第一章擠出機(jī)

第三節(jié)常規(guī)螺桿設(shè)計(jì)螺桿和料筒組成了擠出機(jī)的擠壓系統(tǒng)。為說明擠壓系統(tǒng)的重要性，人們通常稱之為擠出機(jī)的心臟。塑料(橡膠)正是在這一部分由玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檎沉鲬B(tài)，然后通過口模、輔機(jī)而被做成各種制品的。如果就螺桿和料筒相比，螺桿更顯得居于關(guān)鍵地位。這是因?yàn)橐慌_擠出機(jī)的生產(chǎn)率、塑化質(zhì)量、填加物的分散性、熔體溫度、動力消耗等，主要決定于螺桿的性能。250大螺桿錐雙壓片錐形雙螺桿常規(guī)全螺紋三段螺桿的設(shè)計(jì)所謂常規(guī)全螺紋三段螺桿，是指出現(xiàn)最早、應(yīng)用最廣、整根螺桿由三段組成，其擠出過程完全依靠全螺紋的形式完成的螺桿。這種螺桿的設(shè)計(jì)包括螺桿型式的確定、螺桿分段及各段參數(shù)的確定、螺桿直徑和長徑比的確定、螺桿和料筒間隙的確定等，下面分別敘述。1、關(guān)于螺桿型式的確定按照傳統(tǒng)的說法，常規(guī)全螺紋三段螺桿分為漸變型螺桿和突變型螺桿。2、螺桿的分段及各段參數(shù)的確定如前所述，常規(guī)全螺紋三段螺桿一般分為加料段、壓縮段、均化段（計(jì)量段、擠出段）。由擠出過程知，物料在這三段中的擠出過程是不相同的。在設(shè)計(jì)螺桿時(shí)，每一段幾何參數(shù)的選擇，應(yīng)當(dāng)圍繞著該段的作用以及整根螺桿和各段的相互關(guān)系來考慮。a、加料段。輸送物料給壓縮段和均化段。加料段的核心問題是輸送能力。通過加大加料段的螺槽深度h1來實(shí)現(xiàn)提高輸送量Qs。通過在料筒加料段處開縱向溝槽和加工出錐度來實(shí)現(xiàn)提高輸送量Qs。增加加料段的長度會使產(chǎn)量的提高。加料段的長度與壓力的建立、熔融區(qū)的熔融狀況和波動有關(guān)。加料段的長度一般取(3—10）D，對于結(jié)晶性塑料，加料段長度一般取為螺桿全長的60—65%。螺旋角也是一個(gè)影響輸送能力的因素，由固體輸送理論得知，θb越大；Qs越大。但通常取D=S，即θb=17°40。螺桿表面摩擦系數(shù)越小（料筒的摩擦系數(shù)越大），QS越大。

b、壓縮段。壓實(shí)物料，熔融物料。壓縮段螺桿參數(shù)中有個(gè)重要概念，即壓縮比。a)壓縮比：它的作用是將物料壓縮，排除氣體，建立必要的壓力，保證物料到達(dá)螺桿末端時(shí)有足夠的致密度。壓縮比有二，一是幾何壓縮比，一是物理壓縮比。所謂幾何壓縮比：加料段第一個(gè)螺槽容積與均化段最后一個(gè)螺槽容積之比。所謂物理壓縮比：均化段熔體密度與物料加工之前的松密度之比。

b)設(shè)計(jì)原則應(yīng)使幾何壓縮比大于物理壓縮比。c）獲得壓縮比的方法，可采用等距變深螺槽、等深不等距螺槽、不等深不等距螺槽、錐形螺桿等方法。其中等距不等深螺槽的辦法易于進(jìn)行機(jī)械加工，故多采用。d)

壓縮比的確定：熱喂料橡膠螺桿1.3—1.5冷喂料橡膠螺桿1.7—2.1塑料螺桿一般根據(jù)塑料種類不同取2--5e）壓縮段的長度目前國內(nèi)多以經(jīng)驗(yàn)方法確定。根據(jù)一般經(jīng)驗(yàn)。對非結(jié)晶型塑料，壓縮段約占整個(gè)螺桿長度的55—65%；而對于結(jié)晶性塑料，則取（1—4）D不等。

c、均化段。由擠出過程知，該段的作用是將來自壓縮段的已熔物料定壓定量定溫地?cái)D到機(jī)頭中去。均化段的螺槽深度和長度是兩個(gè)重要參量。螺槽深度

應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)的使該段的計(jì)量能力與壓縮段的熔融能力相匹配，以適當(dāng)?shù)乜刂泼恳晦D(zhuǎn)的擠出量。a)如果該段螺槽深度過大，使其潛在的熔體輸送能力大于熔體熔融能力，壓縮段未熔融的物料會進(jìn)入該段，殘留的固相碎片若得不到進(jìn)一步均勻塑化而擠入機(jī)頭，會影響制品質(zhì)量。b)如果螺槽太淺，產(chǎn)量就會降低，而且熔體會受到過大的剪切，熔體的溫度會變得過高，非但不能獲得低溫?cái)D出，甚至?xí)疬^熱分解。c)均化段螺槽深度的選擇還應(yīng)當(dāng)與使用的機(jī)頭相匹配：若想獲得高的擠出量，高壓機(jī)頭應(yīng)當(dāng)與淺的均化段螺槽的螺桿相匹配，低壓機(jī)頭應(yīng)當(dāng)與均化段螺槽深的螺桿相匹配。d)均化段螺槽深度h3的確定比較復(fù)雜，目前仍以經(jīng)驗(yàn)方法確定。

