本发明涉及一种热塑性塑料的挤出成型设备。
背景技术：
通过对高分子材料成型加工的研究，对于人类工业发展事业有着不可估量的帮助和提升。高分子材料在世界范围的广泛应用及其所带来的使用价值，无论从哪个角度来说对于人类都是一笔巨大而且无可取代的财富。从最早的单螺杆挤出机问世之后，直到现在，可以用来加工的聚合物(高分子材料)的种类不断增多，与此同时，其成品的结构、形式也随之增多。而挤出成型作为其中最重要的工艺之一，其对应的设备，甚至是研究开发新产品、新工艺的手段自然而然的也得到了全面的发展。
但是传统的挤压机在挤压高分子材料时，由于高分子物理容易无法得到保障、容易破坏高分子材料自身结构，影响塑料质量的问题。
技术实现要素：
针对上述问题，本发明提出了一种高分子材料主要指塑料的加工成型，依赖物料与机筒的摩擦力完成物料在其中的输送，不仅高效并且能实现自动化，保证了塑料成型的质量和产量的热塑性塑料的挤出成型设备。
本发明所述的一种热塑性塑料的挤出成型设备，其特征在于：包括用于支撑的工作台、用于向挤压成型机构提供旋转驱动力的传动机构、用于将热塑性塑料挤压出来的挤压成型机构、用于控制挤压成型机构内温度的温控机构以及用于控制整个挤压过程的控制器，所述传动机构、挤压成型机构固装在工作台上，其中所述传动机构设置在挤压成型机构的上游，并且传动机构的动力输出端与挤压成型机构的动力输入端固接；所述传动机构的控制端、所述挤压成型机构的控制端与所述控制器的控制端电连；
所述传动机构包括电机、减速箱和联轴器，所述电机、减速箱固装在工作台上，所述电机的电机轴通过联轴器与减速箱的动力输入端电连，所述减速箱的输出端与挤压成型机构的动力输入端固接；所述挤压成型机构包括机筒、螺杆和加料装置，所述机筒两端敞口，其上游端与减速箱箱体密封固接，下游端通过机头密封；所述机筒的侧壁具有位于上游的进料口和位于下游的口模出口，所述机筒的进料口处配装可将物料引入其内腔的加料装置，并在加料装置的出料口处配装控制其启闭的开合门；定义上游为挤压成型机构加料的一端，下游为挤压成型机构出料的一端；
所述螺杆轴向装于机筒内腔，并与之转动连接，螺杆在传动机构驱动下绕螺杆中心轴自转；螺杆的外壁沿其周向设有用于将机筒内的物料从上游运输至下游的螺旋齿，且螺杆的螺旋齿与机筒内壁之间留有供物料通过的间隙，能使物料从加料装置引入后经过机筒后从其口模出口挤出；
所述螺杆沿其轴向依次分成加料段、熔融段和均化段，其中位于上游的加料段的端部作为挤压成型机构的动力输入端与减速箱的的输出端固接；位于下游的均化段与机头内端密封转动连接；均化段紧靠着挤出机出口，用于排出均匀的物质；
所述温控机构包括用于对加料段降温的冷却装置和用于对熔融段加热的加热装置，所述冷却装置安装在加料段对应的机筒外壁，用于对加料段的物料进行降温；所述加热装置安装在熔融段对应的机筒外壁，用于对熔融段的物料进行加热；
所述控制器包括用于控制料斗进料的进料控制单元、用于控制机筒内腔温度的温控单元以及用于控制物料挤出速度的传动控制单元，所述传动控制单元的信号输出端与所述电机的控制端电连；所述温控单元的信号输出端分别与所述冷却装置的控制端、所述加热装置的控制端电连；所述进料控制单元的控制端与所述开合门的控制端电连，用于控制开合门的启闭。
所述减速箱为二级减速箱，包括箱体、高速轴、高速级齿轮、中间轴、中间轴大齿轮、中间轴小齿轮以及低速级大齿轮，所述箱体通过减速机座固装在工作台上，所述高速轴、中间轴均水平架设在箱体内，并且高速轴与箱体、中间轴与箱体均转动连接；所述高速轴的一端作为减速箱的动力输入端通过联轴器与所述电机的输出轴相连；所述高速级齿轮与所述高速轴键连接；所述中间轴大齿轮、中间轴小齿轮均与插入其中心孔的中间轴键连接，其中中间轴大齿轮与高速级齿轮啮合，形成第一级减速；所述低速级大齿轮与插入箱体内的螺杆键连接，而低速级大齿轮与中间轴小齿轮啮合，形成第二级减速。
