喂料螺杆的结构对型材挤出的影响

专家姓名：王 耀　　类别：技术交流

塑料挤出机从八十年代末引进中国。九十年代初，国内开始有了研发和制造。一直以来人们将注意力都集中在挤出螺杆的剪切、混炼等塑化性能和产量的改进上，没有在喂料螺杆的结构、喂料的方式上作深入的研究，甚至并没有引起足够的重视。到底喂料螺杆的结构对型材挤出有没有影响、有什么样的影响呢？本文笔者通过事实论证、分析来阐明了自己的观点。
常规上喂料螺杆有以下二种结构：1.螺杆，是一种用38CrMnAL加工后渗氮处理的螺纹元件（图一），此种螺杆适合于输送粉状物料，能够实现均匀喂料。







2.弹簧，是一种用锰碳钢绕制的元件，从弹簧材料的截面来分，又可分为矩型和圈型两种（图二），此类弹簧适应于输送颗粒状物料，也可输送粉料。不会造成象用螺杆喂粒料而造成的机械卡滞。
笔者曾经在河北保定和北京两家型材厂遇到因喂料装置结构缺陷而造成的型材质量问题，才对喂料螺杆的结构进行了深入细致的研究和总结。
2000年4月份，笔者当时在一家设备公司负责用户售后服务工作。接用户反馈，有一台SJZ45/100A挤出机在调试60单玻压条模具时，因是一模双出。两根压条一根出料快，一根出料慢。当时接到信息时还怪用户太多事，因这种情况在其他厂家也时有发生，但到用户现场一看，情况并不象自己想的那样简单。据厂家设备维修人员及模具厂家调试人员反映，口模已经修了几次了，而且流道分流处已明显偏差很大，模具厂家调试人员称，模具已经修到极限了，再修的话模具就报废了，鉴于这种情况我们随行两人只能对设备进行全面的检查和调整，逐项进行了排查。
1． 将螺杆拆卸重新调整间隙（怀疑其中一根螺杆与螺筒间隙过大造成回流或漏流）。装配后再试，没有效果。还是左边（我们在机头一端，面向口模，将靠近电控箱一面也就是身体右面为右边）快，右边慢。
2． 将过渡体径向旋转180°试验（怀疑过渡体料流聚合处有偏差），没有效果。
3． 将口模径向旋转180°试验（怀疑口模分流处“确实”有问题），没有效果，还是左边快，右边慢。
4． 将口模右边的温度升高，左边温度降低，试验还是没有变化。
我们陷入了困境，因60单玻压条属小辅型材，牵引机是单履带牵引，所以对双腔型材的两根料的出料速度要求较为严格，如果照顾快的一根，慢的那根几何尺寸达不到要求；如果照顾慢的一根，则快的一根便会堵模。
当时用户用的是粒料，我们抱着试试看的态度用粉料看会有什么变化，于是将机械自动喂料螺杆关闭，用手工将粉料从落料口加入，（虽手工喂料不均匀，但也基本上能将效果反映出来）终于有所变化，两边出料速度差别已经不是很明显。于是停止手工加粉料，将料斗内的粒料全部换成粉料再用机械自动加入，又重新出现了开始时的情形。再用粒料手工演示一遍跟用粉料情况一样。我们更是一筹莫展。这到底是什么原因呢？
最后，我们把注意力集中在喂料上面，并进行模拟加料、分析、再模拟、再分析、反复推敲，终于功夫不负有心人。我们发现了问题的所在，手动加料时物料由于自重、自由垂直散落在两螺杆之间（如图三）；机械






















喂料时物料大部分落在左边螺杆上（如图四）。那么又是什么原因导致这种现象呢？当再观察喂料螺杆的结构时（如图五），不难分析，是由于离心力的作用和螺纹旋向的影响造成物料不能自由下落。
那么怎样才能在物料下落时，消除它的离心力呢？于是我们采用缩短螺杆螺纹的办法（将落料口正上方的螺纹去掉）来解决，如图






（图六）使之从落料口的边缘到最后一节螺纹端面距离保持在40㎜左右，也就是让物料在进入落料口的时候利用40㎜的距离来消除它的离心力。通过试验我们终于攻克了这一难题，获得了成功。
第二次是2002年7月份，北京一家SJZ80/172生产80推拉扇时，也是一模双出，因牵引机采用双牵引履带，独立控制牵引速度，所以型材一根出料快，一根出料慢也就不是问题。但是，出料慢的一根从型材的光泽到型材的尺寸变化率都达不到标准要求，而快的那一根却完全合格，当时只是从温度工艺上以及挤出和喂料比例上进行调整，有所改观但很勉强。因为是慢的一根出现不合格情况，所以把问题集中在出料的快慢上，结果不难想象问题的根结还是喂料螺杆的结构上，它的喂料方式与前面图五完全一样。后来经过改造不但两根型材速度差别上有所变小，而且两根型材的理化性能试验对比完全合格。
后来在其他型材厂家也碰到过几次类似情况，而且不单单局限在螺杆喂料上，弹簧喂料也一样存在这种情况。
从以上情况我们也不难分析异向外转双螺杆挤出机无论是锥双还是平双，虽然双螺杆的剪切，混炼效果很理想，但是就目前国内大部分的螺杆构造在挤出过程中，物料在双螺杆内的流动不是靠摩擦牵引来实现，而是靠机械强制输送正位移状态运动。由于两根螺杆的旋转方向不同，一根螺杆上物料螺旋前进的流道被另一根螺杆的螺纹阻断，故不能形成“∞”字运动，而是在螺杆内形成封闭的相对独立的“C”字型腔室。且由于两根螺杆是异向外转，物料不可能从一根螺杆移向另一根螺杆，“C”形室中的物料只能在一根螺杆内在螺纹的推动下通过各部分的间隙而作圆周运动，同时也向着口模方向运动，直到从口模挤出，并达不到两根螺杆之间物料的完全混合和交换，也就是两螺杆在物料的填充以及压力分布上并达不到完全均衡。虽然物料经过过渡体的压力集中和多孔板的压力分散，但根本达不到完全校正。所以当两根螺杆获得的物料不均匀时就会导致以上情况的发生。
其实现在看来，以前在模具调试时，主型材（模具单出的）也存在类似情况，一边出料快一边出料慢、或两面尺寸变化率一面合格一面超标、两面冷冲一面合格一面不合格，只是不太明显。这固然与模具流道和物料塑化状态有关，但不能不说与喂料螺杆结构方式有关，只是我们没有过多地从根本上去分析它、研究它。所以我们在制造设备时最好的办法首先从最基本环节入手，也就是改进其喂料结构。现在有些设备厂家也开始认识到了这一问题已经对喂料螺杆结构进行了改进，从而最大限度地避免了以上情况的发生。

发表时间：2007-11-16

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