螺桿料筒的理論知識(shí)

1、.螺桿作用與分類(lèi)螺桿是塑化部件中的關(guān)鍵部件，和塑料直接接觸，塑料通過(guò)螺槽的有效長(zhǎng)度，經(jīng) 過(guò)很長(zhǎng)的熱歷程，要經(jīng)過(guò)三態(tài)(玻璃態(tài)、粘彈態(tài)、粘流態(tài))的轉(zhuǎn)變，螺桿各功能 段的長(zhǎng)度，幾何形狀，幾何參數(shù)將直接影響塑料的輸送效率和塑化質(zhì)量，將最終影響注塑成型周期和制品質(zhì)量。注塑螺桿按其對(duì)塑料的適應(yīng)性，可分通用螺桿和特殊螺桿。通用螺桿又稱(chēng)常規(guī)螺 桿可加工大部分具有低、中粘度的熱塑性塑料，結(jié)晶型和非結(jié)晶型的民用塑料和 工程塑料，是螺桿最基本的形式。與其相應(yīng)的還有特殊螺桿，是用來(lái)加工用普通 螺桿難以加工加工的塑料，例如熱固性塑料、聚氯乙烯、高粘度的PMMA的螺桿，按螺桿結(jié)構(gòu)及其幾何形狀的特征， 可分為常規(guī)螺桿和新型

2、螺桿。常規(guī)螺桿又 稱(chēng)三段式螺桿，是螺桿的基本形式。新型螺桿形式很多，主要有分離型螺桿、分 流型螺桿、波狀螺桿、橫紋螺桿、無(wú)計(jì)量段螺桿、兩段式排氯螺桿、強(qiáng)混煉型螺 桿等等。.螺桿的基本形式及幾何參數(shù)螺桿基本結(jié)構(gòu)如圖4-8所示，主要由有效螺紋長(zhǎng)度L和尾部的連接部分組成。螺 桿頭部設(shè)有裝螺桿頭的反向螺紋。(2) L/ ds 螺桿長(zhǎng)徑比。L是螺桿螺紋部分的有效長(zhǎng)度。螺桿長(zhǎng)徑比愈大，說(shuō)明螺紋長(zhǎng)度愈長(zhǎng)，直接影響到物料在螺槽中輸送的熱歷程， 影響吸收能量的能力。此能量有分兩部分：一部分是料筒外面加熱圈傳給的，另 一部分是螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生磨擦熱和剪切熱，由外部機(jī)械能轉(zhuǎn)化的。因此， L/ ds 直接影響到物料的熔

3、化效果和熔體質(zhì)量。但是如果L/ ds太長(zhǎng)，則傳遞扭矩加大， 能量消耗增加。過(guò)去，L/ ds數(shù)值在1618;現(xiàn)在，由于塑料品種增加，工程塑料 增多，L/ ds已增加到1923。L1 加料段長(zhǎng)度。加料段又稱(chēng)輸送段或進(jìn)料段。為提高輸送能力螺槽 表面一定要光潔。L3的長(zhǎng)度應(yīng)保物料有足夠的輸送長(zhǎng)度一般 L3= (910) ds。hl 加料段的螺槽深度。hl深，則容納物料多，提高了供料量，但會(huì) 影響物料塑化效果以及螺桿根部的剪切強(qiáng)度。一般 hl =0.120.16 dsL3 熔融段(均化段、計(jì)量段)螺紋長(zhǎng)度。熔體在 L3段的螺槽中得到 進(jìn)一步的均化：溫度均勻，粘度均勻，組分均勻，分子量分布均勻，形成較好的

4、 熔體質(zhì)量。L3長(zhǎng)度有助于穩(wěn)定熔體在螺槽中的波動(dòng)，有穩(wěn)定壓力的作用，使物 料以均勻的料量從螺桿頭部擠出，所以又稱(chēng)計(jì)量段。一般。h3 熔融段螺紋深度。h3小，螺槽淺，提高了塑料熔體的塑化效果， 有利于熔體的均化。但h3過(guò)小會(huì)導(dǎo)致剪切速率過(guò)高，以及剪切熱過(guò)大，引起大 分子鏈的降解，影響熔體質(zhì)量。反之，如果 h3過(guò)大，由于在預(yù)塑時(shí)，螺桿背壓 產(chǎn)生的回流作用增強(qiáng)，會(huì)降低塑化能力。所以合適的h3應(yīng)由壓縮比e來(lái)決定：,(4-22)對(duì)于結(jié)晶型塑料，如PP、PE、PA以及復(fù)合塑料， =33.5;對(duì)粘度較高的塑料，如 VPVC, ABS, HiPS, AS, POM, PC, PMMA , PPS等， e =

