李開新

（天津國際聯(lián)合輪胎橡膠股份有限公司 天津 300452）

輪胎部件的擠出是輪胎制造必不可少的一部分，隨著輪胎行業(yè)的發(fā)展，我國輪胎產(chǎn)量逐年攀升，尤其是子午胎的需求量越來越大，子午胎的擠出部件多且部件型狀復雜，如何更好地提高擠出部件的質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，是一個值得研究的課題。

正確合理的設定雙復合擠出機的螺桿轉(zhuǎn)速和擠出線速度能夠提高口型板的試驗效率，也能充分發(fā)揮擠出能力提高擠出效率，同時也是實現(xiàn)工廠自動化生產(chǎn)的必要條件。以往都是通過現(xiàn)場試驗法，速度慢、效率低，本文以Ф250、Ф200 雙復合擠出機為例，討論從理論上計算雙復合擠出機的螺桿轉(zhuǎn)速和擠出線速度。

1 計算理論及公式推導

假設膠料為牛頓型流體（即粘度不隨剪切應力和剪切速率變化），當膠料的粘度一定時，擠出量Q 與螺桿的轉(zhuǎn)速N 成正比[1]，這時我們來定義一個新名詞，叫做擠出機的“單位擠出量”，即擠出機每分鐘每轉(zhuǎn)的擠出重量 QA（單位：kg/min/RPM），那么可以得到公式1。我們找一塊已開型的口型板，喂料穩(wěn)定且待擠出穩(wěn)定后，記錄擠出機轉(zhuǎn)速N（單位：RPM），同時用秒表計時，時間為t（單位換算成min），這段時間內(nèi)擠出的膠料做好標記，裁斷后稱量此段膠料重量M（單位：kg），可以得到公式2。

Q——膠料擠出量（單位：kg/min）

QA——膠料單位擠出量（單位：kg/min/RPM）

M——膠料重量（單位：kg）

N——螺桿轉(zhuǎn)速（單位：RPM）

t——時間（單位：換算成min）

用這種方法可以分別測定Ф250 擠出機或者Ф200 擠出機的膠料“單位擠出量”。

膠料自擠出機擠出后通過傳送帶連續(xù)穩(wěn)定地生產(chǎn)運行，可以推算得到膠料擠出量和線速度的關系（公式4）：

那么計算擠出機螺桿轉(zhuǎn)速和擠出線速度的公式為：

V——線速度（單位：m/min）

MA——型膠的每米重量（單位：kg/m）

部件擠出冷卻后要按工藝長度裁切，這就需要計算裁刀的裁切速度V裁（單位：次/min），裁刀每分鐘最大的裁切次數(shù)是一個極限值，如果超過這個極限值則會出現(xiàn)擠出件堆積的情況。

L——擠出件的裁切長度（單位：m）

雙復合擠出有如下的限定條件：

a.螺桿最大轉(zhuǎn)速Nmax——設備限制；

b.最大線速度Vmax——設備限制；

c.最大裁切速度V裁max——設備限制；

d.最大擠出溫度Tmax——工藝限制；

e.擠出件最大碼放溫度——工藝限制。

計算得到的擠出參數(shù)要同時滿足以上限定條件，不能超出設備的生產(chǎn)能力，也不能超出工藝參數(shù)的范圍。擠出件碼放溫度跟部件的厚度、冷卻水的溫度和擠出速度有關，設備在采購時已經(jīng)考慮過極端情況，完全可以達到碼放要求，本文在此也就不考慮此影響因素了。要提高擠出效率，可以首先提高擠出機的轉(zhuǎn)速N，然而必須考慮到膠料的擠出溫度，擠出溫度過高，導致膠料焦燒，會影響半成品外觀質(zhì)量和物理性能。螺桿轉(zhuǎn)速過高會使半成品擠出溫度過高，螺桿轉(zhuǎn)速對擠出溫度的影響十分顯著，幾乎與螺桿轉(zhuǎn)速成正比[2]。生產(chǎn)時不能超過工藝溫度的限值Tmax。我們可以測量每個擠出機擠出溫度達到Tmax 時對應的螺桿轉(zhuǎn)速Nmax，并以此作為我們計算的首要限定因素。

