 工作原理与产量分析第四节 特型螺杆和排气挤出机第五节 挤出联动线汽车与机械工程学院材料成型与控制工程系 2011年5月-2011年6月Changsha University of Science & Technology第一节 概述Changsha University of Science & Technologyo挤出成型，也称压出成型。是将聚合物固体物 料加热熔融成熔体，借助螺杆的挤压作用，推 动黏流态物料，使其通过口模而成为截面形状 与口模形状相仿的一种连续体的成型方法。相 应的设备称为螺杆挤出机。应用广泛、地位突出Changsha University of Science & Technology一、挤出成型过程物料（粒料或粉料）加入挤出机物料被加热并向前输送物料变成熔体被挤出熔体进入机头模成型定型套定型冷却槽中冷却牵引切割（或卷取）Changsha University of Science & Technology二、挤出机的分类o按螺杆数目的多少，可以分为单螺杆挤出机和 多螺杆挤出机；o按可否排气，分为排气挤出机和非排气挤出机 ；o按螺杆的有无，分为螺杆挤出机和无螺杆挤出 机；o按螺杆在空间的位置，可分为卧式挤出机和立 式挤出机。Changsha University of Science & Technology三、挤出机的技术规格与表示o挤出机的规格主要以螺杆直径来表示。按中华人民共和 国国家标准GB/T12783-1991 的规 定，国产橡胶塑料机械产品型号编写为由产品代号、规格参数即设计序号所 组成，其书写格式规定如下：参数代号 组别代号 品种代号 辅助代号规格参数 设计序号产品代号例如：XJ-90 SJ-6530BChangsha University of Science & Technology第二节 基本结构挤出设备主机（挤出机，Extruder）机头（挤出模头或模具，Die）辅机（定型、冷却、牵引、切割 、卷取装置）控制系统（主辅机的控制）一、整体结构Changsha University of Science & Technology主机（挤出机）o挤出机由挤压系统、传动系统、加热系统和控制系统组 成。是挤出成型过程中的关键设备，他的规格及工艺控 制直接影响挤出过程的产量、质量。挤压系统：由螺杆和机筒组成，是挤出机的关键部分，物料在挤 压系统中被塑化成均与熔体，并在螺杆的推压作用下，向前运动 ，并被压实、挤出。传动系统：其作用为驱动螺杆传动，并保证螺杆转动所需的力矩 和转速，有减速箱和电机组成。外加热冷却系统：保证加工过程温度的要求，一般在机筒外面设 有加热圈，而在螺杆的尾部设有冷却装置。主机控制系统：控制螺杆转速、料筒、螺杆、机头温度。Changsha University of Science & TechnologyChangsha University of Science & TechnologyChangsha University of Science & Technology塑料挤出机与橡胶挤出机的区别在于：螺杆结构和主要参数不同加热冷却系统不同（前者用电加热，后者用水 、油等载体加热）Changsha University of Science & Technology机头o机头（模头）是制品成型的主要部件，熔融塑料通过它 获得一定的几何截面和尺寸。挤出成型塑料制品和制品 的更新换代，最后都是由机头及其定型装置所决定的。Changsha University of Science & Technology辅机o辅机是由定型装置、冷却装置、牵引装置、切割装置以 及制品的卷取或堆放装置等部分所组成定型装置：其作用是将从机头中挤出来的塑料的既定形状稳定下 来，并对其进行精整，从而得到更为精确的截面形状、尺寸和光 亮的表面。通常采用冷却和抽真空的方法来达到这一目的；冷却装置：由定型装置出来的塑料在此得到充分的冷却，获得最 终的形状和尺寸；牵引装置：其作用为均匀地牵引制品，并对制品的截面尺寸进行 控制，使挤出过程稳定地进行；切割装置：其作用是将连续挤出的制品切成一定的长度或宽度；卷取装置：其作用是将软制品(薄膜，软管、单丝等)收卷成卷。Changsha University of Science & TechnologyChangsha University of Science & Technology控制系统o挤出机的控制系统主要由电器、仪表和执行机构等组成 ，其主要作用有：o控制主、辅机的拖动电动机，使其满足工艺所要求的转 速和功率 ，并保证主、辅机能协调地运行；o控制主、辅机的温度、压力、流量和制品的质量；o实现整个挤出机组的自动控制和对产品的质量控制；Changsha University of Science & Technology二、主要结构零部件（一）螺杆：是挤出机完成物料塑化和输送的关 键工作部件，是挤出机的“心脏”。o螺杆要求耐高温，高强和尺寸稳定性，耐化学腐蚀和耐 磨。一般采用经过氮化处理的38CrMoAl的合金钢。Changsha University of Science & Technology螺杆结构分类o按螺纹结构分为普通型和特型螺杆。普通螺杆是指在工作 长度上为全螺纹的螺杆。o根据螺槽深度与螺距不同，将普通螺杆分为：等距变深螺杆加工制造容易，成本低，利于进料和熔融物料，但压缩比过大易折断螺杆。等深变距螺杆可以通过增加螺杆转速提高生产能力，利于实现大压缩比，但倒流量大，均化作用差， 机械加工困难。变深变距螺杆具有前两种的优点，大压缩比，但加工复杂，成本高。Changsha University of Science & Technology双螺纹螺杆Changsha University of Science & Technology螺杆主要结构参数o螺杆直径（D）：螺杆外径，由挤出产量来确定。