螺杆压缩比和螺槽深度

1、2021/3/111 3.7 单螺杆机出机设计 单螺杆挤出机示意图 2021/3/112 2021/3/113 2021/3/114 2021/3/115 37.1螺杆与机筒的材料选择螺杆与机筒的材料选择 螺杆常用材料的性能要求为：机械强度 好，耐腐蚀和抗磨性能好，加工性能 好，取材容易。一般选用38CrMoAl氮 化钢。 38CrMoAl氮化钢的性能如下表: 2021/3/116 2021/3/117 37.2螺杆的主要参数的选取与确定螺杆的主要参数的选取与确定 螺杆直径螺杆直径： 我国挤出机标准所规定的螺杆直径系列有： 30、45、65、90、120、150、200。螺杆 直径的大小一般根

2、据所加工制品的断面尺 寸、加工塑料的种类和所加工的生产率来 确定。制品截面积的大小和螺杆直径的大 小有一个适当的关系。通常：大截面的制 品所选的螺杆直径要大一些，这对于制品 的质量、设备的利用率和操作比较有利。 2021/3/118 螺杆长径比螺杆长径比 L/D 故螺杆工作部分长度L螺杆长径比的增加有以 下的好处： 螺杆加压充分可以提高塑料制品的物理机 械性能。 可以提高塑化的质量，使制品的外观质量 更好。 螺杆特性曲线斜率小，挤出量稳定，切挤 出量能提高20%40%。 有利于类似于PVC粉料挤管的成型。 2021/3/119 但螺杆长径比过大，会使螺杆加工及 装配困难，功率消耗也会有所增加，

3、 加大悬臂端自重的弯曲，以至螺杆头 部与筒壁间隙的不均匀，甚至造成磨 刮筒壁，降低螺杆与机筒的寿命。 2021/3/1110 螺杆压缩比和螺槽深度螺杆压缩比和螺槽深度 确定几何压缩比 i 等距不等深（通用型）螺杆压缩比的计算 式如下： 对于大多取经验数据来确定，通用公式 H3=(0.0250.06)Ds。 再根据确定的螺杆压缩比计算加料段螺杆槽 深度。 2021/3/1111 螺杆各段的确定螺杆各段的确定 高聚物在螺杆中的挤出过程，实际上经历 固体输送，熔融和均化的过程。所以一般 螺杆都设计成三段：加料段，压缩段及均 化段。 螺纹断面形状及螺杆头部型式螺纹断面形状及螺杆头部型式 由实验用挤出机

4、的使用特性及要求，确定 螺杆头部型式为： 梯行螺纹的断面的倾斜角=1015， 圆弧半径取（0.070.13），常用于小直螺 杆上。 2021/3/1112 螺杆的螺纹头数螺杆的螺纹头数 在螺杆直径，螺槽深度和螺纹升程相等的条件下， 多头螺纹与单头螺纹相比，多头螺纹对物料的正 推力大，攫取物料的能力较强，并可降低熔料的 倒流现象。但是，整个螺杆都是多头螺纹时，物 料分别从螺杆料斗区几条螺槽通道进入到达螺杆 头部。在料斗区，往往由于几条螺槽的进料不均 匀和各条螺槽的熔融均化和对溶料输送能力不一 致，容易引起生产能力波动，压力波动。其结果 是制品质量下降。但是有时为了提高某一段的工 作能力，单独在某

5、一段上设置多头螺纹。如单头 螺纹的螺杆，为了提高加料段攫取物料的能力， 加料段设置双头螺纹，提高固体输送能力。采用 单头螺纹的螺杆。 2021/3/1113 螺杆其它参数的选取与确定 a.螺纹宽度 e太小会使漏流量增加，消弱螺 棱强度，降低产量；e太大，增加动力消耗， 有局部过热的危险，故要适当选取。 由经验公式 （0.080.12）D b.螺距S e.螺杆的转速范围：根据电动机和传动系统 的工作特性知螺杆的转速范围是n=（0150） r/min 2021/3/1114 3.7.3 螺杆的强度计算螺杆的强度计算 螺杆受力分析图 螺杆综合受力为：螺杆轴向力、螺杆扭矩 及螺杆自重产生的压、扭弯的组

6、合。一般 加料段及排气段螺杆根径较小，其承受载 荷力最低，所以螺杆的加料段以加料段的 根径截面计算、校核裁面。 2021/3/1115 A.机头压力的确定 机头压力可用理论计算方法和实测方法得到。 当关闭机头，可认为挤出量Q=0，若螺杆与 机筒间隙正常，机头最大压力可由下式计 算： 其中： 螺杆直径D 挤出段长度挤段的螺 槽深度 螺旋角 =17.7 物料粘度 tan 6 2 3 3 max h DnL p 3 h 2021/3/1116 B、螺杆轴向力的确定 螺杆轴向力: 物料作用在螺杆端面上的总压力 = 动载荷产生的附加压力的轴向分量 = （0.1250.25）P1 则： PZ=（1.125

