一种同轴式挤出机及其挤出方法与流程

本发明涉及一种同轴式挤出机及其挤出方法。

背景技术：

塑料的加工过程，是靠螺杆的旋转运动推动塑料原料趋向于向前的直线运动，称作挤出过程，通过模具生产出不同形状的塑料制品。现有技术中，致力于研究如何在外部热源的配合下，高效的输送与塑化挤出。通常情况下，为了提高输送效率，除了变化螺杆形式外，最直接的方法是提高转速，而提高了转速又使得塑料在螺杆螺筒中的停留时间缩短而影响塑化质量。为不影响塑化质量，势必要加大长径比。几十年前早期的长径比通常是20:1左右，技术进步到今天，已经发展到通常的33:1左右或更高。虽然产量和质量有了大幅提高，但仍不能满足某些产品的需要。从而出现了在需要高产量挤出时，不得不采用两台或多台共挤的情况，其结果是能耗和加工成本大幅提高，既造成浪费又占地面积增大。

由于在塑化加工过程中存在着复杂的不同于常规流变模型的运动机理，使得产能与效率较难驾驭。多种结构形式的螺杆各自为政，存在着受局限性影响较大的问题。尽管技术人员不断的局部革新，也不能从根本上解决问题，仍然局限在一定范围中。随着社会的进步，大型塑料制品的出现，要求高产能挤出机的情况越来越多。在需要高产量挤出时，按现在技术，只能多台共挤使用。而叠加使用时的产能并不是一加一等于二的，至少要折损30％以上的产量，使得能耗和占地面积大幅增加。常规的挤出过程中，在塑料被塑化输出时，往往需要通过过渡段分配给模具，再进行塑料制品成型。这是因为输出端的螺杆是旋转的，无法直接连接模具。

上述背景技术存在的不足之处：一是大长径比挤出机，螺杆与螺筒的加工精度要求提高，强度降低；二是对材料的热处理水平要求提高；三是电机、减速机、推力轴承(动力装置)负载增大；四是长悬臂的螺杆承受扭力增大，使得功率、转数不能大幅提高；五是加热区段增加、热功率增大，且各加热段的调温风机使部分热能白白排空，增加了无用功；六是设计不良或加工精度不高，会对塑料产生过度剪切，增加了塑料分子链破坏的几率，生成额外的剪切热，此剪切热不可控，控制不当可使塑料分解；七是大长径比螺杆多设有异形混练段，此段既浪费了长径比又提高了加工难度；八是长度和均化段螺槽深度不可能继续增加，产量极限难于大幅提高；九是占用空间增大；十是与模具连接需要增加过渡连接装置。

技术实现要素：

本发明旨在解决上述问题，提供了一种同轴式挤出机，长径比的大幅缩短，外螺杆的抗扭抗弯强度大幅提高，缩短的主螺筒减少了加热器的数量，充分利用了部分原被排空的余热；节省了材料成本和占地面积，缩短了熔融原料的流程时间；降低了熔融料因过热而分解的几率；降低了功率消耗；降低了材料和加工成本，且并不影响常规的连接；其采用的技术方案如下：

一种同轴式挤出机，包括模具、整流盘、挤出装置、加热器、加料座和动力装置，其特征在于，所述挤出装置包括主螺筒、外螺杆和内螺杆，所述主螺筒两端分别与加料座和模具相连，所述外螺杆设置于主螺筒内，并通过动力装置驱动其在主螺筒内转动；所述内螺杆设置于外螺杆内，且与设置于模具与主螺筒连接处的整流盘螺纹连接；所述内螺杆与外螺杆的螺纹旋向相反，所述外螺杆外侧的主螺纹间增设与主螺纹旋向相同的附加螺纹，所述附加螺纹的螺距大于主螺纹的螺距，并与主螺纹的推力面形成渐宽的附加螺纹槽；所述外螺杆于附加螺纹槽处的底部上开设有熔料通道，所述附加螺纹的长度与内螺杆的长度相同，且位置一致。

在上述技术方案的基础上，所述附加螺纹的螺纹大径小于外螺杆的主螺纹的螺纹大径。

在上述技术方案的基础上，外螺杆的螺纹长度为其直径的19-20倍，内螺杆的螺纹长度为其直径的14-15倍。

在上述技术方案的基础上，所述内螺杆的螺纹大径与外螺杆内部的空心的直径相配适。

在上述技术方案的基础上，所述外螺杆呈悬臂梁式且内螺杆相对于外螺杆旋转保持静止。

在上述技术方案的基础上，所述附加螺纹的长度与内螺杆的长度相同，且位置一致。

一种同轴式挤出机的挤出方法，其特征在于：外螺杆旋转，外螺杆螺纹槽中的原料在外螺杆的旋转作用下向模具方向输送，原料在输送过程中逐步熔融，熔融的原料通过附加螺纹与主螺纹之间的熔料通道进入内螺杆的螺纹槽内，未熔融的原料继续向模具方向输送并继续熔融，熔融后通过熔料通道进入内螺杆的螺纹槽内，内螺杆螺纹槽内熔融的原料沿螺纹槽旋转继续向模具方向输送，直至通过整流盘进入模具完成挤出过程。在上述挤出方法的基础上，熔融的原料是通过外螺杆旋转形成高压的作用下，通过熔料通道进入内螺杆的螺纹槽内。在上述挤出方法的基础上，原料通过加料座进入外螺杆的主螺纹之间的螺纹槽内。在上述挤出方法的基础上，原料是在加热器和自身剪切热的双重作用下熔融。

