影响压延机性能的主要因素

2019-09-05 22:42


影响压延机性能的主要因素

  在压延机的设计和使用过程中,有一些因素对压延机的性能有着非常大的影响,是压延机计、制造和使用过程中重要的理论依据。这些因素有:模压力、辊筒规格(工作长度和直径)、辊简速度与速比

1.横压力

  横压力,也被称做辊简分离力,就是在压延过程中,物料在配对辊筒工作部位的间隙(辊缝)处被挤压变形时对辊简的反作用力,是使配对辊简间产生相互分离趋势力,是设计压延机的一个重要的基本参考数据。

下面主要先容压延机模压力的产生条件、影响横压力的主要因素等问题。

压1.jpg

                 

1.1横压力的产生条件

 根据压延机的工作原理可知,当物料进人两个辊简间的辊缝时,由于辊缝逐渐变小,挤压力使物料厚度也逐渐减小,从而使物料因不断受到挤压而变形,物料对辊筒的反作用力也逐渐增大。根据研究,物料在辊缝内各点的运动速度不同,在辊缝接触角范围内各点产生的横压力也不相同。由试验得知,横压力最大值不是在辊缝最小处,而是在进人辊缝最小处的稍前处。物料在辊缝内各店对辊筒的作用


       物料在辊缝内各点对辊筒的作用

1.2影响横压力的主要因素

  在压延过程中,影响横压力的主要因素有:物料性质、辊筒工作线速度、压延温度、辊缝大小、辊筒规格(辊筒工作部分直径与长度)、加料方式(连续均匀加料或者是间歌式加料)及工艺操作方法等。

1.2.1物料特性对横压力的影响

  由于不同种类高聚物的分子链结构不同,分子链间相互作用所产生的效果不同,在压延变形时对辊产生的反作用力也有很大差异,即横压力也有所不同。即使同一种物料若由于所添加的填料和助剂不同,而造成物料硬度、可塑度、粘度不同,其横压力也不会相同。可塑度小而粘度比较大的,则横压力也较大。如下图在压延机上测定的同种物料在不同可塑度下对横压力的影响趋势图可塑度对横压力的影响


          可塑度对横压力的影响

1.2.2物料温度变化对横压力的影响

 物料温度和辊筒工作表面温度的变化对物料的可塑度和加工性质的影响很明显。通过实践得出,温度和横压力成反比。温度降低,物料可塑度降低,横压力增加;温度升高,物料可塑度增加,则横压力相应降低。其变化趋势如下图所示。但温度如果升高超过物料所能承受的极限时,就有可能产生不可逆转的化学性能的改变,从而影响制品质量。因此,不能单纯为了降低横压力而不加限制地提高压延温度。温度对横压力的影响


        温度对横压力的影响

1.2.3辊缝间隙对横压力的影响

  横压力与辊缝间隙大小成反比,间隙越小,则横压力越大。实测证明,当辊缝间隙大小超过某一临界数值后,横压力的变化曲线就将趋于平坦。也就是说,横压力的变化就很小了。其变化趋势如下图所示。辊缝间隙对横压力的影响


        辊缝间隙对横压力的影响

1.2.4辊筒工作线速度对横压力的影响

  通过实测证明,相同条件下辊筒工作线速度越高,横压力越大;线速度越低,横压力越小,两者的改变成正比趋势,但变化比较缓慢。其变化趋势如下图所示。造成这种现象的原因是:

  压延线速度提高造成辊缝间的压力增大,致使横压力增大压延速度提高使物料在辊缝间的剪切作用增强,物料摩擦生热增多,温度随之升高,导致物料粘度降低,又致使辊简所受横压力下降。因此,速度与横压力的关系是几种相互有关联的结果。辊筒工作线速度对横压力的影响


        辊筒工作线速度对横压力的影响

1.2.5辊筒直径大小对横压力的影响

 由压延原理可知,辊筒的直径越大,其所受到的横压力越大;直径越小,则横压力也越小。辊简直径与横压力成正比关系,如下图所示。辊筒直径与横压力的关系


         辊筒直径与横压力的关系

1.2.6辊筒工作表面长度对横压力的影响

  由于辊筒所受单位横压力在压延幅宽范围内是相等的,因而辊筒的工作表面长度(即辊面宽度)越大,压延制品幅宽越大,其所受横压力也越大。它们近似于正比关系。

1.2.7其他因素对横压力的影响

  压延机的加料方式和辊缝前面积料区的大小对横压力都有很大的影响。如果辊缝前面积料区的几何尺寸较小,则物料对辊筒的合力就较小,则横压力也较小;反之,横压力就较大。

  如果压延机供料采用连续带状供给,井且左右摆动使其均匀加人到辊缝使积料区的大小保持稳定,则辊简所受横压力就比较平稳,波动较小;而当辊筒采用断续供料时,积料区的尺寸稳定性较差,则辊筒所受的模压力的波动就较大。

