第2章-塑料擠出機2

通過本章的學習，應掌握擠出機的基本組成結構及部分的功能、特點；熟知擠塑機的工作過程及工作原理；掌握常用擠塑產品的擠塑輔機的結構組成及特點。了解新型擠塑機組的結構、特點及作用。[學習要求]第四章塑料擠出機一、擠出成型過程第一節(jié)擠出成型工作原理及擠出機組組成擠出成型：是塑料成型加工的重要成型方法之一。大部分熱塑性塑料和橡膠都能用此法進行加工。

應用：如管、棒、絲、板、薄膜、電線電纜等．熱固性塑料：僅限于少數(shù)幾種塑料，且擠出制品的種類也有限。

擠出過程：分為兩個階段：

第一個階段是使固態(tài)塑料塑化(即變成粘性流體)并在加壓情況下使其通過特殊形狀的口模而成為截面與口模形狀相仿的連續(xù)體；

第二階段則是用適當?shù)奶幚矸椒ㄊ箶D出的連續(xù)體失去塑性狀態(tài)而變?yōu)楣腆w，即得所需制品。塑化的方式：擠出工藝可分干法和濕法兩種：①干法的塑化是靠加熱將塑料變成熔體，而塑化和加壓可在同一個設備內進行。②濕法的塑化則是用溶劑將塑料充分軟化，因此塑化和加壓必須分為兩個獨立的過程，而且定型處理必須采用比較麻煩的溶劑脫除，同時還得考慮溶劑的回收。

加壓方式：分為連續(xù)和間歇兩種。連續(xù)式所用設備為螺桿擠出機。間歇式為柱塞式擠出機。柱塞式擠出機的主要部件是一個料筒和一個由液壓操縱的柱塞。螺桿數(shù)量單螺桿擠出機，使用最多；雙螺桿擠出機，使用比較多；多螺桿擠出機，兼有塑煉功能，使用不多。擠出成型的特點1、因成型過程是連續(xù)的，所以生產過程是連續(xù)的，；可連續(xù)化生產2、生產效率高；3、應用范圍廣，能生產管材、棒材、板材、薄膜、單絲、電線、電纜、異型材，以及中空制品等；4、投資少，收效快。5、設備結構簡單，易操作。擠出成型在擠出機上進行，擠出機是塑料成型加工的重要設備之一。二、

擠出機的組成與分類為使成型過程得以進行，一臺擠出機一般由下列各部分組成：1.主機2.輔機3.控制系統(tǒng)

1、主機擠壓系統(tǒng)：

主要由料筒和螺桿組成。塑料通過擠壓系統(tǒng)而塑化成均勻的熔體，并在這一過程中所建立的壓力下，被螺桿連續(xù)地定壓、定量、定溫地擠出機頭。

傳動系統(tǒng)：它的作用是給螺桿提供所需的扭矩和轉速。加熱冷卻系統(tǒng)：其功用是通過對料筒（或螺桿）進行加熱和冷卻，保證成型過程在工藝要求的溫度范圍內完成。加料系統(tǒng)2、輔機機頭（口模、芯架等）：它是制品成型的主要部件，熔融塑料通過它獲得一定的幾何截面和尺寸。定型裝置：它的作用是將從機頭中擠出的塑料的既定形狀穩(wěn)定下來．并對其進行精整，從而得到更為精確的截面形狀、尺寸和光亮的表面。通常采用冷卻和加壓的方法達到這一目的。冷卻裝置：由定型裝置出來的塑料在此得到充分的冷卻，獲得最終的形狀和尺寸。

牽引裝置：其作用為均勻地牽引制品。并對制品的截面尺寸進行控制，使擠出過程穩(wěn)定地進行。3、控制系統(tǒng)（檢測和控制）控制系統(tǒng)：它由各種電器、儀表和執(zhí)行機構組成。可控制擠出機的主機、輔機的拖動電機、驅動油泵、油（汽）缸和其它各種執(zhí)行機構按所需的功率、速度和軌跡運行，以及檢測、控制主輔機的溫度、壓力、流量，最終實現(xiàn)對整個擠出機組的自動控制和對產品質量的控制。我們一般稱由以上各部分組成的擠出裝置為擠出機組。按工作原理分螺桿式無螺桿式單螺桿式雙螺桿式普通型高速自熱型按排氣狀況分排氣式非排氣式4、擠出機的分類按用途分造粒擠出機超高分子量擠出機混煉擠出機按安裝位置分立式擠出機臥式擠出機目前用的最廣泛的是臥式單螺桿和雙螺桿擠出機。本章重點介紹臥式單螺桿非排氣式擠出機(一)單螺桿擠出機的主要參數(shù)

單螺桿擠出機的性能特征通常用以下幾個主要技術參數(shù)表示：

螺桿直徑：指螺桿外徑，用D表示，單位毫米。(美國max750mm)螺桿長徑比：用L／D表示。其中L為螺桿的有效長度，即有螺紋部分的長度（工藝上將L定義為由加料口中心線到螺紋末端的長度），D為螺桿直徑。螺桿的轉數(shù)范圍：用n表示,單位r/min。驅動電機功率：用P表示，單位千瓦。德國φ500-3600kwφ600-5000kw料筒加熱功率：用E表示，單位千瓦。擠出機生產率：用Q表示，單位公斤／小時。機器的中心高：用H表示，指螺桿中心線到地面的高度。單位毫米。機器的外形尺寸:長、寬、高。單位毫米。