5、1.42.5。L2 塑化段(壓縮段)螺紋長(zhǎng)度。物料在此錐體空間中不斷地受到壓 縮，剪切和混煉作用，物料從 L2段入點(diǎn)開(kāi)始，熔池不斷地加大，到出點(diǎn)處熔池 已占滿全螺槽，物料完成從玻璃態(tài)，經(jīng)過(guò)粘彈態(tài)向粘流態(tài)的轉(zhuǎn)變，從固體床向熔 體床的轉(zhuǎn)變。L2長(zhǎng)度會(huì)影響物料從固態(tài)到粘流態(tài)的轉(zhuǎn)化歷程，太短會(huì)來(lái)不及轉(zhuǎn) 化，固料堵能塞在L2段的末端，形成很高的壓力，扭矩或軸向力，太長(zhǎng)也會(huì)增 加螺桿的扭矩和不必要的能耗，一般 L2= (68) ds。對(duì)于結(jié)晶型的塑料，物料熔點(diǎn)明顯，熔融范圍窄，所以L2可短些，一般。S 螺距，其大小影響螺旋角B ,從而影響螺槽的輸送效率，一般Sdsoe 螺棱寬度，具寬窄影響螺槽的容料量，熔

6、體的漏流以及螺棱耐磨損 程度，一般(0.050.07) ds。(10)螺棱后角a,螺棱推力面圓角R1和背面圓角R2的大小影響螺槽的有效 容積，物料的滯留情況以及螺棱根部的強(qiáng)度等，一般 a=2530o,如圖4-9所3.普通螺桿（1）概述普通注射螺桿螺紋有效長(zhǎng)度通常分成加料段（輸送段）、壓縮段（塑化段）、均 化段（計(jì)量段）。根據(jù)塑料性質(zhì)不同，可分為漸變型螺桿、突變型螺桿、通用型螺桿。漸變型螺桿：壓縮段較長(zhǎng)，塑化時(shí)能量轉(zhuǎn)換緩和，多用于聚氯乙烯等，軟化溫 度較寬的、高粘度的非結(jié)晶型塑料。突變型螺桿：壓縮段較短，塑化時(shí)能量轉(zhuǎn)換較劇烈，多用于聚烯姓、聚酰胺類(lèi)的結(jié)晶型塑料。通用型螺桿：適應(yīng)性比較強(qiáng)的通用型螺

7、桿，可適應(yīng)多種塑料的加工，避免更換 螺桿頻繁，有利提高生產(chǎn)效率。通用型螺桿的壓縮段長(zhǎng)度介于漸變螺桿和突變螺桿之間。但通用型螺桿也絕非是 “萬(wàn)能”螺桿，對(duì)某些有特殊注塑工藝要求的塑料，需要配備特殊螺桿。（2）普通螺桿參數(shù)螺桿長(zhǎng)徑比（L/DS）、分段螺桿長(zhǎng)徑比大，可以實(shí)現(xiàn)低溫、均質(zhì)、穩(wěn)定的塑化，螺桿長(zhǎng)徑比一般取1822c普通螺桿各段長(zhǎng)度如下所列：螺桿類(lèi)型加料段（L1）壓縮段（L2）均化段（L3）漸變型 2530% 50% 1520%突變型 6570% 155% 2025%通用型 4550% 2030% 2030%壓縮比（ ）注射螺桿壓縮比是指計(jì)量段螺槽深度(hl)與均化段螺槽深度(h3)之比。壓縮

