CN101434124A - 旋转螺筒 - Google Patents

Abstract

本发明旋转螺筒，主要结构由圆筒和螺棱组成，螺棱设置在圆筒的内表面，圆筒一端开有进料口，圆筒配合有旋转传动装置，圆筒两端有支撑装置，圆筒两端端面设置有密封装置，圆筒中有一段有键槽，键槽同旋转传动装置配合。其中轴线上配合有机杆。旋转螺筒是一种螺杆的反向变异，将其应用于高分子材料加工领域，替代原来的关键部件螺杆和机筒，可实现更高的塑化能力，可避免螺杆的许多不足，避免弯曲，减少震动，运行更稳定可靠，同时可提高整个塑化装置的使用寿命。此技术发明是高分子材料挤出和注射成型领域的一项技术革新，可以以更短的行程取代现有的挤出和注射成型装置中的塑化装置，缩小设备体积、减少加工设备的材料用量，实现节能的目的。

Description

旋转螺筒

技术领域

本发明涉及高分子材料成型加工装备技术领域，特指一种可实现对高分子材料进行高效率塑化的螺筒。

背景技术

在高分子材料成型加工装备技术领域，螺杆和机筒是其挤压塑化系统的关键部件。螺杆的生产能力高是高分子材料成型装备的设计目标，不同的螺杆结构形式都对螺杆的塑化能力产生影响。

随着塑料工业的飞速发展，人们在生产实践的过程中对普通螺杆不断进行改进和提高，以适应其生产上的需要，出现了许多新型螺杆，甚至出现了许多新的用于高分子材料挤出和注射成型的塑化形式。目前在高分子材料成型技术研究方面，主要朝着节能环保方向发展，因此，具有高效塑化能力而低能耗的塑化装备成为技术领域的研究热点之一。

实用新型专利申请号为02232794.0的《一种塑料挤出机机筒》，其特征是机筒内壁开有通槽，通槽的存在使得在单位时间内能够输送更多的塑料原料，有效提高了塑料的挤出速度。

实用新型专利申请号为00223748.2的《用于注射成型机上的注射机筒》，其特征是机筒内壁上有至少一条轴向沟槽，轴向沟槽均匀分布在机筒内壁上，轴向沟槽深度沿送料方向由浅至深，均匀过渡，其能提高加料的输送效率，并大大提高注射成型机的生产效率。

实用新型专利申请号为94231673.8的《一种塑化注射装置》，提供了一种用于塑料注射成型机的同轴螺筒柱塞式塑化注射装置。其主要特征是，料筒的内孔装有螺筒，螺筒的外壁设有螺旋槽，螺筒可在料筒内作旋转运动和轴向移动，螺筒内设有能作轴向运动的柱塞。其具有注射量大、塑化稳定、使用寿命长的特点。但是其结构增加了常规注射成型机的塑化装置的复杂性，而且其所述的可作旋转移动和轴向移动的螺筒实际上还是一种中轴开孔的螺杆。

通过以上三个实用新型专利的例子可以看出，人们在针对用于挤出和注射成型中的塑化部件从螺杆开始转移到机筒上来，希望在机筒上做些研究改进，获得有益的效果。目前，普通塑料挤出机的机筒中开槽已经应用普遍起来，注射成型机的机筒中开槽也已有所应用，但是槽的位置还仅限于部分，而且开槽的形式也比较混乱，因此容易出现高分子材料在机筒中滞留的问题，反而降低了生产效率。

另外，对于常用的塑化螺杆，由于采用悬臂梁的一种构架形式，使其使用寿命缩短，或为提高螺杆在工作旋转时的稳定性，人们研究出许过复杂的螺杆轴端的构架支撑形式。

发明内容

本发明的目的是：根据挤出和注射成型领域对塑化部件生产能力的更高要求，同时结合人们对塑化关键部件螺杆和机筒的改进取得的突出成果，并且针对其中的一些不足，提供一种具有高效塑化能力而低能耗的新型塑化部件——旋转螺筒，利用此新型塑化部件还可以提高塑化单元的稳定性和使用寿命，并使构架支撑形式简单化。

