1、橡胶冷喂料挤出机螺杆三功能段构型分析巩家伟 吕贤滨 范之海 吕柏源青岛科技大学高分子材料加工机械研究所，山东，青岛，266042：螺杆是冷喂料挤出机的一个核心部件，它在挤出机的性能参数中起着决定性的作用。本文将螺杆从宏观功能上分成三个功能段，依据挤出理论结合生产实践分别对螺杆的喂料功能段、塑化功能段和挤出功能段的各种螺杆构型进行了较详尽较系统的分析，以便更容易理解和掌握各种螺杆构型的工作原理，希望对螺杆设计和选型有所帮助。关键词：橡胶，挤出机，螺杆，构型，分析中图文类号： 文献标识码： 文章编号：Cold Feed Rubber Extruder Screw Three Function Se
2、ction Configuration AnalysisABSTRACT: Screw is a core component of cold feed extruder.It plays a decisive role in extruder performance parameters. In this paper, screw is divided into three functional segment from the macro function.And we carry out a more systematic analysis of all kinds of screw c
3、onfiguration of screws functional feeding section , plasticizing function of segment and extrusion feature segment, according to extrusion theory and production practice . To make it easier to understand and master a variety of screw configuration works.we hope it can give help for screw design and
4、selection.Keywords : rubber，extruder, screw, configuration，analysis1. 前言在橡胶工业中，螺杆挤出机是橡胶加工的重要设备，它广泛应用在轮胎制造、胶管制造、密封胶胶条制造、电线电缆和防水材料制造等等。在挤出机中，螺杆是一个核心部件，它在挤出机的性能参数中起着决定性的作用。从挤出机的开展史中就充分证明了这一点：最早使用的是短长径比的等距不等深或收敛螺杆，因没有塑化功能，只能用在橡胶制品的压型功能上，即出现了最早的热喂料挤出机；由于热喂料挤出机需要庞大的供胶设备，既浪费能源，浪费占地面积，劳动强度大，挤出制品质量低等问题，因此，加大
5、了螺杆的长径比，提高了胶料在挤出过程中的剪切历程，以便提高螺杆的塑化能力，出现了大长径比的普通螺纹螺杆，即从热喂料挤出机开展到普通冷喂料挤出机；由于普通冷喂料挤出机的螺杆没有塑化元件结构，塑化能力达不到挤出工艺要求，在此背景下，螺杆的塑化段增加了主副螺纹结构，出现了主副螺杆即强力剪切冷喂料挤出机；主副螺纹挤出机虽然解决了塑化能力问题，但它只是简单的剪切作用，对塑化和混合作用还满足不了高质量橡胶制品的要求，因此，又将螺杆的塑化段开展成机筒销钉螺杆，那么出现了销钉冷喂料挤出机。并为此，先后出现了繁多的挤出机品种，如：挡板挤出机、传递型挤出机，销钉/主副螺纹型挤出机等等。在挤出机中，机筒/螺杆系统有
