第六章螺杆挤出机

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螺杆头部结构和螺纹断面形状
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。
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不同物料对挤出机螺杆的压缩比要求
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螺杆的分段
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
主机（挤出机）
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臵。 主机控制系统：控制螺杆转速、料筒、螺杆、机头温度。
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第二节 基本结构
一、整体结构
主机（挤出机，Extruder） 机头（挤出模头或模具，Die） 挤出设备
辅机（定型、冷却、牵引、切割、 卷取装置） 控制系统（主辅机的控制）
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第六章 螺杆挤出机
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 概述 基本结构 工作原理与产量分析 特型螺杆和排气挤出机 挤出联动线
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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
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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
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挤出螺杆各区段的基本职能
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）；
二、挤出机的分类
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；
按可否排气，分为排气挤出机和非排气挤出机；
按螺杆的有无，分为螺杆挤出机和无螺杆挤出 机；
按螺杆在空间的位置，可分为卧式挤出机和立 式挤出机。
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螺杆主要结构参数
螺杆直径（D）：螺杆外径，由挤出产量来确定。 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
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。
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。
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常见的螺纹头部形式和螺纹断面形式
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
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 螺纹升角Φ=17°41’
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压缩段
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
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螺杆主要结构参数
螺槽深度：螺纹外半径与其根部半径之差。 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
V1 ( S1 e)(D h1 )h1 V3 ( S3 e)(D h3 )h3 S1 e 等深变距螺杆： S3 e ( D h1 )h1 等距变深螺杆： ε ( D h3 )h3
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辅机
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
定型装臵：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； 冷却装臵：由定型装臵出来的塑料在此得到充分的冷却，获得最 终的形状和尺寸； 牵引装臵：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； 切割装臵：其作用是将连续挤出的制品切成一定的长度或宽度； 卷取装臵：其作用是将软制品(薄膜，软管、单丝等)收卷成卷。
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螺杆结构分类
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。
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。
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一、挤出成型过程
物料（粒料或粉料） 定型套定型 冷却槽中冷却
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 牵引 切割（或卷取）
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控制系统
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：
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；
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控制主、辅机的温度、压力、流量和制品的质量；
实现整个挤出机组的自动控制和对产品的质量控制；
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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”。
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。
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）
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机头
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臵所决定的。
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。
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双螺纹螺杆
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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）； 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。
三、挤出机的技术规格与表示
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：
产品代号 规格参数 设计序号
参数代号 组别代号 品种代号 辅助代号
例如：XJ-90 SJ-65×30B
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螺杆其它参数
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 螺距：
螺杆上相邻螺纹之间的轴向距离称为螺距
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
第一节 概述
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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

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塑料挤出机与橡胶挤出机的区别在于：
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
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 压缩段长度的确定：经验方法
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螺杆中熔体的流动
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。 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。 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。 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。
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螺杆中熔体的流动
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加料段
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；
核心问题：固体输送能力
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计量段
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。 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。 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。