一种可调缝隙可排气可混炼的锥形双螺杆熔流体加压装置的制作方法

本发明涉及挤压成型设备技术领域，特别是涉及一种可调缝隙可排气可混炼的锥形双螺杆熔流体加压装置。

背景技术：

对前道工序的液体、粘流体或熔体挤出加工以制作所需的产品，以前的生产方式是一个挤出设备的螺杆上设有不同的功能段，如固体料压缩、熔融、排气、加压、混炼挤出等等。因为一根螺杆上的各功能段的速度是相同的，不能同时满足不同段的不同工况需求，当出现各段不匹配状况时无法精细调整，造成挤出速度和压力的不稳定，影响产品的质量。例如单螺杆挤出机和双螺杆挤出机直接挤出制品时的挤出波动情况，会造成产品纵向厚度随挤出压力产生的波动而波动。

为了解决上述问题，业界发明了挤出机串联齿轮泵挤出成型装置，将前道的塑化混合装置和后道的齿轮泵加压装置的各自独立驱动装置串联起来，通过前后装置间的压力反馈控制达到挤出的稳定，实现了挤出成型的连续平稳性。随着社会和技术的不断发展，对产品的性能和质量有了新的要求，例如长短玻纤、碳纤增强塑料的挤出成型等会发生齿轮泵的堵塞失效。因此，就出现了采用不易发生堵塞的螺杆加压系统的成型方法。

在螺杆加压系统中，将挤出螺杆长度上按功能段一分为二，前段的熔融段与后段的加压段拆分为两个挤出系统，然后串联起来，前段为熔融塑化的初挤出机、后段为进行加压挤出的(相当于加压泵)加压挤出机装置，通过调整控制两个挤出机之间的压力来控制两个挤出机的挤出量的匹配，达到稳定挤出的效果。

上述的挤出加压装置的缺点是螺杆和机筒都是平直的，在挤出纤维增强塑料时螺杆加压装置相对于齿轮泵来说有不容易发生堵塞卡死的优势，但仍容易造成充物卡在设备缝隙中使螺杆机筒缝隙磨损加大导致挤出效果变差，尤其是在填充物的比例和长度不同工况下，无法调整适应。在相同耐磨材质的情况下怎样才能让泵的寿命尽量延长成为一个需要解决的问题。

对于不同的填充物需要不同的螺杆与螺杆、螺杆与机筒之间的间隙。螺杆机筒磨损造成间隙增大后需要减小间隙来延长设备的正常使用，而平行螺杆的间隙难以调整和修复，只能更换螺杆或机筒体解决，也加大的用户的修复成本和应对调整的难度。

因此，能尽快的以极低的成本进行螺杆与机筒间隙的调整和修复成为本领域技术人员亟需解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种可调缝隙可排气可混炼的锥形双螺杆熔流体加压装置，以解决上述现有技术存在的问题，能够在低成本的前提下，实现螺杆与机筒间的间隙精调整，满足不同原料对加压挤出装置缝隙的不同需求，在机筒磨损造成间隙增大后，可以通过移动螺杆和机筒的相对位置，来调节螺杆与机筒之间的间隙。螺杆机筒磨损的不均匀时通过简单的机械修磨就可继续使用，进而，延长设备的正常使用寿命，修复操作简单，降低处置成本。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种可调缝隙可排气可混炼的锥形双螺杆熔流体加压装置，包括产生熔流体的前道挤出装置、挤出加压装置、成型模具、动力系统和传动箱；所述前道挤出装置用于向所述挤出加压装置内输送待加压熔流体，所述成型模具设置于所述挤出加压装置尾端的出料口处，待加压熔流体由所述挤出加压装置加压混合后输送至所述成型模具内；所述动力系统用于给所述挤出加压装置提供动力；

所述挤出加压装置包括机筒和纵向贯穿机筒内部的两根锥形螺杆，杆体上设置有螺纹，且锥形螺杆沿物料输送方向可分为压缩排气段、计量加压段和混炼混合段；与所述压缩排气段相对应的所述机筒上还设置有入料口、排气口和压力传感器a；

