Экструдеры. Конструкция и принцип действия.

В различных отраслях промышленности эти машины называют экструдерами, шприцмашинами, червячными пластикаторами, генераторами расплава. Каждое из этих названий связано с конкретным направлением их применения. Главные рабочие органы червячных машин – это полый цилиндр и вращающийся в нем червяк. Основной процесс проходящий во всех червячных машинах – это транспортирование материала вдоль винтового канала, образованного внутренней поверхностью цилиндра и нарезкой червяка. Транспортирование сопровождается интенсивным деформированием материала и развитием в винтовом канале давления. Одновременно с транспортированием в канале могут протекать самые разнообразные процессы: смешение, нагрев, инициированные нагревом различные химические реакции, уплотнение и монолитизация рыхлых, сыпучих материалов, выделение газообразных компонентов и т.д.

Червячная машина работает совместно со сменным инструментом – головкой, устанавливаемой на выходе цилиндра. Иногда на одну головку работает несколько червячных машин. Червячные машины чаще всего не эксплуатируются самостоятельно, а входят в состав специализированных агрегатов, состоящих из ряда машин, работающих согласованно. Промышленностью выпускаются одно- и двух червячные экструдеры. Унифицированы следующие диаметры червяков для машин, перерабатывающих термопласты (мм): 20, 32, 45, 63, 90, 125, 160 и 200.

Экструдер состоит из следующих основных узлов: червяка, материального цилиндра с запрессованной гильзой и терморегуляторами, редуктора, обеспечивающего широкий диапазон регулирования оборотов червяка, электропривода, загрузочной воронки, приборов тепловой автоматики, приборов управления электроприводом и пульта управления экструдером.

Типы червячных экструдеров: 1) одночервячные; 2)двухчервячные; 3)каскадные.

Обозначение одночервячных экструдеров: ЧП 32×25, где ЧП - червячный пресс, 32 – диаметр червяка в мм; 25 – отношение длины червяка к его диаметру (20, 25).

Основные узлы одночервячного экструдера показаны на рис.

Червячный экструдер: 1 – червяк; 2 – цилиндр с запрессованной гильзой; 3 - терморегуляторы; 4 – бункер; 5 – редуктор; 6 – электродвигатель; 7 – система охлаждения.

Существуют экструдеры с дегазационными камерами для удаления летучих веществ из расплава полимера во время переработки. Такие экструдеры оснащены более сложными по конструкции и более длинными червяками с двумя и более ступенями сжатия, последовательно нарезанными на одном валу. Материальные цилиндры дегазационных прессов имеют специальные зоны для удаления летучих веществ. Пример экструдера с дегазацией показан на рис. Сильно сжатый гомогенизированный расплав полимера из зоны дозирования первой ступени сжатия через дросселирующую решетку попадает в вакуум камеру - зону резкого падения давления в массе, где при непрерывном перемешивании из расплава отсасываются летучие вещества и продукты разложения полимера. При дальнейшем продвижении вдоль червяка расплав попадает во вторую ступень сжатия и далее в головку. В таких машинах отношение длины червяка к его диаметру может достигать 30 – 32.

Экструдер с камерой для дегазации: 1 – червяк; 2 – цилиндр; 3 – нагреватели; 4 - смотровой люк; 5 – вакуумная магистраль; 6 – коробка вакуум-зоны; 7 – дросселирующий элемент; 8 – первая ступень сжатия; 9 – вторая ступень сжатия.

Двухчервячные.

1 – цилиндр; 2,3 - червяки

Каскадные. Состоят из двух экструдеров, расположенных друг под другом. В первом экструдере размещены зоны загрузки и пластикации и из него через соединительную полость расплав попадает во второй экструдер, где гомогенизируется и подается в головку.

Экструдер с каскадным расположением червяков

Червяк

Схема червяка показана на рис. Шаг нарезки червяка обычно равен диаметру червяка, а для специальных случаев выполняется в пределах от 0,8 до 1,1 диаметра. Червяки выполняют однозаходными и с правой нарезкой. Требуемая степень сжатия обеспечивается за счет изменения глубины нарезки. Посадка червяка в приводную втулку редуктора осуществляется с помощью шлицевого соединения.

При эксплуатации червяки подвергаются комплексному воздействию температуры, продуктов разложения перерабатываемого материала абразивному воздействию случайных твердых частиц, попавших в массу. В этих жестких условиях червяк должен длительное время противостоять истиранию и влиянию крутящего момента. Поэтому для изготовления червяков применяют легированные, стойкие коррозии, термическому и термохимическому воздействию стали, упрочняемые дополнительной термообработкой (закалкой, азотированием и т.п.). Червяки изготавливают из сталей марок 38ХМЮА и 40ХНМА и подвергают термообработке до твердости 71 – 76 НRC.

Материальный цилиндр и гильза.

В трущейся паре червяк-гильза червяку как элементу, предназначенному для более быстрого износа, придается меньшая твердость. соотношение посадочных размеров должно обеспечивать вращение червяка в гильзе без задира рабочих поверхностей. Шероховатость поверхности гильзы (Ra 0,63 – 1) ниже шероховатости поверхности червяка (Ra 0,25 -0,32). Экструдеры с диаметрами червяка 20 и 32 мм имеют в материальном цилиндре три зоны обогрева, прессы с диаметрами от 45 до 90 мм – четыре, а с диаметром более 90 мм – шесть.

Редуктор и узел упорного подшипника.

Электропривод.

Дисковые экструдеры. Способность расплава к эластическому восстановлению используется в бесчервячных дисковых экструдерах. Если расплав полимера поместить между двумя дисками и один из них привести во вращение, то расплав будет стремиться к упругому восстановлению. В материале создается давление, направленное к центру диска. В них развиваются небольшие давления.