3. Конструкция основных деталей и узлов.

Червяк. Наиболее важной деталью червячной машины, ее рабочим органом является червяк. Технологическое назначение машины определяется в основном конструкцией червяка. Обычно червяк состоит из двух неразъемных частей: нарезной части и хвостовика. Нарезная часть входит в цилиндр машины и является ее функ­циональным органом, хвостовик служит для соединения червяка с приводом машины.

По количеству заходов нарезки червяки бывают:

1. Однозаходные, двухзаходные, трехзаходные;

2. Комбинированные — однозаходные в зоне воронки и двухзаходные в дозирующей зоне.

Двухзаходная нарезка обеспечивает более равномерную подачу перерабатывае­мого материала в головку, чем однозаходная нарезка.

Червяки изготавливаются с постоянным по длине шагом на­резки и с переменным. Глубина нарезки также может быть по­стоянной или переменной. Отношение объема винтовой канавки на длине червяка в один шаг нарезки в зоне воронки к такому же объему в зоне нагнетания носит название степени сжатия.

Степень сжатия выбирается опытным путем и составляет обычно 1,2—1,3. Необходимая степень сжатия достигается или переменной глубиной нарезки, или переменным шагом, или тем и другим одновременно.

По форме червяки конструируются:

1. Цилиндрическими;

2. Кони­ческими;

3. Ступенчатыми (коническо-цилиндрическими).

Отношение длины нарезной части червяка к его диаметру Dопределяет технологическое назначение машины. Машины, пред­назначенные для переработки разогретых резиновых смесей, имеют это отношение в пределах 3—5. В машинах, перерабаты­вающих каучуки и холодные резиновые смеси, применяются более длинные червяки, длина нарезной их части здесь доходит до 10 диаметров и более.

Угол подъема винтовой линии нарезки червяка оказывает су­щественное влияние на производительность червячной машины. Установлено, что оптимальная (с точки зрения производительно­сти) величина угла находится в пределах 20—30°.

Материалы червяков- стали марок 40ХНМА, 38Х2МЮА, 40Х и 45 с термической обработкой, предельная прочность которых на разрыв достигает 8·10² МПа. Поверхность червяка азотируется на глубину 0,5— 0,7 мм и подвергается термической обработке для достижения твердостиHRC78—82 с целью повышения износостойкости. Гребни винтовой нарезки крупных машин наплавляются твердым сплавом.

Зазор между червяком и поверхностью цилиндра (по наруж­ному диаметру нарезки и внутреннему диаметру цилиндра) вы­бирается в пределах (0,002-0,005)D. По мере износа рабочих поверхностей этот зазор увеличивается, что приводит к снижению производительности машины. При достижении зазора, превышаю­щего 0,01D, червяк и цилиндр подлежат восстановительному ремонту.

На рис. 3.1. приведена конструкция червяка к машине общего назначения типа МЧТ-63. Нарезка- двухзаходная, с постоянным шагом и переменной глубиной. Степень сжатия- 1,2. На поверх­ности части, являющейся переходной от хвостовика к рабочей, имеется винтовая канавка небольшой глубины, препятствующая выходу резиновой смеси из цилиндра в зону подшипников.

Рис. 3.1. Конструкция червяка к машине МЧТ-63.

Конструкция червяка с переменным шагом нарезки и постоянной глубиной показана на рис. 3.2.

Рис. 3.2. Конструкция червяка с переменным шагом нарезки.

Частота вращения червяка оказывает влияние не только на производи­тельность, но и на весь режим работы червячной машины. По этой причине большинство червячных машин имеют схему привода червяка, которая позволяет варьировать частоту его вра­щения в достаточно широком диапазоне. Это достигается установ­кой коробок скоростей, вариаторов, а также двигателей со сту­пенчатым или плавным регулированием частоты вращения вала.

Охлаждение червяка. Для поддержания теплового режима работы на требуемом уровне червяки имеют центральный канал, внутрь которого по­дается охлаждающая вода. В головной части червяка этот канал заглушается, а в хвостовой части — соединяется с системой охлаждения.

Рис. 3.3. Система охлаждения червяка:

1 — хвостовик червяка; 2 — трубка; 3 — приводной вал; 4 — крышка; 5 — уплотнительная ман­жета; 6 — центральная труба.

