CN105269790A - 一种可调型挤出机螺杆及使用该螺杆的挤出机 - Google Patents

Abstract

一种可调型挤出机螺杆及使用该螺杆的挤出机，包括芯杆和多个模块化元件，多个所述模块化元件可拆卸地设在所述芯杆上。按照本发明提供的可调型挤出机螺杆与现有技术相比具有如下优点：本发明的模块化元件具有很强的适应性，可以通过同类型模块化元件进行组合来实现同种功能，还可以通过不同类型模块化元件的组合，来实现不同的功能，而且这两种组合方式在芯杆同一横截面圆周方向和轴向都可以实现，有利于生产企业一杆多用，使用本发明中的可调型挤出机螺杆来完成多种聚合物的生产。

Description

一种可调型挤出机螺杆及使用该螺杆的挤出机

技术领域

本发明涉及挤出机械，特别是涉及一种结构可调型挤出机螺杆，本发明还涉及使用该螺杆的挤出机。

背景技术

挤出机是塑料和橡胶等聚合物成型加工的关键机械，其中螺杆是挤出机的核心部件，承载着聚合物物料的塑化、混炼和输送。由于传统的送料段-压缩段-计量段的三段式全螺纹螺杆结构存在熔融效率低、塑化混炼(染色、增加填充物)不均匀、压力温度和产量波动大、加工物料适应性差等问题，使得各种新型结构螺杆的开发成为研究和开发的热点，并不同程度上解决了传统螺杆存在的问题。

分离型螺杆通过尽早分离固相和液相，使固相熔融加快，液相低温时就实现挤出，从而提高挤出质量和产量，其中以变距等深的主副螺纹螺杆(BM螺杆)、等距变深的Barr螺杆、和变距变深的Kim螺杆为代表；屏障型螺杆通过在螺杆某部位设置屏障，使未熔的固相受阻后重新熔融，从而改善物料挤出质量，其中以在螺杆外圆面上设置一端封闭一端开口的纵向沟槽来实现；分流型螺杆通过在螺杆某一部位设置凸起或孔道等来分割螺槽内的料流，从而改变物料的流动状态，改善熔融、混炼和均化质量，其中以销钉螺杆为代表。而由于以上三种新型螺杆的结构和功能具有互补性，因此在实际生产应用中，通过将以上三种结构进行组合而得到的新型组合式螺杆具有很好的挤出效果，但是出于强度考虑，组合式螺杆也大都采用一体式结构，但这种螺杆只能满足特定的聚合物物料和加工要求，适应性仍然较差；对于少数采用外连接结构的组合螺杆，其采用几段式结构(一般为三段式或四段式)，通过螺钉等方式实现螺杆杆体的组合，这种结构的组合螺杆虽然适应性得到一定改善，但由于杆体分段连接对其强度产生较大隐患，而且其由于分段结构的段数非常有限，因此适应性还是有限；另外，一些螺杆通过增加套筒和在套筒内设置特殊结构来实现组合螺杆的结构，其结构较为复杂，加工难度大，应用也受到较大限制。

而随着聚合物等有机产品和相关产业的日益丰富和快速发展，现有的组合螺杆已经难以很好地满足各种不同聚合物物料和加工要求，而采用一种组合螺杆对应一种特定聚合物物料或加工要求的方法，不仅成本高，而且难以很好应对生产过程的复杂性和多变性。因此，如何设计和开发一种具有全新结构的组合螺杆，使其兼顾强度、结构可调、加工成本低，特别是要有很强的适应性，这将是关系到挤出机能否不断满足聚合物物料加工质量和效率的关键所在，也将推动挤出机行业实现大跨越。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服上述现有技术之不足，提供一种兼顾强度、结构可调、加工成本低、适应性强等特点和优势的可调型挤出机螺杆。