7、1.25） 21 PPP z 1 P 4 2p D 2 P 4 2 pD 2021/3/1117 C.螺杆的强度计算 a.由轴向力产生的压应力 = c c )( 4 4 )25. 115. 1 ( 2 0 2 2 max dd D P s 2021/3/1118 C= c. 由螺杆自重G产生的弯曲应力： = - 螺杆材料比重 s d d 0 b 22 34 () (1) bs bs ML D d WdC 2021/3/1119 d.螺杆的合成应力，对塑性材料合成应力用 等强度理论计算 = = 22 4 p bc p n s 2021/3/1120 3.7.4机筒的强度计算机筒的强度计算 机筒内

8、部受熔料的压力作用，物料在机筒内 产生压力沿机筒轴向的分布是相当复的， 各处压力不等，因机头压力最大，故一般 取机头压力为计算压力值。并且由于机筒 外径与内径之比大于1.1, 所以用厚壁圆筒理 论来进行强度计算。 2021/3/1121 2021/3/1122 2021/3/1123 由轴向力引起的轴向拉应力在机筒全长上 不变，即： = = z )( 22 2 bb bz rR rp A P 22 2 bb b rR pr 2021/3/1124 因机筒多为塑性材料，所以当计算出三个 主应力的最大值后，可用第四强度理论进 行设计计算及校核。 按第四强度理论- 最大变形能理论计算，机筒壁厚的强度

9、条 件为： =s/n 222 )()()( 2 1 rzzttrxd 2021/3/1125 37.5螺杆与机筒的配合要求螺杆与机筒的配合要求 螺杆与机筒的配合间隙。螺杆与机筒的配合间隙的 大小涉及到挤出机的生产能力、功率消耗、使用 寿命、机器加工成本等问题。取值过大，加工、 装配容易，但生产能力则会下降，塑料在机筒内 的停留时间难以控制，甚至造成熟分解。取值过 小，加工装配困难，功率消耗增大，且容易使螺 杆与机筒磨损，降低机器的使用寿命。 螺杆与机筒的间隙的选择既要根据加工条件决定， 也要考虑被加工物料的性能。一般粘度大的塑料， 可取大值；粘度小的塑料，应取小值。螺杆与 机筒的间隙可参考下表

10、选取。 2021/3/1126 螺杆与机筒的对中性，在设计上要求螺杆中心线 与机筒中心线重合。但由于制造、装配过程中所 产生的螺杆径向跳动、螺杆定位面与螺杆中心线 不同心、螺杆推力面与螺杆中心线不垂直、机筒 内孔偏差、法兰平面对机筒中心不垂直、内孔径 向跳动等加工误差及安装误差都会影响对中性。 要保证螺杆与机筒的对中性，一般可以采取以下 措施：提高零件的加工与装配精度，减少零件数 目；选取有效的定位基准和合理的连接方式。例 如螺杆个段之间的连接采用止口连接，便于安装， 也提高定位基准。 2021/3/1127 37.6 挤出量和停留时间挤出量和停留时间 螺杆的结构分成三段，塑料在这三段上的运

11、动按一定的规律进行。正常的情况下螺杆 三段在结构上应该符合下列的要求： Q1Q2Q3，Q1为加料段流量，Q2为压缩 段流量，Q3为计量段流量，否则就会使挤 出量不稳定和质量低劣。 进料段的输送能力进料段的输送能力 下式是一个纯机械式的挤出机的生产能力 的固体输送公式： 2021/3/1128 其中： Q1进料段的输送能力(kg/h) D平均螺杆、螺纹的平均直径(cm) 螺纹升角， W螺槽宽度 H1螺槽深度 塑料密度 F螺槽的横断面积 n螺杆转速(r/min)， 传送系数(0.2-0.4) nF D Q cos 06. 0 1 平均 2021/3/1129 2021/3/1130 2021/3/

12、1131 2021/3/1132 3.7.7单螺杆挤出有关理论 一、固体塞原理 以 Darnell 和Moll经典的固体输送理论为基 础,并对以下条件作近似简化：螺杆直径与 螺槽深度之比 D/H 1；螺槽宽度与螺旋 角对螺槽深度之比的变化相当小；螺槽曲 率不计；来推导固体塞段摩擦阻力所诱发 的挤出压力 P 2021/3/1133 为了对机筒成型法挤出纯UHMWPE过程中在 固体塞段的固体输送做全面的分析，作者 对这一过程做了系列假设： 认为固体的行为如一连续体； 固体床与整个螺槽壁，即机筒、螺杆根部、 主动螺腹和被动螺腹等表面相互接触； 螺槽深度恒定； 螺棱间隙不计； 固体床呈塞流运动。 2021/3/1134 一般固体输送的分析都用到这五条假设： 压力仅为顺螺槽距离