挤出机机头设计

挤出机机头设计 Prepared on 22 November 2020

前言随着我国橡胶机械工业的快速发展，橡胶制品的应用范围也在不断扩大，因此对于挤出成型技术也有了更高的要求。在挤出成型的一系列过程中，以温度的调节控制和熔融的物料进入挤出机机头以及橡胶在挤出机主机中塑化的过程最为重要。螺杆作为橡胶挤出机主机的重要部件，它的设计加工已经很完善了。随着各种各样的智能控制系统的发展，温度调节控制系统也取得了进展。然而，挤出机机头的结构设计却仍然有很大的提升空间，并没有发展的很完善。这是因为在挤出成型的整个过程中，会遇到各种复杂的情况。而对于机头的设计，目前并没有适用于所有情况的理论公式，实际经验是挤出机机头的设计的主要依据。机头设计后，通常用试模的方法来确定最后的形状。这不但增加了设计人员的工作强度，也为整个的设计过程造成了诸多不便，同时也提高了成产成本。

挤出机作为橡胶工业的基本设备，在生产橡胶制品的过程中起着重要的作用，也是决定产品质量的重要设备之一。国外橡胶挤出机经历了不同的发展阶段，从最初的柱塞式挤出机开始发展，其中经历了普通冷喂料型挤出机以及销钉冷喂料挤出机等阶段，再到现在的复合挤出机，其发展的日益完善，性能和生产能力也不断提高。固特波公司是在挤出机的发展过程中，最先申请了用挤出机来进行胶电线生产的专利，并改进了该挤出机设备。由此，挤出方法对于生产日益重要，而先前的手动式挤出机也渐渐地被电动操控挤出机所取代。早期的电缆和电线源源不断地被柱塞式挤出机生产出来，电缆的生产用挤出法也由此而确定。

挤出机是挤出成型加工过程中的主要设备，除此以外，还有机头、牵引装置、冷却定型装置等附属设备。橡胶在机筒内塑化熔融，通过机头制成所需要的形状，最后经过

冷却定型后就可获得与机头截面形状相吻合的产品。挤出成型法相比于其他类型的成形方法主要具有以下显着的优点：

1、设备制造容易，成本较低，投产快，投资少。

2、产量高，效率快。

3、可以实现连续化生产。制造较长的型材、管材等也比较容易。而且产品均匀密实，质量高。

4、工艺较易控制，生产操作起来比较简单，便于实现自动化生产。设备占地面积小，污染少，易于保持清洁的生产环境。

5、可以实现一机多用。对于同一台挤出机，只需更换机头，就能加工不同的制品。

挤出机机头是连接在机筒上的零件，挤出产品的形状取决于机头，其主要作用有：

1、改变挤出物料的运动状态，由螺旋运动状态改变为直线运动。

2、为保证制品质量密实，使挤出物料产生一定的压力。

3、进一步促进物料塑化。

4、使物料的截面形状满足产品设计要求。

1挤出机机头设计要求概述

挤出机机头通用设计原则

挤出机机头要遵循一定的合理的原则来进行相关设计，总结起来讲，主要有以下几个原则：

1、为缩短清洗时间和组装时间，挤出机机头的零部件要尽量少，而且要注意各个零部件的相互配合以及对中性。

2、要尽量减少机头中相关的连接环节。部件数量减少的同时不但可以节约成本，也可以减少各个零部件在流道中的连接环节。连接部位连接不良不但有可能导致漏料现象产生，也有可能使物料降解。此外，连接部位要易于清洗。

3、运动部件与静止部件之间的间隙要进行密封。主要方法是可以通过加上大尺寸的密封条或者填充绳来进行密封，需要注意点是应该加在静部件的半圆形或矩形沟槽内部。用来做密封元件的材料主要有像PTFE这类耐热性比较好的塑料以及像铅这样的低硬度金属。

4、为确保整个密封表面的密封力分布均匀，要尽可能使密封表面平且小，同时要对这里的表面压力进行校核。

5、挤出机机头尽量有法兰可以转动，而且比较大的机头要安装在可以移动的或者可以调节的上面。

6、挤出机机头的组装紧固尽量不选用多个小的螺钉（这是因为直径大的螺栓寿命更长），而用比较少的耐热螺栓；螺栓在安装时尽量使其不必拆卸加热器，要尽量使其安装容易。

7、若挤出机机头的各个零部件温度并不完全相同，设计时，要考虑到热膨胀的问题。

8、挤出机机头设计时，不但要考虑温度传感器、压力传感器、螺栓孔对机头强度的影响，还要保证机头在受力产生形变时的尺寸符合要求。

当流道的结构确定时，要注意以下要求：

1、熔融的物料要尽量沿着中心位置进入流道。

2、流道中截面积大的区域流速也低，熔融的物料在这样的区域滞留的时间也就越长，这会引起像PE这样的热敏感型混合物料的降解。针对这类材料，要服从最小流道

体积原则，可以通过减小缝隙挤出机机头分配流道的方法，以便缩短挤出机机头的轴向长度。

3、机头流道中要避免物料流动方向的突变，也要防止截面积突变，即流道中不能有死角，所以各个位置的半径不能小于 3mm。

4、在设计挤出机机头的平行成型区时，要消退流道端部的可逆的形变，且要根据生产的产品的性质和所加工熔融物料来进行设计。

5、要进行流道设计时，要减少流痕的数量，甚至要避免产生流痕。这是因为流痕会影响挤出机挤出物料的质量。

机头材料的选用

挤出机机头在进行相应的设计时，一定要选用合理的材料，要符合以下几点要求：

1、便于加工

2、刚度和强度足够大

3、足够的耐磨性、耐压性和耐热性

4、表面硬度也要要足够大

5、便于进行相应的热处理

6、进行热处理时形变要尽可能小

7、便于获得合理的、无气孔的表面

8、便于进行镀铬等处理

9、具有良好的防腐性

10、消除内应力

11、具有良好的导热性

以上这些在其他的加工中也有要求，并非挤出加工所特有。显然，只用一种材料并不能满足所有的以上的要求，因此，在进行材料的选择时要注意下面几点：

1、所加工的聚合物的种类。填充物料和腐蚀性对于磨损的影响，以及加工温度对磨损的影响。

2、挤出机机头的加工工艺。材料强度在 600N/mm2 - 800N/mm2最适于加工，最高强度要求应该在1500N/mm2以下。

3、考虑材料的加工强度。太脆的高强度钢不适合用来加工大的挤出机机头，这是因为在进行材料的选择时一定要考虑到弯曲应力。

4、要采用的热处理。为防止引起变形，除了可以选用部分有色金属之外，通常选用以下合理的钢材作为挤出机机头的材料。

5、钢材进行氮化处理

6、钢材进行表面硬化处理

7、选用不锈钢

8、调质钢材

9、安全硬化钢材

表1-1 机头主要零件选用的材料

Table1-1 The nose material of main parts selection