本发明所要解决的技术问题在于克服上述现有技术之不足，提供一种挤出机，该挤出机的螺杆结构可调、加工成本低、适应性强。

按照本发明提供的可调型挤出机螺杆采用的主要技术方案为：包括芯杆和多个模块化元件，多个所述模块化元件可拆卸地设在所述芯杆上。

本发明提供的可调型挤出机螺杆还采用如下附属技术方案：

还包括螺钉，所述芯杆表面设有螺纹孔，所述模块化元件上设有固定孔，所述螺钉穿过所述固定孔后与所述螺纹孔配合或所述螺钉依次与所述固定孔、所述螺纹孔分别配合。

所述模块化元件上设有卡槽和卡块，设在所述芯杆同一横截面圆周方向相邻的两个所述模块化元件中，一个模块化元件上的卡槽与另一个模块化元件上的卡块相配合。

所述芯杆包括元件安装部、设在所述元件安装部一端的固定部和设在所述元件安装部另一端的圆锥杆头，所述模块化元件可拆卸地设在所述元件安装部上，所述螺纹孔设在所述元件安装部上，所述模块化元件的一侧为与所述元件安装部同心的圆弧面，所述圆弧面与所述元件安装部贴合，所述模块化元件的另一侧露置在外。

所述模块化元件的长度为所述元件安装部长度的1/n，n为3-20的任意整数，所述模块化元件的圆弧面的横截面圆弧长度为所述元件安装部外表面横截面圆周长度的1/m，m为2-9的任意整数。

设在所述元件安装部同一横截面圆周方向相邻的两个所述螺纹孔的中心间距为其圆周长度的1/(3m)，m为2-9的任意整数，轴向相邻的两个所述螺纹孔中心间距为所述元件安装部长度的1/(3n)，n为3-20的任意整数。

所述芯杆为实心圆轴。

所述模块化元件包括外螺纹模块化元件、主副螺纹分离型模块化元件、沟槽屏障型模块化元件和销钉分流型模块化元件中的至少两种。

所述模块化元件的上、下两端分别设有圆弧状卡槽和圆弧状插块，设在所述芯杆同一横截面圆周方向的多个所述模块化元件为一组，相邻的两组模块化元件中，其中一组模块化元件上的圆弧状插块插入另一组模块化元件上的圆弧状卡槽内。

按照本发明提供的挤出机采用的主要技术方案为：一种挤出机，包括传动机构、加料装置、料筒和螺杆，所述螺杆包括芯杆和多个模块化元件，多个所述模块化元件可拆卸地设在所述芯杆上。

按照本发明提供的可调型挤出机螺杆与现有技术相比具有如下优点：

1、首先，本发明放弃了传统的一体式结构螺杆和几段式整体组合螺杆结构，将计算机和通信等领域的“模块化”理念引入组合螺杆的结构设计当中，将挤出机的送料、熔融、混炼等功能进行分解，并以模块化元件的形式加以承载和细化，是一种全新的设计思路；其次，本发明的模块化元件具有很强的适应性，可以通过同类型模块化元件进行组合来实现同种功能，还可以通过不同类型模块化元件的组合，来实现不同的功能，而且这两种组合方式在芯杆同一横截面圆周方向和轴向都可以实现，有利于生产企业一杆多用，使用本发明中的可调型挤出机螺杆来完成多种聚合物的生产，更为重要的是聚合物挤出加工的生产和开发单位使用本发明中的可调型挤出机螺杆就能完成进行特定聚合物或者加工要求的工艺摸索和优化，大大减少企业的开发成本和时间，也可以让更多的小型加工企业有机会得到进入机会和发展空间。

2、本发明的螺杆结构上多处设计确保螺杆的强度，一是采用了实心一体式芯杆结构来确保螺杆整体的强度；二是同一组中相邻模块化元件上的卡槽和卡块配合，相邻两组模块化元件上的圆弧状卡槽和圆弧状插块配合，确保模块化元件的整体强度，间接确保螺杆的强度；三是模块化元件采用螺钉固定在芯杆上，来确保螺杆的强度。

3、本发明在结构上的独特设计使其结构可调优势显著。一是首次创造性地采用模块化元件来实现螺杆结构和功能的分解；二是模块化元件不仅可以在轴向进行组合，还可以在横截面圆周方向进行组合，比如可以实现同一横截面圆周方向形成不同排列结构的销钉；三是模块化元件的小型化可以最大程度上实现螺杆挤出效果的适应性和相应结构的可调性，可以对很短的局部螺杆结构进行结构组合，也可以对较长的一段螺杆进行结构组合，比如不仅可以将分离型或屏障型结构以一个整体的结构嵌入到螺杆某一位置，还可以将一组或几组分离型或屏障型结构以分散结构嵌入到任意一个需要的螺杆部位。

