螺桿壓縮比和螺槽深度

1、3.7 單螺桿機(jī)出機(jī)設(shè)計(jì)單螺桿擠出機(jī)示意圖37.1螺桿與機(jī)筒的材料選擇螺桿與機(jī)筒的材料選擇螺桿常用材料的性能要求為：機(jī)械強(qiáng)度好，耐腐蝕和抗磨性能好，加工性能好，取材容易。一般選用38CrMoAl氮化鋼。 38CrMoAl氮化鋼的性能如下表:37.2螺桿的主要參數(shù)的選取與確定螺桿的主要參數(shù)的選取與確定螺桿直徑螺桿直徑： 我國擠出機(jī)標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的螺桿直徑系列有：30、45、65、90、120、150、200。螺桿直徑的大小一般根據(jù)所加工制品的斷面尺寸、加工塑料的種類和所加工的生產(chǎn)率來確定。制品截面積的大小和螺桿直徑的大小有一個適當(dāng)?shù)年P(guān)系。通常：大截面的制品所選的螺桿直徑要大一些，這對于制品的質(zhì)量、設(shè)

2、備的利用率和操作比較有利。螺桿長徑比螺桿長徑比 L/D故螺桿工作部分長度L螺桿長徑比的增加有以下的好處： 螺桿加壓充分可以提高塑料制品的物理機(jī)械性能。 可以提高塑化的質(zhì)量，使制品的外觀質(zhì)量更好。 螺桿特性曲線斜率小，擠出量穩(wěn)定，切擠出量能提高20%40%。 有利于類似于PVC粉料擠管的成型。 但螺桿長徑比過大，會使螺桿加工及裝配困難，功率消耗也會有所增加，加大懸臂端自重的彎曲，以至螺桿頭部與筒壁間隙的不均勻，甚至造成磨刮筒壁，降低螺桿與機(jī)筒的壽命。 螺桿壓縮比和螺槽深度螺桿壓縮比和螺槽深度確定幾何壓縮比 i等距不等深（通用型）螺桿壓縮比的計(jì)算式如下：對于大多取經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)來確定，通用公式H3=(0

3、.0250.06)Ds。 再根據(jù)確定的螺桿壓縮比計(jì)算加料段螺桿槽深度。 螺桿各段的確定螺桿各段的確定 高聚物在螺桿中的擠出過程，實(shí)際上經(jīng)歷固體輸送，熔融和均化的過程。所以一般螺桿都設(shè)計(jì)成三段：加料段，壓縮段及均化段。螺紋斷面形狀及螺桿頭部型式螺紋斷面形狀及螺桿頭部型式 由實(shí)驗(yàn)用擠出機(jī)的使用特性及要求，確定螺桿頭部型式為： 梯行螺紋的斷面的傾斜角=1015，圓弧半徑?。?.070.13），常用于小直螺桿上。 螺桿的螺紋頭數(shù)螺桿的螺紋頭數(shù) 在螺桿直徑，螺槽深度和螺紋升程相等的條件下，多頭螺紋與單頭螺紋相比，多頭螺紋對物料的正推力大，攫取物料的能力較強(qiáng)，并可降低熔料的倒流現(xiàn)象。但是，整個螺桿都是多頭

4、螺紋時，物料分別從螺桿料斗區(qū)幾條螺槽通道進(jìn)入到達(dá)螺桿頭部。在料斗區(qū)，往往由于幾條螺槽的進(jìn)料不均勻和各條螺槽的熔融均化和對溶料輸送能力不一致，容易引起生產(chǎn)能力波動，壓力波動。其結(jié)果是制品質(zhì)量下降。但是有時為了提高某一段的工作能力，單獨(dú)在某一段上設(shè)置多頭螺紋。如單頭螺紋的螺桿，為了提高加料段攫取物料的能力，加料段設(shè)置雙頭螺紋，提高固體輸送能力。采用單頭螺紋的螺桿。 螺桿其它參數(shù)的選取與確定a.螺紋寬度 e太小會使漏流量增加，消弱螺棱強(qiáng)度，降低產(chǎn)量；e太大，增加動力消耗，有局部過熱的危險，故要適當(dāng)選取。 由經(jīng)驗(yàn)公式 （0.080.12）Db.螺距S e.螺桿的轉(zhuǎn)速范圍：根據(jù)電動機(jī)和傳動系統(tǒng)的工作特性

5、知螺桿的轉(zhuǎn)速范圍是n=（0150）r/min 3.7.3 螺桿的強(qiáng)度計(jì)算螺桿的強(qiáng)度計(jì)算螺桿受力分析圖 螺桿綜合受力為：螺桿軸向力、螺桿扭矩及螺桿自重產(chǎn)生的壓、扭彎的組合。一般加料段及排氣段螺桿根徑較小，其承受載荷力最低，所以螺桿的加料段以加料段的根徑截面計(jì)算、校核裁面。 A.機(jī)頭壓力的確定機(jī)頭壓力可用理論計(jì)算方法和實(shí)測方法得到。當(dāng)關(guān)閉機(jī)頭，可認(rèn)為擠出量Q=0，若螺桿與機(jī)筒間隙正常，機(jī)頭最大壓力可由下式計(jì)算： 其中： 螺桿直徑D 擠出段長度擠段的螺槽深度 螺旋角 =17.7 物料粘度tan6233maxhDnLp3hB、螺桿軸向力的確定螺桿軸向力: 物料作用在螺桿端面上的總壓力 =動載荷產(chǎn)生的附

