挤出机成型与未来

摘要：挤出成型方法广泛应用于管材、棒材、异型材、中空制品以及单丝等产品的生产。挤出机同时还可以对塑料进行混合、塑化、脱水、造粒、和喂料等准备工序或半成品加工。因此挤出成型已成为最普遍的塑料成形加工方法之一。挤出成型是在挤出机中通过加热、加压而使物料以流动状态连续通过口模成型的方法，是一种技术要求较高的成型方法。挤出模的设计要求设计者对塑料特性的完全掌握和对挤出模具设计具有的丰富经验。单螺杆挤出机做为应用范围最广泛的挤出机，而在设计过程中，实际遇到的问题很复杂，由于塑料的种类不同，它们的剪切速度、表面粘度不同，以及润滑剂、填充剂由于种类和配量的不同，其流动性也不同。故挤出模的结构设计仍以实际经验为主，多数采用最终试模的方式确定其形状。本设计中主要设计的是挤出模中各零件的工作面尺寸、外形尺寸、整体结构形式，由于塑料材质特性对于挤出模的要求非常的高，所以进行了主要零件的加工制造工艺的设计，还进行了机头和挤出主机的连接方式的设计。 关键词：挤出机；挤出模；发展；缺陷 挤出机分类

塑料挤出机按其螺杆数量分为单螺杆、双螺杆和多螺杆挤出机。目前以单螺杆挤出机应用最为广泛，适宜于一般材料的挤出加工。双螺杆挤出机由于具有由摩擦产生的热量较少、物料所受到的剪切比较均匀、螺杆的输送能力较大、挤出量比较稳定、物料在机筒内停留长,混合均匀 。

单螺杆挤出机无论作为塑化造粒机械还是成型加工机械都占有重要地位。其发展的主要标志在于其关键零件——螺杆的发展。近几年以来，人们对螺杆进行了大量的理论和实验研究，至今已有近百种螺杆且已标准化。常见的有分离型、剪切型、屏障型、分流型与波状型等。 从单螺杆发展来看，尽管近年来单螺杆挤出机已较为完善，但随着高分子材料和塑料制品不断的发展，还会涌现出更有特点的新型螺杆和特殊单螺杆挤出机。从总体而言，单螺杆挤出机向着高速、高效、专用化方向发展。 挤出制品的用途

热塑性塑料和部分热固性塑料适用于挤出成型。其制品主要有管材、棒材、板材、异型材、薄膜、单丝、扁带和电线电缆等。塑料挤出制品广泛应用于国民经济各个领域。薄膜、中空制品、打包带等是包装材料的重要组成部分；农副业大量使用塑料薄膜作育秧薄膜、棚模；机械工业使用塑料棒材可以方便的加工各种零部件；建筑工业使用的挤出成型的制品越来越多，如墙壁装饰板、窗用密封条等；石油工业大量使用塑料管材作输油管道。挤出机同时还可以对塑料进行混合、塑化、脱水、造粒、和喂料等准备工序或半成品加工。因此挤出成型已成为最普遍的塑料成形加工方法之一。

挤出机越来越多的出现在生产中，更多的问题出现在我们面前。

挤出机高速、高产，可使投资者以较低的投入获得较大的产出和高额的回报。但是，挤出机螺杆转速高速化也带来了一系列需要克服的难点：如物料在螺杆内停留时间减少会导致物料混炼塑化不均，物料经受过度剪切可能造成物料急骤升温和热分解，挤出稳定性控制困难会造成挤出物几何尺寸波动，相关的辅助装置和控制系统的精度必须提高，螺杆与机筒的磨损加剧需要采用高耐磨及超高耐磨材质，减速器与轴承在高速运转的情况下如何提高其寿命等问题都需要解决。 高效、多功能化

塑料挤出机的高效主要体现在高产出、低能耗、低制造成本方面。在功能方面，螺杆挤出机已不仅仅用于高分子材料的挤出成型和混炼加工，它的用途已拓宽到食品、饲料、电极、炸药、建材、包装、纸浆、陶瓷等领域。此外，将混炼造粒与挤出成型工序合二为一的“一步法挤出工艺”也值得重视。目前生产中塑料挤出机均是独立运行，不能实时监测各设备的

工作状态参数，也没有可供查阅的历史数据，产品质量的好坏完全取决于操作工人的熟练程度，这给管理带来很大弊端。本文研制了一种新型挤塑机监测系统，该系统通过RS-485总线组网，将每台管理机从下层设备采集并存储的数据实时显示到PC机，形成历史曲线报表。该系统实现了远程数据实时显示和科学管理，很好的克服了以上存在的问题。采用ARM管理机与基于PC机的远程数据管理中心两级监测系统的结构，便于数据管理和维护，编程思路清晰。RS-485总线组网便捷。通信协议数据传输可靠。ARM处理器硬件优势和基于嵌入式操作系统进行多任务管理和通信，提高了系统的实时性、可靠性和扩展性，使系统能够满足现场应用的多项要求。 大型化和精密化