4、本发明的可调型挤出机螺杆具有更低的加工成本和更好的适应性，一是采用模块化元件后，可以对同一模块化进行批量标准化生产，使其加工成本显著降低，提高模块化元件加工精度；二是采用同一芯杆为载体，不同模块化元件作为日常消耗品进行更换，与其它类型螺杆相比，不需要报废整个螺杆或者某一大区段螺杆，只需要更换相应位置损坏的模块化元件，成本显著降低。

5、本发明的可调型挤出机螺杆表面可进行离子注入处理使其具有更好的耐磨和耐高温性能。螺杆表面在挤出加工过程中需要承受高温和严重的摩擦磨损，离子注入改性是一种非常适合螺杆改性的表面处理技术，其可以获得与基体无界面的耐磨、耐腐、耐高温改性层，而且易于控制温度不会对螺杆产生变形等影响，但整体或几段式组合螺杆往往由于尺寸大难以进入相应的离子注入改性设备，而模块化元件的小尺寸可以使其很方便地进行包括离子注入在内的有效表面处理，有效解决了螺杆的磨损和高温失效等问题，其使用寿命和挤出效果显著改善。

按照本发明提供的挤出机与现有技术相比具有如下优点：

首先，本发明中的螺杆放弃了传统的一体式结构螺杆和几段式整体组合螺杆结构，将计算机和通信等领域的“模块化”理念引入组合螺杆的结构设计当中，将挤出机的送料、熔融、混炼等功能进行分解，并以模块化元件的形式加以承载和细化，是一种全新的设计思路；其次，本发明中的螺杆的模块化元件具有很强的适应性，可以通过同类型模块化元件进行组合来实现同种功能，还可以通过不同类型模块化元件的组合，来实现不同的功能，而且这两种组合方式在螺杆同一横截面圆周方向和轴向都可以实现，不仅有利于生产企业一杆多用，使用本发明的螺杆来完成多种聚合物的生产，更为重要的是聚合物挤出加工的生产和开发单位使用本发明的螺杆就能完成进行特定聚合物或者加工要求的工艺摸索和优化，大大减少企业的开发成本和时间，也可以让更多的小型加工企业有机会得到进入机会和发展空间。

附图说明

图1为本发明中可调型挤出机螺杆的组合示意图一。

图2为本发明中芯杆的结构示意图。

图3为本发明中模块化元件的结构示意图一。

图4为本发明中模块化元件的结构示意图二。

图5为本发明中外螺纹模块化元件的结构示意图。

图6为本发明中主副螺纹分离型模块化元件的结构示意图。

图7为本发明中沟槽屏障型模块化元件的结构示意图。

图8为本发明中销钉分流型模块化元件的结构示意图。

图9为本发明中可调型挤出机螺杆的组合示意图二。

图10为本发明中可调型挤出机螺杆的组合示意图三。

图11为本发明中可调型挤出机螺杆的组合示意图四。

具体实施方式

参见图1至图4，及图9至图11，按照本发明提供的可调型挤出机螺杆实施例，包括芯杆1和多个模块化元件，多个所述模块化元件可拆卸地设在所述芯杆1上。

本发明中的可调型挤出机螺杆与现有技术相比具有以下优点：

1、首先，本发明放弃了传统的一体式结构螺杆和几段式整体组合螺杆结构，将计算机和通信等领域的“模块化”理念引入组合螺杆的结构设计当中，将挤出机的送料、熔融、混炼等功能进行分解，并以模块化元件的形式加以承载和细化，是一种全新的设计思路；其次，本发明的模块化元件具有很强的适应性，可以通过同类型模块化元件进行组合来实现同种功能，还可以通过不同类型模块化元件的组合，来实现不同的功能，而且这两种组合方式在芯杆1同一横截面圆周方向和轴向都可以实现，有利于生产企业一杆多用，使用本发明中的可调型挤出机螺杆来完成多种聚合物的生产，更为重要的是聚合物挤出加工的生产和开发单位使用本发明中的可调型挤出机螺杆就能完成进行特定聚合物或者加工要求的工艺摸索和优化，大大减少企业的开发成本和时间，也可以让更多的小型加工企业有机会得到进入机会和发展空间。

