單螺桿擠出機(jī)小直徑機(jī)筒開(kāi)槽的研究

桑艷青

摘要：為解決單螺桿擠出機(jī)直徑30以下擠出機(jī)光滑機(jī)筒高速高產(chǎn)量下螺桿打滑影響產(chǎn)量及塑料制品性能，根據(jù)現(xiàn)有60及以上機(jī)筒開(kāi)直槽和螺旋槽的經(jīng)驗(yàn)，提出采用現(xiàn)有小直徑機(jī)筒開(kāi)槽，目的是提高螺桿擠出穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)温輻U擠出機(jī);機(jī)筒開(kāi)軸向直槽;穩(wěn)定;擠出穩(wěn)定性

一、行業(yè)現(xiàn)狀

目前市場(chǎng)上30直徑以下的單螺桿擠出機(jī)的機(jī)筒普遍采用光滑機(jī)筒，工作時(shí)在螺桿高速、高壓力下螺桿擠出不穩(wěn)定，出現(xiàn)下料不穩(wěn)、螺桿吃料斷續(xù)等現(xiàn)象，嚴(yán)重阻礙了長(zhǎng)期生產(chǎn)的穩(wěn)定性，增加了制品的廢品率。長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐證明，光滑機(jī)筒單螺桿擠出機(jī)主要存在以下問(wèn)題，a對(duì)高分子物料要求苛刻，高黏度和低摩擦系數(shù)的原料難以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定擠出輸送。b固定輸送段建立壓力能力差，擠出機(jī)壓力漏流嚴(yán)重c物料輸送效率低下，功率產(chǎn)量比較大等。參考45、60以上機(jī)筒開(kāi)槽，穩(wěn)定輸出的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，參考國(guó)外部門小螺桿開(kāi)槽，專用于某種特殊原料的擠出，特做設(shè)計(jì)將30機(jī)筒開(kāi)槽。目的：測(cè)試高轉(zhuǎn)速、高壓力下的螺桿擠出穩(wěn)定性。

二、設(shè)計(jì)理論依據(jù)

機(jī)筒內(nèi)軸向直槽，在擠出機(jī)內(nèi)部物料被分成了軸向直槽內(nèi)物料和螺桿螺槽內(nèi)物料兩部分。隨著螺桿的轉(zhuǎn)動(dòng)，螺桿螺槽內(nèi)物料與機(jī)筒和機(jī)筒溝槽內(nèi)物料存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而造成螺桿螺槽中物料與機(jī)筒溝槽內(nèi)物料之間發(fā)生內(nèi)摩擦和螺桿螺槽中物料與機(jī)筒表面之間發(fā)生外摩擦。從而提高固體輸送效率。

設(shè)計(jì)機(jī)筒開(kāi)槽的幾何結(jié)構(gòu)：開(kāi)槽的數(shù)量及形狀，溝槽數(shù)目大約是螺桿直徑的12%––14%（取整數(shù)）

溝槽橫向截面形狀一般為三角形、半圓形、矩形、鋸齒形，其中以半圓形溝槽為主，本次實(shí)驗(yàn)的兩套機(jī)筒開(kāi)槽的集合結(jié)構(gòu)也是采用半圓形，圓形直徑在2mm，數(shù)量共4個(gè)均勻布置。使用了以下兩個(gè)數(shù)據(jù)。

（1）直徑30機(jī)筒下料段開(kāi)槽（直槽），開(kāi)槽長(zhǎng)度102.5，起始位置下料口尾端，槽形狀，半圓形，槽大小R1，槽數(shù)量4個(gè)。

（2）直徑30機(jī)筒下料段開(kāi)槽（直槽），開(kāi)槽長(zhǎng)度80，起始位置下料口中心，槽形狀，半圓形，槽大小R1，槽數(shù)量4個(gè)。

三、實(shí)驗(yàn)條件

實(shí)驗(yàn)所使用的主機(jī)為CE3025主機(jī)，主電機(jī)功率7.5KW，減速箱速比10.98，螺桿的有效長(zhǎng)徑比25，實(shí)驗(yàn)所設(shè)置的機(jī)筒溫度如下：機(jī)筒一區(qū)、機(jī)筒二區(qū)、機(jī)筒三區(qū)、適配器區(qū)，設(shè)定溫度都是190度，所用原料是韓國(guó)LG SP980 （PERT），原料粒徑為3mm。

實(shí)驗(yàn)方法：通過(guò)調(diào)節(jié)適配器、模具、口芯模使得熔體壓力分別在10MPA、30MPA下，螺桿轉(zhuǎn)速設(shè)定到10r/min 30r/min 50r/min 70r/min 110r/min 130r/min，記錄不同熔壓不同轉(zhuǎn)速下的產(chǎn)量（排量）、主電機(jī)電流（扭矩）、熔體溫度數(shù)值。