本发明旋转螺筒，主要结构由圆筒和螺棱组成，螺棱设置在圆筒的内表面，圆筒一端开有进料口，圆筒配合有旋转传动装置，圆筒两端有支撑装置，圆筒两端端面设置有密封装置，圆筒中有一段有键槽，键槽同旋转传动装置配合。螺棱可以为一条或多条。螺棱可以为左旋，也可以为右旋。螺棱断面形状可以是矩形、锯齿形、梯形、半圆形。圆筒一端的进料口为一个或多个，进料口为直口或斜口，多个进料口相互间隔排布，以保证物料能不间断的进入圆筒中。

本发明旋转螺筒，其中轴线上配合有机杆，机杆为圆柱形，机杆外径同旋转螺筒之间的间隙形成物料通过的通道。机杆表面可以开有直线槽或螺旋槽。机杆可以是螺杆的形式，螺杆形机杆的螺棱可以同旋转螺筒的螺棱配合。可以将机杆固定；也可不固定而配合有旋转传动装置，机杆一端有键槽，键槽同旋转传动装置配合。机杆与旋转螺筒的配合形式有两种，一种是机杆外表面同旋转螺筒的螺棱外表面有一定间隙，旋转螺筒做旋转运动，机杆可以不动，也可做同旋转螺筒同向或反向的旋转运动；另一种是针对螺杆形机杆，螺杆形机杆的螺棱深入到旋转螺筒的螺槽中，旋转螺筒的螺棱深入到螺杆形机杆的螺槽中，螺杆形机杆同旋转螺筒做同向的旋转运动。

旋转传动装置包括联轴器、变速器和驱动器，驱动器采用液压马达或驱动电机，驱动器通过联轴器同变速器相连，变速器输出同键槽配合。

其旋转螺筒的圆筒的周围设置有加热装置，加热装置可以采用载热体加热、电阻加热、电感应加热的形式。其圆筒的周围也可设置有冷却装置，冷却装置可以采用风冷、水冷的形式。

本发明旋转螺筒有多种类型，包括普通型旋转螺筒、分离型旋转螺筒、屏障型旋转螺筒、分流型旋转螺筒、波状旋转螺筒，以及这些类型相互结合的形式。

普通型旋转螺筒可以为三段式，三段式普通型旋转螺筒分为加料段、熔融段和均化段三段，根据其不同形式，三段式普通型旋转螺筒分为等距变深旋转螺筒、等深变距旋转螺筒和变深变距旋转螺筒；等距变深旋转螺筒又分为等距渐变旋转螺筒和等距突变旋转螺筒，等距渐变旋转螺筒又有两种主要形式，一种是从加料段的第一个螺槽开始直至均化段的最后一个螺槽的深度是逐渐变浅，另一种是加料段和均化段是等深螺槽，在较长的熔融段上，螺槽深度是逐渐变浅；等距突变旋转螺筒指加料段和均化段的螺槽深度不变，在熔融段处的螺槽深度突然变浅；等深变距旋转螺筒指螺槽深度不变，螺距从加料段第一个螺槽开始至均化段末端是从宽逐渐变窄；变深变距旋转螺筒指螺槽深度和螺棱升程从加料段开始至均化段末端都是逐渐变化，即螺棱升程从宽逐渐变窄，螺槽深度由深逐渐变浅。

分离型旋转螺筒的基本结构是其加料段和均化段与三段式普通型旋转螺筒的结构相似，不同的是在加料段末端设置一条起屏障作用的副螺棱，其外径小于主螺棱；副螺棱后缘与主螺棱推进面所构成的液相槽宽度从窄变宽，直通至旋转螺筒头部；副螺棱推进面与主螺棱后缘构成的固相槽宽度从宽变窄，固相槽与加料段螺槽相通，且在分离段末端结束；固相槽和液相槽的螺槽深度都从加料段末端的螺槽深度逐渐变化到均化段螺槽深度。

屏障型旋转螺筒是在普通型旋转螺筒的某一位置设置屏障段，屏障段的结构是在一段直径等于旋转螺筒内经的圆柱面上交替开出数量相等的进、出料槽，按旋转螺筒的转动方向，进入出料槽前面的屏障棱比旋转螺筒内半径小一个屏障间隙，作为每一对进、出料槽的唯一通道；屏障段分为多个类型，包括直槽型屏障段、斜槽型屏障段、三角形屏障段和直槽变深型屏障段。