所述减速箱的上部设有轴承室和油杯，且螺杆加料段一端通过设置在轴承室内的滚动轴承和圆柱滚子轴承与减速箱密封转动连接，用于限制螺杆的轴向和周向移动；轴承室与油杯连通，用于向轴承室内添加润滑油；所述螺杆与轴承室内壁之间装有用于放置润滑油泄漏的毡圈油封。
所述螺杆的螺旋齿断面为矩形。
所述螺杆的工作表面具有一层氮化层，其中氮化层的厚度大于等于0.4mm，螺杆外圆氮化硬度大于等于840HV，脆度小于等于2级。
所述加料装置包括上料机和料斗，所述上料机的出料口与料斗的进料口连通，料斗固装在机筒上游的加料座上，料斗的出料口与机筒的内腔连通，并且料斗的出料口处配装用于控制其启闭的开合门。
所述加热装置包括缠绕在机筒上的加热圈和用于检测熔融段对应机筒温度的温度传感器，所述温度传感器的信号输出端与温控单元的信号输入端电连，加热圈的通电端与所述温控单元相应的引脚电连。
所述冷却装置包括若干根冷却管，螺杆加料段对应的机筒周向排布多根冷却管，而每根冷却管均沿机筒轴向设置，并且冷却管之间互相连通形成冷却管网，其中两根冷却管分别与外界连通形成冷却液进出口。
减速箱的箱体由上箱体和下箱体拼合而成，二者通过外部螺栓和第一螺母密封固接，并在二者衔接处设置便于开箱的启箱螺钉和固定销，机筒的上游端通过内部螺栓、第二螺母与减速箱的箱体密封固接，而螺杆的加料段一端插入轴承室内与其内的低速级大齿轮固接；下箱体的底部设有用于插入标尺的安装孔以及用于放油的出油孔，标尺的测量端密封插入安装孔内，用于观测减速箱内的剩余油量；出油孔通过封油垫和螺塞密封。
使用时，电机驱动螺杆，保证螺杆可以给定的工艺要求下(如压力、温度和转速)获取生产所需要的扭矩同时保持旋转的均匀性，以此完成对物料的输送和塑化；电机，一方面是能实现无极调速，另一方面就是需要具备有一定的转速调节范围。无极调速可以控制挤出质量，同时又能保证它和辅机配合的一致性；而一定的调速范围则可以使其满足各种类型要求的加工。减速箱，可以根据不同的工艺需求调整挤出速率，并且要保证生产过程中的传动平稳。因此，传动系统中需要有相应的调速机构；此外，由于挤出成型机构中的螺杆转速相比电机转速要慢得多，所以，减速机构也必不可少。在选择减速箱时，可以根据电机的功率和螺杆转速来选取。要求减速箱具有高精度硬齿面，一般选择螺杆挤出机的专用减速箱系列。其齿轮和轴类零件采用了高强度合金钢。齿轮经渗碳、淬火、磨齿工艺加工。这种减速箱在空心输出轴前端部分安装了超规格的推力轴承，所以能够承受正常工作时螺杆产生的轴向力。整机具有体积小，承载能力高、传动平稳、噪声低、效率高等特点。在挤出机中的减速齿轮传动中，通常选用深沟球轴承。采用该轴承的优点是可以适应较大的转速，润滑方便，并且能承受一定的双向轴向负荷。而对于支撑螺杆转动的传动轴，则采用圆锥滚子轴承或推力球轴承。它的优点是承受较大的单向轴向负荷，并能限制传动轴的单向轴向位移。
挤出成型机构的作用是实现对塑料的粉碎、软化、熔融、塑化、排气和压实，并向下游的成型系统连续均匀输送胶料完成物料的固体输送、熔融和熔体输送。在挤出成型设备工作时，物料在机筒和螺杆共同作用下，由于受到压力而开始定向移动以及捏炼。
挤出成型机构的螺杆加工性良好、也即切削性能良好和抛光性能良好。前者是为了降低螺杆加工耗时，后者则可以增强螺杆表面光洁度；优异的热处理性，这里主要是指变形小，这是保证螺杆能正常工作的必要条件；耐磨性和耐腐蚀性能良好，以保证螺杆寿命的基本要求；具有足够的芯部强度；良好的附着性；经济性好，成本低。螺杆工作表面应进行氮化处理，氮化层深度不小于0.4mm；螺杆外圆氮化硬度不低于840HV；脆性不大于2级普通螺杆，可以分为三段，分别为加料段，熔融段，均化段。
