單螺桿擠出機小直徑機筒開槽的研究

桑艷青

摘要：為解決單螺桿擠出機直徑30以下擠出機光滑機筒高速高產量下螺桿打滑影響產量及塑料制品性能，根據現有60及以上機筒開直槽和螺旋槽的經驗，提出采用現有小直徑機筒開槽，目的是提高螺桿擠出穩定性。

關鍵詞：單螺桿擠出機;機筒開軸向直槽;穩定;擠出穩定性

一、行業現狀

目前市場上30直徑以下的單螺桿擠出機的機筒普遍采用光滑機筒，工作時在螺桿高速、高壓力下螺桿擠出不穩定，出現下料不穩、螺桿吃料斷續等現象，嚴重阻礙了長期生產的穩定性，增加了制品的廢品率。長期的生產實踐證明，光滑機筒單螺桿擠出機主要存在以下問題，a對高分子物料要求苛刻，高黏度和低摩擦系數的原料難以實現穩定擠出輸送。b固定輸送段建立壓力能力差，擠出機壓力漏流嚴重c物料輸送效率低下，功率產量比較大等。參考45、60以上機筒開槽，穩定輸出的經驗數據，參考國外部門小螺桿開槽，專用于某種特殊原料的擠出，特做設計將30機筒開槽。目的：測試高轉速、高壓力下的螺桿擠出穩定性。

二、設計理論依據

機筒內軸向直槽，在擠出機內部物料被分成了軸向直槽內物料和螺桿螺槽內物料兩部分。隨著螺桿的轉動，螺桿螺槽內物料與機筒和機筒溝槽內物料存在相對運動，從而造成螺桿螺槽中物料與機筒溝槽內物料之間發生內摩擦和螺桿螺槽中物料與機筒表面之間發生外摩擦。從而提高固體輸送效率。

設計機筒開槽的幾何結構：開槽的數量及形狀，溝槽數目大約是螺桿直徑的12%––14%（取整數）

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，本次實驗的兩套機筒開槽的集合結構也是采用半圓形，圓形直徑在2mm，數量共4個均勻布置。使用了以下兩個數據。

（1）直徑30機筒下料段開槽（直槽），開槽長度102.5，起始位置下料口尾端，槽形狀，半圓形，槽大小R1，槽數量4個。

（2）直徑30機筒下料段開槽（直槽），開槽長度80，起始位置下料口中心，槽形狀，半圓形，槽大小R1，槽數量4個。

三、實驗條件

實驗所使用的主機為CE3025主機，主電機功率7.5KW，減速箱速比10.98，螺桿的有效長徑比25，實驗所設置的機筒溫度如下：機筒一區、機筒二區、機筒三區、適配器區，設定溫度都是190度，所用原料是韓國LG SP980 （PERT），原料粒徑為3mm。

實驗方法：通過調節適配器、模具、口芯模使得熔體壓力分別在10MPA、30MPA下，螺桿轉速設定到10r/min 30r/min 50r/min 70r/min 110r/min 130r/min，記錄不同熔壓不同轉速下的產量（排量）、主電機電流（扭矩）、熔體溫度數值。

四、實驗結果

從表一測試數據得出，開槽機筒，熔體壓力分別在10MPa、30MPa，輸出轉速在10轉/分鐘，30轉/分鐘，50轉/分鐘，70轉/分鐘，90轉/分鐘，110轉/分鐘，130轉/分鐘，對應的螺桿的每轉排量沒有很大變化，實驗得出下料輸送基本穩定。實驗過程中，開槽圖一和開槽二單轉排量沒有很大區別。

扭矩變化得出，熔體壓力在分別在10MPa、30MPa下，輸出轉速在10轉/分鐘，30轉/分鐘，50轉/分鐘，70轉/分鐘，90轉/分鐘，110轉/分鐘，130轉/分鐘，主電機輸出扭矩在是隨著螺桿轉速提升，主電機負載逐步加大，（最高扭矩不超過65%）沒有出現負載突然下降的現象，這一點充分證明，物料在機筒螺槽內沒有物料回流現象，物料在穩定的被擠壓、壓縮，主電機電流輸出隨著螺桿轉速的增加恒定增加。實驗過程中開槽圖一和開槽二相同壓力相同轉速下點擊電流相近。

四、后續研究

（1）通過30機筒的實驗，可以將其推廣到25機筒、20機筒。并根據實驗數據，將25機筒20機筒的開槽數量及開槽長度做修改，滿足不同原材料不同性能的塑料擠出加工。

（2）機筒內壁開螺旋槽對整體物料的加工性能分析及實驗，有待后續深入研究。

（3）①不同30機筒開槽的數量及形狀，對主電機的負載有著很大的影響，在后續的實驗中需要根據不同原料的顆粒直徑大小，做更深入的螺桿設計研究，相同電機功率的情況下更大范圍的滿足原料變化帶來的電機扭矩變化。②機筒螺桿下料率的提高，帶來了螺桿的設計更新。螺桿的下料段、均化段、計量段需要重新設計，滿足產量恒定輸出的同時，塑料原料塑化、分散都有提高。③機筒開槽的集合結構應該統一，適應行更強，同時使單螺桿擠出機的比產量（Q1）、比能耗上升一個新的臺階。④物料輸送中存在的高剪切、高摩擦熱，導致對不同加工物料的適應性差。

比產量：螺桿每轉的恒定輸出產量;比能耗：每小時內每千瓦對應的輸出產量即KG/KWh。

五、結語

軸向開槽機筒單螺桿擠出機具有擠出產量高、擠出穩定性好、建壓能力強等優勢，預計在更廣泛的原料領域有更優秀的表現。當前開槽的機筒研究的主要熱點集中在固體輸送段，對固體的輸送效率、能耗分析、建壓能力分析等都有相對成熟的體現，但是對固體輸送段的溫度分布、固體輸送段的集合結構參數優化方面相對較少，對后續的研究也將擴大擠出機的進一步發展和應用。

參考文獻

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