基于PVC制品廢料磨粉機磨盤的研制與應用

楊鋒

（新疆天業(yè)節(jié)水灌溉股份有限公司，新疆石河子， 832000）

1.前言

塑料PVC管材在生產(chǎn)過程中，會在許多環(huán)節(jié)產(chǎn)生廢料，如在機組運行之初，制品在引導過程中，未成型的物料就變成了廢料，在生產(chǎn)過程中，由于設備故障或工藝參數(shù)控制誤差而導致產(chǎn)品的幾何尺寸、物理指標未能達到標準質(zhì)量要求等，都會產(chǎn)生大量的廢料，因這些廢料均具有可重復利用的價值，一般生產(chǎn)處理方法是將廢料破碎成體積較小的顆粒，而后利用磨粉機進行磨削，使之變成與PVC樹脂相同粒徑的粉狀，再按一定比例與PVC樹脂及其它輔料混合后，用來生產(chǎn)新的PVC制品，這樣可大大降低PVC制品的成本，并使廢料得到合理地利用。

2.磨粉機的適用范圍

磨粉機是用來處理硬質(zhì)PVC制品廢料的專用設備，其主要的工作部件是一對磨盤，磨粉的方法依據(jù)磨盤的形狀不同而有許多種類，較常見的是鋸齒型的錐面磨盤，這種磨盤是利用其工作面上一定形狀的剪切齒，將PVC廢料顆粒磨削成粉料，由于硬質(zhì)PVC制品廢料硬度較高，在磨削過程中，磨盤剪切齒和工作面極易產(chǎn)生磨損，使之生產(chǎn)效率下降，甚至不能正常工作，因此，磨盤需要定期更換和維修。

3.磨盤的工作原理

磨粉機磨盤是由兩片結(jié)構(gòu)相同的磨盤組成，其中的一片磨盤固定在機座上，稱為定刀盤，另一片安裝在傳動軸上，為動刀盤，如圖所示。PVC顆粒由定刀盤的中心孔連續(xù)進入兩磨盤間的容腔內(nèi)，動刀盤在磨粉機電機的帶動下，經(jīng)調(diào)速系統(tǒng)的增速，使其轉(zhuǎn)速達到9600rpm的高速，在工作容腔內(nèi)的顆粒物料，與磨盤不斷產(chǎn)生摩擦、剪切，逐漸變成粉狀，并向磨盤圓周外移動，最終進入料倉，同時，顆粒料之間也在不斷地發(fā)生摩擦、碰撞，一部分變成粉料，另一部分顆粒尺寸在不斷減小，為進一步變成粉料提供了條件。

圖1 磨粉機結(jié)構(gòu)示意圖

4.磨盤的結(jié)構(gòu)設計

從磨粉機的整個工作過程來看，對于磨盤在設計時有兩點性能要求：①磨盤的剪切效率反映了磨粉機的工作效率，與磨盤的材料、剪切齒的形狀、剪切齒在磨盤圓周上的分布以及磨盤的轉(zhuǎn)速有直接的聯(lián)系。②物料經(jīng)剪切，變成粉料后，必須及時排出磨盤內(nèi)的工作容腔，磨盤對顆粒料進行剪切的同時，伴隨著大量熱量的產(chǎn)生，如物料在容腔內(nèi)停留時間過長，則其溫度會升高許多，當超過物料的分解溫度時，物料即產(chǎn)生分解，也就失去了使用的價值，因此，磨盤的設計主要圍繞以上兩個環(huán)節(jié)進行。

（1）磨盤剪切齒的設計

磨盤的斷面形狀如圖所示，顆粒料在兩磨盤齒尖的剪切作用下，體積不斷地變小，逐漸變成粉狀物料。

磨盤剪切齒在圓周的分布直接影響到磨粉的質(zhì)量和效率，由于經(jīng)剪切后的PVC物料成粉狀，僅僅依靠高速磨盤的帶動，是無法排出磨盤外的，當剪切齒設計成如圖所示的分布狀態(tài)，可使粉狀物料迅速排出磨盤。

