第六章 挤出机

1、第六章第六章 螺杆挤出机螺杆挤出机第一节第一节 概概 述述挤出成型的特点：连续、高生产率、广用途、低挤出成型的特点：连续、高生产率、广用途、低成本。成本。一、挤出机的用途与分类一、挤出机的用途与分类橡胶：橡胶：压型、过滤、生胶的塑炼、金属丝的包胶、压型、过滤、生胶的塑炼、金属丝的包胶、再生胶的脱硫、也可用于胶料的造粒、压片和混再生胶的脱硫、也可用于胶料的造粒、压片和混炼等。炼等。塑料：塑料：管、棒、板、薄膜、单丝、电线、电缆、管、棒、板、薄膜、单丝、电线、电缆、异型材、中空制品等，也可用于塑料的造粒和异型材、中空制品等，也可用于塑料的造粒和混合等。混合等。合成纤维：合成纤维：作为纺丝联合机（前

2、纺）的单元机，作为纺丝联合机（前纺）的单元机，其作用是对纺丝切片进行熔融、塑化、均化，其作用是对纺丝切片进行熔融、塑化、均化，为纺丝装置提供合格的纺丝熔体。为纺丝装置提供合格的纺丝熔体。 分类：单螺杆、双螺杆、无螺杆。分类：单螺杆、双螺杆、无螺杆。 冷喂料、热喂料（仅橡胶挤出机）。冷喂料、热喂料（仅橡胶挤出机）。 卧式、立式。卧式、立式。 普通螺杆挤出机、新型螺杆挤出机。普通螺杆挤出机、新型螺杆挤出机。 普通挤出机、排气挤出机。普通挤出机、排气挤出机。二、挤出成型设备的组成二、挤出成型设备的组成主机、辅机、控制系统主机、辅机、控制系统（一）主机（挤出机）（一）主机（挤出机）（1 1）挤压系统（

3、）挤压系统（2 2）传动系统（）传动系统（3 3）加热冷却系统加热冷却系统（二）辅机（二）辅机 包括：包括：(机头机头)、定型装置、冷却装置、定型装置、冷却装置、牵引装置、卷取或堆放装置。牵引装置、卷取或堆放装置。主机一般是通用的，同一挤出机安装不主机一般是通用的，同一挤出机安装不同的机头就可以挤出不同的制品，而辅同的机头就可以挤出不同的制品，而辅机是专用的，不同的制品（因此有不同机是专用的，不同的制品（因此有不同的机头）用不同的辅机。的机头）用不同的辅机。（三）控制系统（三）控制系统 由各种电器、仪表和执行机构组成。由各种电器、仪表和执行机构组成。 三、规格与技术特征三、规格与技术特征规格：

4、以汉语拼音及螺杆直径表示。规格：以汉语拼音及螺杆直径表示。 XJ-150,SJ-90,VC,VD第二节第二节 基本结构基本结构一、整体结构及传动系统一、整体结构及传动系统 （一）整体结构（一）整体结构组成：挤压（螺杆、机筒）、传动（原动机、组成：挤压（螺杆、机筒）、传动（原动机、变速及减速机构）、加热冷却系统。变速及减速机构）、加热冷却系统。塑料挤出机与橡胶挤出机的区别塑料挤出机与橡胶挤出机的区别：第一，结构：第一，结构和主要参数不同。和主要参数不同。结构：结构：橡胶挤出机多为等深橡胶挤出机多为等深变距螺杆，而塑料挤出机多为等距变深螺杆；变距螺杆，而塑料挤出机多为等距变深螺杆；橡胶挤出机多为普

5、通三段螺杆，而现代塑料挤橡胶挤出机多为普通三段螺杆，而现代塑料挤出机一般采用新型螺杆出机一般采用新型螺杆。参数：参数：长径比、压缩长径比、压缩比不同。第二，加热冷却系统不同。橡胶挤出比不同。第二，加热冷却系统不同。橡胶挤出机为载体加热或冷却（加热和冷却系统为同一机为载体加热或冷却（加热和冷却系统为同一套装置），塑料挤出机为电加热，机筒冷却系套装置），塑料挤出机为电加热，机筒冷却系统：进料口水冷，其它多为风冷，螺杆为水冷。统：进料口水冷，其它多为风冷，螺杆为水冷。纺丝挤出机与塑料挤出机的差异：纺丝挤出机与塑料挤出机的差异：相同：相同：螺杆参数基本相同；加热系统相同；机螺杆参数基本相同；加热系统相

