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      擠出機螺桿設計和修復工藝

    2. 發布日期:2017-02-04
    3. 摘要:擠出機螺桿是擠出機的靈魂部件,螺桿設計制造的好壞與否直接影響制品的產量和質量。

      擠出機螺桿是擠出機的靈魂部件,螺桿設計制造的好壞與否直接影響制品的產量和質量。常用的單螺桿擠出機螺桿的設計和損壞后的翻新修復工藝進行探討。

      螺桿的設計

      螺桿的結構分析
       擠壓系統由螺桿和機筒組成 ,是擠出工作的 “ 心臟”部 分,螺桿在機筒內完成對塑料的連續輸送、塑化、均化、定壓 定量擠出過程。螺桿的類型有:等螺距漸變型螺桿、等螺距深 度突變型螺桿、變深變距螺桿等。以常用的等螺距漸變型螺桿 為例研究其結構。其主要特征:螺桿的螺紋部分螺距相等,而 螺紋槽的深度在加料段和均化段的螺紋槽深不變,而在塑化段 的螺紋槽深由深逐漸變淺,它是適于多種塑料的擠出塑化。 漸變型螺桿將螺桿工作長度分為3 個基本功能段,
       
      如圖1 所 示:
       
      ( 1 ) 加料段L1 :由料斗加入的物料靠此段向前輸送,并開 始被壓實;
      ( 2) 塑化段L2 :物料在此段繼續被壓實,同時向熔 融狀態轉變;
      ( 3 )均化段L 3 :物料轉變為黏流態,螺桿將熔融物料定量、定壓、定溫地擠入到機頭成型。 

      擠出機螺桿的設計和翻新修復工藝a

       

      螺桿的主要參數

        螺桿的主要參數有:螺桿的直徑、長徑比、壓縮比、各段螺紋的長度、螺距等,其參數的確定應根據擠出機的技術參數確定 ,即綜合考慮螺桿的應用場合及各參數之間的相互關系。
       
      螺桿的直徑D:螺桿直徑主要根據生產塑料制品的規格大小和產量來確定。直徑越大,擠出產量越高,生產能力與螺桿直徑的立方成正比。 
       
      長徑~ g L / D:反映了擠出機的規格及性能。長徑比加大后,螺桿的長度增加,塑料在料筒中停留的時間長,塑化得更充分、更均勻,可以保證制品質量。但L / D ~ E 大后,螺桿、料筒的加工和裝配都比較困難和復雜,成本高。此外螺桿太長容易變形,造成與料筒的配合間隙不均,有時會使螺桿刮磨機筒,影響擠出機的壽命。因此,應力求在較小的長徑比條件下獲得高質量和高產量。目前,長徑比取在2 0 - 3 0 范圍內。 
       
      壓縮比 s:壓縮比的存在是產生擠出壓力的前提,其大小的選擇應考慮在擠出過程中,既要保證物料充分壓實,又不能壓縮過大。P V C 的壓縮比常取3 ~4 。 
      螺紋各分段的長度:各分段的長度與加工的塑料性能有關。
       
      ( 1 ) 加料段L 1 :為保證壓縮段能基本熔融,對于加工熔點高、熱導『 生 差的塑料,此段應長一些。 
       
      ( 2 ) 塑化段L 2 :由于非結晶形塑料無明顯熔點,必須經過一段時間才會熔融,因此對于非結晶型塑~ : t L 2 應設計較長一些,而結晶型塑料可稍短。 
       
      ( 3) 均化段L 3 :L 3 長一些,可使物料得到相對長一些的均化時間,也可以減少壓力、溫度、產量的波動。但L 3 不能過長,否則會使壓縮和加料段在螺桿全長中占的比例過小,不利于物料的熔融。 一般加工結晶物料三段長度分配為 : ( 4 0 %~6 0 %)L 、 4 D、 (3 0 %~4 5 %)L ;非 結 晶物 料 : (2 0 %~3 0 %)L 、 ( 4 5 %一5 0 %)L 、 ( 2 5 %~3 0 %)L。 
       