2 計算流程

雙復合擠出運行一般存在如下三種情況：

（1）一種配方膠料，單個擠出機擠出；

（2）一種配方膠料，兩個擠出機擠出；

（3）兩種配方膠料，兩個擠出機擠出。

第一種情況：一種配方膠料，單個擠出機擠出。

根據(jù)擠出部件的型狀確定使用的擠出機，Ф200 或者Ф250 擠出機，計算擠出件每米重量MA，選擇擠出最大轉(zhuǎn)速Nmax，那么擠出機就可以達到最大生產(chǎn)效率，計算擠出線速度V，如果V 大于設備運行的最大線速度Vmax，就需要重新選擇轉(zhuǎn)速N 直至V≤Vmax；如果V 小于等于設備運行的最大線速度Vmax，那么就可以進行下一步，計算裁刀的裁切速度V裁。然后根據(jù)裁切速度是否超過最大裁切速度V裁max 決定是否重新選擇擠出機轉(zhuǎn)速N。最終計算可得到擠出時需要的擠出機轉(zhuǎn)速N 和擠出線速度V，計算流程圖見圖1。

圖1

第二種情況：一種配方膠料，同時使用兩個擠出機擠出。對于部件尺寸較大單個擠出機無法滿足尺寸要求時，會采用這種擠出方式。因為使用的是同一種膠料，保證兩個擠出機螺桿轉(zhuǎn)速和生產(chǎn)線速度相匹配，擠出件的結(jié)合面良好即可（因為是一種膠料，有時無明顯結(jié)合面），為充分發(fā)揮設備的生產(chǎn)效率，計算時首先取兩個擠出機的最大轉(zhuǎn)速Nmax200和Nmax250，計算擠出線速度V，如果V 大于設備運行的最大線速度Vmax，就需要重新選擇轉(zhuǎn)速N 直至V≤Vmax；如果V 小于等于設備運行的最大線速度Vmax，那么就可以計算裁刀的裁切速度。然后根據(jù)裁切速度是否超過最大裁切速度V裁max 決定是否重新選擇擠出機轉(zhuǎn)速N。最終計算可得到生產(chǎn)需要的兩個擠出機轉(zhuǎn)速N200和N250及擠出線速度V，計算流程圖見圖2。

圖2

第三種情況：兩種配方膠料，同時使用兩個擠出機擠出。

有些擠出件必須使用兩種配方的膠料復合到一起使用，且對兩種膠料擠出后的形狀和重量都有要求，因此不能隨便調(diào)整兩個擠出機的轉(zhuǎn)速，兩個擠出機轉(zhuǎn)速應成比例關系。如圖3 就是擠出件使用兩種膠料的情況，中間使用配方甲，在Ф250 擠出機擠出，左右兩側(cè)使用配方乙，在Ф200擠出機擠出，這兩種膠料經(jīng)過口型板擠出后成為一個整體。

圖3

圖4

首先，根據(jù)部件的結(jié)合面計算部件中甲的重量M甲和乙的重量M甲，并計算每米重量MA甲和 MA乙。選擇Ф250 擠出件轉(zhuǎn)速N250，可以選擇Ф250的最大轉(zhuǎn)速，以此計算擠出線速度V，如果V 大于設備運行的最大線速度Vmax，就需要重新選擇轉(zhuǎn)速N 直至V≤Vmax；如果V 小于等于設備運行的最大線速度Vmax，那么就可以用這個線速度推導Ф200 擠出機的轉(zhuǎn)速N200，N200=。如果N200大于Ф200 擠出機的最大轉(zhuǎn)速N200max，就需要重新選擇Ф250 擠出機轉(zhuǎn)速N250；如果N200小于等于Ф200 擠出機的最大轉(zhuǎn)速N200max，就可以進行下一步，計算裁刀的裁切速度然后就可以根據(jù)裁切速度是否達到要求決定是否重新選擇擠出機轉(zhuǎn)速N。最終計算可得到生產(chǎn)需要的兩個擠出機轉(zhuǎn)速N200和N250及擠出線速度V，計算流程圖見圖4。

實際上膠料并非是牛頓粘性流體，粘度隨流動速度變化而變化[3]。我們實際操作中可以取一個口型開口尺寸接近中間值的口型板進行測量單位擠出量QA，來計算螺桿轉(zhuǎn)速N 和線速度V；同時也要考慮膠料批次不同，對擠出造成影響，這時只要在計算得到的數(shù)值基礎上微調(diào)即可。不同配方膠料物理性能不同，因此每種膠料都需要單獨測定單位擠出量QA，進而計算擠出參數(shù)。

3 結(jié)語

這種計算方法在實際生產(chǎn)中非常實用，從理論上計算出擠出機的螺桿轉(zhuǎn)速和擠出線速度，既可以提高口型板的試驗效率，又能充分發(fā)揮設備的擠出能力，提高生產(chǎn)效率。該計算方法對于其它三復合擠出機或多復合擠出機同樣適用。