分流型旋转螺筒是在普通型旋转螺筒上设置分流元件，分流元件可以是销钉，销钉型旋转螺筒是在普通型旋转螺筒的熔融段或均化段一定位置上设置一些按一定方式排列的销钉。

波状旋转螺筒有偏心波状旋转螺筒和轴向波状旋转螺筒两种类型，偏心波状旋转螺筒的螺棱升程是等距，螺筒内径不变，只是螺槽底圆的圆心不完全在螺筒轴线上，是偏心的按螺旋形移动，螺槽深按螺筒轴向改变，并周期出现，螺槽槽底呈波浪形；轴向波状旋转螺筒的主螺棱的中间设置了一条螺棱升程与主螺棱相等的附加螺棱，主螺棱推进面与附加螺棱后缘组成的螺槽深度在一定周期内从深逐渐变浅，而附加螺棱推进面与主螺棱后缘组成的螺槽深度是从浅逐渐变深。

本发明旋转螺筒的有益效果有以下几点：

首先，其是一种螺杆的反向变异，其相对于尺寸参数相同的螺杆，机筒中材料的量是基本相同的，但旋转螺筒的螺旋槽的面积更大，因此塑化能力会高很多。

其次，如果采用带有直线槽或螺旋槽或者螺杆形式的机杆，则将进一步提高塑化量及塑化效果；当再增加机杆的旋转传动装置后，机杆可相对于旋转螺筒同向旋转，也可相对于旋转螺筒反向旋转，以此相当于可以实现双螺杆的效果，这样就更大大增强了装置的塑化能力。

另外，由于螺筒可以两端支撑，将原来的螺杆悬臂梁改为简支梁的支撑方式，因此避免了螺筒发生弯曲，使其运转更稳定，并使加大长径比的设计所带来的困难得到克服，另外也可以减少震动，不会产生螺杆的震动和拖刮而引起的机械麻烦，同时避免了原来为解决螺杆一端支撑问题而采取的复杂结构外，还可提高塑化装置的使用寿命。

因此，本发明不仅能够实现常规塑化部件螺杆的塑化效果，而且结合了开槽机筒的优势，相比之下塑化效果更高、塑化能力更稳定、使用寿命更长。同常规的塑化部件螺杆相比，相同的塑化能力要求，本发明旋转螺筒长度则更短。此技术发明是高分子材料挤出和注射成型领域的一项技术革新，可以以更短的行程取代现有的挤出和注射成型装置中的塑化装置，可缩小设备体积、减少加工设备的材料用量，从而实现节能的目的。

附图说明

图1是本发明旋转螺筒用于挤出机中的装置示意图。

图2是本发明旋转螺筒的基本结构图。

图3是本发明旋转螺筒的进料口形式1的侧面剖视图。

图4是本发明旋转螺筒的进料口形式2的侧面剖视图。

图5是本发明旋转螺筒的进料口形式3的侧面剖视图。

图6是本发明旋转螺筒的进料口形式4的侧面剖视图。

图7是本发明旋转螺筒的等距渐变旋转螺筒的结构图。

图8是本发明旋转螺筒的等距突变旋转螺筒的结构图。

图9是本发明旋转螺筒的分离型旋转螺筒的结构图。

图10是本发明旋转螺筒的屏障型旋转螺筒屏障段的结构图。

图11是图10的侧视图。

图12是本发明旋转螺筒的分流型旋转螺筒分流段的结构图。

图13是图12的侧视图。

图14是本发明旋转螺筒的波状旋转螺筒的结构图。

图中：1.前端支撑，2.前端密封，3.前端轴承，4.旋转螺筒，5.冷却装置，6.加热装置，7.机杆，8.变速器，9.键槽，10.联轴器，11.驱动电机，12.后端轴承，13.后端支撑，14.料斗出料口，15.料斗，16.后端密封，17.机杆键槽，18.机杆旋转传动装置；4-1.圆筒，4-2.螺棱，4-3.进料口。