螺桿的主要結構參數(shù)：

D：螺桿外徑；d：螺桿根徑；L：螺桿長度；ｔ：螺距； Ｗ：螺槽寬度；Ｌ/D：長徑比ｅ：螺紋寬度；ｈ：螺槽深度；φ：螺旋角；23擠出機的型號表示方法：

SJ-□-□/□□⑴⑵⑶⑷⑸第1位：類代號（SJ：塑料擠出機）第2位：字母，品種代號（Z：造粒機）第3位：規(guī)格參數(shù)，即螺桿直徑第4位：規(guī)格參數(shù)，即螺桿長徑比第5位：字母，機器結構或參數(shù)改進后的標記。?SJ—30/25B

—表示擠出機；30：表示螺桿直徑；25：表示螺桿長徑比；B：表示機器結構或參數(shù)改進后標志。?SJW—250/10

螺桿直徑250mm長徑比為10的塑料擠出喂料機。?SJZ—90/20

表示螺桿直徑90mm長徑比為20的塑料擠出造粒機。第二節(jié)擠出成型理論簡介螺桿

1.螺桿的作用：

a.對物料進行輸送和加壓；

b.混合、加熱、塑化；

c.定溫、定量、定壓擠出。

2.螺桿形狀

a.漸變形螺桿：螺槽容積是逐漸變小。分為等距不等深螺桿和等深不等距螺桿。這種螺桿壓縮段較長，螺槽深度逐漸變淺主要用于加工非晶型塑料，如PVC。

b.突變形螺桿：螺槽容積是突然變小。壓縮段較短，螺槽深度變化較大。主要用于加工結晶型塑料，PP、PE、PA。

2、螺桿的分段及各段的功能：

一般螺桿分為三段，即加料段（供料段）壓縮段（熔化段）均化段（計量段）①加料段（固體輸送段）：靠近料斗附近作用：使塑料受熱前移，將料斗供給的物料送往壓縮段。

物料特征：固態(tài)

結構：等距等深(0.10-0.15D)，長度據情況而定(L1=4-8D)。要求：ⅰ固體輸送能力應稍高于或等于熔融段或均化段的工作能力。

ⅱ壓實固體顆?；蚍哿?，排出氣體減少固體間的縫隙，有利于傳熱。②壓縮段（熔融段）：螺桿中部一段（L2=3-15D）作用：

加熱熔化；加壓壓實物料；排除空氣。物料狀態(tài)：液相、固相共存要求：物料得到進一步壓縮，排出氣體和揮發(fā)物；完成由松散料轉變成熔體的變化。③均化段(計量段）：螺桿最后一段

作用：使熔體塑化均勻；使料流定量、定壓、定溫擠出。

物料特征：液態(tài)結構：等距等深(H3=0.02-0.06D)，長度據情況而定(L3=6-10D)。一.固體輸送理論(solidconvey)由Darnell和Mol建立基本假設

螺槽中的物料像固體塞子一樣移動，且密度不變，塞子與所有面都接觸，螺槽為等深矩形，并忽略螺棱與料筒間隙，料筒相對螺桿轉動，螺桿不動。固體輸送理論圖中：

Vb——料筒運動線速度，Vb=πDnVp——料塞沿螺紋方向的速度

Vbp——料塞相對料筒的速度差，Vbp=Vb-Vp可求得：固體輸送理論經推導可得：3.討論1.n：

Qs∝n，提高轉速可增大產量。但實際中，n增大一倍，Qs不一定增加一倍。原因是：n↑，摩擦力↑，溫度↑而影響摩擦系數(shù)，也就影響到Qs。

2.h1、D

Qs∝D

，增加螺桿直徑，Qs增加。

Qs∝h1螺桿外徑一定時，增加加料段螺槽深度有利于提高Qs。3.討論3.固體輸送角θ

Qs∝tgφ·tgθ/(tgθ+tgφ)Qs∝tgφ/[((tgφ/tgθ)+1]

若θ↑，則tgθ↑，而(tgφ/tgθ)↓，∴[(tgθ/tgφ)+1]↓，即Qs↑?！郠s∝θ↑

Qs與θ關系密切，θ=0o，Qs=0，

θ=90o，Qs=Qsmax，摩擦條件的影響，0<θ<90o其他主要結論：要獲得大的輸送率需要光滑的螺桿表面和軸向摩擦力很小而且切向摩擦力很大的料筒內表面；固體輸送區(qū)的功率消耗主要消耗在料筒上，主要由物料和料筒間的打滑引起；在固體輸送區(qū)及早建立壓力有利于擠出，即：早壓實、不松散，有利于物料沿螺槽運動；物料的性質、幾何形狀，對Qs、壓力、料溫有直接影響；典型應用：在料筒加料段內壁開縱向溝槽（帶錐度），并對此段進行強力冷卻。二、熔融理論研究時間不長，仍處于發(fā)展期目的：指導螺桿熔融區(qū)的設計預測擠出機的最佳工作條件理論基礎：由Madock和Street所作的大量試驗后期由Tadmor和Klein建立起熔融理論實驗原理：將著色物料與本色物料混合擠出，穩(wěn)定后快速停車并驟冷料筒和螺桿，抽出螺桿后，將不同螺距處塑料沿垂直螺棱的方向切片觀察觀察結果：到第七螺距，出現(xiàn)熔膜到第九螺距，出現(xiàn)熔池到第二十螺距，全部熔融基本假設

