CN104139510B - 一种振动式螺杆挤出成型装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种振动式螺杆挤出成型装置，包括主动轴、料筒、螺杆和激振机构，激振机构包括箱体、激振式半联轴器、与激振式半联轴器匹配的第一半联轴器、滚动花键和限位盘，激振式半联轴器通过滚动花键安装于主动轴的一端，第一半联轴器安装于螺杆的一端，激振式半联轴器与第一半联轴器连接，限位盘固定于箱体内，限位盘被主动轴的一端穿过，限位盘的端面设有滚子槽，滚子槽内镶嵌有激振滚子；激振式半联轴器的一端端面设有光滑过渡的凹凸曲面，所述激振滚子与凹凸曲面啮合。本发明还公开了一种振动式螺杆挤出成型装置的挤出成型方法。本发明降低了物料的流动阻力，降低了物料在塑化输运中的能量损耗，提高了混炼效果。

Description

一种振动式螺杆挤出成型装置及方法

技术领域

本发明涉及塑料加工技术，具体涉及一种振动式螺杆挤出成型装置及方法。

背景技术

螺杆挤出成型设备是高分子聚合物材料加工成型的最主要设备之一。常用的螺杆挤出成型设备主要由电动机等驱动元件、齿轮减速器等动力传动机构、螺杆、料筒等组成。螺杆挤出机的塑化、输运机理是建立在剪切流变理论的基础上的，其塑化输运能力完全依赖于物料和料筒内壁之间的摩擦力以及物料之间的内摩擦力。随着对挤出制品质量要求的不断提高，研究者采用对料筒的固定输送段开槽以增加与物料的摩擦力，增大螺杆长径比，优化螺杆结构等一系列措施来改进挤出成型设备的性能。但是，这样又造成了料筒与螺杆之间的摩擦磨损加剧，噪声增大，设备质量、体积增大，设备的制造成本也相应提高。同时，采用上述的设备进行挤出成型，物料流动阻力较大，物料输运、塑化能耗较高，而且物料的混炼效果较差。

发明内容

本发明的目的是为了克服以上现有技术存在的不足，提供了一种结构简单、合理，降低摩擦磨损，提高混炼效果及降低能量损耗的振动式螺杆挤出成型装置。同时，本发明还提供了一种振动式螺杆挤出成型装置的挤出成型方法。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：本振动式螺杆挤出成型装置，包括主动轴、料筒和插入料筒的螺杆，还包括激振机构，所述激振机构包括箱体、激振式半联轴器、与激振式半联轴器匹配的第一半联轴器、滚动花键和限位盘，所述螺杆的一端和主动轴的一端分别从箱体的两端插入，所述激振式半联轴器通过滚动花键安装于主动轴的一端，所述第一半联轴器安装于螺杆的一端，所述激振式半联轴器与第一半联轴器连接，所述限位盘固定于箱体内，且所述限位盘被主动轴的一端穿过，所述限位盘的一侧端面设有多个滚子槽，每个所述滚子槽内镶嵌有激振滚子；所述激振式半联轴器的一端端面设有光滑过渡的凹凸曲面，此凹凸曲面与滚子槽相对设置，且所述激振滚子与凹凸曲面啮合。

上述中，激振机构主要由限位盘、激动滚子和激振式半联轴器构成，此激振机构采用了纯机械方式构成，结构简单，缩小了整个设备的体积。同时，此激振机构令螺杆同时进行转动和周期性的轴向往复振动，从而提高了物料的混炼效果。

优选的，所述激振式半联轴器包括激振盘和与第一半联轴器匹配的第二半联轴器，所述凹凸曲面设置激振盘的一侧端面，所述激振盘的另一侧端面与第二半联轴器连接，所述激振盘与第二半联轴器一体成形。采用此设计，激振式半联轴器的工作稳定性高，且容易加工。

优选的，所述凹凸曲面包含多个凹槽部和多个凸起部，所述凹槽部的轴线延伸方向与激振盘的径向一致，所述凸起部的轴线延伸方向与激振盘的径向一致；所述凹槽部和凸起部均以激振盘的轴线圆周分布，所述凹槽部和凸起部依次交替连续连接。采用此设计，有效避免激振滚子与凹凸曲面碰撞及“卡死”想象，防止凹凸曲面磨损，同时提高了螺杆进行周期的轴向往复振动的可靠性。