8、 比大，會(huì)增強(qiáng)剪切效果，但會(huì)減弱塑化能力，相對(duì)于擠出螺桿，壓縮比應(yīng)取用得 小些為好，以有利于提高的塑化能力和增加對(duì)物料的適應(yīng)性。對(duì)于結(jié)晶型塑料，如聚丙烯、聚乙烯、聚酰胺、以及復(fù)合塑料，一般取2.63.0; 對(duì)高粘度的塑料，如硬聚氯乙烯、丁二烯與ABS共混，高沖擊聚苯乙烯、AS、聚甲醛、聚碳酸脂、有機(jī)玻璃、聚苯醴等，約為1.82.3,通用型螺桿可取232.6, 在均化段螺槽深度和螺桿壓縮比確定后，對(duì)于單頭等距變深螺桿，可由式計(jì)算出加料段的螺槽深度。若h1/h3=2,實(shí)際壓縮比為1.86。通常所說(shuō)的壓縮比，大于 實(shí)際壓縮比。(3)螺桿材料與熱處理目前，國(guó)內(nèi)常用的材料38CrMoAl,或者日本進(jìn)口

9、SACM645。國(guó)內(nèi)螺桿的熱處 理，一般采取鍍銘工藝，鍍銘之前高頻淬火或氮化，然后鍍銘，厚度 0.03mm0.05mm。此種螺桿適于阻燃性塑料，透明 PC、PMMA。但鍍銘層容易 脫落，防腐蝕性能差，所以多采用不銹鋼材料。.特殊螺桿“特殊螺桿”主要是與常規(guī)螺桿比較而言。目前常見(jiàn)的特殊螺桿中是分離型螺桿， 如圖4-10所示，和變流道螺桿，如圖4-11所示。.螺桿塑化元件為了提高螺桿的塑化質(zhì)量，組分的分散和混分子量的分布與熔體的均化效果，常在螺桿的適當(dāng)位置塑化加元件。按其功能主要混合元件和剪切元件。 前者以分散 混合為主，后者以分子量的分布和均化為主?；旌显酁榉至餍屯ㄟ^(guò)各種形式 的凸塊對(duì)料流形

10、成阻力，進(jìn)行反復(fù)地分流和切割，達(dá)到組分分散和混合效果。.螺桿頭注塑螺桿和擠出螺桿之間重要區(qū)別，在于前者裝有各種特殊結(jié)構(gòu)形式的螺桿頭， 這是由螺桿工作特性所決定的。在注射螺桿中螺桿頭的作用是預(yù)塑時(shí)， 能將塑化 好的熔體放流到儲(chǔ)料室中，而在高壓注射時(shí)，又能有效地封閉螺桿頭前部的熔體， 防止倒流。.料筒(1)料筒結(jié)構(gòu)料筒是塑化部件中的重要零件，內(nèi)裝螺桿外裝加熱圈，承受復(fù)合應(yīng)力和熱應(yīng)力的 作用。料筒大多數(shù)采用整體結(jié)構(gòu)如圖 4-18所示。245定位子口 1與料筒前體徑向定位，并用端面封閉熔體，用多個(gè)螺釘旋入螺孔 2 內(nèi)將前體與料筒壓緊。螺孔3裝熱電隅，要與熱電隅緊密地接觸，防止虛浮，否 則會(huì)影響溫度測(cè)量

11、精度。(3)料筒壁厚料筒壁厚要求有足夠的強(qiáng)度和剛度，因?yàn)榱贤矁?nèi)要承受熔料和氣體壓力， 且料筒 長(zhǎng)徑比很大，在注塑座上懸臂；料筒要求有足夠的熱容量，否則難以保證溫度穩(wěn) 定性；如果太厚，料筒笨重，浪費(fèi)材料，熱慣性太大，升溫慢，溫度調(diào)節(jié)產(chǎn)生滯后現(xiàn)象。一般料筒外徑與內(nèi)徑比值 K = 20.25,如表4-1所列。表4-1料筒壁厚螺桿直徑(mm) 34 42 50 65 85 110 130 150機(jī)筒壁厚(mm) 25 29 35 47.545 75 75 67比 值(K) 2.472.402.402.462.102.362.151.80(4)料筒間隙料筒間隙系指料筒內(nèi)壁與螺桿外徑的單面間隙。此間隙太大

