专家总结：不同类型的挤出机与温度、熔压等参数的对应关系
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专家总结：不同类型的挤出机与温度、熔压等参数的对应关系
挤出机剪切性能高低由挤出机的螺杆结构所决定。但挤出质量优劣与挤出效率高低，还在于挤出工艺与挤出机剪切性能相适应。否则低剪切挤出机采用过高挤出速度挤出，难以生产挤出高质量型材制品，高剪切挤出机在过低挤出速度下运行，难以有效发挥挤出效率。不同剪切性能挤出机都有一定的工艺控制范围，是有限度的。业内倡导的挤出工艺路线为“马鞍型”即加热区设定温度要高一些，恒温区设定温度要低一些，保温区设定温度要高一些。但不同剪切性能挤出机在不同挤出速度下运行，“马鞍型”的“鞍”与“座”高低是完全不同的。
本文分一下四点阐述：
1、挤出机的加热途径与测温原理
2、低剪切挤出机
3、高剪切挤出机
一、挤出机的加热途径与测温原理
在塑料异型材挤出时，要最大限度发挥不同剪切性能挤出机的挤出效率，建立螺杆加热区(供料段、压缩段)与恒温区(熔融段、计量段)所需热量与所供热量的平衡是关键所在。依据挤出机剪切性能特点，不同剪切性能挤出机，挤出不同规格塑料异型材，应分别采取不同的挤出工艺，以适应制品质量性能的需求。回复“挤出”查看更多相关内容。
塑料异型材挤出，物料由玻璃态转化为熔融态共计有两种热源，一种是由电加热器提供的外加热，一种是由螺杆在旋转过程中对物料压延、摩擦、剪切产生的热量。在开机生产时，物料的熔融主要以外加热为主，在正常生产阶段，物料的熔融主要以螺杆对物料压延、摩擦、剪切产生的内热为主。具有关资料表明：在型材挤出中，内热所占挤出机所供热量的比例，大致在65％以上。
外加热温度控制系统主要是通过电器仪表元件实施温度设定与显示。当显示温度超过设定温度指标参数时，加热圈即刻断电，停止加温，并由螺杆油冷装置与螺筒风冷装置进行强制冷却；当显示温度达不到设定温度指标参数时，加热圈就一直不间断工作。由于内热主要受挤出机螺杆特性、加料与挤出速度的制约，不受外加热温度控制系统的影响。当低剪切挤出机挤出速度过高时，即使供料段与压缩段外加热圈工作频率提高，间歇时间很短，其显示温度亦可能达不到设定温度；即使熔融段与计量段外加热停止工作并启动螺杆与螺筒冷却装置运行，显示温度仍可能远远高于设定温度。
同时由于反映显示温度的测温点(热电偶)安装在挤出机螺筒壁上，与螺筒内物料有一定距离，仪表显示温度与物料实际温度在不同工况下则有一定梯度，存在不同对应关系。一般情况下加料段与压缩段物料即存在外加热，又存在剪切热，为双向加热，显示温度基本等同于物料温度；熔融段与计量段物料显示温度未达到设定温度时，亦为双向加热。当显示温度超越设定温度时，热量开始由内向外传递，可称之为逆向传热，显示温度低于物料温度。由此可知低剪切挤出机挤出速度较高时，螺杆熔融段、计量段物料实际温度不仅高于设定温度，也高于显示温度。回复“螺杆”或“挤出”可以查看更多相关文章。
因此当显示温度在设定温度区域运行时，设定温度参数基本等同于物料温度，是物料塑化熔融的控制目标与依据。当显示温度偏离设定温度区域运行时，显示温度可假定为物料温度，即取代设定温度成为物料塑化熔融的控制目标与依据。设定温度只是增加或减少外供热的调控手段。
二、低剪切挤出机
对于低剪切挤出机，由于给料段、压缩段压缩比较小，所提供的内热远远满足不了玻璃态物料塑化要求，故给料段、压缩段温度设定应高一些，因配方不同，大致在190～200℃左右，尽管在提高挤出速度情况下，显示温度依然偏低，但提高设定温度的目的，是为了供料段、压缩段电加热圈，一直不间断工作，只要显示温度在180～185区间，物料紧包裹于螺杆，处于微熔状态，不出现排气孔冒料现象，可视为正常；熔融段、计量段设定温度应低一些，因配方不同，大致在165～175℃左右，尽管在提高挤出速度情况下，显示温度依然偏高，但降低设定温度的目的，是为了熔融段、计量段电加热圈适时停止加热，并启动螺杆油冷与螺筒风冷对物料进行冷却，只要显示温度在180～185℃区间，挤出型坯截面未出现气孔、麻点等症状，可视为挤出速度正常。