圖2 磨盤的Ug造型

圖3 磨盤局部剪切齒形

磨盤內(nèi)物料的受力分析如圖所示，在剪切齒形的任一點，物料顆粒受到磨盤的切削力為F，將F分解為沿齒形方向的力F1和垂直于齒形方向的力F2，則F1=cosβ，F(xiàn)1即為物料向外位移的力，當F1大于物料與磨盤的摩擦力時，物料即可向外移動，物料與磨盤的摩擦力與顆粒的大小有關(guān)，顆粒越大，其所受的摩

擦力越大，反之亦然，因此，在相同的F1作用下，小顆粒物料容易移動。

另外，當β越大時，F(xiàn)1越小，不難看出，在同一齒形上，距離圓心越遠，所受的F1越大，即物料越容易移動，而接近磨盤邊沿處，所受的F1越小，這樣，有利于物料的迅速排出，同時，在距離圓心較近處，物料的顆粒較大，由于所受的F1較大，大顆粒物料易向外移動，在移動的過程中，逐漸變成小顆粒物料，越接近磨盤邊緣，由于所受的F1越小，只能使小顆粒物料移動，大顆粒物料不能排出，因此，可保證最終磨削的物料粒徑達到使用要求。

圖4 磨盤受力分析

當β為90°時，F(xiàn)1=0，物料不會移動，也就是說，當齒形線通過圓心時，所磨削的物料是不可能排出磨盤的。

另外，當齒形線與圓周中心線的距離a越大，相應地在同一圓周上，β角越小，則其所受的F1越大，其所可推動的顆粒體積越大，即物料越粗，這樣不利于磨粉機的最終質(zhì)量，因此，合適的間距a會對最終的粉料粒度產(chǎn)生直接影響。

（2）磨盤楔形角

兩磨盤之間留有一定的空間，以便儲備一定的大顆粒物料，使磨削能連續(xù)進行，為保證磨削物料的粒度不能太大，因此，在磨盤的邊緣處保持足夠小的間隙，（不致使兩磨盤產(chǎn)生摩擦、碰撞），基于以上考慮，兩磨盤間設計成楔形結(jié)構(gòu)較為合理，其楔形角的大小，取決于楔形容腔內(nèi)物料的體積與磨盤齒間的粉狀物料的體積大致相同，才能保持整個磨削過程的連續(xù)進行，使粉料及時排出磨盤。

經(jīng)反復試驗，當楔形角為8°時，齒形結(jié)構(gòu)如圖所示，粉料才能順利排出。

（3）齒形的分布及形狀

在一定的空間內(nèi)，磨盤直徑初步確定后，在磨盤的圓周工作面上，齒形的分布越密集，其工作效率越高，即在相同時間內(nèi)，對物料的剪切次數(shù)越多，但是齒形過密，必然影響到齒形的截面尺寸，齒形越密，齒形的截面積越小，使粉料的排出越困難，因此，齒形的數(shù)量分布，應結(jié)合齒形的截面尺寸大小。

經(jīng)試驗，磨盤圓周工作面上，均布360齒，齒形按60°的楔角，其工作效率越大。

在磨盤工作面上，齒形的深度有淺變深，其齒底于安裝面有一夾角，在圓周上，離圓心越遠處，由于其線速度比靠近圓心處為大，其剪切力越大，相應地，齒形的磨損越嚴重，為保證齒形的磨損相對均衡，越向外，其齒形的齒高越大。

5.磨盤的材料選擇

磨盤是在高速旋轉(zhuǎn)運動下，剪切PVC顆粒料，其磨損是不可避免的，因此，選擇合適的磨盤材料，和合理的熱處理工藝，使延長磨盤工作壽命的有效途徑。經(jīng)對許多材料的對比試驗，選擇材質(zhì)9SiCr，該材料在高溫淬火時變形很小，經(jīng)鍛打、正火、高溫淬火、回火處理，使工件最終硬度控制在HRC58～60，其使用壽命達到最長。

6.總結(jié)

通過對磨粉機磨盤的工作機理的分析，為磨盤的設計提供了可靠的依據(jù)，并據(jù)此對該部件進行維修再加工，我公司在多年的生產(chǎn)過程中，通過對磨盤的維修再加工，節(jié)約了相當可觀的資金，同時滿足了設備連續(xù)運轉(zhuǎn)的及時性。

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