具体实施方式

本发明旋转螺筒的基本结构图和应用于挤出机中的装置示意图参见图1和图2所示，旋转螺筒4主要结构由圆筒4-1和螺棱4-2组成，螺棱4-2设置在圆筒4-1的内表面，圆筒4-1一端开有进料口4-3，圆筒4-1配合有旋转传动装置，圆筒4-1两端有支撑装置，包括前端支撑1和后端支撑13，以及前端轴承3和后端轴承12，旋转螺筒4两端端面设置有密封装置，包括前端密封2和后端密封16，旋转螺筒4中有一段有键槽9，键槽9同旋转传动装置配合。螺棱4-2可以为一条或多条。螺棱4-2可以为左旋，也可以为右旋。螺棱4-2断面形状可以是矩形、锯齿形、梯形、半圆形。圆筒4-1一端的进料口4-3为一个或多个，进料口4-3为直口或斜口，多个进料口4-3相互间隔排布，以保证物料能不间断的进入圆筒4-1中。进料口4-3的形式参见图3～图6，图3是围绕圆筒4-1均布开有四个直口，图4是围绕圆筒4-1均布开有四个对称斜口，图5是围绕圆筒4-1均布开有三个对称斜口，图6是围绕圆筒4-1均布开有三个斜口。

本发明旋转螺筒4，其中轴线上配合有机杆7，机杆7为圆柱形，机杆7外径同旋转螺筒4之间的间隙形成物料通过的通道。机杆7表面可以开有直线槽或螺旋槽。机杆7可以是螺杆的形式，其螺棱可以同旋转螺筒4的螺棱4-2配合。可以将机杆7固定；也可不固定而配合有机杆旋转传动装置18，机杆7一端有机杆键槽17，同机杆旋转传动装置18配合。机杆7与旋转螺筒4的配合形式有两种，一种是机杆7外表面同旋转螺筒4的螺棱外表面有一定间隙，旋转螺筒4做旋转运动，机杆7可以不动，也可做同旋转螺筒4同向或反向的旋转运动；另一种是针对螺杆形机杆，螺杆形机杆的螺棱深入到旋转螺筒4的螺槽中，旋转螺筒4的螺棱4-2深入到螺杆形机杆的螺槽中，螺杆形机杆同旋转螺筒4做同向的旋转运动。

旋转传动装置主要包括联轴器10、变速器8和驱动器。驱动器采用驱动电机11，通过联轴器10同变速器8相连，变速器8输出同键槽9配合。

其旋转螺筒4的圆筒4-1的周围设置有加热装置6，加热装置6可以采用载热体加热、电阻加热、电感应加热的形式。其圆筒4-1的周围也可设置有冷却装置5，冷却装置5可以采用风冷、水冷的形式。

工作时，从料斗15加入物料，物料经过料斗出料口14，通过旋转螺筒4的进料口4-3进入到旋转螺筒4同机杆7形成的螺槽和间隙中，旋转传动装置的驱动电机11通过联轴器10驱动变速器8工作，变速器通过键联接驱动旋转螺筒4旋转运动，物料在旋转螺筒4的螺棱4-2的推动下向前推进，并在旋转螺筒4和机杆7的剪切作用下和加热装置6的加热作用下，熔融、塑化。

本发明旋转螺筒4有多种类型，包括普通型旋转螺筒、分离型旋转螺筒、屏障型旋转螺筒、分流型旋转螺筒、波状旋转螺筒，以及这些类型相互结合的形式。

普通型旋转螺筒可以为三段式，三段式普通型旋转螺筒分为加料段、熔融段和均化段三段，根据其不同形式，三段式普通型旋转螺筒分为等距变深旋转螺筒、等深变距旋转螺筒和变深变距旋转螺筒；等距变深旋转螺筒又分为等距渐变旋转螺筒(图7)和等距突变旋转螺筒(图8)，等距渐变旋转螺筒(图7)又有两种主要形式，一种是从加料段的第一个螺槽开始直至均化段的最后一个螺槽的深度是逐渐变浅，另一种是加料段和均化段是等深螺槽，在较长的熔融段上，螺槽深度是逐渐变浅；等距突变旋转螺筒(图8)指加料段和均化段的螺槽深度不变，在熔融段处的螺槽深度突然变浅；等深变距旋转螺筒指螺槽深度不变，螺距从加料段第一个螺槽开始至均化段末端是从宽逐渐变窄；变深变距旋转螺筒指螺槽深度和螺棱升程从加料段开始至均化段末端都是逐渐变化，即螺棱升程从宽逐渐变窄，螺槽深度由深逐渐变浅。