机筒需要传热均匀、稳定性好。整个挤压成型设备的工作性能都与机筒的结构形式密不可分。因此，机筒是挤出机的重要组成部分之一。本发明挤压成型设备的螺杆直径为45mm，规格较小，因此采用整体式机筒。体式结构是挤出机中应用最广泛的结构，尤其是当挤出机规格不太大时，通常都采用整体式结构机筒。这种结构的优点是在设计装配加热、冷却装置时尤为方便，同时，容易控制温度，但要求机筒有较高的加工精度。机筒材料的主要特点是：具有高耐磨性、高疲劳强度以及相当大的强度。机筒内孔表面进行氮化处理，氮化层深度不小于0.4mm；机筒工作表面氮化硬度不低于940HV；脆性不大于2级。由于在挤压成型设备正常生产过程中不可避免的会产生磨损，因此，在长时间的使用之后螺杆与机筒的间隙会逐渐变大，而间隙变大会严重阻碍挤出机的生产。所以，当挤出机使用时间较长而螺杆与机筒之间已经出现较大间隙时，就需要更换或者维修螺杆以确保其仍能满足生产需求。在对螺杆与机筒的间隙进行设计时，如间隙取值过大，虽然制造方便，但这会降低挤出机的生产能力；如取值过小，则会使得挤出机的难以制造及装配，同时还会导致挤出机的功率消耗大大增加。本发明选取螺杆与机筒的直径间隙为0.2mm。机筒作为挤出机的关键组成部分之一，它的壁厚的大小直接影响了挤出机的工作性能，故而壁厚的选取较为重要。在选择壁厚时，一般是凭经验选取，本发明是20～25mm，首先要保证机筒满足强度要求，这样才能确保胶料的捏合与塑化，同时，也要充分考虑其对加热冷却的需求。
挤出成型装置的控制其器的作用是保证挤出机工作的效率和质量，加料控制单元是给挤出机稳定地提供物料。它一般由料斗和上料机组成，物料先后经过上料机、料斗后进入机筒，料斗一般安装在机筒上游的加料座上。料斗通常都是对称的，常见的有圆锥形、矩形和正方形等。料斗底部有一个开合门，通过控制开合门的开放量来达到停止和调节加料量的目的。在料斗上方安装有盖子，可以避扬尘及杂质的进入。
传动控制单元是为了保证整机的出胶量和挤出速度。正常生产总希望尽可能实现最高转速及实现高产，对挤塑机要求螺杆转速从起动到所需工作转速时，可供使用的调速范围要大。而且对转速的稳定性要求高，因为转速的波动将导致挤出量的波动，影响挤出质量，所以在牵引线速度没有变化情况下，就会造成线缆外径的变化。同理如牵引装置线速波动大也会造成线缆外径的变化，螺杆和牵引线速度可通过操作台上相应仪表反映出来，挤出时应密切观察，确保优质高产。
温控单元是为了给予物料最合适的熔融温度。通过铂热电阻温度传感器，可测温度范围-200到650度，用于固体表面，轴承，电站管道等管道测温，传感器外接。通过传感器根据物料在不同阶段的温度调节加热圈，从而达到控制物料温度的目的。
本发明的有益效果是：根据不同类型的热塑性塑料，给予相应的传动速度和熔融温度，并且可以精确地控制速度变化，保证传动稳定，因此挤出成型的塑料质量得以保证，整机的效率得到了很大的提高，且实现了自动化控制，避免了人工操作的误差，以及人工操作存在的危险性。
附图说明
图1：是单螺杆挤出机装配总图；
图2：是单螺杆挤出机右视图；
图3：是挤出机传动系统总图；
图4：是挤出机挤压系统总图；
图5：是螺纹断面图；
图6：是减速箱与挤压系统连接处结构图。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明。
参照附图：
实施例1本发明所述的一种热塑性塑料的挤出成型设备，包括用于支撑的工作台3、用于向挤压成型机构提供旋转驱动力的传动机构1、用于将热塑性塑料挤压出来的挤压成型机构2、用于控制挤压成型机构内温度的温控机构4以及用于控制整个挤压过程的控制器，所述传动机构1、挤压成型机构2固装在工作台3上，其中所述传动机构1设置在挤压成型机构2的上游，并且传动机构1的动力输出端与挤压成型机构2的动力输入端固接；所述传动机构1的控制端、所述挤压成型机构2的控制端与所述控制器的控制端电连；
所述传动机构1包括电机11、减速箱12和联轴器13，所述电机11、减速箱12分别通过相应螺栓固装在工作台1对应的电机座和减速箱座上，所述电机11的电机轴通过联轴器13与减速箱12的动力输入端电连，所述减速箱12的输出端与挤压成型机构2的动力输入端固接；
