挤出成型-料筒设计.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第一章 挤出成型设备,第五节 料筒的设计,料筒的设计,1.5,料 筒,料筒和螺杆组成了挤压系统。,和螺杆一样，料筒也是在,高压,、,高温,、严重的,磨损,、一定的,腐蚀,条件下工作的。,在挤出过程中，料筒还有将热量,传给物料或将热量从物料中传走,的作用。,料筒上还要,设置加热冷却系统，安装机头,。,此外，料筒上要,开加料口,。而加料口的几何形状及其位置的选定对加料性能的影响很大。,料筒,内表面的光洁度,、,加料段内壁开设沟槽,等，对挤出过程有很大影响。,设计或选择料筒时都要考虑到上述因素。,料筒的设计,料 筒,料筒的设计,1,、料筒结构,料筒的结构分为，,整体料筒,和,组合料筒,。,1,）整体料筒,在整体坯料上加工出来的。这种结构容易保证较高的制造精度和装配精度，也可简化装配工作，便于加热冷却系统的设置,和装拆，而且热量沿,轴向分布比较均匀，,但这种料,筒,要求较高,的加工制造条件。,料筒的设计,2,）组合料筒,是指一根料筒是由几个料筒段组合起来的。,实验性挤出机,和,排气式挤出机,多用组合料筒。前者是为了便于改变料筒长度来适应不向长径比的螺杆，后者是为了设置排气段。,但实际上,组合料筒对加工精度要求很高,。组合料,筒,各料筒段多用法兰螺栓联接在一起。这样就,破坏了料筒加热的均匀性,，增加了热损失。也不便于加热冷却系统的设置和维修。,料筒的设计,3,）双金属料筒,为了既能满足料筒对材质的要求，又能节省贵重材料，不少料筒在一般碳素钢或铸钢的基体内部镶一合金钢衬套。,衬套磨损后可以拆出加以更换,。,衬套和料筒要配合好，要保证整个料筒壁上,热传导不受影响,；料筒和衬套间既,不能有相对运动,，又要,能方便地拆出,，这就要选择合适的配合精度。,料筒的设计,双金属料筒图,料筒的设计,4,）,IKV,料筒,a,、,料筒加料段内壁开设纵向沟槽,为了提高固体输送效率，由固体输送理论知，一种方法就是,增加料筒表面的摩擦系数,，还有一种方法就是,增加加料口处的物料通过垂直于螺杆轴线的横截面的面积,。,在,料筒加料段内壁开设纵向沟槽,和将,加料段靠近加料口处的一段料筒内壁做成锥形,就是这两种方法的具体化。,料筒的设计,在,料筒加料段处开,纵向沟槽或加工出,锥度的具体结构,如,下：,料筒的设计,锥度的长度,可取（,3,5,）,D,（,D,为料筒内径），加工粉料时，锥度可以加长到（,610,）,D,。,锥度的大小,决定于物料颗粒的直径和螺杆直径。螺杆直径增加时，锥度要减少（同时加料段的长度要相应增加）。,纵向沟槽,只能在物料仍然是固体或开始熔融以前的那一段料筒上开。,槽长约（,35,）,D,，,有锥度,。,沟槽的数目,与螺杆直径有关，据,IKV,介绍，相当于螺杆直径（厘米）的十分之一左右，槽数太多，会导致物料回流，使输送量下降。,槽的形状,可以是长方形，三角形，或其它形状的。,横截面,为长方形的沟槽的宽度和深度与螺杆直径有关，具体数值可参见下表。,料筒的设计,国内现有挤出机上有的也开有纵向沟槽，但具体形状和尺寸与表不尽相同。,方形沟槽的推荐数据：,螺杆直径 沟槽数目 槽宽,b,槽深,45 4 8 3,60 6 8 3,90 8 10 4,120 12 10 4,150 16 10 4,料筒的设计,b,、,强制冷却加料段料筒,为了提高固体输送效率，可,冷却加料段料筒,，目的是使被输送的物料温度保持在软化点或熔点以下，避免熔膜出现，以保持物料的固体摩擦性质。