Подвод воды для охлаждения червяка осуществляется с по­мощью специальной системы, один из вариантов которой показан на рис. 3.3. Вода подается во внутреннюю полость червяка по центральной трубке 6, прикрепленной к фланцу 4 с помощью крышки. Возврат воды идет по межтрубному пространству, обра­зованному центральной трубой 6 и трубой-удлинителем 2. Послед­няя ввернута одним концом в хвостовик червяка и вместе с ним вращается. Второй конец этой трубы входит в сливную полость крышки 4 и уплотняется здесь резиновой манжетой 5.

Цилиндр. Цилиндр червячной машины должен быть достаточно прочным и массивным, так как он работает при большом давлении: 6—15 МПа (в зависимости от пере­рабатываемого материала и диаметра червяка), а при закрытой головке — до 30—40 МПа.

Цилиндр машины обычно изготавливают из чугунного или стального литья цельным или сборным. В последнем случае на наружной поверхности внутреннего стакана имеются ребра для образования полостей, в которые мо­жет подаваться обогревающая или охлаждающая вода. Если цилиндр изгото­влен из одной отливки, он выполняется с полостями для пара или воды. Внутрь цилиндра запрессовывается сменная гильза из стали 38ХМЮА_;, внутренняя (рабочая) поверхность которой азотирована и имеет твердостьHRA83—86.

На рис. 3.4. приведена конструкция сборного цилиндра. Корпус цилиндра 5 выполнен сварным и состоит из рубашки и двух фланцев — переднего 4 и заднего 8. Стальная гильза 2 крепится в корпусе с помощью болтов и фланца 1 и удерживается от про­ворачивания шпонкой 6. Две рубашки, образованные наружным кожухом, внутренней трубой и гильзой, позволяют поддерживать различный тепловой режим в зоне воронки и в рабочей части цилиндра. Подача теплоносителей в рубашки производится через штуцеры 7.

Рис. 3.4. Цилиндр сборной конструкции:

1 — фланец, 2 — гильза; 3 — уплотнительное кольцо; 4 — передний фланец; 5 — корпус;

6 — шпонка; 7 — штуцер; 8 — задний фланец.

В цилиндрах литой конструкции полости для циркуляции теп­лоносителей создаются в процессе отливки. Во внутреннюю по­лость цилиндра в этом случае запрессовываются сменные гильзы из термообработанной стали.

Загрузочная воронка.В корпус машины встроена загрузочная воронка для питания машины резиновой смесью. Загрузочная воронка делается таких размеров, чтобы по длине она занимала 1—1,5 витка червяка. Одна из сторон имеет наклон 30°- 35° к вертикали. Для лучшего захватывания подаваемой смеси червяком воронку делают с некоторым поднутрением дли устанавливают у во­ронки приводной вращающийся питательный валик, В крупных червячных машинах (грануляторах, листовальных) материал подается в воронку прину­дительно одним или двумя специальными толкателями. Применение питатель­ного валика или толкателя повышает производительность машины. Виды загрузочных воронок представлены на рис. 3.5.

Рис. 3.5. Виды загрузочных воронок:

3—общего назначения; б — с питательным валиком, а —с принудительным питанием.

Станины и фундаментные плиты. Станины и фундаментные плиты изготавливают из чугунного литья или из проката сварными, коробчатого сечения. Внутри станины иногда устанавли­вают электродвигатель привода и редуктор. Часто станины делают разбор­ными или отодвигающимися, что облегчает монтаж и ремонт машины. Некоторые червячные машины выпускаются с массивным основанием и антивибрационными устройствами, допускающими установку машины на полу без применения специальных фундаментов, что удешевляет и упрощает их монтаж и перестановку при изменении технологи­ческого процесса.

Головки. В зависимости от направления выхода шприцуемой резиновой смеси головки могут быть прямые, поперечные или косые. В прямой головке направление течения резиновой смеси совпадает с направлением оси червяка. Подобные головки приме­няются для грануляции смесей, очистки их и производства боль­шинства профильных заготовок. В поперечной головке направле­ние течения смеси меняется на 90° по отношению к оси червяка, а в косой головке — чаще всего на 60°. Такие головки применяются главным образом для непрерывной обкладки резиновой смесью каких-либо изделий (например, при изоляции проводов и кабе­лей, при обкладке рукавов, шлангов и т. п.).