反之即使给料段、压缩段温度设定的再高，加热圈不间断工作，排气孔物料疏松，呈豆腐渣状，未包裹住螺杆，从螺筒排气孔出现冒料现象；熔融段、计量段设定温度再低，电加热圈已停止工作，螺杆油冷与螺筒风冷一直对物料进行冷却，挤出型坯已出现气孔、麻点等症状，可视为挤出速度已到极限，应及时降低挤出速度或加料与挤出速度。
排气孔冒料是低剪切挤出机塑化不良的表征。但并非排气孔冒料都是低剪切挤出机所造成的。导致排气孔冒料主要有以下原因：
①加料速度过快，所增加的剪切热不足于平衡所增加的给料量需要的热量，导致的塑料塑化不良；
②挤出速度过快，所增加的剪切热不足于平衡物料在给料段与压缩段停留时间减少而损失的热量，导致的塑料塑化不良；
③配方采用CPE抗冲改性剂时，加工助剂添加量偏少，物料摩擦性能差，到排气孔时塑化不良；
④配方中润滑剂过量，物料在挤出机内移动挤出速度过快，到排气孔时塑化不良；
⑤挤出机螺杆与螺筒轴向间隙过大，漏流严重或螺杆给料段、压缩段温度过高，导致物料“过塑化”，已转化为熔体的物料经历了压缩段第一次压力高峰后，到排气孔时应力释放，体积膨胀，粘附在螺棱端面，随螺杆转动被排气段螺筒刮落在排气孔管壁上，积累到一定程度从排气孔溢出。
前两种排气孔冒料均和挤出机剪切性能差有关，第三种与第四种排气孔冒料主要与配方有关，第五种排气孔冒料主要与挤出机磨损及剪切性能高有关。在判断排气孔冒料原因时，应综合考虑，不可盲目而定。如属于试验配方发生的排气孔冒料应调整配方；如属于挤出机磨损，应调整挤出机螺杆与螺筒间隙；如发现物料在排气孔“过塑化”应调整加料挤出速度比；前三种排气孔冒一般表现为扭距升高，后两种排气孔冒一般表现为扭矩降低。
三、高剪切挤出机
对于高剪切挤出机，由于给料段、压缩段压缩比较高，所提供的内热已能满足玻璃态物料熔融的需要，故一般情况下，给料段、压缩段设定温度比低剪切挤出机设定温度要低一些。依据物料在螺筒排气孔的具体形态而定。不但要注意排气孔是否冒料，而且要注意排气孔物料是否“过塑化”；同样道理，由于熔融段、计量段压缩比较低，剪切热少，故一般情况下熔融段、计量段设定温度比低剪切挤出机设定温度要高一些。
亦按型料，而且要注意排气孔物料是否“过塑化”；同样道理，由于熔融段、计量段压缩比较低，剪切热少，故一般情况下熔融段、计量段设定温度比低剪切挤出机设定温度要高一些。亦按型坯在口模出口的形态而定。不但要注意型坯截面是否出现气孔，还要注意型坯是否“欠塑塑化”。高剪切挤出机比低剪切挤出机设定温度曲线相对比较平缓。
高剪切挤出机挤出最常见的问题不是排气孔冒料，而是由给料段与压缩段剪切热过高，导致物料在排气孔出现挂料“粘壁”症状。开机一段时间，型坯出现黄线，难以正常生产。因此应尽降低该两段设定温度，减少外供热量或调整配方，适量增加润滑剂或减少加工助剂。如果效果不显著或配方润滑剂与加工助剂的变化导致型材质量变化，以及同时采用不同剪切性能挤出机生产，同一的混料、储料、输料系统，不可能为高剪切挤出机单另配料，只有降低挤出速度，在较低挤出效率区间运行。由此也可以提醒企业在增加或更新挤出机时，最好购置挤出机螺杆结构与性能一致或相近的机型。
在挤出过程中，物料由玻璃态转化为熔融态的过程，除搞好物料塑化所需热量与所供热量的平衡，使物料完成理想的塑化外，熔压也是一个十分重要的控制指标。由于物料在挤出过程中受口模阻力、螺杆各段压缩比的影响，本身不是以常压存在的。不同口模，螺杆各段压缩比基本是恒定的，不可变的。螺杆各段压缩比也只是对各段螺杆物料压力进行分配与调整，不可能增加或减少熔体在挤出过程中的总压力。总压力调整主要依靠挤出速度、给料与W挤出速度比等工艺方法进行。调整挤出速度、给料与挤出速度比不仅是调整挤出温度的重要措施，也是调整调整熔体压力与挤出效率的主要措施。