1966年Todmol（塔莫爾）根據馬多克理論建立了數(shù)學模型，使熔融理論發(fā)展到理論計算。基本假設：

a.熔化過程是穩(wěn)定的過程；

b.固相是連續(xù)的均質體，而且螺槽的橫截面為矩形；

c.塑料的熔融溫度范圍很窄，因此固相與液相分界面很明顯；e.熱量只在螺槽深度方向傳導，忽略其它方向的熱傳導和對流；

f.固體的熔化只是在界面處進行，熔池對固體的傳熱忽略不計；

g.固體床以恒定的速度Vsy進入界面；

h.固體床在Y方向上無限深；

i.其它所有物理性能都是常數(shù)。實驗解釋：物料壓成固體床→與料筒接觸處升溫→形成熔膜→

到一定厚度被螺棱刮下→形成熔池→與熔池接觸的粒子熔融→熔池擴大→完全熔融熔融區(qū)從開始熔融到固體床消失的總長度就是熔融區(qū)。固體床在螺槽中的分布計算公式其中：A=(h1-h3)/L2主要結論：工藝條件、螺桿幾何參數(shù)、物料性能都有影響。具體表現(xiàn)在：擠出量的增加使熔融變慢，產品品質變差。故生產中：n增加時，同時增加背壓，控制G的增加；提高Tb和Ts有利于加速熔融。增大漸變度、減小間隙，有助于加速熔融比熱容小、導熱系數(shù)大、密度高、熔融潛熱和熔融溫度低的塑料熔融較快三、熔體輸送理論基本假設：進入均化段的物料已全部熔融螺槽為矩形等深螺槽，且螺距不變螺桿不轉，料筒反轉流動方式：正流逆流橫流漏流計算公式均化段的生產率（即擠出機的生產率）為：

Q=Qz–Qp–Ql由流體力學可以導出：主要結論：提高D、n、L3、e3，減小δ，可提高生產率出口壓力高、熔體粘度小、逆流和漏流增大均化段螺槽深度的影響，分兩種情況：

出口壓力高時，因為逆流較大，降低h3有利于提高生產率

出口壓力低時，逆流影響較小，提高h3有利于提高生產率生產應用：品質要求高時，一般p2大，最好用淺螺槽螺桿；一般品質時，可減小多孔板和過濾網的阻力，以提高生產率四、擠出機綜合工作點

（一）螺桿特性線對給定螺桿，α、β、γ為常數(shù)擠出穩(wěn)定后，溫度、n、μ均不變說明：擠出量Q與機頭壓力p為直線關系轉速n增加，曲線平行向上平移

公式Q=Qz–Qp–Ql可改寫為：QmP螺桿特性線Q（二）口模特性線一般給定口模，k即為常數(shù)由流體力學，可知：螺桿、口模特性已知，N選定后，可找出擠出機工作點C當螺桿或口模改變一項，C點改變，可得到相應的熔體輸送速率和機頭壓力。（三）擠出機工作綜合工作點擠出機工作曲線螺桿是擠出機的關鍵性部件。通過它的轉動，料簡內的塑料才能發(fā)生移動，得到增壓和部分的熱量(摩擦熱)。螺桿的幾何參數(shù)，諸如直徑、長徑比、各段長度比例以及螺槽深度等，對螺桿的工作特性均有重大的影響，一般螺桿的結構如圖所示。2.1.3螺桿的主要參數(shù)1螺桿的直徑(D)和長徑比(L／D)螺桿直徑是螺桿基本參數(shù)之一。使用時，它是根據所制制品的形狀大小及需要的生產率來決定的。表征螺桿特性的另一重要參數(shù)是螺桿的有效長度(L)與其直徑之比，即長徑比(L／D)。2螺桿各段的作用按塑料在螺桿上運轉的情況可分為送料、熔化和計量三個區(qū)域。①加（送）料段自塑料入口向前延伸一段的距離(視擠出機的情況不同可有2～10D的變化)為送料段。②熔化段(壓縮段)螺桿中部的一段為熔化段。③計量段(均化段)螺桿的最后一段為計量段。很明顯，為了取得最好的效果，擠壓不同塑料，三段長短與結構都應結合塑料的特性和所擠制品的類型來考慮。