o螺杆长径比（L/D）：螺杆工作长度L与外径D之比。其大小表示单位质量的物料在螺杆中流经时间的长短 。增加长径比：物料熔融均匀、压力稳 定；减少逆流和漏流； 可增加转速提高生产能 力加工与装配困难，成本 提高，螺杆易弯曲变形 ，功率消耗增大根据所加工物料的性能和制品质量的要求来考虑长径比的选择Changsha University of Science & Technology螺杆主要结构参数o螺槽深度：螺纹外半径与其根部半径之差。o压缩比：螺杆进料段第一个螺槽容积与计量段最后一个 螺槽容积之比。根据不同物料和工艺条件确定Changsha University of Science & Technology不同物料对挤出机螺杆的压缩比要求Changsha University of Science & Technology螺杆的分段o根据加工物料的状态变化，将螺杆的工作长度 分为三段：进料段、压缩段、计量段三段 式螺杆o三段式螺杆各段结构参数均不相同。挤出三段论 固体输送理论、熔融理论、熔体输送理论Changsha University of Science & TechnologyChangsha University of Science & Technology挤出螺杆各区段的基本职能o加料段：对物料进行压实和输送。在该段末端， 由于 摩擦和加热，物料开始熔融（固体输送段）；o熔融段：对物料作进一步的压实、排气，并使物料在外 加热和机械搅拌、剪切的作用下混合、塑化。在该段末 端，物料全部或大部分熔融成黏流态（压缩段）；o均化段（计量段、熔体输送段）：对物料进一步的塑化 、均化，并使其定压、定量、定温的从机头挤出。一般 把物料在均化段中的流动视为顺流、反流、漏流和环流 的综合流动。Changsha University of Science & Technology螺杆中熔体的流动o顺流，即正流，是物料沿着螺槽方向向机头的流动，其流 量以Qd表示。它是由于螺杆转动时螺纹对物料的推动而产生的。o反流，即倒流和逆流，它的方向与顺流方向相反，其流量 以Qp表示。它主要由于机头阻力所致。o漏流，发生在螺杆与机筒间隙之间，也是由于机头对物料 的压力所引起，其方向沿螺杆轴向，用Ql表示。o环流，是熔体在与螺槽方向（即顺流方向）相垂直方向的 流动，是螺杆转动引起的。环流有助于熔体的混合、搅拌 和热交换，因而有利于物料塑化和均化。Changsha University of Science & Technology螺杆中熔体的流动Changsha University of Science & Technology加料段o作用：输送物料给压缩段和计量段，其任务是压实物料并 将料温提升到熔触温度；o核心问题：固体输送能力o研究表明：缩短加料段的螺距，会导致产量降低；加料段 的长度与压力的建立、熔融区的熔融状况和波动有关o加料段螺槽深度通常是在确定计量段螺槽深度后，结合材 料的压缩比才确定的o螺纹升角=1741Changsha University of Science & Technology压缩段o作用：熔融物料并建立熔体压力，其螺杆参数应能满足 物料的物理压缩比o压缩比有两层意思：一是指由螺杆结构形成 的螺槽容 积的几何压缩比；二是指物料由固体松敞状态转变为密 实的熔体的密度变化的物理压缩比。压缩比的作用是将 物料压缩，排除出气体并建立起必要的熔体压力，以保 证物料到达螺杆末端时能有足够的致密度o压缩段长度的确定：经验方法Changsha University of Science & Technology计量段o作用：是将来自压缩段的已熔物料的组分均化、并定压 、定量和定温地挤入机头中去。该段的螺槽深度h和长 度L是两个重要的参量。o计量段长度：确定仍以经验为主，长度长一些，可以使 物料得到相对长一些的均化时间，也可以减少压力、产 量和温度的波动。o螺槽深度：应当使该段的均化能力与压缩段的熔融能力 相匹配，以控制挤出量。Changsha University of Science & Technology螺杆其它参数o螺纹升角：能影响产量；物料形状不同，对螺纹升角的要求也不同o螺距：螺杆上相邻螺纹之间的轴向距离称为螺距o螺棱宽度：太小，漏流会增加，从而降低产量；太大，会增加螺棱上 的动力消耗，还会造成局部过热Changsha University of Science & Technology螺杆头部结构和螺纹断面形状o当塑料熔体从螺槽进入机头流道时，其料流形式急剧改变，即由 螺旋带状的流动变为直线流动。为了得到较好的挤出质量，要求 物料尽可能平稳地从螺杆进入机头，并尽可能避免局部受热时间 过长而产生热分解现象。这与螺杆头部形状、螺杆末端螺纹的形 状以及机头体中流道的设计和分流板的设计等均有密切的关系。o对于螺杆头部的结构形式长期以来就是实践和理论研究中的一个 课题。由于实际情况的复杂性，一直存在着不同的观点。o螺杆头部的结构形式，必须与被加工的物料品种、产品类型以及 原料形状等因素相关。Changsha University of Science & Technology常见的螺纹头部形式和螺纹断面形式Changsha University of Science & Technology（二）机筒Changsha University of Science & Technologyo二种结构形式：（1）整体式机筒：长度大，加工要求高，但加工精度和装 配精度易于保证，机筒受热均匀。 不足是对加工机筒 的设备要求较高，机筒内表面磨损难以修复。（2）分段式机筒：加工比较容易，便于改变长径比。不足 是分段太多，难以保证多段对中， 法兰连接处会影响 机筒的加