6、三大作用：一是输入胶料的作用，即为挤出机的喂料段。它是决定挤出机生产能力的前提，只有吃料多，才能输出得多；但是吃料多必须给予消化，那么机筒/螺杆系统第二个作用就是塑化作用，此段即为挤出机的塑化段；在挤出过程中胶料通过喂料段、塑化段，至此胶料已完成了塑化作用，为了获得制品稳定的质量，机筒/螺杆系统第三个作用就是稳定挤出作用，即计量作用，此段称挤出段。我们根据螺杆在机筒的辅助组合下，把螺杆分成三个功能段，一是喂料段，二是塑化段，三是挤出段。为了便于分析和应用，我们将螺杆构型分解成上述三个功能段的构型并进行分析，以便更容易理解和掌握螺杆构型的设计原理，希望对螺杆设计有所帮助。2. 喂料段螺杆构型分析
7、喂料段螺杆主要有两个作用：一是能最大限度和最快速度吃进胶料；二是保证吃进的胶料能有效地迅速输送到塑化段。对于前者主要采用旁压辊喂料装置以及新近出现的螺旋啮合喂料装置，主要考虑螺杆的构型和与之相配合的机筒结构。喂料段的胶料主要还是呈现粘弹态，比拟符合挤出理论中的固体输送理论，有如下公式1： 1式中符号意义参见文献1P266-269移动角的大小是挤出机生产能力上下的一个决定因素。当=0，生产能力为0；当=90时，生产能力到达最大值。最终必须使胶料的摩擦系数减小，而与机筒的摩擦系数增加。根据上述原理出现了许多类型喂料段螺杆构型，分类如下：机筒螺杆普通螺纹螺杆多头螺纹螺杆等距等深螺杆等距不等深螺杆收敛
8、螺杆简单多头螺纹螺杆复合多头螺纹螺杆轴向沟槽机筒螺旋沟槽机筒喂料段螺杆构型2.1喂料段机筒构型2.1.1轴向沟槽机筒构型如图1所示为轴向沟槽的机筒构型。它主要是通过各种形状的轴向沟槽提高胶料与机筒的摩擦系数，以便提高生产能力。在机筒衬套设置沟槽的尺寸见表1，本表尺寸适用于塑料挤出，对橡胶挤出而言，其槽深可作较大增加。图1 轴向沟槽机筒构型表1机筒衬套设置沟槽尺寸螺杆直径D，mm456090120150沟槽数Z4681216横宽B，mm88101010槽深H，mm334442.1.2螺旋形沟槽机筒构型根据研究，在喂料段机筒衬套内壁开设螺旋形沟槽以代替轴向沟槽，其吃料和输送效果更好，注意螺旋形沟槽
9、的方向要与螺杆螺纹旋向相反，其结构如图2所示。在150销钉挤出机喂料段衬套上有四条来复线沟槽，槽宽60mm,槽深5mm,导程480mm。来复线状的沟槽图2 螺旋沟槽机筒设计从喂料口的底部开始，向机头方向推进，在螺槽收尾处，采用较平缓的斜坡过渡线圆弧过渡。2.2喂料段螺杆构型2.2.1喂料段普通螺杆构型喂料段普通螺杆构型有三种结构。如图3a所示为等距等深螺杆，这种结构简单、加工容易，但没有压缩比，在普通冷喂料挤出机不宜使用，因为不容易建立挤出压力和剪切功能较弱，但在销钉挤出机中，也常常采用这种螺杆构型，因为销钉挤出机塑化功能很强，对挤出机喂料段螺杆的剪切功能没有特殊要求。如图3b所示为等距不等深
10、螺杆，他克服了等距等深螺杆上述的缺陷，但在小规格挤出机中，螺杆的根部的强度与刚度不好保证，容易产生垫杆现a 等距等深螺杆(t1=t2,h1=h2)b 等距不等深螺杆(t1=t2,h1h2)c等深不等距螺杆(t1t2,h1h2)c 等深不等距螺纹螺杆(t1t2,h1h2)图6 塑化段普通螺螺纹螺杆构型有较好的塑化能力和较强的输送能力，在传统的冷喂料挤出机中也得到了较为广泛的应用，但是由于这种螺杆构型在螺槽中同样没有塑化元件，也存在塑化的“死区问题，因此，这种螺杆也将为新的构型螺杆所代替，不过这种螺杆构型作为新螺杆的根本构型将得到应用，如销钉螺杆和主副螺纹螺杆的根本结构将会仍然采用这种结构。3.2塑化段主副螺纹螺杆3.2.1一段主副螺纹螺杆塑化段一段主副螺纹螺杆，其结构如图7所示。这种螺杆结构是在双头螺纹螺杆结构上进行演变，其中一条作为主螺纹，它的升角导程一直从喂料段螺纹加以延续，并一直延伸到挤出段，而另一条作为副螺纹，它的升角导程比主螺纹大，并且把此条螺纹在塑化段的始端和终端与原螺纹断开，由于它的升角较大，形成此副螺纹的始端与终端均与主螺纹相交，相当于在主螺纹中间设置了一道封闭主螺纹螺槽的“坝，如果从喂料段输送来的胶料进入此塑化段主螺纹螺槽时，胶料就会被堵死，为了让胶料越过副螺纹，那么