      螺棱法向寬度e 和螺距S : 螺棱寬度大, 占據螺槽空間, 擠出量減少。螺棱寬度太小, 漏流量增大, 電會減少擠出量。一般為e =0.1 D, S=D。   

       

      螺桿的設計與制造要求

      ①     設計要點
      擠出成型塑料品種較多,一根螺桿不可能成型所有塑料, 應根據加工塑料特點來設計。在確定螺桿三段長度 、螺槽深度時,應注意螺桿運轉速度、機筒溫度、生產率、熔體溫度和功率消耗等。螺桿的塑化能力取決于其轉速和機筒的溫度,另外,螺桿溫度和壓力的大小對螺桿 3 個功能都有影響。 圖2 為用于單螺桿擠出機螺桿設計圖。該螺桿可用于加工P V C 等塑料制品。擠 出機最高產量為5 5 k g/h,電機功率為15 KW ,螺桿最大轉速78r/min,長徑比為25:1。其主要參數如表1 所示。 

      擠出機螺桿的設計和翻新修復工藝1

      擠出機螺桿的設計和翻新修復工藝2

       

      ②螺桿的校核
       設計后要對螺桿進行生產能力、強度校核。 
      ( 1 )產量驗算:根據螺桿三段的功能可計算出加料段體輸送生產率、壓縮段的熔融能力及均化段的熔體輸送率,但擠出生產率最終由均化段的輸送熔體能力決定。所算生產率時主要是依據均化段的熔體輸送生產率采計算。 
      ( 2 )強度校核:由于螺桿為細長桿,在工作中會受到壓和彎的作用,所以在設計后要對螺桿進行強度進行校核點校核螺桿在旋轉中機頭物料對螺桿的壓力、軸向作用力矩。當計算結果不能滿足要求時,必須修改螺桿的某些參數
       
      ③設計手段。目前,許多中小企業螺桿的設計仍采用傳設計方法,即采用經驗設計,其主要缺陷為: 設計制造周期一個成品的設計需進行大量的后續試驗和修改,生產費用近幾年,隨著螺桿理論研究的深入,利用高分子材料學、學 、流變學 、力學、計算機圖形學等基本理論,通過計C A D/ C A M輔助設計建立的各種數學和物理模型,通過動真分析對螺桿進行參數化設計取得了一定的成績,如:UG、V i s u a i   B a s i c 6   0 、s o l i d w o r k s 軟件開發出的各種螺桿參數計模型,為螺桿的優化設計、控制加工過程,獲得理想的提供了科學依據和設計手段。 
       
      螺桿的制造要求
       
      由于螺桿的工作狀態是在高溫高壓下輸送原料,應保證具有高硬度和耐腐蝕睦。另外,螺桿屬于細長軸類,直線度要求高,截面形狀復雜,加工時由于受切削應力、組 織應力和熱應力等的影響極易變形,因此對其制造要求較高。 采用典型細長軸加工的工藝:粗銑一半精銑一精銑,應合理分配切削余量,一般粗銑留余量3 ~4 mm,半精銑留余量1 ~ 1.5mm。在加工過程中始終以螺桿二端中心 孔為基準,以保證螺桿的直線度和同軸度。 
      螺桿的制造要求: ( 1 ) 制造材料應選用性能好、在高溫環 境中工作變形小的合金鋼或優質碳素結構鋼,如:3 8 C r Mo A L 、W6 Mo 5 C r 4 V 2 、4 0 C r 等; ( 2) 毛坯經鍛造成型后進行退火處 理, 以消除鋼材鍛造時產生的內應力;毛坯經粗加工后進行調質 處理, 硬度為H B 2 6 0 —2 9 0 ; ( 3) 螺桿精加工后螺紋工作表面要 進行氮化處理,氮化層深度為0 . 5 —0 . 6 mm, 硬度為HV 8 5 0 ~9 4 0 ; 
       