1.3辊筒横压力的确定

  由以上各项可以看出,横压力的变化要受到许多因素的影响,井且有些因素在工作过程中是可变的、不确定的。所以,很难精确计算模压力的大小。目前选取模压力数值的主要依据是实际测定值和经验数据。

滚筒总的模压力可用下式计算:

Q=pL

式中 Q-辊筒总的横压力, 单位为N;

p-辊筒工作表面单位长度上的模压力(单位横压力),单位N/cm;

L-辊筒工作部分长度, 单位为cm

  辊筒工作表面单位长度上所受横压力的经验数值见表2-1。在具体的选取过程中,通常根据物料的性质来确定p的数值。在压延硬度、粘度较小的物料时取小值;而生产硬度与粘度较大的物料时取大值。不过,随着现代生产的发展,出现了许多新的生产工艺和物料种类,在进行压延成型过程中,有可能使辊面单位长度上的横压力值超出表中所列出的范围,这就需要进行具体问题具体分析,不能一概而论。

表2-1辊筒工作表面单位长度上的横压力的经验数值


辊筒工作部分直径/mm
230
360
400
450
550
610
700
p/(N/cm)
3500-4000
4000-4500
4000-4500
4500-5000
5000-6000
5500-6500
6500-7500



2.1辊筒规格

  辊筒是压延机直接生产制品的部分,是压延机的最重要的工作零件之一。在压延机的设计与使用中,辊筒规格是一个非常重要的参数。因为,压延机的规格、性能、外形尺寸以及其他参数等都与其密切相关,辊筒规格通常用辊筒工作部分直径( D)和工作面长度(L)来表示。

2.1.1长径比

 辊筒工作面长度(L)和工作部分直径( D)两者的比值(L/D)被称作长径比,是衡量辊筒刚度的重要数据。长径比越大,辊筒刚度越差,在横压力作用下产生的挠性变邪拿磐斯尼斯人娱乐网苍酱螅寡映龅闹破泛穸染纫膊;长径比越小,则辊筒刚度越好,受力状态下产生的挠性变邪拿磐斯尼斯人娱乐网苍叫。其压延出制品的厚度精度越高。

 然而,长径比也不是越小越好。当辊简工作面长度L减小时,压延制品幅宽也随之减小,这就降低了生产率;当不减小L而是增加辊筒工作部分直径D时,由横压力产生的特性可知,此时辊简横压力会增加,同时也增大了功率消耗。因此,应根据物料的性质选择一个合理的长径比数值,既要保证压延制品的厚度精度,又要兼顾压延幅宽,保证生产率。通常压延机辊筒的长径比在2.5-3之间(但随着辊筒制造方法的进步、高性能辊材质的研发、物料性能的改善等因素变化的影响,现在有的压延机辊筒的长经比已经突破了这一常规范围),当物料产生的单位横压力较大时取小值,单位横压力较小时取大值。而压延制品的最大幅宽占辊筒工作面长度的百分比一般在80%~ 90%左右。

  压延机辊筒采用较大长径比时,可在不增加辊筒直径的情况下增大压延幅宽,对于减小设备外形尺寸,减少设备投资,降低驱动功率,方便维护保养,提高经济效益等都有着很大的好处。但由于受辊筒刚度的限制,长径比不能太大。影响辊筒刚度的因素同辊筒结构型式和制造辊简所用材料有关。

2.1.2刚度

1.辊筒结构型式对刚度的影响

  根据其内部结构型式辊筒可分为中空辊筒和钻孔辊筒两种。由于规格相同的钻孔辊筒的工作部分有效截面积要大于中空辊筒的工作部分有效截面积,因此,前者的抗弯模量要大于后者的抗弯模量。在此情况下,钻孔辊筒的刚度要大于中空辊筒的刚度。

2.辊筒的材料和铸造方法对刚度的影响

  辊筒的材料通常有普通冷硬铸铁、合金冷硬铸铁、球墨铸铁及铸钢或锻钢等。钢的弹性模量很高,达2.1 x 十的五次方MPa以上,所以用铸钢或锻钢制成的辊筒刚度很大,适于用来制造直径较小、工作表面较宽、受力较大的压延机辊筒。但用铸钢或鍛钢制成的辊筒成本比较高、投入较大,同时由于含碳量较低,不能在辊简表面形成坚硬耐磨的冷硬层,必须经过特殊处理(如表面淬火、氮化、镀硬铬等), 使表面硬化才能使用。因此,铸钢或锻钢辊筒通常用在物料较硬、 横压力较大、压延幅宽较大但又不希翼增大辊筒直径的场合。

2.3辊筒的速比对制品的影响

2.3.1积料区

  为了使压延机能够维持正常的生产,并使制品的质量得到有效保证,在压延机的辊缝处般都有一个积料区,积存着一定数量的物料。这个积区的功能是:

      1) 通过横压力产生的原理可知,如果没有堆积料的存在,就没有横压力的产生,就不会对物料造成挤压力。而没有了挤压力,配对辊筒就不能将物料压延成内部密实外表符合要求的制品。因此,适当的积料区是保证压延制品质量所必需的。