在挤出速度不变前提下，提高或降低给料速度，给料段螺杆物料容积发生变化，排气段物料容积保持不变，故给料段、压缩段随压缩比变化，其熔压随之提高或降低；在给料速度不变前提下，提高或降低挤出速度，给料段螺杆物料容积亦发生变化。排气段物料容积依然不变，故给料段、压缩段随压缩比变化，其熔压随之提高或降低；给料速度随挤出速度同步提高或降低，由于给料段螺杆物料容积不变，仅是因速度增加或减少，导致的熔压变化。
由此可知：前两种情况，随熔体容积变化，熔体压力同步变化，变化较大；后一种情况因熔体容积不变，熔体压力变化较小。因此低剪切挤出机或高剪切挤出机在温度调整时，都要注意物料熔压变化情况，挤出型坯应在保证既不“欠塑化”又不“过塑化”前提下，尽量提高熔压，从而确保型材具有较好光洁度、密实度、尺寸变化率与冲击性能。
不论高剪切挤出机还是低剪切挤出机运行一段时间，螺杆与螺筒轴向间隙磨损增加后，出现漏流现象，当仍在允许范围内，都存在一个工艺与配方调整问题。一般在不影响制品物化性能与外观质量的前提下，可以通过适当降低挤出速度、设定温度或适当减少润滑剂，增加填料，以减少熔体流动性的方法进行处理。当然停机调整螺杆与螺筒轴向间隙，进行抛光处理，保持物料原有流变状态，无疑是最有效的解决措施。
关于机头与过渡段、口模温度控制情况，由于低剪切挤出机与高剪切挤出机剪切性能的差别主要在螺杆结构，与机头、过渡段、口模等关系不大。同时机头、过渡段、口模设定温度仅仅是为熔体物料改变流动方向、调整物料截面物料流速和提高制品外观光洁度服务的。故两种不同剪切性能挤出机在温度控制上，没有大的区别。主要依据出口型坯的形态与外观色泽进行调整。
采用高剪切或低剪切挤出机时应与挤出型材规格相配套。高剪切挤出机剪切产生热量多、挤出量大，如果挤出型材规格过小，受口模与定型模线速度的制约，牵引速度又不能过高，使挤出效率得不到有效发挥，也不能有效利用挤出机自身机械能所转化的热能，达到节能的目的；低剪切挤出机剪切产生热量少，挤出量小，如果挤出型材规格过大，挤出速度提高时，制品质量难以保证。
因此在挤出机配置模具时，高剪切挤出机应配置大规格型材模具，低剪切挤出机应配置小规格型材模具。以确保在相近的工艺条件下，挤出所供热量与所需热量的平衡。
不论采用高剪切或低剪切挤出机挤出生产型材，经检验制品质量符合标准指标要求，工艺参数确定下来，一定要严格执行，一般不要轻易改变。在试验新配方时，尽量以原工艺参数为参考体系，根据物料流变情况，特别是熔压与制品成型尺寸变化、光洁度等外观质量，适当调整工艺温度或配方中加工助剂、润滑剂添加量。回复“助剂”可以了解更多相关文章
①、挤出机的剪切性能是由螺杆锥度、螺纹头数、螺距、螺棱宽度、螺槽深度、螺旋角等因素所决定的。其中螺杆锥度、螺距、螺棱宽度、螺槽深度主要通过螺槽物料容积改变，来增加或减少螺纹剪切面积与剪切热的；螺旋角改变是通过增加或减少物料行程的方法来增大或减少剪切热的。
螺纹头数增加，例如供料段、压缩段由单头变为双头主要是将加热区螺杆物料流动由串连流动改为并联流动，流动速度加快，然后通过排气段单头螺纹堵截，提高其压缩比和剪切热的。实践证明，增加螺杆前两段螺纹头数虽然导致物料行程减少，但增加的剪切热远远大于物料行程减少所损失的热量，是提高挤出机剪切性能最有效的措施；
②、挤出机剪切热是根据挤出物料特性、形态及塑化所需热量进行配置的。由于给料段、压缩段物料基本呈玻璃态，并要求至排气段处于“微熔状”并紧紧包裹螺杆，不被螺筒剥离，所需热量较多；故该加热区压缩比较大；由于熔融段、计量段物料基本处于粘流态，只是局部不甚均匀，需要进一步恒温，所需热量较少，故恒温区压缩比较小。
③、挤出工艺要依据不同规格型材挤出对热量的需求进行控制，以确保挤出机所供热量与不同规格型材物料体积所需热量的平衡。