6、同；机筒进料口与塑料挤出机一样采用水环冷却。筒进料口与塑料挤出机一样采用水环冷却。不同：不同：机筒除进料口采用水环冷却外，其它部机筒除进料口采用水环冷却外，其它部分一般不设冷却系统；进料斗为密封料斗。分一般不设冷却系统；进料斗为密封料斗。 （二）传动系统（二）传动系统组成：组成：原动机、调速装置、减速器原动机、调速装置、减速器。作用：作用：转动螺杆，使其按工艺条件正常运转。转动螺杆，使其按工艺条件正常运转。要求：要求：能调速、有一定的调速范围。能调速、有一定的调速范围。原动机两种：原动机两种：电动机、液压马达。电动机、液压马达。 传动方式：传动方式：1 1、感应电动机机械变速、感应电动机机械变

7、速（主要用于橡胶挤出机（主要用于橡胶挤出机）电动机不能变速，由机械变速装置实现变速。电动机不能变速，由机械变速装置实现变速。 齿轮减速箱（有级，橡胶挤出机常用）齿轮减速箱（有级，橡胶挤出机常用） 机械变速装置机械变速装置 无级变速器无级变速器 （较少采用）（较少采用）2 2、交流整流子电动机无级变速、交流整流子电动机无级变速常用调速范围为常用调速范围为1 1：3 33 3、直流电动机无级调速、直流电动机无级调速调速范围一般在调速范围一般在1 1：1010以上，是目前国内外以上，是目前国内外采用最广泛的变速电动机，也是挤出机采采用最广泛的变速电动机，也是挤出机采用最多的电动机。用最多的电动机。

8、4 4、电磁调速交流异步电动机（滑差电机）、电磁调速交流异步电动机（滑差电机） 调速比：调速比：1 1：5 5和和1 1：1010两种，要配备稳压装置，两种，要配备稳压装置，否则，由于受外电网干扰，准确性差。否则，由于受外电网干扰，准确性差。5 5、液压马达无级调速、液压马达无级调速 传动特性软，可起过载保护作用；体积小。但传动特性软，可起过载保护作用；体积小。但制造精度要求很高，这在一定程度上限制了它在制造精度要求很高，这在一定程度上限制了它在挤出机上的应用。挤出机上的应用。 二、主要零部件二、主要零部件（一）螺杆（一）螺杆 1 1、材料、材料要求：要求：强度和刚度；耐高温、耐化学腐蚀性、强

9、度和刚度；耐高温、耐化学腐蚀性、耐磨性。耐磨性。材料：材料：目前我国常用的螺杆材料有目前我国常用的螺杆材料有4545号钢、号钢、4040CrCr、38CrMoAl38CrMoAl等。等。2 2、主要形式：、主要形式：普通型、新型。普通型、新型。普通型包括：普通型包括：（1 1）等距变深螺杆）等距变深螺杆塑料和塑料和纺丝挤纺丝挤出机多出机多采用这采用这种形式。种形式。 2 2）等深变距螺杆）等深变距螺杆橡胶挤出机多采用双螺纹等深变距螺杆。橡胶挤出机多采用双螺纹等深变距螺杆。（3 3）变深变距螺杆）变深变距螺杆加工很复杂，采用不多。加工很复杂，采用不多。3 3、主要参数、主要参数（1 1）螺杆直径

10、（）螺杆直径（D D）螺杆的外径螺杆的外径设计时由产量确定，直径越大，则生产设计时由产量确定，直径越大，则生产能力越大。能力越大。DsDs螺杆直径，螺杆直径，D Db b 机筒直径。二者公机筒直径。二者公称尺寸相同，可用称尺寸相同，可用D表示。表示。（2 2）长径比（）长径比（L/DL/D） 长径比是指螺杆工作长度长径比是指螺杆工作长度L L与外径之比。与外径之比。（3 3）螺杆的分段）螺杆的分段进料段（进料段（ L1L1 ）、压缩段（）、压缩段（L2)L2)：也称熔融段。也称熔融段。计量段（计量段（L3)L3)：也称均化段也称均化段（4 4）螺槽深度）螺槽深度 螺槽深度是指螺纹外半径与其根半

11、径螺槽深度是指螺纹外半径与其根半径之差。之差。等深变距螺杆：螺槽深度用等深变距螺杆：螺槽深度用h h表示。表示。等距变深螺杆：等距变深螺杆：进料段：进料段：h h1 1，一般为定值；一般为定值；计量段：计量段：h h3 3，一般也是定值；，一般也是定值；压缩段：压缩段： h h2 2，由小变大。由小变大。 （5 5）压缩比）压缩比螺杆进料段第一个螺槽容积与计量段最后一个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。螺槽容积之比。对等距变深螺杆，对等距变深螺杆， 0.93h1/h30.93h1/h3 （6 6）导程（）导程（t)t)、螺距螺距( (s)s)与升角与升角( () t=ns

