塑料机械中螺杆设计的特点及技术发展

塑料机械中螺杆设计的特点及技术发展摘要：螺杆是塑料注射成型机械当中塑化工序的重要材料，实践证实，进行性能优异的注塑螺杆设计可以有效提升塑化水平。由于聚合物材料需要较高加工温度，并且成型压力大，需要在成型工艺中应用流体力学、固体力学、传热学、聚合物流变、高分子物理等诸多学科知识实现产品设计，所以本文从塑料机械中螺杆的工作原理入手，讨论塑料机械中螺杆设计特点，提出双螺杆设计特点，希望对相关研究带来帮助。关键词：塑料机械；螺杆设计；特点；技术螺杆是塑料机械的核心部件，其设计质量也将对塑料机械的性能产生直接影响，整体来看螺杆不仅需要具备良好的塑化功能，还需要具有一定的混炼功能，这样才能满足人们对塑料制品性能和外观的要求，以下进行相关分析。一、塑料机械中螺杆的工作原理（一）挤出成型机械中的单螺杆在挤出系统中熔融挤出聚合物，这是从固态转化成粘流态的变化过程，结合物料在螺槽流道内变化特点主要包括三个区域，依次为固体输送区、熔融区以及熔体输送区，其工作原理在于固体输送区物料进行预热，然后再熔融区，与固体并存并继续推送，之后在熔体输送区混炼，最终在机头挤出。具有以上三个功能段的螺杆就是常规螺杆，为了排除物料中的气体人们还进行排气式螺杆的开发，再如为了提升熔化效果研制的不同类型的新型螺杆元件，而单螺杆机出机的性能也更加优良（如图1）。

口V拣山ECLBS39廉化机掏口V拣山ECLBS39廉化机掏I，住动希:J，跟科姬忙I.厢打时出圧醤螺杆E,.H：增議畫臨抱韩毎柠配摞幷2挤出眾包血頼板图1：用于食品工业中的单双螺杆挤压机二）注塑成型机械中的螺杆其工作过程主要包括合模与注射、保压与冷却、预塑和顶出三个阶段，注塑螺杆主要工作特征和挤出螺杆相同，主要包括三个基本功能段，具体如下：其一挤出螺杆塑化更为稳定，注塑螺杆塑化期间螺杆向后移动，不过这一变化也导致固体床解体过早而出现残余固相，使得塑化前后均匀性较差；其二，可以利用调节背压对螺杆退回速度加以控制，进而起到调整塑化质量的效果；其三，注塑螺杆预塑进行间接工作，不要求达到挤出螺杆的稳定效果。由于螺杆出现后退运动造成注塑螺杆塑化质量受到影响，为了解决参与固相问题，新时期进行工艺优化并研发出了多种新型注塑螺杆（如图2）图2：螺杆喷合金螺杆三）挤出成型机械中的双螺杆对于双螺杆挤出机来讲，其主要特点在于两根平行的螺杆装配到8字形孔机筒内部，螺杆旋转并加热之后塑化挤出聚合物，挤出用双螺杆工作特征主要在于包括啮合型异向旋转、啮合型同向旋转、非啮合型异向旋转几种类型。啮合型双螺杆挤出机的螺杆轴线距离不得超过螺杆外径，在极限条件下螺杆螺纹表面互相接触，而非啮合型挤出机螺杆轴线的距离需要等于或者超过螺杆外径，不同类型的双螺杆挤出机在工作性能上存在差异［1］。二、塑料机械中螺杆设计特点（一）常规螺杆常规螺杆半经验设计该设计方法基于螺杆基础理论，要求达到挤出量，然后在该前提下让挤出出量具有均匀性，主要计算特征在于结合经验确定螺杆直径与长径比，然后设定螺杆最高转速和机头最大加热温度；其二，确定熔融速率和所需固体输送量、熔体输送量的平衡关系式，进一步明确压缩段长度；其三，结合挤出量、机头压力、熔体黏度确定计算段的长度和槽深，最终确定加料段的长度。常规螺杆的模型放大设计先处理小型实验螺杆，之后获得最佳结构参数以及工艺经验参数，之后利用小型螺杆并借助相似理论放大模型，由此获得大型螺杆的相关参数，常规螺杆模型放大计算的过程如下：其一，借助小型螺杆参数得到圆形螺杆剪切速率，之后结合熔体温度得到熔体黏度；其二，利用已经获得的剪切速率以及熔体黏度，得到熔体流变指数；其三，利用总体流变指数求解流变系数，进而逐一得到螺杆加料段的长度与深度［2］。