3螺桿上的螺旋角θ，螺旋角的大小與物料的形狀有關。物料的形狀不同，對送料段的螺旋角要求也不一樣。

4螺桿頭部的形狀，螺桿頭部一般呈鈍尖的錐形，借以避免物料在螺桿頭部停滯過久而引起分解。

5螺槽深度、壓縮比、螺紋螺距、螺紋深角、螺槽軸向寬度…（P24)6技術參數(shù)（P25)轉動裝置加料裝置料筒機頭和口模2.1.4擠出機其它重要部分1．傳動裝置包括：電動機、減速機構和軸承等所組成。要求：無級調速，良好的潤滑系統(tǒng)，迅速制動的裝置。常用體系：①整流子電動機或直流電動機，它既是驅動裝置，又是變速裝置；②常速電動機驅動的機械摩擦傳動，如用皮帶傳動或齒輪傳動的無級變速裝置；③用電動機驅動油泵，將油送至液壓馬達，改變泵的排油量從而改變擠出機螺桿轉速。2．加料裝置供料的形式有粒狀、粉狀和帶狀等幾種。加料裝置一般都采用加料斗，料斗的容量至少應能容納一小時的用料。加料斗內應有切斷料流、標定料量和卸除余料等。上料裝置。3．料筒料筒是擠出機主要部件之一，塑料的塑化和加壓過程都在其中進行。擠壓時料簡內的壓力可達55兆帕，工作溫度一般為180~250℃，因此料筒可看作是受壓和受熱的容器。另外，一般擠出機在料筒和機頭之間還設有粗濾器，它是由帶孔的合金鋼板制成的，主要作用是使塑料由旋轉流動變?yōu)槠街绷鲃?，且沿螺桿方向形成壓力，增大塑化的均勻性，過濾塑料中可能混入的雜質(這在擠壓回料時可能性更大)和阻止未塑化的物料進入機頭．4．機頭和口模機頭是口模與料筒之間的過渡部分，其長度和形狀隨所用塑料的種類、制品的形狀、加熱方法及擠出機的大小和型式而定?？谀Ｊ侵破窓M截面的成型部件，它是用螺栓或其它方法固定在機頭上的。如果口模和機頭是一個整體，一般就統(tǒng)稱為機頭。機頭和口模結構的好壞，對制品的產量和質量影響很大。其尺寸都根據實踐經驗或流變學知識來確定。從工藝角度考慮：(1)口模定型部分是決定制品橫截面的重要部件(2)過渡部分的流道應盡量平滑，使其呈流線型，以免物料在流道中停滯而發(fā)生分解．(3)機頭和口模應有足夠的剛度，以免在工作壓力下使流道變形。

2.1.5

擠出機的一般操作方法

1、準備工作。

2、加熱(提前２小時)。

3、上緊機頭（溫度升高后緊固）。

4、開車啟動，嚴格低速啟動。

5、停車。將擠出機內的塑料盡可能擠完，以便下次操作。擠壓時應注意的安全項目有：電、熱、機械的轉動和笨重部件的裝卸等。拆除時應先拆出螺桿，后拆料筒，而安裝時則應先裝料筒，后裝螺桿。

2.2.1擠出機工作過程與原理

擠出機要達到穩(wěn)定的產量和質量，一方面，沿螺槽方向任一截面上的質量流率必須保持恒定且等于產量，另一方面，熔體的輸送速率應等于物料的熔化速率。否則…….

T,P,Q波動因此，從理論上闡明擠出機成型過程三階段固體輸送、熔融和熔體輸送與操作條件、塑料性能和螺桿的幾何結構之間的關系，無疑是有重要意義的。2.2擠出螺桿設計1擠塑過程的三個主要參量及其波動三個主要波動溫度及其波動壓力及其波動產量及其波動關系：互相制約、互相影響原因：影響：溫度或者熱量的來源？

主要有哪些波動？危害是什么？壓力來源？螺桿結構設計不合理機筒結構設計不合理機頭結構設計不合理加熱冷卻系統(tǒng)不穩(wěn)定螺桿轉速控制不穩(wěn)定物料量的加入不穩(wěn)定殘余應力，強度不均，變形開裂顏色不均，甚至變色表面灰暗無光澤形狀和尺寸不準確三大擠塑理論和相應的數(shù)學模型計量段(均化段)熔化段(壓縮段)送料段固體輸送理論固體熔化(壓縮)理論熔體輸送(計量)理論