优选的，所述的振动式螺杆挤出成型装置还包括法兰和弹簧，所述料筒的一端通过法兰与箱体连接，所述弹簧套接于螺杆的一端，且所述弹簧的一端顶着螺杆的轴肩，另一端顶着法兰内壁。由于弹簧的挤压作用，激振滚子与凹凸曲面始终保持接触，避免了联轴器产生惯性腾跳，从而破坏激振滚子在凹凸曲面上的预期运动，从而进一步提高了可靠性。

优选的，所述滚子槽的槽底设有通油孔。工作时，通过通油孔向滚子槽通少适量的高压润滑油，从而令激振滚子在润滑油作用下处于浮动状态，而且激振滚子可以在滚子槽中自由转动，从而减少了激振滚子的磨损。

优选的，多个所述滚子槽以限位盘的中心轴圆周均匀分布；所述滚子槽呈半圆锥形或半圆柱形。而滚子槽的数量可根据实际情况而决定，如激振盘的大小、制造费用等因素。在本发明中，滚子槽的数量为6～24个。同时滚子槽的形状根据激振滚子的形成而决定，当激振滚子为圆锥形激振滚子时，滚子槽呈半圆锥形；而当激振滚子为圆柱激振滚子时，所述滚子槽呈半圆形。

优选的，所述的振动式螺杆挤出成型装置还包括用于约束激振滚子的保持架，所述保持架的外缘固定于限位盘的外缘。保持架是为了防止激振滚子自限位盘的滚子槽中掉出，进一步提高可靠性。

优选的，所述限位盘与箱体内壁之间设有推力轴承，所述推力轴承套接于主动轴，且所述推力轴承的一端顶着限位盘，另一端顶着箱体内壁。推力轴承是用于减缓激动机构产生的轴向作用力对主动轴的影响，这提高了主动轴转动的稳定性，从而进一步提高可靠性。

优选的，所述主动轴的一端和螺杆的一端均设有档板。档板是为了防止两个半联轴器分别自主动轴的一端和螺杆的一端掉落。

所述的振动式螺杆挤出成型装置的挤出成型方法，包括以下步骤：

(1)启动动力源，螺杆、激振式半联轴器和主动轴同步转动，

(2)在激振式半联轴器转动过程中，凹凸曲面中的凹槽部和凸起部依次交替与激振滚子啮合滚动，令螺杆进行周期性的轴向往复振动，从而使螺杆同时进行转动和周期性的轴向往复振动，使物料同时受到轴向挤压和轴向振动剪切作用，从而实现物料在周期性动力场作用下进行动态塑化挤出。

上述方法采用了主要由限位盘、激动滚子和激振式半联轴器构成的激振机构，此激振机构使螺杆同时进行了转动和周期性的轴向往复振动，从而令料筒内的物料同时受到轴向挤压和轴向振动剪切作用，减小了物料的流动阻力，提高了物料的混炼效果。

本发明相对于现有技术具有如下的优点：

1、在激振滚子与激振盘相互作用下，螺杆同时进行转动和周期性的轴向往复振动，从而对物料进行动态塑化挤压，这提高了混炼效果，进而提高了挤出制品的质量。

2、本发明利用激振滚子与激振盘等部件连接的方式令螺杆同时进行转动和周期性的轴向往复振动，这降低了挤出成型过程中物料的流动阻力，从而降低了物料在塑化输运中的能量损耗。

3、本发明采用纯机械的方式，即利用激振滚子与激振盘等部件连接的方式令螺杆同时进行转动和周期性的轴向往复振动，这与传统设备相比，可以有效缩短螺杆长度，提高了螺杆刚度，减小了噪声；且缩小了整体设备的体积及减少了整个设备的质量，从而降低了设备的制造成本。