2、本发明的可调型挤出机螺杆具有更低的加工成本和更好的适应性，一是采用模块化元件后，可以对同一模块化进行批量标准化生产，使其加工成本显著降低，提高模块化元件加工精度；二是采用同一芯杆1为载体，不同模块化元件作为日常消耗品进行更换，与其它类型螺杆相比，不需要报废整个螺杆或者某一大区段螺杆，只需要更换相应位置损坏的模块化元件，成本显著降低。

3、本发明的可调型挤出机螺杆表面可进行离子注入处理使其具有更好的耐磨和耐高温性能。螺杆表面在挤出加工过程中需要承受高温和严重的摩擦磨损，离子注入改性是一种非常适合螺杆改性的表面处理技术，其可以获得与基体无界面的耐磨、耐腐、耐高温改性层，而且易于控制温度不会对螺杆产生变形等影响，但整体或几段式组合螺杆往往由于尺寸大难以进入相应的离子注入改性设备，而模块化元件的小尺寸可以使其很方便地进行包括离子注入在内的有效表面处理，有效解决了螺杆的磨损和高温失效等问题，其使用寿命和挤出效果显著改善。

参见图2，根据本发明上述的实施例，还包括螺钉(图中未示出)，所述芯杆1表面设有螺纹孔11，所述模块化元件上设有固定孔(图中未示出)，所述螺钉穿过所述固定孔后与所述螺纹孔11配合或所述螺钉依次与所述固定孔、所述螺纹孔11分别配合。模块化元件通过螺钉安装在芯杆1上，拆装方便、固定牢靠、维护成本低；采用该种固定方式不会降低芯杆1和模块化元件的机械强度，从而确保挤出机螺杆的机械强度。

参见图3和图4，根据本发明上述的实施例，所述模块化元件上设有卡槽21和卡块22，设在所述芯杆1同一横截面圆周方向相邻的两个所述模块化元件中，一个模块化元件上的卡槽21与另一个模块化元件上的卡块22相配合。该结构有助于提高设置在芯杆1横截面圆周方向的多个模块化元件的整体强度，间接确保挤出机螺杆的强度。

参见图1至图4，根据本发明上述的实施例，所述芯杆1包括元件安装部12、设在所述元件安装部12一端的固定部13和设在所述元件安装部12另一端的圆锥杆头14，所述模块化元件可拆卸地设在所述元件安装部12上，所述螺纹孔11设在所述元件安装部12上，所述模块化元件的一侧为与所述元件安装部12同心的圆弧面23，所述圆弧面23与所述元件安装部12贴合，所述模块化元件的另一侧露置在外。本发明中的芯杆1结构简单、强度高、易加工、生产成本低。

参见图1至图4，及图9至图11，根据本发明上述的实施例，所述模块化元件的长度为所述元件安装部12长度的1/n，n为3-20的任意整数，本实施例n为15；所述模块化元件的圆弧面23的横截面圆弧长度为所述元件安装部12外表面横截面圆周长度的1/m，m为2-9的任意整数，本实施例m为3。设在所述元件安装部12同一横截面圆周方向相邻的两个所述螺纹孔11的中心间距为其圆周长度的1/(3m)，m为2-9的任意整数，本实施例m为3，轴向相邻的两个所述螺纹孔11中心间距为所述元件安装部12长度的1/(3n)，n为3-20的任意整数，本实施例n为15。元件安装部12表面的螺纹孔11均布规律按照与模块化元件进行匹配的原则设计，确保模块化元件可以在元件安装部12横截面圆周方向旋转后仍可找到匹配的螺纹孔11进行固定，确保在模块化元件尺寸较大时，在其轴向可以增加相应的固定孔，以使其固定牢固。