2.固體輸送理論目前理論推導最為簡單的是以固體對固體的摩擦力靜平衡為基礎的?；炯僭O：

(1)物料與螺槽和料筒內壁所有邊緊密接觸，形成固體塞或固體床，并以恒定的速率移動；

(2)略去螺翅與料筒的間隙、物料重力和密度變化等的影響；

(3)螺槽深度是恒定的，壓力只是螺槽長度的函數(shù)，摩擦系數(shù)與壓力無關；

(4)螺槽中固體物料像彈性固體塞一樣移動。

當螺桿轉動一轉時，螺槽中固體塞上的A點移動到B點，這時AB與螺桿軸向垂直面的夾角為φ，此角常稱為移動角。

通過推導，可得固體輸送速率(Qs)的計算公式為：

為了計算固體輸送率Qs需要先知道移動角φ的大小。其值可按下式計算：

Qs:固體傳輸率；n：螺桿轉速；h1：加料段落槽深度D：螺桿直徑θ：固體傳輸角；b：螺棱寬度；φ：移動角（螺旋角）M：螺槽中力的合集對實踐的指導意義因為Qs與正切函數(shù)成正比，所以正切函數(shù)最大時，輸送量也最大。從圖中可見θ＝17~20度時，可以得到最大輸送量。為獲得最大的固體輸送速率，可從擠出機結構和擠出工藝兩個方面采取措施。1、從擠出機結構角度來考慮，增加螺槽深度是有利的，但會受到螺桿扭矩的限制。2、降低塑料與螺桿的摩擦系數(shù)(f)也是有利的，增大塑料與料筒的摩擦系數(shù)，也可以提高固體輸送速率?？刂茩C筒和螺桿的溫度與表面粗糙度從輸出工藝角度來考慮，關鍵是控制送料段料筒和螺桿的溫度，因為摩擦系數(shù)是隨溫度而變化的，一些塑料對鋼的摩擦系數(shù)與溫度的關系如圖所示。如果物料與螺桿之間的摩擦力是如此之大，以致物料抱住螺桿，此時擠出量Qs和移動速度均為零，因為θ＝0。這時物料不能向前進行，這就是常說的“不進料”的情況（封閉擠出）。如果物料與螺桿之間的摩擦力很小，甚至可略而不計，面對料筒的摩擦力很大，這時物料即以很大的移動速度前進，即θ＝900。如果料在筒內開有縱向溝槽，迫使物料沿令θ＝900方向前進，這是固體輸送速率的理論上限（自由擠出）。一般情況即是在00＜φ＜900范圍。在擠出過程中，如果不能控制物料與螺桿和料筒的摩擦力為恒定值，勢必引起移動角變化，最后造成產率波動。2.2.3常規(guī)螺桿設計螺桿、料筒、分流板和過濾網組成了擠出機的擠壓系統(tǒng)。螺桿為是擠壓系統(tǒng)的重要部件，人們通常稱之為擠出機的心臟。塑料(橡膠)正是在這一部分由玻璃態(tài)轉變?yōu)檎沉鲬B(tài)，然后通過口模、輔機而被做成各種制品的。如果就螺桿和料筒相比，螺桿更顯得居于關鍵地位。這是因為一臺擠出機的生產率、塑化質量、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。因此，下面較詳細地介紹有關螺桿設計的諸問題，前一部分介紹常規(guī)螺桿，后一部分介紹新型螺桿。

85橡膠螺桿2.2.3常規(guī)螺桿設計60銷釘螺桿2.2.3常規(guī)螺桿設計120銷釘螺桿2.2.3常規(guī)螺桿設計250大螺桿2.2.3常規(guī)螺桿設計雙錐螺桿2.2.3常規(guī)螺桿設計錐形雙螺桿2.2.3常規(guī)螺桿設計錐形雙螺桿2.2.3常規(guī)螺桿設計1評價螺桿的標準如何評價螺桿的好壞呢？由前面對擠出過程的分析可以看出，至少應當從以下幾個方面評價螺桿：1）塑化質量一根螺桿首先必須能生產出合乎質量要求的制品。所謂合乎質量要求是指所生產的制品應當合乎以下幾個方面的要求:a、具有合乎要求的各種性能。包括規(guī)定的物理、化學、力學、電學性能；b、具有合乎要求的表觀質量。如能達到用戶對氣泡、晶點、染色分散均勻性的要求等。

2.2.3常規(guī)螺桿設計c、具有合乎要求的螺桿的塑化質量：螺桿所擠出的熔體溫度是否均勻，軸向波動、徑向溫差多大。是否有得以成型的最低的熔體溫度。擠出的熔體是否有壓力波動。染色和其它填加劑的分散是否均勻等。應當指出，低溫擠出是目前的一個發(fā)展趨勢，它能改善擠出制品的質量（如降低內應力等），防止熱敏性物料過熱分解，降低能量消耗，減少主輔機冷卻系統(tǒng)的負擔，提高生產率。2.2.3常規(guī)螺桿設計2）產量所謂產量是指在保證塑化質量前提下，通過給定機頭的產量或擠出量。產量一般用公斤/小時或公斤／轉來表示。一根好的螺桿，應當具有較高的塑化能力。（生產能力）3）適應性所謂螺桿的適應性是指螺桿對加工不同塑料、匹配不同機頭和不同制品的適應能力。一般說來，適應性越強，往往伴隨著塑化效率的降低。因此我們總希望一根好的螺桿，其適應性和高的塑化效率都應兼?zhèn)洹?/p>