常规螺杆的计算机辅助设计在计算机技术飞速发展的今天，螺杆设计也开始进行信息化处理，由此达到优化结构的目标，主要计算特征如下：其一，结合挤出过程的物理数学模型得到计算公式；其二，借助正交设计获取小型机的实验结果，之后应用统计理论以及回归分析得到计算公式；其三，利用以上公式进行程序设定，然后得到螺杆结构参数，在计算机辅助下可以有效解决经验数据的局限性问题。（二）新型螺杆的设计原理常规三段式螺杆主要是增加螺杆旋转速度提升产量，不过也会造成塑化质量下降。为解决这一问题，近年来涌现了多种全新的螺杆结构元件，可以在保证转速提升的同时不影响塑化质量，当前分离型、分流型、屏障型、变流道型是应用广泛的螺杆元件结构。1新型螺杆元件工作原理其一，分离型螺杆利用在熔融段附加螺纹分离，进而加快未熔融固相和热机筒充分接触效果；其二，直屏障或者斜屏障等类型剪切元件熔融期间经过小间隙时可以让能量转换达到加速熔融的效果，并且这种屏障结构可以阻止未融塑料通过，由此保障，塑化质量；其三，分流型销钉螺杆可以改变流线位置和打乱料流实现固相和液相混合；其四，波形螺杆通过料流接大面积以及形状变化，滚压塑料，由此提升塑化效果。2新型螺杆元件设计特征其一，对新型螺杆设计的过程中只有输送效率高时其生产效率才能有保障，所以需要应用强力混炼元件，由此增强能量转换效果，在实际应用中如果输送效率一般需要应用中等强度混炼元件，而输送效率偏低情况下应用混炼元件难以保证效果；其二，设置新型螺杆元件的过程中需要分析不同类型螺杆元件的理想工作状态，否则将难以保证效果；其三，在实际生产中要想每更换一种工艺就更换对应的螺杆实现难度较大，所以需要利用组合螺杆解决这一问题，一种是更换螺杆头不更换螺杆本体，另一种是更换头部以及螺杆其它部分，当前组合螺杆已经成为单体螺杆挤出机提升产品质量的有效途径，并得到有效推广应用［3。］三、双螺杆设计特点相较于单螺杆，双螺杆的设计参数更多影响因素更加复杂，设计要点如下：其一，螺杆直径。在实际设计过程中锥形双螺杆挤出机的直径范围在24-400毫米，随着直径的提升产量也相应增加；其二，螺杆转向在设计过程中螺杆旋转方向会对双螺杆的结构用途产生影响，同向旋转双螺杆主要用于混料，而异向旋转双螺杆适用于加工热敏性塑料；其三，螺杆长径比。当前异向整体式螺杆长径比在18-22，如果是组合式或者锥形螺杆长径比可达26。四、注塑机械中螺杆发展方向近年来我国住宿加工机械逐渐推动产、学研、结合，主要发展方向体现在如下几点：其一，推动螺杆挤出机的高效发展。当前我国挤出机螺杆直径通常为700毫米，每分钟转速为400转，而国外双螺杆转速每分钟可达600-1200转，挤出量也高于我国的螺杆机；其二，需要增大长径比，当前我国异向双螺杆可达22而国外的新型螺杆机长径比已经达到48-72，今后需要将重点放在组合式新型螺杆开发、熔体泵在挤出机中的应用开发方面[4。]结束语：综上所述，螺杆是塑料挤出成型机的核心部件，为了提升挤出机工作能力就要加强螺杆设计改进，加强新型材料的利用，最终让螺杆满足更多的行业发展需要。参考文献：赵忠磊.塑料机械中螺杆设计的特点及技术发展[J].百科论坛电子杂志,2021，22(18):1717.陈晓宇,杨其锋.基于压电材料的塑料机械状态信号监测研究[