雙復(fù)合擠出機(jī)擠出參數(shù)的計(jì)算

李開新

（天津國際聯(lián)合輪胎橡膠股份有限公司 天津 300452）

輪胎部件的擠出是輪胎制造必不可少的一部分，隨著輪胎行業(yè)的發(fā)展，我國輪胎產(chǎn)量逐年攀升，尤其是子午胎的需求量越來越大，子午胎的擠出部件多且部件型狀復(fù)雜，如何更好地提高擠出部件的質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，是一個(gè)值得研究的課題。

正確合理的設(shè)定雙復(fù)合擠出機(jī)的螺桿轉(zhuǎn)速和擠出線速度能夠提高口型板的試驗(yàn)效率，也能充分發(fā)揮擠出能力提高擠出效率，同時(shí)也是實(shí)現(xiàn)工廠自動(dòng)化生產(chǎn)的必要條件。以往都是通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)法，速度慢、效率低，本文以Ф250、Ф200 雙復(fù)合擠出機(jī)為例，討論從理論上計(jì)算雙復(fù)合擠出機(jī)的螺桿轉(zhuǎn)速和擠出線速度。

1 計(jì)算理論及公式推導(dǎo)

假設(shè)膠料為牛頓型流體（即粘度不隨剪切應(yīng)力和剪切速率變化），當(dāng)膠料的粘度一定時(shí)，擠出量Q 與螺桿的轉(zhuǎn)速N 成正比[1]，這時(shí)我們來定義一個(gè)新名詞，叫做擠出機(jī)的“單位擠出量”，即擠出機(jī)每分鐘每轉(zhuǎn)的擠出重量 QA（單位：kg/min/RPM），那么可以得到公式1。我們找一塊已開型的口型板，喂料穩(wěn)定且待擠出穩(wěn)定后，記錄擠出機(jī)轉(zhuǎn)速N（單位：RPM），同時(shí)用秒表計(jì)時(shí)，時(shí)間為t（單位換算成min），這段時(shí)間內(nèi)擠出的膠料做好標(biāo)記，裁斷后稱量此段膠料重量M（單位：kg），可以得到公式2。

Q——膠料擠出量（單位：kg/min）

QA——膠料單位擠出量（單位：kg/min/RPM）

M——膠料重量（單位：kg）

N——螺桿轉(zhuǎn)速（單位：RPM）

t——時(shí)間（單位：換算成min）

用這種方法可以分別測(cè)定Ф250 擠出機(jī)或者Ф200 擠出機(jī)的膠料“單位擠出量”。

膠料自擠出機(jī)擠出后通過傳送帶連續(xù)穩(wěn)定地生產(chǎn)運(yùn)行，可以推算得到膠料擠出量和線速度的關(guān)系（公式4）：

那么計(jì)算擠出機(jī)螺桿轉(zhuǎn)速和擠出線速度的公式為：

V——線速度（單位：m/min）

MA——型膠的每米重量（單位：kg/m）

部件擠出冷卻后要按工藝長度裁切，這就需要計(jì)算裁刀的裁切速度V裁（單位：次/min），裁刀每分鐘最大的裁切次數(shù)是一個(gè)極限值，如果超過這個(gè)極限值則會(huì)出現(xiàn)擠出件堆積的情況。

L——擠出件的裁切長度（單位：m）

雙復(fù)合擠出有如下的限定條件：

a.螺桿最大轉(zhuǎn)速Nmax——設(shè)備限制；

b.最大線速度Vmax——設(shè)備限制；

c.最大裁切速度V裁max——設(shè)備限制；

d.最大擠出溫度Tmax——工藝限制；

e.擠出件最大碼放溫度——工藝限制。

計(jì)算得到的擠出參數(shù)要同時(shí)滿足以上限定條件，不能超出設(shè)備的生產(chǎn)能力，也不能超出工藝參數(shù)的范圍。擠出件碼放溫度跟部件的厚度、冷卻水的溫度和擠出速度有關(guān)，設(shè)備在采購時(shí)已經(jīng)考慮過極端情況，完全可以達(dá)到碼放要求，本文在此也就不考慮此影響因素了。要提高擠出效率，可以首先提高擠出機(jī)的轉(zhuǎn)速N，然而必須考慮到膠料的擠出溫度，擠出溫度過高，導(dǎo)致膠料焦燒，會(huì)影響半成品外觀質(zhì)量和物理性能。螺桿轉(zhuǎn)速過高會(huì)使半成品擠出溫度過高，螺桿轉(zhuǎn)速對(duì)擠出溫度的影響十分顯著，幾乎與螺桿轉(zhuǎn)速成正比[2]。生產(chǎn)時(shí)不能超過工藝溫度的限值Tmax。我們可以測(cè)量每個(gè)擠出機(jī)擠出溫度達(dá)到Tmax 時(shí)對(duì)應(yīng)的螺桿轉(zhuǎn)速Nmax，并以此作為我們計(jì)算的首要限定因素。