2.2.3常規(guī)螺桿設計4）單耗所謂單耗，是指每擠出一公斤塑料（橡膠）所消耗的能量，一般用N用表示。其中N為功率（千瓦），Q為產量（公斤/小時）。一根好的螺桿，在保證塑化質量的前提下，單耗應盡可能低。5）制造的難易一根好的螺桿還必須易于加工制造，成本低。以上幾條標準必須綜合起來考慮，只強調一方面是片面的。當然，也允許針對不同要求，重點保證某條標準的達到。2.2.3常規(guī)螺桿設計2設計螺桿考慮的因素要設計一根合乎以上標準的性能優(yōu)異的螺桿并非一件輕而易舉的事。在進行螺桿設計時，要綜合考慮以下諸因素：1)物料的特性及其加入時的幾何形狀、尺寸和溫度狀況。不同物料的物理特性（如擠出溫度范圍、粘度、穩(wěn)定性和流變性能）相差很大，因而加工性能也很不相同。橡膠擠出機螺桿與塑料擠出機螺桿差別很大：如螺桿長徑比、螺槽深度、螺桿結構（塑料擠出機螺桿帶有混煉元件、剪切元件）等。2.2.3常規(guī)螺桿設計同是塑料擠出機螺桿也不相同：例如聚氯乙烯和聚烯烴就有很大差別。前者為無定形塑料，粘度大，對溫度比較敏感，無明顯熔點。后者為結晶性塑料粘度較低，有明顯的熔點。就是同是聚氯乙烯，但由于生產廠家不同，或批號不同，其性能也有差異。進而言之，同是一種物料，粉狀和粒狀的加工性能也不盡一樣，預熱和不預熱對加工性能也有影響。因此，要采取不同的螺桿設計來適應不同的物料。2.2.3常規(guī)螺桿設計2）口模的幾何形狀和機頭阻力特性。由擠出機的工作圖可知，口模特性線要與螺桿特性線很好地匹配，才能獲得滿意的擠出效果。如：a、高阻力機頭，一般要配以均化段螺槽深度較淺的螺桿，b、低阻力機頭，需與均化段螺槽較深的螺桿相配。c、對排氣擠出機，機頭阻力的大小和螺桿性能的匹配顯得更重要，弄得不好，擠出機甚至不能工作。

2.2.3常規(guī)螺桿設計3)料筒的結構形式和加熱冷卻情況。由固體輸送理論知，在加料段料筒壁上加工出錐度和縱向溝槽并進行強力冷卻，會大大提高固體輸送效率。若采用這種結構形式的料筒，設計螺桿時必須在熔融段和均化段采取相應措施，使熔融速率、均化能力與加料段的輸送能力相一致。4)螺桿轉數(shù)。由于物料的熔融速率很大程度上取決于剪切速率，而剪切速率與螺桿轉數(shù)有關，故進行螺桿設計時必須考慮螺桿轉數(shù)這個因素。2.2.3常規(guī)螺桿設計5)擠出機的用途。設計螺桿時必須弄清楚擠出機是用作加工制品．還是用作混料、造?；蛭沽?。因為不同用途的擠出機的螺桿在設計上是有很大不同的。總之，在對評價螺桿的標準有了統(tǒng)一的看法和對螺桿設計必須考慮的因素有了一個全面的了解之后，方能進行螺桿的具體設計。2.2.3常規(guī)螺桿設計3常規(guī)全螺紋三段螺桿的設計所謂常規(guī)全螺紋三段螺桿，是指出現(xiàn)最早、應用最廣、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。這種螺桿的設計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。2.2.3常規(guī)螺桿設計a、漸變型螺桿是指由加料段較深螺槽向均化段較淺螺槽的過渡，是在一個較長的螺桿軸向距離內完成的。特點如下：a）漸變螺桿大多用于無定形塑料和橡膠的加工。如聚氯乙烯；b）它對大多數(shù)物料能夠提供較好的熱傳導，傳熱均勻，效果好。適用于熱敏性塑料；c）對物料的剪切作用較小，而且可以控制，其混煉特性不是很高，也可用于結晶性塑料。2.2.3常規(guī)螺桿設計b、突變型螺桿是指由加料段較深螺槽向均化段較淺螺槽的過渡是在較短的螺桿軸向距離內完成的。特點如下:1）突變螺桿由于具有較短的壓縮段，有的甚至只有（1—2）D；2）對物料能產生巨大的剪切，故適用于粘度低、具有突變熔點的塑料，如尼龍、聚烯烴；3）對于高粘度的塑料容易引起局部過熱，故不適于聚氯乙烯。c、等深等距螺桿，橡膠熱喂料螺桿。2.2.3常規(guī)螺桿設計2）關于螺桿直徑的確定：螺桿直徑是一個重要參量，它在一定意義上表征擠出機擠出量的大小。a、螺桿直徑已經標準化:在設計螺桿時不能任意確定，因為螺桿直徑已經標準化。我國擠出機標準所規(guī)定的螺桿直徑系列為：30、45、65、（85）90、（115）120、150、200、250、300一般情況下，確定的螺桿直徑應符合此系列。2.2.3常規(guī)螺桿設計b、螺桿直徑的確定：螺桿直徑的大小一般根據所加工制品的斷面尺寸、加工物料的種類和所要求的生產率來確定。制品截面積的大小和螺桿直徑的大小有一個適當?shù)年P系。一般說來，大截面的制品選大的螺桿直徑，小截面的制品選小的螺桿直徑，這對制品的質量、設備的利用率和操作比較有利。2.2.3常規(guī)螺桿設計3）關于螺桿長徑比的確定螺桿的長徑比是螺桿的重要參數(shù)之一。若將它與螺桿轉數(shù)聯(lián)系起來考慮，在一定意義上也表示螺桿的塑化能力和塑化質量。a、發(fā)展趨勢單螺桿的長徑比有一個由小到大的發(fā)展趨勢，50年代一般為18—20，60年代為25—28，目前為30左右。b、大長徑比的優(yōu)點長徑比加大后，螺桿的長度增加，物料在料筒中停留的時間長，塑化得更充分更均勻，故可以保證產品質量。在此前提下，可提高螺桿的轉數(shù)．從而提高擠出量。