对于低剪切挤出机，供料段与压缩段设定温度要保证外加热不间断工作，对挤出机剪切热依然不足进行补充。熔融段与计量段设定温度要保证外加热适时停止工作，显示温度仍处于设定温度的控制区间。否则应降低挤出速度。
对于高剪切挤出机除后两段工艺控制基本相同外，最大不同点是前两段剪切热量即有可能不足，也可能过剩，应依据显示温度偏离设定温度的方向与幅度进行调整，如显示温度低于设定温度，应提高设定温度，保持外加热圈处于不间断加热状态，如显示温度高于设定温度，应降低设定温度，使外加热热圈适时停止工作并启动螺杆与螺筒冷却装置实施强制冷却。
④、熔体压力是保证型材密实度、尺寸变化率、冲击强度等性能的主要指标，调整挤出温度与速度时，应在保证型材外观成型质量前提下，尽量保持比较高的熔压。
⑤、挤出机剪切性能强弱应依据型材规格大小进行配置，以充分发挥挤出机挤出效率。
⑥、不同剪切性能挤出机有不同工艺参数。经检验证明能保证型材质量的工艺参数不要轻易改变，以免造成型材质量波动。
⑦、实验配方应以原工艺参数，特别是扭距为参照体系，以挤出机排气孔是否冒料与口模挤出型坯形态为基准进行调整。
⑧挤出机螺杆与螺筒径向间隙发生变化，在不影响型材质量的前提下，可通过调整挤出温度、速度与配方，减少熔体流动性，适当控制物料漏流。
来源：网络
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当前位置：&>>&&>>&&>>&一个多温区控制的塑料挤出机温度控制系统方案
　　目前，国内大多数经济型塑料挤出机的温度控制系统普遍采用分离仪表控制方案和PLC集中控制方案两种。对于分离仪表控制方案，虽然具有价格低的优势，但在控制功能上受到很多限制，主要体现在对各分离单元单独进行控制，整个系统无法实施综合控制，多只温控表的使用，一方面使温控电路结构复杂，故障率增加，另一方面由于温控表多为断续控温方式，因此造成各加热区温度波动较大，影响了塑料制品的加工质量。对于PLC集中控制方案，虽然能对整个系统实施综合控制，但是要编写多回路的PID控温算法实现难度大，占用CPU的资源多，一旦温区超过8个则难以实现高精度的温度控制。如果采用高级别的CPU构建系统，则价格昂贵，性价比低。针对以上情况，我们采用了一种多回路PID温度控制智能模块为控制核心构建挤出机的温度控制系统。该温控系统硬件简单、控温精度高、性能稳定，具有较高的实用价值。
二、系统配置及功能介绍
　　由上所述，传统的控制方式有分离仪表控制和PLC集中控制两种，第一种方式不具备集中控制的意义，故不作分析。以西门子S7-300的PLC构成16个温区的集中控制系统硬件配置如图1所示：
　　图1. PLC集中控制温控系统硬件配置
　　图中SM331是八路热电偶输入模块，SM322是16路量的输出模块，CPU314是西门子的中档CPU，它作为多回路PID的控制核心。由于考虑到每个温区有可能存在加热和冷却的需要，所以系统配置两个SM331，两个SM322，构成16路温度输入、32路开关量输出的控制系统（其他的开关量输入输出忽略）。该系统的控制精度取决于CPU314的运算速度和PID算法，如果采用STEP7的PID标准功能块，则对于纯滞后大惯性的控制对象，难以达到理想的效果；如果自己编写专用的PID控制算法则难度较大。该系统还存在随着温区数量的增多（较多机型的温区在30个左右）存在价格升高、控制精度下降的缺点。 　　以多回路PID温度控制智能模块为核心，匹配低级别PLC构建塑料挤出机温度控制系统是一个多温区控制的理想方案。系统硬件配置图如图2所示：