6、加壓力的軸向分量 = （0.1250.25）P1 則： PZ=（1.1251.25）21PPPz1P42pD2P42pDC.螺桿的強(qiáng)度計(jì)算a.由軸向力產(chǎn)生的壓應(yīng)力 =cc)(44)25. 115. 1 (2022maxddDPsC= c. 由螺桿自重G產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力： = - 螺桿材料比重 sdd0b2234()(1)bsbsML D dWdC d.螺桿的合成應(yīng)力，對塑性材料合成應(yīng)力用等強(qiáng)度理論計(jì)算 = = 224pbcpns3.7.4機(jī)筒的強(qiáng)度計(jì)算機(jī)筒的強(qiáng)度計(jì)算機(jī)筒內(nèi)部受熔料的壓力作用，物料在機(jī)筒內(nèi)產(chǎn)生壓力沿機(jī)筒軸向的分布是相當(dāng)復(fù)的，各處壓力不等，因機(jī)頭壓力最大，故一般取機(jī)頭壓力為計(jì)算壓力值

7、。并且由于機(jī)筒外徑與內(nèi)徑之比大于1.1, 所以用厚壁圓筒理論來進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。 由軸向力引起的軸向拉應(yīng)力在機(jī)筒全長上不變，即： = =z)(222bbbzrRrpAP222bbbrRpr 因機(jī)筒多為塑性材料，所以當(dāng)計(jì)算出三個主應(yīng)力的最大值后，可用第四強(qiáng)度理論進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算及校核。 按第四強(qiáng)度理論-最大變形能理論計(jì)算，機(jī)筒壁厚的強(qiáng)度條件為： =s/n 222)()()(21rzzttrxd37.5螺桿與機(jī)筒的配合要求螺桿與機(jī)筒的配合要求螺桿與機(jī)筒的配合間隙。螺桿與機(jī)筒的配合間隙的大小涉及到擠出機(jī)的生產(chǎn)能力、功率消耗、使用壽命、機(jī)器加工成本等問題。取值過大，加工、裝配容易，但生產(chǎn)能力則會下降，塑料在機(jī)

8、筒內(nèi)的停留時間難以控制，甚至造成熟分解。取值過小，加工裝配困難，功率消耗增大，且容易使螺桿與機(jī)筒磨損，降低機(jī)器的使用壽命。螺桿與機(jī)筒的間隙的選擇既要根據(jù)加工條件決定，也要考慮被加工物料的性能。一般粘度大的塑料，可取大值；粘度小的塑料，應(yīng)取小值。螺桿與機(jī)筒的間隙可參考下表選取。 螺桿與機(jī)筒的對中性，在設(shè)計(jì)上要求螺桿中心線與機(jī)筒中心線重合。但由于制造、裝配過程中所產(chǎn)生的螺桿徑向跳動、螺桿定位面與螺桿中心線不同心、螺桿推力面與螺桿中心線不垂直、機(jī)筒內(nèi)孔偏差、法蘭平面對機(jī)筒中心不垂直、內(nèi)孔徑向跳動等加工誤差及安裝誤差都會影響對中性。要保證螺桿與機(jī)筒的對中性，一般可以采取以下措施：提高零件的加工與裝配精

9、度，減少零件數(shù)目；選取有效的定位基準(zhǔn)和合理的連接方式。例如螺桿個段之間的連接采用止口連接，便于安裝，也提高定位基準(zhǔn)。37.6 擠出量和停留時間擠出量和停留時間螺桿的結(jié)構(gòu)分成三段，塑料在這三段上的運(yùn)動按一定的規(guī)律進(jìn)行。正常的情況下螺桿三段在結(jié)構(gòu)上應(yīng)該符合下列的要求：Q1Q2Q3，Q1為加料段流量，Q2為壓縮段流量，Q3為計(jì)量段流量，否則就會使擠出量不穩(wěn)定和質(zhì)量低劣。進(jìn)料段的輸送能力進(jìn)料段的輸送能力 下式是一個純機(jī)械式的擠出機(jī)的生產(chǎn)能力的固體輸送公式：其中： Q1進(jìn)料段的輸送能力(kg/h)D平均螺桿、螺紋的平均直徑(cm) 螺紋升角，W螺槽寬度H1螺槽深度 塑料密度F螺槽的橫斷面積n螺桿轉(zhuǎn)速(r

10、/min)， 傳送系數(shù)(0.2-0.4) nFDQcos06. 01平均3.7.7單螺桿擠出有關(guān)理論一、固體塞原理 以 Darnell 和Moll經(jīng)典的固體輸送理論為基礎(chǔ),并對以下條件作近似簡化：螺桿直徑與螺槽深度之比 D/H 1；螺槽寬度與螺旋角對螺槽深度之比的變化相當(dāng)小；螺槽曲率不計(jì)；來推導(dǎo)固體塞段摩擦阻力所誘發(fā)的擠出壓力 P為了對機(jī)筒成型法擠出純UHMWPE過程中在固體塞段的固體輸送做全面的分析，作者對這一過程做了系列假設(shè)：認(rèn)為固體的行為如一連續(xù)體；固體床與整個螺槽壁，即機(jī)筒、螺桿根部、主動螺腹和被動螺腹等表面相互接觸；螺槽深度恒定；螺棱間隙不計(jì)；固體床呈塞流運(yùn)動。 一般固體輸送的分析都用到這五條假設(shè)：壓力僅為順螺槽距離的函數(shù)；摩擦系數(shù)與壓力無關(guān)；重力不計(jì)；離心力不計(jì)；固體塞中的密度變化不計(jì)。在開槽機(jī)筒中形成的擠出壓力趨勢圖 二、熔融理論熔體輸送人有了知