所述挤压成型机构2包括机筒21、螺杆22和加料装置23，所述机筒21两端敞口的圆筒结构，其上游端A与减速箱12箱体密封固接，下游端B通过螺栓与机头24密封固接，使得机筒内形成可容纳物料的密封腔；所述机筒21的侧壁具有位于上游的进料口211和位于下游的口模出口212，所述机筒21的进料口211处配装可将物料引入其内腔的加料装置23，并在加料装置23的出料口处配装控制其启闭的开合门231；定义上游为挤压成型机构加料的一端，下游为挤压成型机构出料的一端；
所述螺杆22轴向装于机筒21内腔，并与之转动连接，螺杆22在传动机构1驱动下绕螺杆22中心轴自转；螺杆22的外壁沿其周向设有用于将机筒内的物料从上游运输至下游的螺旋齿221，且螺杆22的螺旋齿221与机筒21内壁之间留有供物料通过的间隙，能使物料从加料装置23引入后经过机筒21后从其口模出口212挤出；
所述螺杆22沿其轴向依次分成加料段222、熔融段223和均化段224，其中位于上游的加料段的端部作为挤压成型机构的动力输入端与减速箱12的的输出端固接；位于下游的均化段224与机头24内端密封转动连接；均化段紧靠着挤出机出口，用于排出均匀的物质；此处塑料的厚度与最终成型一致，可通过间隙和转速的确定，计算出塑料的量；但主要作用还是使塑料均匀；
所述温控机构4包括用于对加料段降温的冷却装置41和用于对熔融段加热的加热装置42，所述冷却装置41安装在加料段对应的机筒外壁，用于对加料段的物料进行降温；所述加热装置42安装在熔融段对应的机筒外壁，用于对熔融段的物料进行加热；
所述控制器包括用于控制料斗进料的进料控制单元、用于控制机筒内腔温度的温控单元以及用于控制物料挤出速度的传动控制单元，所述传动控制单元的信号输出端与所述电机的控制端电连；所述温控单元的信号输出端分别与所述冷却装置的控制端、所述加热装置的控制端电连；所述进料控制单元的控制端与所述开合门的控制端电连，用于控制开合门的启闭。
所述减速箱12为二级减速箱，包括箱体121、高速轴122、高速级齿轮123、中间轴124、中间轴大齿轮125、中间轴小齿轮126以及低速级大齿轮127，所述箱体121通过减速机座固装在工作台3上，所述高速轴122、中间轴124均水平架设在箱体121内，并且高速轴122与箱体121、中间轴124与箱体121均转动连接；所述高速轴122的一端作为减速箱12的动力输入端通过联轴器13与所述电机11的输出轴相连；所述高速级齿轮123与所述高速轴122键连接；所述中间轴大齿轮125、中间轴小齿轮126均与插入其中心孔的中间轴124键连接，实现中间轴大齿轮125、中间轴小齿轮126的同步转动，其中中间轴大齿轮125与高速级齿轮123啮合，形成第一级减速；所述低速级大齿轮127与插入箱体内的螺杆22键连接，而低速级大齿轮127与中间轴小齿轮126啮合，形成第二级减速。
所述减速箱12的上部设有轴承室128和油杯129，且螺杆22加料段222一端通过设置在轴承室128内的成对的滚动轴承1281和圆柱滚子轴承1282与减速箱12密封转动连接，用于限制螺杆22的轴向和周向移动；轴承室128与油杯129连通，用于向轴承室128内添加润滑油；所述螺杆22与轴承室128内壁之间装有用于放置润滑油泄漏的毡圈油封1283。
所述螺杆22的螺旋齿断面为矩形。
所述螺杆22的工作表面具有一层氮化层，其中氮化层的厚度大于等于0.4mm，螺杆外圆氮化硬度大于等于840HV，脆度小于等于2级。
所述加料装置23包括上料机和料斗，所述上料机的出料口与料斗的进料口连通，料斗固装在机筒上游的加料座上，料斗的出料口与机筒的内腔连通，并且料斗的出料口处配装用于控制其启闭的开合门231。
所述加热装置42包括缠绕在机筒上的加热圈和用于检测熔融段对应机筒温度的温度传感器，所述温度传感器的信号输出端与温控单元的信号输入端电连，加热圈的通电端与所述温控单元相应的引脚电连。
所述冷却装置41包括若干根冷却管，螺杆加料段对应的机筒周向排布多根冷却管，而每根冷却管均沿机筒轴向设置，并且冷却管之间互相连通形成冷却管网，其中两根冷却管分别与外界连通形成冷却液进出口(411、412)。