所述传动箱设置于所述动力系统与所述机筒之间，所述机筒与所述传动箱连接的端面之间设置有调节垫片组a，通过调整所述调节垫片组a的厚度，能够调整所述机筒相对于两根所述锥形螺杆的纵向位移，进而调节所述机筒的内壁与两根所述锥形螺杆之间的缝隙；

所述传动箱内设置有花键连接器，两根所述锥形螺杆通过所述花键连接器分别与所述动力系统的一动力输出轴连接；两根所述锥形螺杆与其相对的所述动力输出轴之间设置有调节垫片组b，通过调整所述调节垫片组b的厚度，调整两根所述锥形螺杆的相对于所述机筒的纵向位移，进而调节两根所述锥形螺杆与所述机筒内壁之间的缝隙以及两根所述锥形螺杆之间的缝隙。

优选地，所述动力系统包括内部装有电机、变速箱的驱动箱和扭矩分配箱，与电机连接的动力输出轴由所述扭矩分配箱传递给另一动力输出轴。

优选地，还包括热循环系统，所述热循环系统包括所述锥形螺杆的内部热油循环系统、所述机筒的热油循环系统、以及为热油循环系统提供热油的热油循环供给装置，所述驱动箱的尾端外部和所述扭矩分配箱的尾端外部还分别设置有一旋转接头，两个所述旋转接头分别与两个动力输出轴的内部通道连通，所述热油循环供给装置通过所述旋转接头将热油通过两个所述动力输出轴的内部通道输送到两个所述锥形螺杆的内部热油循环系统内。

优选地，所述前道挤出装置的轴线与所述挤出加压装置的轴线垂直设置，所述前道挤出装置的出料口处还设置有压力传感器b。

优选地，所述挤出加压装置的出口处还设置有一合流芯，两根所述锥形螺杆的锥尖上有锥形的螺纹，锥形的螺纹能够将所述合流芯内壁的半圆锥弧面上的滞留料刮掉；所述合流芯与所述机筒的连接处设置有密封垫片，通过调节所述密封垫片的厚度能够调整所述锥形螺杆的锥尖螺棱与所述合流芯的刮料间隙。

优选地，所述压缩排气段和所述混炼混合段的所述锥形螺杆的螺棱间隙和螺底间隙大于所述计量加压段的所述锥形螺杆的螺棱间隙和螺底间隙，所述压缩排气段和所述混炼混合段的所述锥形螺杆的螺棱间隙和螺底间隙大于所述计量加压段的所述锥形螺杆的螺棱间隙和螺底间隙，所述压缩排气段和所述混合混炼段的所述锥形螺杆的螺棱上分别开设有混合排气槽和混合槽。

优选地，两根所述锥形螺杆在所述机筒内水平排列设置或竖向排列设置；两根所述锥形螺杆的螺纹头数是单头螺纹或双头螺纹或三头螺纹；两根所述锥形螺杆的螺杆牙形为对称或不对称的梯形，其法向断面内倾角(也称为螺棱牙型角)的大小为1°～25°；两根所述锥形螺杆的长径比为5.2～8；两根所述锥形螺杆的杆外径与螺杆底径的比的范围为1.5～3，优选为2；两根所述锥形螺杆的压缩比为1∶1至1∶2，优选为1∶1.1至1∶1.5。