参见图1至图4，根据本发明上述的实施例，所述芯杆1为实心圆轴，所述模块化元件的一侧为与所述芯杆1同心的圆弧面23，所述圆弧面23与所述芯杆1贴合，所述模块化元件的另一侧露置在外。所述芯杆1为实心一体式结构确保了螺杆整体的强度。

参见图1，及图5至图11，根据本发明上述的实施例，所述模块化元件包括外螺纹模块化元件3、主副螺纹分离型模块化元件4、沟槽屏障型模块化元件5和销钉分流型模块化元件6中的至少两种。上述四种模块化元件之间可以根据需要进行相应结构的任意组合。所述外螺纹模块化元件3和主副螺纹分离型模块化元件4的螺纹均可为等深等距，也可为等深变距、等距变深、变距变深，螺纹截面形状可为矩形、锯齿形或梯形；所述沟槽屏障型模块化元件5的外表面沟槽开口方向相反间隔，所述销钉分流型模块化元件6的销钉可为方形、棱形等。

本发明在结构上的独特设计使其结构可调优势显著。一是首次创造性地采用模块化元件来实现螺杆结构和功能的分解；二是模块化元件不仅可以在轴向进行组合，还可以在横截面圆周方向进行组合，比如可以实现同一横截面圆周方向形成不同排列结构的销钉；三是模块化元件的小型化可以最大程度上实现螺杆挤出效果的适应性和相应结构的可调性，可以对很短的局部螺杆结构进行结构组合，也可以对较长的一段螺杆进行结构组合，比如不仅可以将分离型或屏障型结构以一个整体的结构嵌入到螺杆某一位置，还可以将一组或几组分离型或屏障型结构以分散结构嵌入到任意一个需要的螺杆部位。

根据本发明上述的实施例，所述模块化元件的上、下两端分别设有圆弧状卡槽(图中未示出)和圆弧状插块(图中未示出)，设在所述芯杆1同一横截面圆周方向的多个所述模块化元件为一组，相邻的两组模块化元件中，其中一组模块化元件上的圆弧状插块插入另一组模块化元件上的圆弧状卡槽内。所述固定部13设有与所述圆弧状插块相配合的环状卡槽(图中未示出)。具体组装时，靠近圆锥杆头14的一组模块化元件上不具有圆弧状卡槽和圆弧状插块。上述结构有提高本发明可调型挤出机螺杆整体的机械强度。

根据本发明上述的实施例，所述模块化元件包括基板和设在所述基板上的凸筋或凹槽，所述基板为圆弧板。所述模块化元件表面设有高硬度耐磨耐热改性层。

本发明的组装过程如下：

1、根据挤出机加工物料的特性和要求，将模块化元件进行结构组合排列，并按照顺序从芯杆1的固定部13开始进行模块化元件的安装，先将第一组模块化元件中相邻的模块化元件上的卡槽21和卡块22一一配合组装，使该组模块化元件形成一个筒体，然后将该种模块化元件上的圆弧状插块卡入固定部13的环状卡槽，并用螺钉将该组模块化元件固定在芯杆1的元件安装部12上；

2、沿轴向进行模块化元件的安装，在轴向安装时，一组模块化元件上的圆弧状插块插入另一组模块化元件上的圆弧状卡槽内；当一组模块化元件形成一个筒体后，准备将该组模块化元件上的圆弧状插块卡入另一组模块化元件上的圆弧状卡槽时，将该组模块化元件沿圆周方向进行整体转动，使该组中同一个模块化元件上的圆弧状插块至少插入另一组两个模块化元件上的圆弧状卡槽；靠近圆锥杆头14的一组模块化元件上不具有圆弧状卡槽和圆弧状插块；待靠近圆锥杆头14的最后一个模块化元件安装完成后，即完成了本发明可调型挤出机螺杆的组装。

上述组装方式不仅可以提高螺杆的整体强度，实现对不同横截面上模块化元件之间的位置进行调整，还可以使销钉分流型模块化元件6的销钉排列方式进行调整，比如将销钉分流型模块化元件6的排列方式从人字形转化为平行型或者混合型等。