12、, t=t=ns , t=DtgDtg，对单螺纹螺杆，对单螺纹螺杆，t=st=ss =s =DtgDtg为了便于加工，为了便于加工，通常取通常取t=Dt=D，此时此时tgtg=1/=1/ =17 =174040。( (二二) )机筒机筒1 1、机筒的结构形式、机筒的结构形式整体式：易保证精度，易装配，热量分布均匀，整体式：易保证精度，易装配，热量分布均匀，大多数挤出机采用。大多数挤出机采用。分段式：易加工、不易保证装配精度、热量分分段式：易加工、不易保证装配精度、热量分布不均匀，用于实验性挤出机和排气挤出机。布不均匀，用于实验性挤出机和排气挤出机。衬套式：节省贵重金属。衬套式：节省贵重金属。2

13、 2、机筒的加热冷却、机筒的加热冷却橡胶挤出机：载体加热冷却。橡胶挤出机：载体加热冷却。 塑料挤出机和纺丝挤出机一般采用电加热。塑料挤出机和纺丝挤出机一般采用电加热。4 4、材料和要求、材料和要求 高压容器，与螺杆要求一样，硬度要高压容器，与螺杆要求一样，硬度要求更高。求更高。 （三）机头挤出机的成型部件（三）机头挤出机的成型部件1、机头的作用、机头的作用 （1）使熔融物料由螺旋运动变为直线运动；）使熔融物料由螺旋运动变为直线运动； （2）产生必要的成型压力，以保证制品的密）产生必要的成型压力，以保证制品的密实；实；（3）使物料进一步塑化均化；）使物料进一步塑化均化；（4）成型制品。）成型制品

14、。2、机头的分类、机头的分类（1）按用途分：）按用途分：橡胶挤出机：橡胶挤出机：内胎机头、胶内胎机头、胶管机头、胎面机头、电缆机头；管机头、胎面机头、电缆机头；塑料挤出机：塑料挤出机：吹膜机头、挤管机头、挤板机吹膜机头、挤管机头、挤板机头、挤异型材机头、吹塑中空制品机头、造头、挤异型材机头、吹塑中空制品机头、造粒机头粒机头；纺丝挤出机机头（纺丝组件）：纺丝挤出机机头（纺丝组件）：长丝组件、长丝组件、短纤维组件。短纤维组件。（2）按机头与螺杆的相对位置分：）按机头与螺杆的相对位置分：直向机头直向机头机头内料流的方向与挤出机轴向一机头内料流的方向与挤出机轴向一致。致。横向机头（直角机头）横向机头（

15、直角机头）制品离开机头的方向制品离开机头的方向与螺杆轴线成与螺杆轴线成90度。度。斜向机头（斜角机头）斜向机头（斜角机头）制品离开机头的方向制品离开机头的方向与螺杆轴线成一定角度。与螺杆轴线成一定角度。(3)按机头内压力的大小分：按机头内压力的大小分：橡胶挤出机和塑料挤出机：橡胶挤出机和塑料挤出机：低压机头：压力小于低压机头：压力小于4MPa；中压机头：压力在中压机头：压力在410MPa之间；之间；高压机头：压力高于高压机头：压力高于10MPa。纺丝挤出机：纺丝挤出机：普通组件：压力小于普通组件：压力小于9.8MPa, 高压组件：压力大于等于高压组件：压力大于等于29.4MPa。3、机头的结构

16、、机头的结构第三节第三节 工作原理与产量分析工作原理与产量分析一、工作原理一、工作原理进料段：进料段：作用：作用：对物料进行输送、压实、预热。对物料进行输送、压实、预热。物料状态：物料状态：固态。固态。需解决的核心问题：需解决的核心问题：提高对提高对固体物料的输送能固体物料的输送能力。力。解决办法：解决办法：适当加大进料段螺槽深度、进料段适当加大进料段螺槽深度、进料段机筒开设纵向沟槽、进料段采用锥形机筒机筒开设纵向沟槽、进料段采用锥形机筒压缩段：压缩段：作用：对物料进行加热、压缩、熔融和排气。作用：对物料进行加热、压缩、熔融和排气。物料状态：固液共存。物料状态：固液共存。计量段：计量段：作用：