分离型旋转螺筒(图9)的基本结构是其加料段和均化段与三段式普通型旋转螺筒的结构相似，不同的是在加料段末端设置一条起屏障作用的副螺棱，其外径小于主螺棱；副螺棱后缘与主螺棱推进面所构成的液相槽宽度从窄变宽，直通至旋转螺筒头部；副螺棱推进面与主螺棱后缘构成的固相槽宽度从宽变窄，固相槽与加料段螺槽相通，且在分离段末端结束；固相槽和液相槽的螺槽深度都从加料段末端的螺槽深度逐渐变化到均化段螺槽深度。

屏障型旋转螺筒是在普通型旋转螺筒的某一位置设置屏障段(图10和图11)，屏障段的结构是在一段直径等于旋转螺筒内经的圆柱面上交替开出数量相等的进、出料槽，按旋转螺筒的转动方向，进入出料槽前面的屏障棱比旋转螺筒内半径小一个屏障间隙，作为每一对进、出料槽的唯一通道；屏障段分为多个类型，包括直槽型屏障段、斜槽型屏障段、三角形屏障段和直槽变深型屏障段。

分流型旋转螺筒是在普通型旋转螺筒上设置分流段(图12和图13)，分流段上有分流元件，分流元件可以是销钉，销钉型旋转螺筒是在普通型旋转螺筒的熔融段或均化段一定位置上设置一些按一定方式排列的销钉。

波状旋转螺筒(图14)有偏心波状旋转螺筒和轴向波状旋转螺筒两种类型，偏心波状旋转螺筒的螺棱升程是等距，螺筒内径不变，只是螺槽底圆的圆心不完全在螺筒轴线上，是偏心的按螺旋形移动，螺槽深按螺筒轴向改变，并周期出现，螺槽槽底呈波浪形；轴向波状旋转螺筒的主螺棱的中间设置了一条螺棱升程与主螺棱相等的附加螺棱，主螺棱推进面与附加螺棱后缘组成的螺槽深度在一定周期内从深逐渐变浅，而附加螺棱推进面与主螺棱后缘组成的螺槽深度是从浅逐渐变深。

Claims (10)

1、一种旋转螺筒，主要结构由圆筒和螺棱组成，其特征在于：螺棱设置在圆筒的内表面，圆筒一端开有进料口，圆筒配合有旋转传动装置，圆筒两端有支撑装置，圆筒两端端面设置有密封装置，圆筒中有一段有键槽，键槽同旋转传动装置配合。

2、根据权利要求1所述的旋转螺筒，其特征在于：螺棱为一条或多条；螺棱为左旋，也可为右旋；螺棱断面形状可以是矩形、锯齿形、梯形、半圆形。

3、根据权利要求1所述的旋转螺筒，其特征在于：圆筒一端的进料口为一个或多个，进料口为直口或斜口，多个进料口相互间隔排布。

4、根据权利要求1所述的旋转螺筒，其特征在于：其中轴线上配合有机杆，机杆为圆柱形，机杆外径同旋转螺筒之间的间隙形成物料通过的通道。

5、根据权利要求4所述的旋转螺筒，其特征在于：机杆表面开有直线槽或螺旋槽或采用螺杆的形式，螺杆形机杆的螺棱可以同旋转螺筒的螺棱配合。

6、根据权利要求4所述的旋转螺筒，其特征在于：机杆可以固定；也可不固定而配合有旋转传动装置，机杆一端有键槽，键槽同旋转传动装置配合。

7、根据权利要求4、5、6所述的旋转螺筒，其特征在于：机杆与旋转螺筒的配合形式有两种，一种是机杆外表面同旋转螺筒的螺棱外表面有一定间隙，旋转螺筒做旋转运动，机杆可以不动，也可做同旋转螺筒同向或反向的旋转运动；另一种是针对螺杆形机杆，螺杆形机杆的螺棱深入到旋转螺筒的螺槽中，旋转螺筒的螺棱深入到螺杆形机杆的螺槽中，螺杆形机杆同旋转螺筒做同向的旋转运动。