2 計(jì)算流程

雙復(fù)合擠出運(yùn)行一般存在如下三種情況：

（1）一種配方膠料，單個(gè)擠出機(jī)擠出；

（2）一種配方膠料，兩個(gè)擠出機(jī)擠出；

（3）兩種配方膠料，兩個(gè)擠出機(jī)擠出。

第一種情況：一種配方膠料，單個(gè)擠出機(jī)擠出。

根據(jù)擠出部件的型狀確定使用的擠出機(jī)，Ф200 或者Ф250 擠出機(jī)，計(jì)算擠出件每米重量MA，選擇擠出最大轉(zhuǎn)速Nmax，那么擠出機(jī)就可以達(dá)到最大生產(chǎn)效率，計(jì)算擠出線速度V，如果V 大于設(shè)備運(yùn)行的最大線速度Vmax，就需要重新選擇轉(zhuǎn)速N 直至V≤Vmax；如果V 小于等于設(shè)備運(yùn)行的最大線速度Vmax，那么就可以進(jìn)行下一步，計(jì)算裁刀的裁切速度V裁。然后根據(jù)裁切速度是否超過最大裁切速度V裁max 決定是否重新選擇擠出機(jī)轉(zhuǎn)速N。最終計(jì)算可得到擠出時(shí)需要的擠出機(jī)轉(zhuǎn)速N 和擠出線速度V，計(jì)算流程圖見圖1。

圖1

第二種情況：一種配方膠料，同時(shí)使用兩個(gè)擠出機(jī)擠出。對(duì)于部件尺寸較大單個(gè)擠出機(jī)無法滿足尺寸要求時(shí)，會(huì)采用這種擠出方式。因?yàn)槭褂玫氖峭环N膠料，保證兩個(gè)擠出機(jī)螺桿轉(zhuǎn)速和生產(chǎn)線速度相匹配，擠出件的結(jié)合面良好即可（因?yàn)槭且环N膠料，有時(shí)無明顯結(jié)合面），為充分發(fā)揮設(shè)備的生產(chǎn)效率，計(jì)算時(shí)首先取兩個(gè)擠出機(jī)的最大轉(zhuǎn)速Nmax200和Nmax250，計(jì)算擠出線速度V，如果V 大于設(shè)備運(yùn)行的最大線速度Vmax，就需要重新選擇轉(zhuǎn)速N 直至V≤Vmax；如果V 小于等于設(shè)備運(yùn)行的最大線速度Vmax，那么就可以計(jì)算裁刀的裁切速度。然后根據(jù)裁切速度是否超過最大裁切速度V裁max 決定是否重新選擇擠出機(jī)轉(zhuǎn)速N。最終計(jì)算可得到生產(chǎn)需要的兩個(gè)擠出機(jī)轉(zhuǎn)速N200和N250及擠出線速度V，計(jì)算流程圖見圖2。

圖2

第三種情況：兩種配方膠料，同時(shí)使用兩個(gè)擠出機(jī)擠出。

有些擠出件必須使用兩種配方的膠料復(fù)合到一起使用，且對(duì)兩種膠料擠出后的形狀和重量都有要求，因此不能隨便調(diào)整兩個(gè)擠出機(jī)的轉(zhuǎn)速，兩個(gè)擠出機(jī)轉(zhuǎn)速應(yīng)成比例關(guān)系。如圖3 就是擠出件使用兩種膠料的情況，中間使用配方甲，在Ф250 擠出機(jī)擠出，左右兩側(cè)使用配方乙，在Ф200擠出機(jī)擠出，這兩種膠料經(jīng)過口型板擠出后成為一個(gè)整體。

圖3

圖4

首先，根據(jù)部件的結(jié)合面計(jì)算部件中甲的重量M甲和乙的重量M甲，并計(jì)算每米重量MA甲和 MA乙。選擇Ф250 擠出件轉(zhuǎn)速N250，可以選擇Ф250的最大轉(zhuǎn)速，以此計(jì)算擠出線速度V，如果V 大于設(shè)備運(yùn)行的最大線速度Vmax，就需要重新選擇轉(zhuǎn)速N 直至V≤Vmax；如果V 小于等于設(shè)備運(yùn)行的最大線速度Vmax，那么就可以用這個(gè)線速度推導(dǎo)Ф200 擠出機(jī)的轉(zhuǎn)速N200，N200=。如果N200大于Ф200 擠出機(jī)的最大轉(zhuǎn)速N200max，就需要重新選擇Ф250 擠出機(jī)轉(zhuǎn)速N250；如果N200小于等于Ф200 擠出機(jī)的最大轉(zhuǎn)速N200max，就可以進(jìn)行下一步，計(jì)算裁刀的裁切速度然后就可以根據(jù)裁切速度是否達(dá)到要求決定是否重新選擇擠出機(jī)轉(zhuǎn)速N。最終計(jì)算可得到生產(chǎn)需要的兩個(gè)擠出機(jī)轉(zhuǎn)速N200和N250及擠出線速度V，計(jì)算流程圖見圖4。

實(shí)際上膠料并非是牛頓粘性流體，粘度隨流動(dòng)速度變化而變化[3]。我們實(shí)際操作中可以取一個(gè)口型開口尺寸接近中間值的口型板進(jìn)行測(cè)量單位擠出量QA，來計(jì)算螺桿轉(zhuǎn)速N 和線速度V；同時(shí)也要考慮膠料批次不同，對(duì)擠出造成影響，這時(shí)只要在計(jì)算得到的數(shù)值基礎(chǔ)上微調(diào)即可。不同配方膠料物理性能不同，因此每種膠料都需要單獨(dú)測(cè)定單位擠出量QA，進(jìn)而計(jì)算擠出參數(shù)。

3 結(jié)語

這種計(jì)算方法在實(shí)際生產(chǎn)中非常實(shí)用，從理論上計(jì)算出擠出機(jī)的螺桿轉(zhuǎn)速和擠出線速度，既可以提高口型板的試驗(yàn)效率，又能充分發(fā)揮設(shè)備的擠出能力，提高生產(chǎn)效率。該計(jì)算方法對(duì)于其它三復(fù)合擠出機(jī)或多復(fù)合擠出機(jī)同樣適用。