12、塑化能力降低，注射回泄量增加，注射時(shí)間延長(zhǎng)；如果太小，熱膨脹作用，使螺桿與料筒摩擦加劇， 能耗加大，甚至卡死，此間隙 = (0.0020.005) ds,如表4-2所列。表4-2 間隙值mm螺桿直徑15-25 2550 5080 80110 110150 150200 200240 240最大徑向間隙 0.12 0.20 0.30 0.35 0.15 0.50 0.60 0.70(5)料筒加熱、冷卻注塑機(jī)料筒加熱方式有電阻加熱、陶瓷加熱、鑄鋁加熱，應(yīng)根據(jù)使用場(chǎng)合和加工 物料合理配置。常用的有電阻加熱和陶瓷加熱，后者較前者承載功率大。(6)料筒、螺桿材料料筒、螺桿材料要求在高溫下耐磨、抗腐蝕，大

13、多采用優(yōu)質(zhì)氮化鋼 38CrMoAlA加工后進(jìn)行氮化處理。對(duì)于加工某些增強(qiáng)纖維充填的復(fù)合物料，需 配高碳、高銘合金，高硬度抗蝕耐磨的雙金屬料筒。.噴嘴(1)噴嘴功能?chē)娮焓沁B接塑化裝置與模具流道的重要組件。噴嘴有多種功能：預(yù)塑時(shí)，在螺桿頭部建立背壓，阻止熔體從噴嘴流出，注射時(shí)，建立注射壓力，產(chǎn)生剪切效應(yīng)， 加速能量轉(zhuǎn)換，提高熔體溫度均化效果；保壓時(shí)，起保溫補(bǔ)縮作用。噴嘴可分為敞開(kāi)式噴嘴、鎖閉噴嘴、熱流道噴嘴和多流道噴嘴。表4-3噴嘴口徑機(jī)器注射量(g) 30-200 250800 1000200開(kāi)式噴嘴 通用料23 3.54.5 5-6硬聚氯乙烯類(lèi) 3-4 56 6-7鎖閉式噴嘴 23 34 4-

14、59、螺槽深度主要涉及到以下的幾個(gè)方面：螺槽深與剪切效果關(guān)系：螺槽淺，剪切熱大,從而螺桿消耗的功率也大，(N與h3 成正比)可是對(duì)注射螺桿而言，提供塑料熔化的熱量，由外加熱系統(tǒng)供給的占有 一定的比例，同時(shí)，在注射成型機(jī)的機(jī)筒一，一般不設(shè)冷卻控溫系統(tǒng)，因此，對(duì)于一般注射螺桿，從塑料在螺桿內(nèi)實(shí)際受熱過(guò)程和穩(wěn)定溫度條件的需要出發(fā)，是無(wú)需強(qiáng)剪切作用的。槽深與螺桿工作性能的穩(wěn)定：具有淺螺槽和長(zhǎng)的均化段的螺桿，在工作時(shí)有良好 的穩(wěn)定性，這是普通擠出螺桿實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定擠出的一個(gè)重要因素， 然而，注射螺桿的 出料方式是借助油缸的推力，通過(guò)螺桿將熔料注出注射時(shí)的熔料回泄， 是由螺桿 頭部止逆結(jié)構(gòu)來(lái)阻止，使螺桿塑化和注射出料之間無(wú)直接的聯(lián)系， 因此螺桿的螺 槽深淺所顯示出的螺桿塑化時(shí)出料穩(wěn)定性問(wèn)題， 對(duì)注射螺桿一般無(wú)需去特別考慮。槽深與螺桿的塑化能力：在其它條件不變的情況下，螺桿塑化能力正比于螺槽深 度。因此，注射螺桿適當(dāng)?shù)丶由盥莶凵疃?，有利于提高塑化能力。壓縮比（i）:小的壓縮比有利于提高塑化能力，但剪 切塑化效果則較差，對(duì)背 壓調(diào)節(jié)反映卻比較敏感，相對(duì)于擠出螺桿相比，注射螺桿的壓縮比取用得比較小， 這樣螺桿具有較高的塑化能力和較強(qiáng)的加工適應(yīng)性。注射螺桿常用壓縮比，對(duì)于結(jié)晶型塑料，如聚丙烯、聚乙烯、聚酰胺、以及復(fù)