2.2.3常規(guī)螺桿設計c、大長徑比的缺點長徑比加大后，螺桿、料筒的加工和裝配都比較困難和復雜，成本也相應提高。長徑比加大后，擠出機加長，增加所占廠房的面積。長徑比增大后，因螺桿的下垂度與其長度的四次方成正比，故會增加螺桿的彎曲度而造成螺桿與料筒的間隙不均勻，有時會使螺桿刮磨料筒而影響擠出機的壽命。長徑比加大后，若提高螺桿轉數(shù)，其扭矩必然加大，這對小直徑的螺桿來說，因其加料段的螺紋根徑較小，就要考慮其強度是否滿足要求的問題。

2.2.3常規(guī)螺桿設計因此，應當力求在較小的長徑比的條件下獲得高產量和高質量，才是多快好省的途徑。切不可盲目地加大長徑比。

4）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。在設計螺桿時，每一段幾何參數(shù)的選擇，應當圍繞著該段的作用以及整根螺桿和各段的相互關系來考慮。2.2.3常規(guī)螺桿設計a、加料段。輸送物料給壓縮段和均化段。(回到圖2-3）a)熔體控制型螺桿

即熔融均化能力低，擠出量主要由壓縮段和均化段的熔融均化速率所決定的螺桿。加料段的設計應當與壓縮段和均化段相匹配，輸送的物料應與后兩段熔融均化速率相一致，使熔體充滿均化段螺槽，過多或過少都會造成擠出的不穩(wěn)定。b)加料控制型螺桿

即熔融均化能力很高，擠出量主要取決于加料段的輸送能力的螺桿。加料段應當輸送盡可能多的物料給后兩個區(qū)段。當然，這時也有一個熔融均化能力和加料能力相一致的問題，否則會引起過熱和塑化不良。

2.2.3常規(guī)螺桿設計P30c）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現(xiàn)提高輸送量Qs

。增加加料段的長度會使產量的提高。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。加料段的長度一般取(3—10）D，對于結晶性塑料，加料段長度一般取為螺桿全長的60—65%。螺旋角也是一個影響輸送能力的因素，由固體輸送理論得知，φ越大；Qs越大。但通常取D=S（螺距），即φ=17°40′。螺桿表面摩擦系數(shù)越?。贤驳哪Σ料禂?shù)越大），Qs越大。2.2.3常規(guī)螺桿設計b、壓縮段。壓實物料，熔融物料。

壓縮段螺桿參數(shù)中有個重要概念，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，保證物料到達螺桿末端時有足夠的致密度。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：加料段第一個螺槽容積與均化段最后一個螺槽容積之比。所謂物理壓縮比：均化段熔體密度與物料加壓之前的松密度之比。

2.2.3常規(guī)螺桿設計b)設計原則應使幾何壓縮比大于物理壓縮比。物理壓縮比與物料的性質、制品的情況等有關。它可用試驗決定。目前多根據經驗選取，因而即使加工同一種物料和同一種制品，各廠也會采取不盡相同的壓縮比。（P31）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行機械加工，故多采用。2.2.3常規(guī)螺桿設計d)壓縮比的確定：熱喂料螺桿1.3—1.5冷喂料螺桿1.7—2.1塑料螺桿一般根據塑料種類不同取2--5e）壓縮段的長度目前國內多以經驗方法確定。根據一般經驗。對非結晶型塑料，壓縮段約占整個螺桿長度的55—65%；而對于結晶性塑料，則取（1—4）D不等。

2.2.3常規(guī)螺桿設計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擠到機頭中去。均化段的螺槽深度和長度是兩個重要參量。螺槽深度