实现挤出成型设备的大型化可以降低生产成本，这在大型双螺杆造粒机组、吹膜机组、管材挤出机组等方面优势更为明显。国家重点建设服务所需的重大技术装备，大型乙烯工程配套的三大关键设备之一的大型挤压造粒机组长期依靠进口，因此必须加快国产化进程，满足石化工业发展需要。而精密化可以提高产品的含金量，如多层共挤复合薄膜等均需要精密挤出，而作为实现精密挤出的重要手段——熔体齿轮泵必须加大力度进行开发研究。虽然国内外的许多专家学者对双螺杆进行了研究，但还没有人对双螺杆的结构参数进行系统的讨论并提出螺杆参数化设计。塑料已成为人类社会建设和发展的最重要的基本原料之一，塑料的应用几乎遍及人类所涉及的所有工业和民用领域。目前，大约80％的塑料的生产都要经过螺杆挤出这一重要的生产工艺来加工，塑料挤出机是电缆生产线上的关键设备之一，挤出机的温度控制效果直接影响着挤出制品的性能和质量，温度控制的可靠与否及其温度控制精度的高低已成为决定产品质量的关键，温度控制也成为挤出制品生产工艺的重要组成部分。在工业生产过程中，按工艺要求，应减少其波动，对提高制品产量、质量都是极其重要的。 本文主要针对挤出机料筒温度这一参数进行控制。全文主要内容包括以下几个方面。文章首先分析了传统线性PID控制器的原理和优缺点。在此基础上，提出了模糊PID控制方案，并设计了一种高精度的模糊PID控制器。然后对目前挤出机温度控制系统各组成部分的选择方案进行分析，比较了各种可选方案的特点，确定了温控系统各部分的组成。研究了基于PLC的模糊PID控制系统原理。对模糊PID算法采用PLC实现，选择适当的PLC指令进行数值计算，并给出了PLC的实现程序。最后，用编程软件开发了挤出机温度系统的的监控系统。该控制界面集中监控各区设定温度及实际温度，用户不仅可以实时修改设定温度及相关控制参数；而且以图形的方式显示各区实际温度的历史记录。实时温控曲线表明了模糊PID控制算法在实际系统控制中的有效性。 实践结果表明，模糊PID控制器对于温度对象的控制具有明显优于传统线性PID控制方法的控制效果，且具有更好的鲁棒性和自适应能力。 模块化和专业化

模块化生产可以适应不同用户的特殊要求，缩短新产品的研发周期，争取更大的市场份额；而专业化生产可以将挤出成型装备的各个系统模块部件安排定点生产甚至进行全球采购，这对保证整期质量、降低成本、加速资金周转都非常有利。随着塑料制品的应用和产量迅猛增长，塑料机械的需求量也越来越大。近几年来，年均增长率30％左右，是增长最快的行业之一。据有关资料统计，有60％以上的塑料制品是采用挤出法加工出来的，挤出成型已经成为高分子材料最主要的加工方法。在挤出成型中，单螺杆挤出机最早使用，技术最成熟，但其性能提升空间有限。今后主机的重点在于发展平行轴双螺杆挤出机，双螺杆挤出机是目前国内外重点研究对象。螺杆是挤出机最重要的部件，是挤出成型的核心部件，大量生产实际例子表明，螺杆设计的好坏对挤出制品的产量和质量有极大的影响。 虽然国内外的许多专家学者对双螺杆进行了研究，但还没有人对双螺杆的结构参数进行系统的讨论并提出螺杆参数化设计。 智能化和网络化

发达国家的挤出机已普遍采用现代电子和计算机控制技术，对整个挤出过程的工艺参数如熔体压力及温度、各段机身温度、主螺杆和喂料螺杆转速、喂料量，各种原料的配比、电机的电流电压等参数进行在线检测，并采用微机闭环控制。有的公司已采用网上远程监测、诊断和控制，对挤出成型生产线进行网络控制。这对保证工艺条件的稳定、提高产品的精度都极为有利。螺杆参数化CAD的研究中，主要做了如下工作： 1.从啮合原理、端面曲线、体积参数、中心距等方面对平行轴全啮合同向双螺杆进行了详细的研究，导出了中心距、螺槽深度、螺距等主要螺杆参数的数学模型，为参数化设计提供了计算依据。 2．对平行轴紧密啮合异向双螺杆的啮合原理、端面曲线方程、C型腔室体积参数、主要结构参数等进行了详细的探讨，分析了啮合异向双螺杆压延效应对螺杆设计的影响，并导出了螺杆直径、螺杆转速与挤出量的数学关系。 3．对平行轴全啮合同向双螺杆和平行轴紧密啮合异向双螺杆的主要应用场合进行归纳，选择各自最常用的应用情况作为参数化CAD的设计条件。 4．采用程序设计语言，利用其本身的基本图形程序设计方法和丰富的应用程序接口(APD，独立开发了双螺杆参数化CAD软件。