四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果

從表一測(cè)試數(shù)據(jù)得出，開(kāi)槽機(jī)筒，熔體壓力分別在10MPa、30MPa，輸出轉(zhuǎn)速在10轉(zhuǎn)/分鐘，30轉(zhuǎn)/分鐘，50轉(zhuǎn)/分鐘，70轉(zhuǎn)/分鐘，90轉(zhuǎn)/分鐘，110轉(zhuǎn)/分鐘，130轉(zhuǎn)/分鐘，對(duì)應(yīng)的螺桿的每轉(zhuǎn)排量沒(méi)有很大變化，實(shí)驗(yàn)得出下料輸送基本穩(wěn)定。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，開(kāi)槽圖一和開(kāi)槽二單轉(zhuǎn)排量沒(méi)有很大區(qū)別。

扭矩變化得出，熔體壓力在分別在10MPa、30MPa下，輸出轉(zhuǎn)速在10轉(zhuǎn)/分鐘，30轉(zhuǎn)/分鐘，50轉(zhuǎn)/分鐘，70轉(zhuǎn)/分鐘，90轉(zhuǎn)/分鐘，110轉(zhuǎn)/分鐘，130轉(zhuǎn)/分鐘，主電機(jī)輸出扭矩在是隨著螺桿轉(zhuǎn)速提升，主電機(jī)負(fù)載逐步加大，（最高扭矩不超過(guò)65%）沒(méi)有出現(xiàn)負(fù)載突然下降的現(xiàn)象，這一點(diǎn)充分證明，物料在機(jī)筒螺槽內(nèi)沒(méi)有物料回流現(xiàn)象，物料在穩(wěn)定的被擠壓、壓縮，主電機(jī)電流輸出隨著螺桿轉(zhuǎn)速的增加恒定增加。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中開(kāi)槽圖一和開(kāi)槽二相同壓力相同轉(zhuǎn)速下點(diǎn)擊電流相近。

四、后續(xù)研究

（1）通過(guò)30機(jī)筒的實(shí)驗(yàn)，可以將其推廣到25機(jī)筒、20機(jī)筒。并根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，將25機(jī)筒20機(jī)筒的開(kāi)槽數(shù)量及開(kāi)槽長(zhǎng)度做修改，滿足不同原材料不同性能的塑料擠出加工。

（2）機(jī)筒內(nèi)壁開(kāi)螺旋槽對(duì)整體物料的加工性能分析及實(shí)驗(yàn)，有待后續(xù)深入研究。

（3）①不同30機(jī)筒開(kāi)槽的數(shù)量及形狀，對(duì)主電機(jī)的負(fù)載有著很大的影響，在后續(xù)的實(shí)驗(yàn)中需要根據(jù)不同原料的顆粒直徑大小，做更深入的螺桿設(shè)計(jì)研究，相同電機(jī)功率的情況下更大范圍的滿足原料變化帶來(lái)的電機(jī)扭矩變化。②機(jī)筒螺桿下料率的提高，帶來(lái)了螺桿的設(shè)計(jì)更新。螺桿的下料段、均化段、計(jì)量段需要重新設(shè)計(jì)，滿足產(chǎn)量恒定輸出的同時(shí)，塑料原料塑化、分散都有提高。③機(jī)筒開(kāi)槽的集合結(jié)構(gòu)應(yīng)該統(tǒng)一，適應(yīng)行更強(qiáng)，同時(shí)使單螺桿擠出機(jī)的比產(chǎn)量（Q1）、比能耗上升一個(gè)新的臺(tái)階。④物料輸送中存在的高剪切、高摩擦熱，導(dǎo)致對(duì)不同加工物料的適應(yīng)性差。

比產(chǎn)量：螺桿每轉(zhuǎn)的恒定輸出產(chǎn)量;比能耗：每小時(shí)內(nèi)每千瓦對(duì)應(yīng)的輸出產(chǎn)量即KG/KWh。

五、結(jié)語(yǔ)

軸向開(kāi)槽機(jī)筒單螺桿擠出機(jī)具有擠出產(chǎn)量高、擠出穩(wěn)定性好、建壓能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，預(yù)計(jì)在更廣泛的原料領(lǐng)域有更優(yōu)秀的表現(xiàn)。當(dāng)前開(kāi)槽的機(jī)筒研究的主要熱點(diǎn)集中在固體輸送段，對(duì)固體的輸送效率、能耗分析、建壓能力分析等都有相對(duì)成熟的體現(xiàn)，但是對(duì)固體輸送段的溫度分布、固體輸送段的集合結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化方面相對(duì)較少，對(duì)后續(xù)的研究也將擴(kuò)大擠出機(jī)的進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用。

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