优选地，两根所述锥形螺杆与所述机筒内壁之间的缝隙调整范围为0.1-2.5mm。

优选地，所述花键连接器包括圆柱套内齿筒型花键连接器、异径内齿套筒型花键连接器和内外齿套型花键连接器。

优选地，两根所述锥形螺杆的螺棱上和所述机筒的内壁上均喷涂或镶嵌耐磨合金材料；两根所述锥形螺杆的槽内和所述合流芯内壁的表层涂覆防粘性的涂层材料。

本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：

1、本发明提供的可调缝隙可排气可混炼的锥形双螺杆熔流体加压装置，对前道工序的液体、粘流体或熔体进行控温、排气、加压、混合混炼、挤出加工以制作所需的产品。制品可以是液态的(如饮料等)、粘流态的(如巧克力、胶水等)、软质或硬质的固体(如塑料制品等)；制品可以是不同物料的混合物，如添加不同助剂、不同原料、不同纤维增强材料、回收的原料等等。根据材料加工的需要可以调整设备设定不同的转速、不同的温度、不同的设备间隙、不同的压力进行挤出，得到合适的工艺组合条件，以生产出需要的产品；利用异向旋转双螺杆的泵送原理和锥形异向双螺杆装置的螺杆与机筒间隙的可方便调整性，能够根据所输送的原料特性需求来调整螺杆与螺杆间、螺杆与机筒间间隙的大小，满足不同原料对加压挤出装置缝隙的不同需求。锥形的双螺杆很容易通过螺杆与机筒的相对位置关系的调整来实现螺杆与机筒之间间隙的调整；通过机筒相对于螺杆的纵向移动调整可以方便的调节螺杆与机筒的间隙，前述两种调整方法的叠加组合使锥形异向双螺杆装置可以很方便的实现不同需求的多种间隙调整方案；在低成本的前提下，解决了螺杆与机筒间隙的调整问题，该机器通过组配能够适应多种不同的使用工况，大大降低装置成本。

2、本发明提供的可调缝隙可排气可混炼的锥形双螺杆熔流体加压装置，采用锥形异向双螺杆结构，在机筒磨损造成间隙增大后，由于挤出螺杆为锥形螺杆，可以通过移动螺杆和机筒的相对位置，来调节螺杆与机筒之间的间隙，使其恢复磨损之前的间隙值，进而延长设备的正常使用寿命，降低装置成本。

3、本发明提供的可调缝隙可排气可混炼的锥形双螺杆熔流体加压装置，采用锥形异向双螺杆结构，锥形异向双螺杆比平行双螺杆的悬臂强度更高；锥形异向双螺杆比平行双螺杆可以达到更大的压缩比和更高的强度；锥形异向双螺杆加压装置有很强的压缩排气功能，排气口前的压力传感器a可以反馈控制保证机筒中物料的充满度不会过盈堵塞排气口；锥形异向双螺杆加压装置可以有更大的螺杆冷却流道出口空间并大大提升螺杆的控温能力，提高挤出物的品质。

4、本发明提供的可调缝隙可排气可混炼的锥形双螺杆熔流体加压装置，压缩排气段和混合混炼段的特殊设计，即：螺棱上开有溢流口、螺槽间隙(螺棱侧隙和螺槽底隙)加大，使异向旋转双螺杆固有的侧向力过大而限制转速提高的问题得到极大的缓解，使螺杆转速可大大提高。

5、本发明提供的可调缝隙可排气可混炼的锥形双螺杆熔流体加压装置，采用锥形异向双螺杆，由于其直径是随单支点悬臂长度变化的，所以其抗弯曲变形能力相对于平行双螺杆来说大大的增强。使异向双螺杆挤出机的螺杆因侧向力容易造成的螺杆弯曲的程度也大大减轻，因而对机筒的机械磨损也大大的减小。因而，可以大大提高螺槽的深度，增强螺杆的挤出能力。可以大大提高螺杆机筒的使用寿命和效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中可调缝隙可排气可混炼的锥形双螺杆熔流体加压装置的系统布置图；

图2为本发明中可调缝隙可排气可混炼的锥形双螺杆熔流体加压装置的立体结构示意图；

图3为图2的竖向半剖视图；

图4为本发明中动力输出轴与锥形螺杆通过花键连接器连接的结构示意图；

图5为本发明中锥形螺杆与机筒之间处于小缝隙状态的结构示意图；

图6为本发明中锥形螺杆与机筒之间处于大缝隙状态的结构示意图；

图7为本发明中合流芯与机筒的装配结构示意图；

图8为本发明中两个锥形螺杆的结构示意图；

图中：1-前道挤出装置、2-挤出加压装置、3-成型模具、4-驱动箱、5-扭矩分配箱、6-传动箱、7-排气口、8-压力传感器a、9-旋转接头、10-入料口；

11-机筒、12-锥形螺杆、13-调节垫片组a、14-花键连接器、15-动力输出轴、16-调节垫片组b、17-压力传感器b、18-圆柱套内齿筒型花键连接器、19-异径内齿套筒型花键连接器、20-内外齿套型花键连接器；