按照本发明提供的挤出机实施例，包括传动机构、加料装置、料筒和螺杆，所述传动机构、加料装置和料筒为现有技术中较为成熟的技术，此处不再详细赘述，本实施例中的螺杆为上述实施例所述的可调型挤出机螺杆。首先，本发明中的螺杆放弃了传统的一体式结构螺杆和几段式整体组合螺杆结构，将计算机和通信等领域的“模块化”理念引入组合螺杆的结构设计当中，将挤出机的送料、熔融、混炼等功能进行分解，并以模块化元件的形式加以承载和细化，是一种全新的设计思路；其次，本发明中的螺杆的模块化元件具有很强的适应性，可以通过同类型模块化元件进行组合来实现同种功能，还可以通过不同类型模块化元件的组合，来实现不同的功能，而且这两种组合方式在螺杆同一横截面圆周方向和轴向都可以实现，不仅有利于生产企业一杆多用，使用本发明的螺杆来完成多种聚合物的生产，更为重要的是聚合物挤出加工的生产和开发单位使用本发明的螺杆就能完成进行特定聚合物或者加工要求的工艺摸索和优化，大大减少企业的开发成本和时间，也可以让更多的小型加工企业有机会得到进入机会和发展空间。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行变化，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种可调型挤出机螺杆，其特征在于：包括芯杆和多个模块化元件，多个所述模块化元件可拆卸地设在所述芯杆上。

2.如权利要求1所述的可调型挤出机螺杆，其特征在于：还包括螺钉，所述芯杆表面设有螺纹孔，所述模块化元件上设有固定孔，所述螺钉穿过所述固定孔后与所述螺纹孔配合或所述螺钉依次与所述固定孔、所述螺纹孔分别配合。

3.如权利要求1所述的可调型挤出机螺杆，其特征在于：所述模块化元件上设有卡槽和卡块，设在所述芯杆同一横截面圆周方向相邻的两个所述模块化元件中，一个模块化元件上的卡槽与另一个模块化元件上的卡块相配合。

4.如权利要求2所述的可调型挤出机螺杆，其特征在于：所述芯杆包括元件安装部、设在所述元件安装部一端的固定部和设在所述元件安装部另一端的圆锥杆头，所述模块化元件可拆卸地设在所述元件安装部上，所述螺纹孔设在所述元件安装部上，所述模块化元件的一侧为与所述元件安装部同心的圆弧面，所述圆弧面与所述元件安装部贴合，所述模块化元件的另一侧露置在外。

5.如权利要求4所述的可调型挤出机螺杆，其特征在于：所述模块化元件的长度为所述元件安装部长度的1/n，n为3-20的任意整数，所述模块化元件的圆弧面的横截面圆弧长度为所述元件安装部外表面横截面圆周长度的1/m，m为2-9的任意整数。

6.如权利要求4所述的可调型挤出机螺杆，其特征在于：设在所述元件安装部同一横截面圆周方向相邻的两个所述螺纹孔的中心间距为其圆周长度的1/(3m)，m为2-9的任意整数，轴向相邻的两个所述螺纹孔中心间距为所述元件安装部长度的1/(3n)，n为3-20的任意整数。

7.如权利要求1-6任意一项所述的可调型挤出机螺杆，其特征在于：所述芯杆为实心圆轴。

8.如权利要求1-6任意一项所述的可调型挤出机螺杆，其特征在于：所述模块化元件包括外螺纹模块化元件、主副螺纹分离型模块化元件、沟槽屏障型模块化元件和销钉分流型模块化元件中的至少两种。

9.如权利要求1-6任意一项所述的可调型挤出机螺杆，其特征在于：所述模块化元件的上、下两端分别设有圆弧状卡槽和圆弧状插块，设在所述芯杆同一横截面圆周方向的多个所述模块化元件为一组，相邻的两组模块化元件中，其中一组模块化元件上的圆弧状插块插入另一组模块化元件上的圆弧状卡槽内。

10.一种挤出机，包括传动机构、加料装置、料筒和螺杆，其特征在于：所述螺杆为上述权利要求1-6任意一项所述的可调型挤出机螺杆。