По сопротивлению головки условно делятся на три типа:

1. Го­ловки низкого давления — до 5 МПа,

2. Головки среднего давле­ния— от 5 до 10 МПа,

3. Головки высокого давления — свыше 10 МПа.

Основные требова­ния к головкам.Для удобства смены и быстроты чистки головки должны легко и удобно сниматься с корпуса цилиндра, для чего машины оснащаются соответствующими устройствами от простых болто­вых соединений до сложных байонетных затворов и специальных подъемных устройств.

Внутренние полости и каналы, по которым совершается течение перерабатываемого материала, должны иметь плавные переходы без «мертвых» зон и застойных про­странств, в которых резиновая смесь может находиться без дви­жения, перегреваться, вулканизоваться и вызывать дефекты в шприцуемых полуфабрикатах. Чтобы резиновая смесь равно­мерно выходила из профилирующего инструмента, в головке ма­шины внутренние каналы от червяка до выхода должны иметь одинаковое гидравлическое сопротивление по всем линиям тока.

Внутренние полости головки и ее деталей обрабатываются по высокому классу чистоты, хромируются и поли­руются. Это обеспечивает легкую чистку головки и способствует получению высокого качества шприцуемых изделий.

Протекторные головки.На рис. 3.6. представлена схема головки червячной машины для выпуска заготовок протекторов автомобильных шин. Корпус головки представляет массивную отливку с полостями для подачи пара или воды. Своим фланцем корпус головки крепится к ци­линдру машины 7, выходное отверстие имеет форму щели, закры­ваемой спереди двумя планками, оформляющими профиль заго­товки. Верхняя сменная планка 2 является профилирующей, имеет очертания, соответствующие профилю сечения заготовки протек­тора. Эта планка прижимается к корпусу головки с помощью планки 3 и гребенки 4. Гребенка в свою очередь соединена со штоком воздушного цилиндра 5. Это позволяет быстро осуще­ствить смену профильной планки и перейти к выпуску других заготовок.

Рис. 3.6. Схема устройства протекторной головки:

1— нижняя планка; 2 — профилирующая планка; 3 —зажимная планка; 4 — клиновая гребенка; 5 —воздушный цилиндр; 6 — корпус головки; 7 — цилиндр машины.

Для того чтобы обеспечить равномерное течение резиновой смеси от червяка до профилирующего зазора внутренняя полость головки выполняется с переменными сечением и конфигурацией (рис. 3.7.). Максимальная ширина протекторной заготовки не должна превышать трехкратного диаметра червяка.

Рис. 3.7. Конфигурация внутренней полости головки для выпуска заготовок протекторов.

Существуют головки для выпуска протекторов из двух марок резин: верхняя часть протектора из более жесткой износоустойчи­вой резины, а боковая и нижняя часть из более мягкой, стойкой к многократным деформациям. Головка в этом случае является общей для двух червячных машин. Конфигурация внутренних полостей головки обеспечивает то или иное сочетание резин в об­щем поперечном сечении заготовки.

Рис. 3.8.. Схема головки для выпуска двухслойных заготовок протекторов: 1 — цилиндр машины Ø250 мм; 2 — корпус головки; 3 — блок; 4 — цилиндр машины Ø200 мм; 5 — цилиндры воздушного привода; 6 — профильные планки; 7 — зажимные устройства.

Головка (рис. 3.8.) крепится болтами к цилиндру червячной машины 1 (диаметр червяка 250 мм) и к цилиндру червячной машины 4 (диаметр червяка 200 мм). В головке имеется Y-образный блок 3 с рубашками для нагрева-охлаждения. Этот блок обеспечивает разделение потоков двух резин и соединение их в один перед профилирующим инструментом. Сменные планки 6 крепятся специальными зажимными устройствами 7, имеющими воздушные приводы 5. При такой установке головки заготовка протектора выдавливается вниз и отбирается с помощью ленточ­ного транспортера, смонтированного в станине червячных машин.