21-合流芯、22-锥形螺杆的锥尖、23-锥形螺杆的锥尖螺棱与合流芯内壁之间的间隙；24-密封垫片；

31-小缝隙、32-大缝隙；

41-混合排气槽、42-混合槽。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种可调缝隙可排气可混炼的锥形双螺杆熔流体加压装置，以解决现有技术存在的问题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明提供一种可调缝隙可排气可混炼的锥形双螺杆熔流体加压装置，如图1、图2所示，包括产生熔流体的前道挤出装置1、挤出加压装置2、成型模具3、动力系统和传动箱6；前道挤出装置1用于向挤出加压装置2内输送待加压熔流体，成型模具3设置于挤出加压装置2尾端的出料口处，待加压熔流体加压混合后由挤出加压装置2输送至成型模具3内；动力系统用于给挤出加压装置2提供动力；动力系统包括内部装有电机、变速箱的驱动箱4和扭矩分配箱5，与电机连接的动力输出轴15由扭矩分配箱5传递给另一动力输出轴15。

挤出加压装置2包括机筒11和纵向贯穿机筒11内部的两根锥形螺杆12，杆体上设置有螺纹，且锥形螺杆12沿物料输送方向可分为压缩排气段、计量加压段和混炼混合段；压缩排气段和混炼混合段的锥形螺杆的螺棱间隙和螺底间隙大于计量加压段的锥形螺杆的螺棱间隙螺底间隙，如图8所示，压缩排气段和混合混炼段的锥形螺杆的螺棱上分别开设有混合排气槽41和混合槽42，压缩排气段的螺棱开槽进行排气和混合，混炼混合段的螺棱上开槽是为对融料进行混炼混合。计量加压段的螺棱不开槽、且螺棱间隙较小，是使c形室的密闭性更好，能建立更高的挤出压力；锥形螺杆的直径缩小趋势、压缩排气段的槽底较深和溢流口共同形成和增大了该段的压缩比，压缩比和真空泵排气装置共同作用使该段具有很好的压缩排气效果。螺杆的压缩比在1∶1至1∶2之间，优选为1∶1.1至1∶1.5之间；而计量加压段后边的混合混炼段，槽底的加深和溢流口的存在使该段的压缩比减小，设计上该段相对于计量加压段的压缩比在1∶1左右，即该段相对于计量加压段而言，基本上没有压缩。上述螺杆两端螺槽较深的设计使得螺杆8字两侧料的连通大大提高，既提高了混合效果，又使得异向双螺杆侧向力过大的问题得到抑制，螺杆的磨损状况得到较大的缓解，为加压装置螺杆的提速创造了条件。

与压缩排气段相对应的机筒11上还设置有入料口10、排气口7和压力传感器a8；入料口10处连接前道挤出装置1，前道挤出装置1的出料口处还设置有压力传感器b17，用于监测压力控制前道挤出装置1喂料量；通过真空泵与排气口7连接，抽出原料中所含有的气体和可挥发物；压力传感器a8用于监测压力，当压力升高时说明机筒11内物料位置接近了排气口7，根据设定开始降低前道挤出装置1对挤出加压装置2的喂料量，让物料线前移，防止排气口7溢料堵塞；当压力过小时，说明挤出加压装置2入口喂料量不足，提高前道挤出装置1的喂料量，让物料位置后移，达到自动匹配控制。