      ( 4 )螺桿螺紋工作面的粗糙度要滿足工藝要求,螺紋兩側面不 大于1 . 6 m,螺紋槽底和外圓不大于0 . 8 i n 。 ( 5 )應保證螺桿的強度和韌性,螺桿的脆性不大于2 級。 ( 6) 螺桿表面不允許有明顯碰傷、拉毛、銹蝕、燒傷等缺陷。目前提高螺桿壽命的工藝有:表面氮化、電鍍硬鉻 、高頻淬硬、表面噴涂、噴焊等工藝 。 
      螺桿和機簡裝配后,兩零件的軸心線同軸度要一致 ,螺桿在機簡內的裝配間隙要合理 。裝配間隙過大 ,擠出熔料的壓力不穩定 ,使塑料制品的截面形狀 、尺寸誤差大,擠出機的產量不穩定。應根據不同的直徑及長徑比大小選擇合適的裝配間隙 ,一般裝配間隙為+0.08~0.054 mm, 直徑越大,裝配間隙越大。 

      螺桿的修復

      扭斷損壞和修復
       
      螺桿被扭斷,一般是由于操作不當、設備安全控制系統失 靈,或機簡內隨入料混進金屬異物 、擠塑原料溫度偏低等原 因,使螺桿的轉矩突然增加,致使螺桿變形或扭斷。由于螺桿 加料段深度h 1 大于其它段,因此在加料段L 1 的扭轉強度最低,扭斷一般發生在加料段。 扭斷的螺桿要根據實際情況考慮是修復或更新。由于螺桿是細長的螺紋桿,其機械加工和熱處理工藝都比較復雜,精度的保證比較困難。所以,螺桿扭斷后是修復還是更換新件,一 定要從經濟角度全面分析。
       

       
      修復工藝通常采用焊接工藝,其基本工序為:
       
      ( 1 ) 設立螺桿
      斷裂二端面的定位孔;
      ( 2 )裝配。裝配時要注意斷口處螺紋槽的連續性,并測量焊口處的螺距;
      ( 3 )焊接。焊接時應保證焊縫金屬有足夠的機械性能,不產生淬硬組織、冷裂縫和結晶裂縫,保證焊縫與螺桿基本金屬的機械性能基本一致。
      ( 4 )校正。
       
      若是更換新螺桿,應根據機簡的實際內徑來考慮,按與機筒的正常間隙給出新螺桿的外徑偏差進行制造。  
       

       
      磨損損壞和修復:
       
       一般在均化段L 3 壓力最高,磨損最嚴重。造成螺桿磨損的 原因有很多種,主要有:
       
      ( 1 )原料、螺桿、機筒表面摩擦使螺 桿外徑變小,螺桿與機簡的裝配間隙變大;
       
      ( 2 )工藝溫度控制 不穩定,原料分解出大量氣體,致使螺桿表面腐蝕;
       
      ( 3 )制造 和裝配未達到工作條件要求,使螺桿過早出現變形或磨損。
       
      修復方法有:
       
      ( 1 )磨損螺桿直徑縮小的螺紋表面經處理后,熱噴涂耐磨合金,然后再經磨削加工至尺寸。這種方法一般有專業噴涂廠加工修復,費用還比較低。
       
      ( 2 )由于維修螺桿比機筒相對容易,所以在熱處理氮化時螺桿硬度應比機筒低一些,可在磨損螺紋槽表面補填料焊接,堆焊時應選耐磨而硬度相對較軟的材料,這樣再返修時就可只修螺桿而機筒簡單珩磨下。一般根據磨損的程度堆焊1-2mm厚,然后磨削螺桿至尺 寸。
       
      ( 3 )修復螺桿也可用表面鍍硬鉻方法,但硬的鉻層比較容易脫落。 
       無論何種型式的損壞,在選擇螺桿是重新修復還是更新螺桿時,都應綜合考慮修理費用與修理后使用螺桿時間與更新費用和更新螺桿使用時間的比值,采用比值小的方案才是經濟、 正確的選擇。 
       
       

      標簽: 螺桿修復(19) 擠出機螺桿(20)

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