4、本发明中主由要激振滚子和激振盘构成的激动结构的结构简单，且振动稳定，可靠性高。

附图说明

图1是本发明的振动式螺杆挤出成型装置的剖视图。

图2是本发明的振动式螺杆挤出成型装置的结构示意图。

图3本发明的激振式半联轴器的结构示意图。

图4本发明的激振式半联轴器的正视图。

图5是本发明的限位盘的结构示意图。

图6是本发明的限位盘的正视图。

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。

如图1和图2所示的振动式螺杆挤出成型装置，包括主动轴1、料筒2和插入料筒2的螺杆3，还包括激振机构4，所述激振机构包括箱体41、激振式半联轴器42、与激振式半联轴器42匹配的第一半联轴器43、滚动花键44和限位盘45，所述螺杆3的一端和主动轴1的一端分别从箱体41的两端插入，所述激振式半联轴器42通过滚动花键44安装于主动轴的一端，所述第一半联轴器43安装于螺杆3的一端，所述激振式半联轴器42通过螺栓与第一半联轴器43连接，所述限位盘45固定于箱体41内，且所述限位盘45被主动轴1的一端穿过，所述限位盘45的一侧端面设有多个滚子槽451，每个所述滚子槽451内镶嵌有激振滚子5；所述激振式半联轴器42的一端端面设有光滑过渡的凹凸曲面6，此凹凸曲面6与滚子槽451相对设置，且所述激振滚子5与凹凸曲面6啮合。本实施中，采用电机为主动轴1提供动力，主动轴1上安装用与电机连接的传动齿轮7。而为减少摩擦，箱体41被主动轴1穿过的地方及限位盘45被主动轴1穿过的地方都设有滚子轴承8。同时，本实施例中的第一半联轴器43为普通半联轴器，可直接自市场中购买得到。

如图3和图4所示，所述激振式半联轴器42包括激振盘421和与第一半联轴器43匹配的第二半联轴器422，所述凹凸曲面6设置激振盘421的一侧端面，所述激振盘421的另一侧端面与第二半联轴器422连接，所述激振盘421与第二半联轴器422一体成形。此激振式半联轴器42相当于对普通半联轴器进行改进。

如图3和图4所示，所述凹凸曲面6包含多个凹槽部61和多个凸起部62，所述凹槽部61的轴线延伸方向与激振盘421的径向一致，所述凸起部62的轴线延伸方向与激振盘421的径向一致；所述凹槽部61和凸起部62均以激振盘421的轴线圆周分布，所述凹槽部61和凸起部62依次交替连续连接。具体的，凹槽部61的截面呈圆弧形，自激振盘421中心线向外，即沿激振盘的径向方向，凹槽部61的直径逐渐增大，此凹槽部61的形状与圆锥形激振滚子的外形匹配；凸起部62的截面呈圆弧形，自激振盘421中心线向外，即沿激振盘的径向方向，凸起部62的直径逐渐增大。采用此设计，凹凸曲面从整体上看，凹凸曲面自其外缘向中心凹陷，则当激振盘421转动时，凹凸曲面6可与激振滚子5更稳定的接触，使激振盘421转动得更稳定。

所述的振动式螺杆挤出成型装置还包括法兰9和弹簧10，所述料筒2的一端通过法兰9与箱体41连接，所述弹簧10套接于螺杆3的一端，且所述弹簧10的一端顶着螺杆3的轴肩，另一端顶着法兰9内壁。为让弹簧10更好的工作，螺杆3套接有弹簧挡圈11，此弹簧挡圈11靠着螺杆3的轴肩。

如图5和图6，限位盘45呈圆饼状，限位盘45的中部设有被用于安装于滚子轴承8的安装孔452，而在限位盘45的端面设有滚子槽451，所述滚子槽451的槽底设有用于通油的通油孔12。本实施例中，所述滚子槽451的数量为12个，所述滚子槽451以限位盘45的中心轴圆周均匀分布；所述滚子槽451呈半圆锥形，所述滚子槽451与激振滚子5匹配。每个滚子槽451里均镶嵌有一个激振滚子5，则激振盘421多处受力，且受力均匀，避免了激振盘421因受力集中而损坏。

所述的振动式螺杆挤出成型装置还包括用于约束激振滚子5的保持架13，所述保持架13的外缘固定于限位盘45的外缘。保持架13是为了防止激振滚子5自限位盘的滚子槽451中掉出，进一步提高可靠性。

所述限位盘45与箱体41内壁之间设有推力轴承14，所述推力轴承14套接于主动轴1，且所述推力轴承14的一端顶着限位盘45，另一端顶着箱体41内壁。推力轴承14是用于减缓激振机构4产生的轴向作用力对主动轴1的影响，这提高了主动轴1转动的稳定性，从而进一步提高可靠性。

所述主动轴1的一端和螺杆3的一端均设有档板15。档板15是为了防止两个半联轴器分别自主动轴1的一端和螺杆3的一端掉落。

所述的振动式螺杆挤出成型装置的挤出成型方法，包括以下步骤：

(1)启动动力源，螺杆3、激振式半联轴器42和主动轴1同步转动，

(2)在激振式半联轴器42转动过程中，凹凸曲面6中的凹槽部61和凸起部62依次交替与激振滚子5啮合滚动，令螺杆3进行周期性的轴向往复振动，从而使螺杆3同时进行转动和周期性的轴向往复振动，使物料同时受到轴向的挤压和轴向振动剪切作用，从而实现了物料在周期性动力场作用下进行动态塑化挤出。