2)物料在积料区内随着辊筒的转动,不断地进行翻滚、旋转运动,使物料在此被加热塑化剪切混炼,物料中各种成分的分布更趋于均匀,并可排除部分挥发性成分产生的气体,保证制品的内在和外在质量。

3)物料在积料区内不断地进行着新旧交替。旧物料随着辊筒的转动被不断带走,新物料随之不断补充进来,使积料区的大小维持在-个合理的水平上,并保持着一种动态平衡。

2.3.2速比对制品质量的影响

积料区内的物料的运动状况与辊筒的速比有很大关系。当两辊的线速度相等(即V1= V2)时,物料在辊面上呈紧贴辊面的一薄层,致使较早进人积料区的物料不能顺利通过辊缝,因此新、旧物料之间相对流动较差,使物料间的剪切作用减弱,同时这种状态降低了新、旧物料之间的更替作用,造成物料中的挥发性气体和部分夹杂在其中的空气不易充分排除,容易在制品中形成气泡,影响制品质量。

当配对辊筒速度不同( 即速比不等于1)时,贴附在快辊表面的部分物料容易率先通过辊缝。由于辊缝越来越小,物料受到的挤压力越来越大,致使在通过辊缝之前就有部分物料被挤压回来形成回流,与积料区内原有的物料相互混合旋转,从而在辊缝前形成有规律流动的回流区。在此过程中,物料受到了充分的混炼剪切等作用。随后积料区中的部分物料又贴附在慢辊上,与快辊上的物料汇合后,一起被压出缝。在这种状态下,由于物料能够得到充分的混炼剪切与塑化,可以在一定程度上升高物料的温度,增强其流动性,加快了积料区中物料的新旧更替的过程,增强了脱气作用,使物料中的挥发性气体和卷人物料中的空气等比较容易地在通过辊缝之前就被排除掉,从而避免了在压延后的制品中形成气泡和由于塑化不好而造成制品薄厚不均、光泽不均等现象,提高了制品质量

实践证明,保持辊缝前面积料区的物料的正常回转运动是非常重要的,它能够直接影响压延制品的质量。正常的回转运动除了与辊简速比有关外,还与物料成分温度以及筒的表面粗糙度等有关系。通常情况下,物料的温度越高,其动性就越好,就越容易附着在辊面上随筒的转动向前运动同时,当其他条件相同时,辊筒的表面粗糙度值越高,物料就越容易附着在辊面上。但比较差的辊量将影响制品的表面质量如果制品的透明度要求比较高的话,则会严重影响其透明度。所以,不能够采用增大辊面的表面粗糙度值的方法来增加物料在辊面上的附着力。

在实际操作中,为了得到稳定的回转积料区,通常按照物料包辊的先后次序,依次提高辊筒温度(具体温度差值要由物料性质并结合实际进行调定,一般在5℃左右),并使辊简线速度也稍快一些,从而形成一个稳定的回转积料区,生产出合格的制品。

但是,想要使各辊筒温差始终保持在一个稳定的范围内,单靠经验或人工调整是一件比较困难的事情。首先,由于辊筒的内部结构不同,使温控介质对辊面的加热冷却不均匀,例如,中空辊筒与钻孔辊筒相比较前者对温度调节的反应灵敏性、辊面各处温度的均匀性等都不如后者。因此,现在生产较高精度制品的压延机几乎全部采用钻孔辊筒。其次,辊筒温度的控制方法对控制辊温也有很大的影响。传统的采用蒸汽直接加热辊筒的方法正在逐渐被采用单独的闭式循环方式进行全自动智能化控制所替代提高了辊筒温控精度。

由于维持积料区的正常回转需要保持一定的速比,为了适应不同的物料特性并使使用效果到达最佳,传统的采用开式速比齿轮传动方式正在逐渐被更加先进的各辊简单独传动方式所取代,并且各动力辊由伺服电机独立驱动,实现了在一定范围内无级调速的功能使精确调定速度与速比成为可能。

2.3.3塑料压延中对速比的要求

在塑料压延过程中,辊缝前面积料区内的物料由于被辊筒挤压而不停地进行着旋转、混炼,并受到强烈的剪切作用,从而使其温度升高。在压延的速度较低(一般≤30m/min)、制品厚度较大时,辊筒线速度较低,对物料的挤压力也较小,剪切过程不是很剧烈,其速比可以取1.2或更大些而不会造成料温过度升高。但是,当压延速度提高到定程度后(如60m/min以上)制品厚度较小时,辊筒线速度非常高同时对物料的挤压力也提高很多,物料受到的剪切作用非常强烈,此时若还是采用1.2的速比,容易造成物料温度急剧升高,可能使物料改变加工性能,严重的还会使物料内部发生化学变化,甚至热解等后果。所以此时一般取较小的速比,通常在1.1以下。

现代塑料压延机的生产速度越来越快生产的制品品种也越来越多。因此,客观上要求压延机的各辊简要能够相对独立地调节线速度,以易于在各辊筒之间调整比,来适应实际生产的需要

                                   


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