Головка трубчатых изделий.В головках для выпуска полых трубчатых заготовок (рис. 3.9.) профилирующими инструментами являются дорн 1 и мундштук 9 (называемый иногда матрицей или шайбой). Мундштук закреп­ляется в корпусе головки 4 гайкой 2 и может центрироваться относительно дорна с помощью трех регулировочных болтов 3. Этим обеспечивается нужный зазор между дорном и мундштуком. Дорн крепится на дорнодержателе 8, установленном прочно в вы­точке цилиндра машины 5. Дорнодержатель имеет окна для про­хода резиновой смеси, и его центральная часть соединена с пери­ферийной частью посредством тонких обтекаемых ребер. Ребра имеют сверления, через которые внутрь трубчатой резиновой за­готовки подается опудривающая композиция (смесь воздуха с тальком), предотвращающая слипание заготовки после того, как под действием собственного веса рукав заготовки деформируется.

Рис. 3.9. Головки для выпуска заготовок трубок и шлангов (а) и автомо­бильных камер (б):

1 — дорн; 2 — гайка; 3 — регулировочный болт; 4 — корпус головки; 5 — цилиндр; 6 — штуцер для подачи воздуха; 7 — червяк; 8 — дорнодержатель; 9 — мундштук.

Головка косая, для нанесения изоляции.На рис. 6.10. показана схема косой головки, применяемой для нанесения резиновой изоляции на провода. В дорне 4 имеется от­верстие для протягивания провода, величина слоя определяется размером мундштука 1, положение которого можно регулировать болтами. Для спуска излишней резины в головке установлен проб­ковый кран 3.

Рис. 3.10. Головка для нанесения рези­новой изоляции на провода: 1 — мундштук; 2 — корпус головки; 3 — кран; 4 — дорн; 5 — цилиндр.

Определение основных размеров головки.Размеры каналов головки опре­деляют, исходя из объема резины, выходящей из головки в единицу времени под определенным давлением; при этом допускается, что течение резиновой смеси подобно течению ньютоновской жидкости. Скорость шприцевания и объемная производительность машины в значительной степени определяются давлением в головке и свойствами резиновой смеси. Обычно для смесей с боль­шим содержанием каучуков скорость шприцевания колеблется от 5 до 9 м/мин., а для наполненных смесей — от 15 до 30 м/мин.

По производительности машины можно определить размеры сечений и длину каналов головки, необходимых для изготовления изделий заданного профиля. Для получения изделий с постоянными размерами необходимо доби­ваться того, чтобы падение давления в каждой точке сечения головки было постоянным. Сумма потерь давления в расчетных точках головки должна рав­няться фактическому общему давлению в головке. Конструирование головок ведут методом подгонки, проверяя потери давления по полученным геометрическим размерам. Если полученные расчетом размеры не обеспечивают этого условия, их несколько изменяют, меняя сечение каналов. На практике раз­меры сечений каналов часто подгоняют под габаритные размеры изделия.

При конструировании головки и приспособлений (планки, мундштуки, дорны) принимают следующие положения.

1. Диаметр цилиндрической головки на входе принимают равным диа­метру цилиндра машины. Обычно головку делают внутри конической с диа­метром, уменьшающимся к выходному сечению головки. Назначение конуса — создать давление на выходе. Диаметр мундштука на входе должен быть равен диаметру внутренней полости головки на выходе. На выходе мундштук можно делать расширяющимся, что дает возможность шприцевать кольцевые заго­товки диаметром несколько большим (в 1,1—1,2 раза), чем диаметр червяка.

2. Расстояние от конца червяка до мундштука не должно превышать диаметра червяка.

3. Внутренний объем протекторной головки должен быть в 2 раза меньше объема червяка. Длина ее для средних машин должна быть больше диаметра червяка на 75%, а для больших машин — на 100%. Площадь сечения выход­ной щели должна быть в среднем на 50% меньше площади сечения червяка.

4. При выборе конфигурации выходных отверстий головок учитывают усадку и скорость выхода резины.

5. Головка и охлаждающие полости должны быть так сконструированы, чтобы при температуре шприцевания 120°С температура наружной стенки головки не превышала 70°С. Этим предупреждается подвулканизация смеси в «мертвых зонах» где скорость протекания смеси меньше.