在实际工作过程中，首先从通油孔12向滚子槽451通入高压润滑油，使激振滚子5处于浮动状态。在初始状态时，即激振滚子5与凹槽部61啮合；启动电机后，电机通过传动齿轮7驱动主动轴1转动，此时，主动轴1、螺杆3和激振式半联轴器42进行同步转动，而位于激振盘421的凹凸曲面6与激振式半联轴器42同步转动，凹凸曲面6的凹槽部61和凸起部62交替与激振滚子5啮合滚动，从而产生轴向作用力；在轴向作用力的作用下，螺杆3沿轴向方向进行周期性的轴向往复振动，故螺杆3同时进行转动和轴向方向的周期性的轴向往复振动，使物料同时受到轴向的挤压和轴向振动剪切作用，从而实现了物料在周期性动力场作用下进行动态塑化挤出。这提高物料的混炼效果，且减少了料筒2与螺杆3之间的摩擦磨损。

上述具体实施方式为本发明的优选实施例，并不能对本发明进行限定，其他的任何未背离本发明的技术方案而所做的改变或其它等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种振动式螺杆挤出成型装置，包括主动轴、料筒和插入料筒的螺杆，其特征在于：还包括激振机构，所述激振机构包括箱体、激振式半联轴器、与激振式半联轴器匹配的第一半联轴器、滚动花键和限位盘，所述螺杆的一端和主动轴的一端分别从箱体的两端插入，所述激振式半联轴器通过滚动花键安装于主动轴的一端，所述第一半联轴器安装于螺杆的一端，所述激振式半联轴器与第一半联轴器连接，所述限位盘固定于箱体内，且所述限位盘被主动轴的一端穿过，所述限位盘的一侧端面设有多个滚子槽，每个所述滚子槽内镶嵌有激振滚子；所述激振式半联轴器的一端端面设有光滑过渡的凹凸曲面，此凹凸曲面与滚子槽相对设置，且所述激振滚子与凹凸曲面啮合；所述激振式半联轴器包括激振盘和与第一半联轴器匹配的第二半联轴器，所述凹凸曲面设置在激振盘的一侧端面，所述激振盘的另一侧端面与第二半联轴器连接，所述激振盘与第二半联轴器一体成形；还包括法兰和弹簧，所述料筒的一端通过法兰与箱体连接，所述弹簧套接于螺杆的一端，且所述弹簧的一端顶着螺杆的轴肩，另一端顶着法兰内壁；所述限位盘与箱体内壁之间设有推力轴承，所述推力轴承套接于主动轴，且所述推力轴承的一端顶着限位盘，另一端顶着箱体内壁；箱体被主动轴穿过的地方及限位盘被主动轴穿过的地方都设有滚子轴承；所述凹凸曲面包含多个凹槽部和多个凸起部，所述凹槽部的轴线延伸方向与激振盘的径向一致，所述凸起部的轴线延伸方向与激振盘的径向一致；所述凹槽部和凸起部均以激振盘的轴线圆周分布，所述凹槽部和凸起部依次交替连续连接；凹槽部的截面呈圆弧形，自激振盘中心线向外，沿激振盘的径向方向，凹槽部的直径逐渐增大，此凹槽部的形状与圆锥形激振滚子的外形匹配；凸起部的截面呈圆弧形，自激振盘中心线向外，沿激振盘的径向方向，凸起部的直径逐渐增大。

2.根据权利要求1所述的振动式螺杆挤出成型装置，其特征在于：所述滚子槽的槽底设有通油孔。

3.根据权利要求1所述的振动式螺杆挤出成型装置，其特征在于：多个所述滚子槽以限位盘的中心轴圆周均匀分布；所述滚子槽呈半圆锥形或半圆柱形。

4.根据权利要求1所述的振动式螺杆挤出成型装置，其特征在于：还包括用于约束激振滚子的保持架，所述保持架的外缘固定于限位盘的外缘。

5.根据权利要求1所述的振动式螺杆挤出成型装置，其特征在于：所述主动轴的一端和螺杆的一端均设有档板。

6.基于权利要求1至5中任一项所述的振动式螺杆挤出成型装置的挤出成型方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)启动动力源，螺杆、激振式半联轴器和主动轴同步转动，

(2)在激振式半联轴器转动过程中，凹凸曲面中的凹槽部和凸起部依次交替与激振滚子啮合滚动，令螺杆进行周期性的轴向往复振动，从而使螺杆同时进行转动和周期性的轴向往复振动，使物料同时受到轴向的挤压和轴向振动剪切作用，从而实现了物料在周期性动力场作用下进行动态塑化挤出。