,采用上述方法后，输送效率由,0.3,提高到,0.6,。而且挤出量对机头压力变化的敏感性较小。,料筒的设计,缺点：,强力冷却会,造成显著的能量损失,；,由于在料筒加料段末处可能产生极高的压力（有的高达,80150MPa,），,有损坏带有沟槽的薄壁料筒的危险,；,螺杆磨损较大,；,挤出性能对原料的依赖性较大,。,此外，在小型挤出机上采用此结构受到限制。,料筒的设计,5,）加料口的形状和位置,加料口的形状及其在料筒上的开设位置对加料性能有很大影响。,加料口应能使物料自由地高效地加入料,筒,而,不产生架桥,，设计时还应当考虑到加料口,是否适于设置加料装置,，,是否有利于清理,，,是否便于在此段设置冷却系统,。,加料口的形状（俯视）有圆的，方的，也有矩形的。一般情况下多用矩形的，其长边平行于料,筒,轴线，长度约为螺杆直径,1,.,5-2,倍。圆形加料口主要用于设置机械搅拌器强制加料的场合。,下图画出了常用加料口之断面形状。,料筒的设计,加料口之断面形状,其中,a,多见于早年的挤出机，适于带状料，不适于粒料和粉料。以,f,用得最成功，其一壁垂直地与料筒圆柱面相交，另一壁下方倾斜,45,，加料口的中心线与螺杆轴线错开,1,4,料筒直径。,料筒的设计,2,、料筒材料及强度计算,1,）料筒材料,正象螺杆一样，为满足料筒的工作要求，料筒材料必须满足如下要求：耐高温、耐磨损、耐腐蚀、高强度、良好的机加工性能和热处理性能。,料筒除了可以用,45,号钢、,40Cr,、,38CrMoAL,外，还可以用,铸钢,和,球墨铸铁,制造。带衬套的加料段可以用,优质铸铁,制成。,Xaloy,合金是一种新颖的耐磨损、耐腐蚀材料，目前在国外得到广泛应用。,料筒的设计,这种材料熔点低，坚硬，与钢有很好的熔接性，机加工性能好，浇铸性能也好，且无浇铸应力，浇铸后即使受到弯曲，也不会成鳞片状脱落。,将它应用到料筒上是采用这样的办法：将粉末状的,Xaloy,合金和料筒一起加热，由于其熔点低，大约在,1200,时即可熔融成流动状态，这时使料筒高速旋转，巨大离心力便使之浇铸在红热的料筒内壁上，其厚度约为,2mm,，,冷却后用衍磨的方法磨去约,0.2mm,，,即可满足一般料筒的要求。,比利时生产的,Xaloy,合金，硬度可达,Rc5864,，,482,时，硬度无明显下降，耐腐蚀能力比渗氮钢大,12,倍。,料筒的设计,2),料筒壁厚的决定及强度计算：,a,、,料筒壁厚的决定,料筒很少因强度不足报废，主要是由于,腐蚀磨损,。料筒壁厚的决定，除了考虑,强度,外，更多的是考虑料筒结构的,工艺性和热惯性,。,根据后两个因素决定的壁厚往往大于按强度条件计算出来的值。,由于无成熟的按照料筒传热特性计算料筒壁厚的计算方法，因此目前大多,根据经验统计类比决定壁厚,，再进行强度校核。,料筒的设计,我国各塑料机械厂生产挤出机料筒的壁厚如表所示。,我国生产的挤出机的料筒壁厚,螺杆直径,料筒壁厚,螺杆直径,料筒壁厚,30,20-25,120,40-50,45,20-25,150,40-50,60,30-45,200,50-60,90,40-45,料筒的设计,b,、,强度计算,料筒的强度计算按,厚壁筒,进行。此处不再进行讨论,注意：,当料筒是,脆性材料,时，可用第一强度理论进行计算。,当料筒为,塑性材料,时，用第四强度理论进行计算。,当料筒内,镶有衬套,时，相当于“机械零件”中过盈配合中的压合连接，这时衬套和料筒的应力状态都比较复杂，其强度计算也比较复杂。,