8、根据权利要求1、6所述的旋转螺筒，其特征在于：旋转传动装置包括联轴器、变速器和驱动器，驱动器采用液压马达或驱动电机，驱动器通过联轴器同变速器相连，变速器输出同键槽配合。

9、根据权利要求1所述的旋转螺筒，其特征在于：其圆筒的周围设置有加热装置，加热装置可以采用载热体加热、电阻加热、电感应加热的形式；也可设置有冷却装置，冷却装置可以采用风冷、水冷的形式。

10、根据权利要求1所述的旋转螺筒，其有多种类型，包括普通型旋转螺筒、分离型旋转螺筒、屏障型旋转螺筒、分流型旋转螺筒、波状旋转螺筒，以及这些类型相互结合的形式，其特征在于：

普通型旋转螺筒可以为三段式，三段式普通型旋转螺筒分为加料段、熔融段和均化段三段，根据其不同形式，三段式普通型旋转螺筒分为等距变深旋转螺筒、等深变距旋转螺筒和变深变距旋转螺筒；等距变深旋转螺筒又分为等距渐变旋转螺筒和等距突变旋转螺筒，等距渐变旋转螺筒又有两种主要形式，一种是从加料段的第一个螺槽开始直至均化段的最后一个螺槽的深度是逐渐变浅，另一种是加料段和均化段是等深螺槽，在较长的熔融段上，螺槽深度是逐渐变浅；等距突变旋转螺筒指加料段和均化段的螺槽深度不变，在熔融段处的螺槽深度突然变浅；等深变距旋转螺筒指螺槽深度不变，螺距从加料段第一个螺槽开始至均化段末端是从宽逐渐变窄；变深变距旋转螺筒指螺槽深度和螺棱升程从加料段开始至均化段末端都是逐渐变化，即螺棱升程从宽逐渐变窄，螺槽深度由深逐渐变浅；

分离型旋转螺筒的基本结构是其加料段和均化段与三段式普通型旋转螺筒的结构相似，不同的是在加料段末端设置一条起屏障作用的副螺棱，其外径小于主螺棱；副螺棱后缘与主螺棱推进面所构成的液相槽宽度从窄变宽，直通至旋转螺筒头部；副螺棱推进面与主螺棱后缘构成的固相槽宽度从宽变窄，固相槽与加料段螺槽相通，且在分离段末端结束；固相槽和液相槽的螺槽深度都从加料段末端的螺槽深度逐渐变化到均化段螺槽深度；

屏障型旋转螺筒是在普通型旋转螺筒的某一位置设置屏障段，屏障段的结构是在一段直径等于旋转螺筒内经的圆柱面上交替开出数量相等的进、出料槽，按旋转螺筒的转动方向，进入出料槽前面的屏障棱比旋转螺筒内半径小一个屏障间隙，作为每一对进、出料槽的唯一通道；屏障段分为多个类型，包括直槽型屏障段、斜槽型屏障段、三角形屏障段和直槽变深型屏障段；

分流型旋转螺筒是在普通型旋转螺筒上设置分流元件，分流元件可以是销钉，销钉型旋转螺筒是在普通型旋转螺筒的熔融段或均化段一定位置上设置一些按一定方式排列的销钉；

波状旋转螺筒有偏心波状旋转螺筒和轴向波状旋转螺筒两种类型，偏心波状旋转螺筒的螺棱升程是等距，螺筒内径不变，只是螺槽底圆的圆心不完全在螺筒轴线上，是偏心的按螺旋形移动，螺槽深按螺筒轴向改变，并周期出现，螺槽槽底呈波浪形；轴向波状旋转螺筒的主螺棱的中间设置了一条螺棱升程与主螺棱相等的附加螺棱，主螺棱推进面与附加螺棱后缘组成的螺槽深度在一定周期内从深逐渐变浅，而附加螺棱推进面与主螺棱后缘组成的螺槽深度是从浅逐渐变深。

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