塑料挤出机节能高效螺杆设计.pdf

第34卷第4期
哈尔滨轴
承
Vol34 No4
2013年12月
JOURNAL OF HARBIN BEARING
Dec.2013
塑料挤出机节能高效螺杄设计
史民强,姜帅,宫雨明
(1.哈尔滨市新农天丰塑料有限公司黑龙江哈尔滨150038;2.哈尔滨哈轴精密轴承制造有限公司,黑龙江哈尔滨
50036;3.哈尔滨轴承集团公司电机轴承分厂,黑龙江哈尔滨150036
摘要:在详细分析屏障螺杆的结构特点、工作原理和加工要求的基础上,选择最优没计参数,并使层流体
力学软件,数值仿真动态模拟螺杄的挤出过程,达到节能、高效和高质量生产塑料农腹的目的。
关键词:塑料挤出机;屏障螺杄;吹塑薄膜;数值仿真;动态模拟
中图分类号:TQ325.1'2,TQ320.66'3
文献标识码:B
文章编码:1672-4852(2013)04-0050-02
Design of energy saving and high efficient screw
used in plastic extruding machine
Shi Ninglang
ng Shuai,, Gong Yuming
(1. Harbin Xinnong Tianfeng Plastic Co, Ltd, Harbin 150038, China: 2. Harbin Hazhou Prceision Bearing Manufactu
Co, Ltd. I]arbin 150036, China; 3. Electric Motor Bearing Sub-factory, Harbin Bearing Group Corporation, Hac ring
150036, China)
Abstract: On the basis of detail analysis structural feature, working principle and processing requirements of the barrier screw,
by using optimal parameter and hydromechanics software, the extrusion process of screw is performed through numerical
simulation and dynamic simulation for purpose of energy saving, high efficiency and high quality production of plastic
agricultural film
Key words: plastic extrusion machine; barrier screw; blown film; numerical simulation; dynamic simulation
工艺,对实际生产具有重要的指导意义。
普通单螺杅即传统经典的三段式:加料段
目前多层共挤吹塑膜在农膜生产中得到广压缩段、均化段,但是这种螺杆结构已不能满足
泛应用,国内的多层共挤吹膜设备在很多方面落多种塑料挤出成型的需求,目前在螺杆设计上,
后于国外设备,主要表现在产量不高,塑化质量突破传统经典结构,采用组合形式,即采用各种
难以保证。针对以上问题,采用屏障型螺杆,可混炼元件、剪切元件与螺杅基体进行组合是一种
以取得较好的效果。
新的技术。
组合螺杆多由输送区,压缩区、剪切区、减
2挤出机的技术与发展
压区和混炼区组成,用于改变物料输送状态,进
而提高物料的分散混炼能力和熔融速度等,使其
挤出机是挤出成型生产线的最主要部分,包更好地均匀塑化
括挤压系统、传动系统、加热冷却系统和控制系
単螺杆挤出机还是一种低能耗、低成本的良
统,用来提供温度和组成均匀的熔料以得到稳定好的排气机型,能提高塑料制品的产量和复合膜
可控的产品。螺杆是塑料挤出机的心脏,其设计的外观质量(塑化和混色效果良好)。螺杆机的
和加工的优劣直接影响到整个设备水平的高低,结构能适应各种塑料的特殊加,只要技术指施
它的作用是输送固体塑料、塑化成熔体并提供成得当它基本能达到双螺杆的挤出效能。如国外现
型所需要的压力及流量。研究螺杆挤出过程中所使用的塑料挤出机,相当一部分就是单螺杆的
发生的物理化学过程,有助于深人了解挤出成型由于技术含量高、产量大、压力波动小等优点,
部分取代了双螺杄挤出机。
收稿日期:2013-05-15.
作者简介:史民强(1955-),男,工程师
第4期
史民强,等:塑料挤出机节能高效螺杆设讣
屏障型螺杄的设计
历程的混合性差的状况
液相槽的宽度和深度都是变大的,剪切应力
3.1屏障型螺杄的特点
变小,保证熔体温度不会继续升高(又称作低温
屏障螺杆的工作原理如图1所示,其主要参挤出,但温度仍然在熔点(7)以上),这样的
数有螺杆直径、螺杆长径比、几何压缩比、螺旋过程一直到固相槽结束。这种设计的优点主要是
升角、螺檀深度、螺棱笕度、螺杆与机筒间隙、嫆融的液相嫆体与未熔融的固体物料分离开,缩
螺纹头数和螺杄头部形状等。
短了挤出机的长度,加快了挤出过程,因此,在
预备阶段
融化阶段
固体槽与螺杆之间形成的熔体膜的机会不多,固
屏障阶段固体阶段
体槽崩溃的机会也少,因而熔融过程能以更稳定
的方式进行。
聚合物流向一
这种熔融机理使屏障螺杄塑化效果好,保持
屏障螺纹螺距改变,固体槽宽度降低,而熔体槽宽度增加
低的熔体温度,适用多种型号树脂的加工
増加对固体榑剪切,促其熔融,减少刈熔体槽作用,保持
熔体温度
3.2分散混炼元件
图1屏障螺杄的工作原理图
为使塑炼挤出机具有分散混炼功能,必须在
根据以上参数,使用计算流体力学(CEID
螺杅计量段中间设立分散混炼元件,距螺杆头端
软件,数值仿真动态模拟螺杆的挤出过程,运用的距离约2D(见图2)。它是指开凹槽或开鍵槽
CED理论,可以减少实验次数,解决某些由于实的混合段,沿螺杆设置多个斜屏障螺纹,没有塑
验技术的限制而难以进行测量的问题,同时可以化好的塑料颗粒便不能通过河隙。在斜屏障段的
提高生产效率,节省开发成本。螺杆上每个段的进料槽内受前端封闭的影响,而成为旋转涡流,
功能和名称见图2。
直到进一步塑化成熔融状态时才能颀利通过间隙
固相槽深
被挤出,保证了混炼和混色效果。压力降消耗在
混炼段,降低了挤出产量,按螺旋方向开斜
日?NいNN?槽,能实现在进口和出口螺槽中向前拖拽输送,
变
变
下料段化
熔化段
化计量段(巧化段
对挤出量的降低影响很小。
在斜屏障混炼段的进口螺槽的深度逐渐减小
液相槽深
直到末端为零,而出口槽的深度则相反,沿进口
图2螺杅设计图
槽流动的物料越过屏障而进入出口槽。
从图2可见,在螺杆的压缩段,设一根辅
助螺纹(屏障螺杅),辅助螺纹外径小于原螺纹3.3屏障型螺的使用效果
产量高(比相同直径螺杄产量提高25%,长
外径,螺距大于原螺纹螺距,以便聚合物熔体能
径比仅1:25,代替原螺杆长径比1:30),挤出
流过辅助螺纹屏障而进人熔体液相槽;辅助螺纹
把螺槽