传动箱6设置于扭矩分配箱5与机筒11之间，如图3所示，机筒11与传动箱6连接的端面之间设置有调节垫片组a13，通过调整调节垫片组a13的厚度，能够调整机筒11相对于两根锥形螺杆12的纵向位移，进而调节机筒11的内壁与两根锥形螺杆12之间的缝隙；传动箱6内设置有花键连接器14，两根锥形螺杆12通过花键连接器14分别与动力系统的一动力输出轴15连接；花键连接器14包括圆柱套内齿筒型花键连接器18、异径内齿套筒型花键连接器19和内外齿套型花键连接器20。其中，圆柱套内齿筒型花键连接器18与动力输出轴15的连接端与锥形螺杆12的连接端相同，图4中的花键连接器14即为圆柱套内齿筒型花键连接器18；在锥形螺杆12的直径大一些时，采用两头不同直径和齿数的异径内齿套筒型花键连接器19，图6中的花键连接器14即为异径内齿套筒型花键连接器19；在锥形螺杆12的需要尾部直径较大时，则采用锥形螺杆12的尾部设置为内花键套的结构，而花键连接器14则采用一端为花键套而另一端为花键轴的内外齿套型花键连接器20，图5中的花键连接器14即为内外齿套型花键连接器20，此时锥形螺杆12尾部内孔可以做的更大，便于冷却管道装置安装可以有较大的进出空间通道。

两根锥形螺杆12与其相对的动力输出轴15之间设置有调节垫片组b16，通过调整调节垫片组b16的厚度，调整两根锥形螺杆12的相对于机筒11的纵向位移，进而调节两根锥形螺杆12与机筒11内壁之间的缝隙以及两根锥形螺杆12之间的缝隙。

本发明中，锥形螺杆12与机筒11之间的间隙如图5、图6所示，均指锥形螺杆12螺棱最外沿与机筒11内壁之间的间隙。本发明通过锥形螺杆12沿动力输出轴15轴线移动调整结合机筒11沿整个机筒11轴线的移动调整，锥形螺杆12与机筒11的之间的间隙和位置可以实现多种位置匹配关系；具体的，本发明中的锥形螺杆12与机筒11内壁之间的缝隙调节范围为“0.1-2.5mm”；操作时，根据所输送的原料特性需求来调整锥形螺杆12与另一根锥形螺杆12间、锥形螺杆12与机筒11间间隙的大小，满足不同原料对加压挤出装置缝隙的不同需求：

方案一，极小间隙。根据挤出低粘度材料的需要，其流动性好，需要较小的缝隙才能达到很好的c形室密封效果，选用配合缝隙小的螺杆机筒，以建立满足挤出需要的压力，此时就要将锥形螺杆与机筒11的间隙尽量缩小，锥形螺杆12要向机筒11的出口端靠近，形成较小的螺杆与机筒11密封缝隙(见图5)。此时，锥形螺杆12与机筒11纵向位置的微调整，可以精细微调螺杆机筒间隙。在加工低粘度材料时，小缝隙31可以小到0.1mm。

方案二，较大的间隙(见图6)。在挤出玻纤或碳纤等加填充物的聚合物时，锥形螺杆12与机筒11的缝隙设计上就需要加大，以免纤维状填充物卡在螺杆与螺杆和螺杆与机筒11缝隙处影响设备的正常运转、或纤维被强力剪断粉碎降低填充的强度效果。让缝隙加大来满足匹配带填充物料的工况条件。大间隙方案中，锥形螺杆12要向远离机筒11的出口端移动，锥形螺杆12与另一根锥形螺杆12以及锥形螺杆12与机筒11之间的缝隙加大，大缝隙32最大应能达到2.5mm。大的间隙调整通过选用不同方案参数的螺杆机筒实现，在此基础上，再通过调节垫片组a13和调节垫片组b16的厚度来对螺杆机筒的间隙进行精细微调。

本发明中，两根锥形螺杆12在机筒11内水平排列设置或竖向排列设置，图2、图3所示为两个锥形的锥形螺杆12上下并排摆放的加压装置，上锥形螺杆12轴线与驱动该螺杆的变速箱轴线是水平放置的，下锥形螺杆12与上锥形螺杆12的轴线在同一铅垂面内并呈一夹角，夹角的角度在2.1°～8°之间，常用角度在4°～6°之间，夹角大小与螺杆的压缩比大小和所需排气量有关。