减速箱12的箱体121由上箱体和下箱体拼合而成，二者通过外部螺栓1211和第一螺母1212密封固接，并在二者衔接处设置便于开箱的启箱螺钉和固定销，机筒21的上游端通过内部螺栓1213、第二螺母1214与减速箱的箱体密封固接，而螺杆22的加料段一端插入轴承室内与其内的低速级大齿轮固接；下箱体的底部设有用于插入标尺5的安装孔以及用于放油的出油孔，标尺5的测量端密封插入安装孔内；出油孔通过封油垫1215和螺塞密封。
具体的，如图2，所述的传动机构中的电机为三相异步电动机，电机通过电机座和螺栓配合固定在工作台上。电机轴与减速箱的高速轴通过联轴器固定。减速箱通过螺栓固定在工作台上。减速箱内，各轴通过轴套和轴承完成径向固定。轴承采用超规格的推力轴承，能承受减速箱工作时较大的轴向力。轴上齿轮通过圆头平键与轴配合，完成径向和周向的固定。各齿轮间通过轮齿相啮合。减速箱内部通过飞溅润滑的方式进行润滑，通过挡油盘防止内部润滑油泄露，并用轴承端盖将其固定。通过油杯可添加一定量的润滑油。冷却方式采取自然冷却，减速箱顶部设计有通气塞，可保证减速箱内外的气体压强。整个传动机构完成动力的传动及减速功能，达到稳定运行的目的。首先，动力通过三相异步电机将动力通过联轴器传到高速轴，高速轴上固定的齿轮与中间轴大齿轮啮合，完成了动力的初次传输。然后通过中间轴将动力传到中间轴小齿轮，由于中间轴大齿轮和中间轴小齿轮的齿数存在一个比例关系，所以速度会产生对应关系的放慢，实现初次减速。通过中间轴小齿轮与螺杆上的齿轮啮合，从而带动齿轮运动。同理，中间轴小齿轮与齿轮的齿数存在一个比例关系(根据功率计算，总传动比为24)，所以速度也呈对应关系的减速。低速级齿轮与螺杆通过键连接，至此，将三相异步电动机的动力，以一个比例关系减速传动到螺杆。
如图3，挤压成型机构的螺杆上的螺纹断面形状为矩形，如图4所示，矩形断面装料体积较大，传送效率高。机头与机筒通过螺栓连接，中间安置垫片，保证连接的可靠性。加热圈通过螺钉固定在螺杆熔融段相对应的机筒外部，保证熔融段加热的准确性。加料段冷却水设置在螺杆加料段对应的机筒内部，目的是为了保证塑料进入熔融段的起始温度，使塑料处于工艺要求的温度范围而设置的。具体说是为了排除螺杆旋转的剪切摩擦产生的多余热量，以避免温度过高使塑料分解、焦烧或定型困难。料仓通过螺钉固定在机筒上。螺杆的固定通过两个轴承实现，与机筒是间隙配合，保证塑料的挤出质量和效率。整个挤压系统完成塑料的加料，熔融及挤出成型等流程。首先，塑料原料储存在料斗仓，通过控制开合门的开合量，保证塑料的进出量。原料进入机筒后，由于转动螺杆的夹带和推挤作用，塑料因挤压而变为团状，并沿螺纹槽滚动前进，固体输送段中为摩擦拖拽。塑料被拖曳到螺杆的熔融段后，通过加热圈的稳定升温，再加之螺杆的剪切、压缩以及搅拌的作用，使得塑料受到进一步的混炼以及塑化，温度和压力逐步增加，逐渐呈现出黏流态，熔体输送段中为黏性拖拽。最后，在机头处，塑料会被挤压的非常紧密，并以一定的压力和温度连续地通过口型(口模)，从而得到所需的具有特定形状的半制品。
如图5所示，挤压成型机构与传动机构之间的部分放大图毡圈油封保证减速箱内的润滑油不会进入挤压工作区，防止污染原料和环境，也可有效避免外界杂质、灰尘等侵入轴承室。螺杆依靠圆锥滚子轴承再次限制其轴向位移，主要作用是承受径向载荷为主的径向与轴向联合载荷。其间设置了油杯，便于润滑油的添加。滚动轴承成对使用，保证螺杆转动的平稳性。两个系统通过螺栓连接固定，保证整体流程的连续性。
如图6所示，挤出成型设备的右视图内部螺栓、第二螺母和第二弹簧垫片可以保证机筒轴端与箱体的密封性，而外部螺栓、第一螺母以及第一弹簧垫片保证箱体的密闭性。标尺，螺塞，封油垫防止内部润滑油的泄漏。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也包括本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。