h3=（0.02—0.06）D螺桿直徑較小者，h3取大值，反之，取小值。均化段長度L3是另一個(gè)重要參數(shù)。a)L3長一些，可以使物料得到相對長一些的均化時(shí)間，也可以減少壓力、產(chǎn)量、溫度的波動。b)但L3不能過長，否則會使壓縮段和加料段在螺桿全長中占的比例變小，不利于物料的熔融，或使螺桿加長。c)均化段的長度也多憑經(jīng)驗(yàn)確定。對于非結(jié)晶性塑料，均化段長度約占螺桿全長的22—25%；對結(jié)晶性塑料，均化段長度約占螺桿全長的25～35%。3、螺桿與料筒間隙的確定a、間隙δ選取所考慮的因素：

a）被加工物料的性質(zhì)。（如熱敏性與非熱敏型物料）

b）機(jī)頭阻力情況。

c）螺桿料筒的材質(zhì)及其熱處理情況

d）機(jī)械加工條件

e）螺桿直徑的大小。螺桿直徑越大，δ的絕對值應(yīng)選得越大，螺桿直徑越小，δ的絕對值應(yīng)選得越小。b、選取我國已有擠出機(jī)系列標(biāo)準(zhǔn)的直徑間隙值，可根據(jù)情況選取。δ＝（0.003—0.005）D,直徑大者取小值，小者取大值。

4、螺桿其它參數(shù)的確定a、螺旋升角θ：實(shí)驗(yàn)證明，物料形狀不同，對加料段的螺紋升角要求也不一樣。出于機(jī)械加工的方便，一般取D=S，θ=17°40’。

b、螺紋的頭數(shù)i

螺桿螺紋可以是單頭的，也可以是雙頭的。多頭螺紋用得較少，這是因?yàn)槲锪显诙囝^螺紋中不易均勻充滿，易造成波動。c、螺紋棱部寬度ea）e太小會使漏流增加，而導(dǎo)致產(chǎn)量降低，特別是對低粘度的熔體來說更是如此。b）e太大會增加螺棱上的動力消耗，有局部過熱的危險(xiǎn)。一般取e=（0.08-0.12）D。

5、螺桿頭部結(jié)構(gòu)當(dāng)塑料熔體從螺旋槽進(jìn)入機(jī)頭流道時(shí)，其料流形式急劇改變，由螺旋帶狀的流動變成直線流動。為得到較好的擠出質(zhì)量。要求物料盡可能平穩(wěn)地從螺桿進(jìn)入機(jī)頭，盡可能避免局部受熱時(shí)間過長而產(chǎn)生熱分解現(xiàn)象。這與螺桿頭部形狀、螺桿末端螺紋的形狀以及機(jī)頭體中流道的設(shè)計(jì)和分流板的設(shè)計(jì)等有密切關(guān)系。根據(jù)常用的螺桿頭的形狀，分成以下幾類：

a、鈍的螺桿頭總有因物料在螺桿頭前面停滯而分解的危險(xiǎn)，即使稍有曲面和錐面的螺桿頭通常也不足以防止這一點(diǎn)，對以上形式的螺桿頭一般要求裝分流板。b、帶有較長錐面的螺桿頭也難免在螺桿的端點(diǎn)因停滯物料被燒焦的現(xiàn)象。c、斜切截錐體的螺桿頭其端部有一個(gè)橢圓平面，當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)動時(shí)，它能使料流攪動，物料不易因滯流而分解。d、錐部帶螺紋的螺桿頭能使物料借助螺紋的作用而運(yùn)動，主要用于電纜行業(yè)e、魚雷頭螺桿頭與料筒之間的間隙通常小于它前面的螺槽深度。有的魚雷頭表面上開有溝槽或加工出特殊花紋。“它有良好的混合剪切作用，能增大流體的壓力和消除波動現(xiàn)象”。常用來擠出粘度較大、導(dǎo)熱性不良或有較為明顯熔點(diǎn)的塑料。6、螺紋斷面形狀常見螺桿螺紋的斷面形狀有三種。a、矩形。在螺槽根部有一個(gè)很小的圓角半徑，它有最大的裝填體積，而且機(jī)械加工比較容易，適用于加料段b、鋸齒形。改善了塑料的流動情況，有利于攪拌塑化，也避免了物料的滯留。適用于壓縮段和均化段。c、雙楔形。輸送物料穩(wěn)定，提高塑化效果。

7、螺桿材料a、對材質(zhì)的要求由擠出過程可知，螺桿是在高溫、一定腐蝕、強(qiáng)烈磨損、大扭矩下工作的，因此，螺桿必須：

--耐高溫，高溫下不變形；

--耐磨損，壽命長；

--耐腐蝕，物料具有腐蝕性；

--高強(qiáng)度，可承受大扭矩，高轉(zhuǎn)速；

--具有良好的切削加工性能；

--熱處理后殘余應(yīng)力小，熱變形小等。

b、常用材料及熱處理目前我國常用的螺桿材料有45號鋼、40Cr、氮化鋼、38CrMOAl等。a）45號鋼便宜，加工性能好，但耐磨耐腐蝕性能差。熱處理：調(diào)質(zhì)HB220—270，高頻淬火HRC45—48b）40Cr的性能優(yōu)于45號鋼，但往往要鍍上一層鉻，以提高其耐腐蝕耐磨損的能力。但對鍍鉻層要求較高，鍍層太薄易