17、对物料进行进一步的塑化和均化，作用：对物料进行进一步的塑化和均化，保证其以恒定的压力、流量和温度从机头保证其以恒定的压力、流量和温度从机头挤出。挤出。物料状态：熔融态。物料状态：熔融态。挤出量挤出量Q QQ QD D- -Q Qp p- -Q Ql l二、产量分析二、产量分析（一）产量计算（一）产量计算1 1、理论公式、理论公式 五点假设五点假设：第一，第一，计量段中物料是已完全熔融的等温计量段中物料是已完全熔融的等温状态的牛顿流体，它在螺槽中的流动为层流流动；状态的牛顿流体，它在螺槽中的流动为层流流动；第第二，二，熔体的压力仅仅是沿螺槽方向的函数；熔体的压力仅仅是沿螺槽方向的函数；第三，第三

18、，熔熔体不可压缩，其密度不变；体不可压缩，其密度不变；第四，第四，螺槽宽度与深度之螺槽宽度与深度之比大于比大于1010；第五，第五，将螺杆和机筒分别展为两个大平面，将螺杆和机筒分别展为两个大平面，并设螺杆平面静止而机筒平面以并设螺杆平面静止而机筒平面以v vb b=DnDn的速度平移。的速度平移。挤出量挤出量Q QQ QD D- -Q Qp p- -Q Ql l2、经验公式经验公式Q=dQ=d3 3n n3 3、按挤出半制品线速度计算、按挤出半制品线速度计算 Q=60vg Q=60vg （二）影响生产能力的因素（二）影响生产能力的因素1 1、螺杆转速、螺杆转速通过增加通过增加n n来提高来提高

19、Q Q是最简单和有效的方法。但是最简单和有效的方法。但n n的增加是的增加是有一定限度的，因为有一定限度的，因为(1)(1)n n过高时物料受到过强的剪切作用，过高时物料受到过强的剪切作用，易产生过热分解；易产生过热分解；(2)(2)n n的增加使物料在挤出机中流经时间的增加使物料在挤出机中流经时间缩短，固相物料来不及充分熔融和均化，从而导致熔体质缩短，固相物料来不及充分熔融和均化，从而导致熔体质量下降。量下降。(3)(3)转速增加，功率消耗也相应增大。转速增加，功率消耗也相应增大。2 2、机头压力、机头压力（1 1）螺杆特性曲线）螺杆特性曲线B+CB+C越小，则螺杆特性曲线越平，即螺杆特性越

20、小，则螺杆特性曲线越平，即螺杆特性越硬，挤出越稳定。越硬，挤出越稳定。（2 2） 机头特性线机头特性线Q=Q=KpKp/ / 对机头特性线，对机头特性线，p增加，则增加，则Q增加，；对增加，；对螺杆特性线，螺杆特性线，p增加，增加， Q Qp p和和Q Ql l增大，则增大，则Q降低。对同一台挤出机而言，在正常工作降低。对同一台挤出机而言，在正常工作情况下，从螺杆和机头挤出的物料必定相情况下，从螺杆和机头挤出的物料必定相同，故挤出机的工作点必定是螺杆与机头同，故挤出机的工作点必定是螺杆与机头特性线的交点。特性线的交点。产量接近与螺杆直径的平方成正比，在一定条产量接近与螺杆直径的平方成正比，在一

21、定条件下，适当地增大螺杆直径是提高挤出机生产件下，适当地增大螺杆直径是提高挤出机生产能力的一个重要途径。能力的一个重要途径。3 3、螺杆直径、螺杆直径 4、螺槽深度、螺槽深度对挤出量而言，螺槽深度存在一个最佳值，对挤出量而言，螺槽深度存在一个最佳值，并非越深越好。而并非越深越好。而h h3 3 较小的螺杆，螺杆特性较小的螺杆，螺杆特性线斜率绝对值较小，即螺杆特性较硬，挤出线斜率绝对值较小，即螺杆特性较硬，挤出稳定性较好。浅的稳定性较好。浅的h h3 3 ，物料受到的剪切作用物料受到的剪切作用大，有利于它在计量段的进一步塑化和均化，大，有利于它在计量段的进一步塑化和均化，但过浅的但过浅的h h3 3 可能会引起热敏性物料的分解。可能会引起热敏性物料的分解。 5 5、计量段长度、计量段长度 增大增大L L3 3 可减少反流和漏流的流量，在其它条件可减少反流和漏流的流量，在其它条件相同时，相对地提高了产量。另外，计量段较相同时，相对地提高了产量。另外，计量段较长的螺杆，其工作特性较硬。长的螺杆，其工作特性较硬。 第三节第三节 新型螺杆和排气挤出机新型螺杆和排气挤出机一、新型螺杆一、新型螺杆（一）常规全螺纹三段螺杆存在的主要问题（一）常规全螺纹三段螺杆存在的主要问题（1 1）不能保证固体床在消失之前始终以最大）不能保证固体床在消失之前始终以最大的面积与机筒相接触