　　图中M_PID4R_K是佛山市皓科控制技术有限公司研发生产的具有自主知识产权的四回路PID温度控制智能模块，由于模块每回路均带有独立的加热、冷却开关量输出，因此只需要配置4个模块。各模块可独立的控制对应回路的温度值，CPU只需通过现场总线就可以轻松的控制各回路的启闭及获取各回路的当前温度、设定温度值。因此CPU可采用西门子的低档系列S7-200的CPU-226，系统硬件和软件大大简化，系统的价格大幅下降（仅为原系统价格的三分之一），系统的控制精度、可靠性、稳定性大幅提高。
　　四回路PID温度控制智能模块具有1500V电气隔离的输入接口、四路独立隔离的热电偶输入、四组独立隔离的或开关量输出、支持MODBUS/RTU协议的隔离通讯口等优秀的电气性能。通过与支持MODBUS现场总线协议的上位机连接最大可扩展从机128个，即实现 512个温区的控制。值得一提的是该控制模块的PID算法是针对纯滞后、大惯性对象而开发的模糊自适应PID控制算法，非常适合塑料螺杆挤出机、吸塑机、注塑机等机械的多温区精确控制。
三、四回路PID温度控制智能模块的工作原理
　　四回路的PID温度控制智能模块可以看做是四个独立的闭环反馈控制系统，在一个采样周期内， 温度（热电偶）将检测到的料筒与机头温度信号 PV，与设定值SV 进行比较，得到偏差e = SV―PV。结合所给的P、I、D 参数和温度控制策略进行PID运算得出控制输出值，经过脉宽调制，最后得到在一个采样周期中的导通时间。通过控制继电器在一个采样周期中的导通时间即可控制加热器的加热时间，或者冷却风机的工作时间，从而达到精确控制温度的目的。四个回路独立工作，互不干扰，具有极高的稳定性和可靠性。
四、温度控制策略
　　在进行PID 调节时，比例调节反映系统偏差的大小，只要有偏差存在，比例调节就会产生控制作用，以减少偏差。微分调节根据偏差的变化趋势来产生控制作用，它可以改善系统的动态响应速度。积分调节根据偏差积分的变化来产生控制作用，对系统的控制有滞后的作用，可以消除静态误差。增大积分时间常数可提高静态精度，但积分作用太强，特别是在系统偏差较大时会产生积分饱和使系统超调量较大，甚至引起振荡。四回路的PID温度控制智能模块的温度控制策略如图3 所示：
　　1） 实际温度低于T1 时，为加快响应速度，全功率加热。
　　2） 实际温度位于[ T1～T2 ]范围内时，为避免积分饱和，分离积分项，采用PD 控制。
　　3） 实际温度位于[ T2～T3 ]范围内时，采用PID 控制。
　　4） 实际温度位于[ T3～ T4 ]范围内时，采用模糊自适应PID 控制。
　　5） 实测温度大于T4 时，接通风扇，强制制冷。
　　其中T1、T2、T3、T4可以通过组合参数的设定配置给模块，也可以由模块来自动的整定，这种控制策略不仅考虑了实测温度和设定温度的偏差，而且考虑了实测温度的变化趋势，可减少超调和波动，具有很灵活的自适应效果。实际的温度曲线如图4示。
五、结束语
　　本文提出了一种性价比很高的塑料挤出机温度控制系统的解决方案，该方案不仅降低系统的配置成本，而且大大提高了系统的控制精度、稳定性、可扩展性。非常适合各种多温区控制的设备使用。由所配套的多间公司的塑料挤出机的使用效果看出，在新的温控系统控
　　制下，挤出机工作平稳，取得良好的控制效果，控温速度快，温度超调量小于3℃，静态误差小于±1℃。该控制器不仅应用与塑料挤出机，还可以应用于注塑机、吸塑机、吹瓶机等机械的温度控制，具有广阔的应用前景。
　　&&来源:
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引言　　测温测量和控制在当今社会生活中扮演着至关重要的角色，国际国内市场现有的多种测温技术涵盖了安检、市 场、生活、消防、科研等诸多领域。温度的测量和控制在工 业生产中有广泛的应用，尤其在石油、化工、电力、冶金等 重要工业领域中，对温度的测量和监控是非常重要的一个环节。在传统...[][][][][][][][][][]
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