本发明具有如下优点：一是长径比的大幅缩短，使得螺杆的加工精度相对易于保证；二是在相同热处理条件下，外螺杆的抗扭抗弯强度大幅提高；三是动力装置的承载力相对减小；四是缩短的螺杆可承受大的扭力，使得功率、转数大幅提高；五是缩短的主螺筒减少了加热器的数量，来自加热器的热量和外螺杆剪切摩擦产生的热量，部分通过外螺杆被带入内螺杆，充分利用了部分原被排空的余热，有效减少无用功的产生；六是缩短的螺杆，减少了对塑料的剪切作用，为原料的低温挤出提供了前提条件；七是内螺杆输送原料的同时，也代替了常规螺杆的混练段，既有输送功能，又具塑化功能，相对有效输送而言，规避了常规螺杆混练段所占用的无效长径比；八是内螺杆只用于进一步混练和输送，所以螺槽可以相对加深，转数的有效提高，本质性的可大幅提高产量；九是相对于仅为提高产能而叠加的多台机共挤的情况，只用一套电器控制系统就能满足需要，加之长度的缩短，节省了材料成本和占地面积。

在常规的挤出过程中，在塑料被塑化输出时，往往需要通过过渡段分配给模具，再进行塑料制品成型。这是因为输出端的螺杆是旋转的，无法直接连接模具。而本发明输出端的内螺杆是固定的，无需过渡直接进入模具。从而缩短了熔融原料的流程时间；降低了熔融料因过热而分解的几率；降低了功率消耗；降低了材料和加工成本，且并不影响常规的连接。

附图说明

图1：本发明的结构示意图；

图2：本发明所述外螺杆的结构示意图；

图3：本发明所述内螺杆、整流盘和模具的装配示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

实施例1：如图1至图3所示，本实施例的一种同轴式挤出机，包括模具1、整流盘2、挤出装置、加热器6、加料座8和动力装置9，其特征在于，所述挤出装置包括主螺筒7、外螺杆4和内螺杆3，所述主螺筒7两端分别与加料座8和模具1相连，所述外螺杆4设置于主螺筒7内，并通过动力装置9驱动其在主螺筒7内转动；所述内螺杆3设置于外螺杆4内，且与设置于模具1与主螺筒7连接处的整流盘2螺纹连接；所述内螺杆3与外螺杆4的螺纹旋向相反，所述外螺杆4外侧的主螺纹4-1间增设与主螺纹4-1旋向相同的附加螺纹4-2，所述附加螺纹4-2的螺距大于主螺纹4-1的螺距，并与主螺纹4-1的推力面形成渐宽的附加螺纹槽4-3；所述外螺杆4于附加螺纹槽4-3处的底部上开设有熔料通道4-4，所述附加螺纹4-2的长度与内螺杆3的长度相同，且位置一致。

优选的，所述附加螺纹4-2的螺纹大径小于外螺杆4的主螺纹4-1的螺纹大径。

优选的，外螺杆4的螺纹长度为其直径的19-20倍，内螺杆3的螺纹长度为其直径的14-15倍。

优选的，所述附加螺纹4-2的长度与内螺杆3的长度相同，且位置一致。

进一步，所述内螺杆3的螺纹大径与外螺杆4内部的空心的直径相配适。

更进一步，所述外螺杆4呈悬臂梁式且与内螺杆3相对外螺杆4旋转保持静止。

为解决大长径比螺杆存在的弊端，缩短了外螺杆4相应长度；缩短之前常规螺杆的长度一般为直径的33倍左右，缩短后将为直径的20倍左右。这样悬臂梁减短1/3左右后，其强度有效提高了，加工精度易于保证了，可有效减小端面跳动和同心度的误差，这意味着可提高转速。为能保证塑料有足够的塑化过程和时间，将缩短的1/3螺杆，以另外一根相反螺纹的内螺杆3代替，以同心圆的形式装入外螺杆4中。内螺杆3与整流盘2连接，使得内螺杆3成为定杆。这样，出料端无旋转部件，便于直接安装模具1。也可以按常规连接过渡段以连接模具1。

将外螺杆4分为两段设计，熔融段为空心设计，是为方便深孔加工，以便形成螺筒用于装配内螺杆3；输送段为带动力连接轴的实心段。外螺杆4空心段设置附加螺纹4-2，形成附加螺纹槽4-3，其底部按一定密度设置通孔或长孔，形成熔料通道4-4。与内螺杆3装配后，形成结构意义上的同轴关系，与外螺杆4配合形成二次消化结构。

实施例2：一种同轴式挤出机的挤出方法，外螺杆4旋转，外螺杆4螺纹槽中的原料在外螺杆4的旋转作用下向模具1方向输送，原料在输送过程中于附加螺纹槽4-3内逐步熔融，熔融的原料通过附加螺纹4-2与主螺纹4-1之间的熔料通道4-4进入内螺杆3的螺纹槽内，未熔融的原料继续向模具1方向输送并继续熔融，熔融后通过熔料通道4-4进入内螺杆3的螺纹槽内，内螺杆3螺纹槽内熔融的原料沿螺纹槽旋转继续向模具1方向输送，直至通过整流盘2进入模具1完成挤出过程。

优选的，熔融的原料是通过外螺杆4旋转形成高压的作用下，通过熔料通道4-4进入内螺杆3的螺纹槽内。

优选的，原料通过加料座8进入外螺杆4的主螺纹4-1之间的螺纹槽内。

进一步，原料是在加热器6和自身剪切热的双重作用下熔融。

外螺杆4变为内螺杆3的螺筒，由于内螺杆3为定杆，且螺纹设置与外螺杆4互为反向，使得进入内螺杆3的原料被视为主动旋转的螺母，由内螺杆3的反向螺纹继续输送，直至进入模具1完成挤出过程。

上面以举例方式对本发明进行了说明，但本发明不限于上述具体实施例，凡基于本发明所做的任何改动或变型均属于本发明要求保护的范围。