本发明中，两根锥形螺杆12的螺纹头数是单头螺纹或双头螺纹或三头螺纹；两根锥形螺杆12的长径比为5.2～8。

本发明中的锥形螺杆加压装置的螺杆槽深以计量加压段中部的槽深计，两根锥形螺杆的螺杆外径与螺杆底径的比的范围为1.5～3之间，优选为2。

本发明中，两根锥形螺杆12的螺杆牙形为梯形，其法向断面内倾角(也称为螺棱矛型角)的大小为1°～25°。加工填充玻纤和碳纤物料时，尽量选择更大的角度。使加工填充玻纤、碳纤而需要加大锥形螺杆12与机筒11间隙时，螺纹的侧间隙会相应的增加，增大幅度与法向断面内倾角(也称为螺棱牙型角)大小成正比，牙形角度越大，螺棱缝隙增大的也越大。侧缝隙的增大会使添加的纤维被剪断的状况减轻。

本发明中还包括热循环系统，热循环系统包括锥形螺杆12的内部热油循环系统、机筒11的热油循环系统、以及为热油循环系统提供热油的热油循环供给装置(图中未示出)，驱动箱4的尾端外部和扭矩分配箱5的尾端外部还分别设置有一旋转接头9，两个旋转接头9分别与两个动力输出轴15的内部通道连通，热油循环供给装置通过旋转接头9将热油通过两个动力输出轴15的内部通道输送到两个锥形螺杆12的内部热油循环系统内；锥形螺杆12对熔流体加压时会产生较大的摩擦热，如不及时排出就会导致料因过热而产生分解，尤其是对热敏材料更是如此；锥形螺杆12和机筒11内部均设置热油循环系统，可通过循环液体加热冷却进行精确控温。对于非热敏材料，机筒11也可以采用电加热方式和冷却盘管冷却或风冷等其他成本较低的冷却方式。采用在整个装置尾端安装旋转接头9的方式，进而在锥形螺杆12轴面上不需要保留旋转接头安装位置，使锥形螺杆12根部处外径扩大有了更大的空间，螺杆冷却通道的空间得到保证。使螺杆传递扭矩的能力大大提高。而可以采用端头安装方式的旋转接头9相对于套筒式旋转接头的效果和寿命都大大提高(对于如何在锥形螺杆12和机筒11内布置热油循环系统，其为常规技术手段，本发明不再赘述)。

本发明中，挤出加压装置2接收前道挤出装置1喂入的熔流体的方式可采用开放式自由落体进料方式，也可以通过管路封闭连接进料。封闭方式中有料从上面喂料口喂入加压装置和从侧面入料口喂入加压装置两种方式。在侧面喂入加压装置的方式中，前道挤出装置1的轴线与挤出加压装置2的轴线垂直设置，前道挤出装置1与挤出加压装置2是垂直摆放，二者以最短的路径进行对接，尽量缩小材料的热分解可能。

如图7所示，在挤出加压装置2的出口处还设置有一合流芯21，两根锥形螺杆的锥尖22上有锥形的螺纹，锥形的螺纹能够将合流芯21内壁的半圆锥弧面上的滞留料刮掉，强制推动锥形筒壁上的物料不停的移动，防止物料在合流芯21的锥形壁面上粘附缓流和滞留而造成分解；在合流芯21与机筒11的连接处设置有密封垫片24，通过调节密封垫片24的厚度能够调整锥形螺杆的锥尖22的螺棱与合流芯21的刮料间隙大小。在锥形螺杆12与机筒11缝隙的调整过程中，合流芯21与机筒11之间的距离通过密封垫片24相应的调整，以保证合流芯21处保持合适的间隙。

本发明中，在两根锥形螺杆12的螺棱上和机筒11的内壁上有喷涂或镶嵌耐磨合金材料，提高加压装置的耐磨损寿命。对于容易粘壁的原料，在两根锥形螺杆12的螺槽内和合流芯21的内壁表层涂覆防粘性的涂层材料。

本发明应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。