應當設計得使該段的輸送能力與壓縮段的熔融能力相匹配，以適當?shù)乜刂泼恳晦D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入該段，殘留的固相碎片若得不到進一步均勻塑化而擠入機頭，會影響制品質量。2.2.3常規(guī)螺桿設計b)如果螺槽太淺，產量就會降低，而且熔體會受到過大的剪切，熔體的溫度會變得過高，非但不能獲得低溫擠出，甚至會引起過熱分解。c)均化段螺槽深度的選擇還應當與使用的機頭相匹配：若想獲得高的擠出量，高壓機頭應當與淺的均化段螺槽的螺桿相匹配，低壓機頭應當與均化段螺槽深的螺桿相匹配。d)均化段螺槽深度h3的確定比較復雜，目前仍以經驗方法確定。

h3=（0.02—0.06）D螺桿直徑較小者，h3取大值，反之，取小值。2.2.3常規(guī)螺桿設計均化段長度L3是另一個重要參數(shù)。a)L3長一些，可以使物料得到相對長一些的均化時間，也可以減少壓力、產量、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驗確定。對于非結晶性塑料，均化段長度約占螺桿全長的22—25%；對結晶性塑料，均化段長度約占螺桿全長的25～35%。2.2.3常規(guī)螺桿設計對于某種給定的物料，有一個最佳的均化段螺槽深度和均化段長度。均化段的尺寸決定了它的均化能力。有實驗證明，在其它條件不變的情況下，均化段螺槽深度稍為增加就使均化質量大大下降；相反，h3稍為減少，產量會大大減少（約50%）。而均化段的長度減少太多，同樣也會引起塑化質量的下降。附帶說明一下：有一種習慣的計算方法，當壓縮比ε和均化段槽深h3決定后，h1可以用下式計算：

h1=0.5{D-[D2-4εh3（D-h3）]1/2}應當指出，這僅是一個幾何關系。壓縮比ε不應作為決定加料段螺槽深度的標準。簡化公式：h1=εh3/0.932.2.3常規(guī)螺桿設計5）螺桿與料筒間隙的確定a、間隙δ選區(qū)所考慮的因素：

a）被加工物料的性質（如熱敏性與非熱敏型物料）

b）機頭阻力情況。阻力越大間隙越小。

c）螺桿料筒的材質及其熱處理情況

d）機械加工條件

e）螺桿直徑的大小。螺桿直徑越大，δ的絕對值應選得越大，螺桿直徑越小，δ的絕對值應選得越小。b、選取我國已有擠出機系列標準的直徑間隙值，可根據情況選取。δ＝（0.003—0.005）D。

2.2.3常規(guī)螺桿設計6）螺桿其它參數(shù)的確定a、螺旋升角θ：

實驗證明，物料形狀不同，對加料段的螺紋升角要求也不一樣。a）θ=30°左右適于粉料，b）θ=l7°左右適于圓柱料，c）θ=15°左右適于方塊料。出于機械加工方便，一般取D（直徑）=S（螺距），θ=17°40’。

2.2.3常規(guī)螺桿設計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，這是因為物料在多頭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，而導致產量降低，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。一般取e=（0.08-0.12）D。

2.2.3常規(guī)螺桿設計7）螺桿頭部結構當塑料熔體從螺旋槽進入機頭流道時，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量。要求物料盡可能平穩(wěn)地從螺桿進入機頭，盡可能避免局部受熱時間過長而產生熱分解現(xiàn)象。這與螺桿頭部形狀、螺桿末端螺紋的形狀以及機頭體中流道的設計和分流板的設計等有密切關系。根據常用的螺桿頭的形狀，分成以下幾類：

2.2.3常規(guī)螺桿設計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，即使稍有曲面和錐面的螺桿頭通常也不足以防止這一點，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因停滯物料被燒焦的現(xiàn)象。2.2.3常規(guī)螺桿設計c、斜切截錐體的螺桿頭其端部有一個橢圓平面，當螺桿轉動時，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動，主要用于電纜行業(yè)2.2.3常規(guī)螺桿設計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?！八辛己玫幕旌霞羟凶饔茫茉龃罅黧w的壓力和消除波動現(xiàn)象”。常用來擠出粘度較大、導熱性不良或有較為明顯熔點的塑料。2.2.3常規(guī)螺桿設計8）螺紋斷面形狀

常見螺桿螺紋的斷面形狀有三種。a、一種是矩形。在螺槽根部有一個很小的圓角半徑，它有最大的裝填體積，而且機械加工比較容易，適用于加料段2.2.3常規(guī)螺桿設計b、另一種是鋸齒形。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、第三種雙楔形。輸送物料穩(wěn)定，提高塑化效果，提高產量30—50%。（R的取值，見P34）2.2.3常規(guī)螺桿設計3、螺桿材料及強度計算方法1）螺桿材料a、對材質的要求由擠出過程可知，螺桿是在高溫、一定腐蝕、強烈磨損、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；

--高強度，可承受大扭矩，高轉速；

--具有良好的切削加工性能；

--熱處理后殘余應力小，熱變形小等。

2.2.3常規(guī)螺桿設計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：調質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，鍍層太薄易于磨損，太厚則易剝落，剝落后反而加速腐蝕，目前已較少應用。

熱處理：調質HB220—270，鍍硬鉻HRC＞552.2.3常規(guī)螺桿設計c）氮化鋼、38CrMoAl綜合性能比較優(yōu)異，應用比較廣泛。一般氮化層達0.4—0.6毫米。但這種材料抵抗氯化氫腐蝕的能力低，且價格較高。熱處理：調質HB220—270，滲氮HRC＞65國外有用碳化鈦涂層的方法來提高螺桿表面的耐腐蝕能力，但據報道，其耐磨損能力還不夠好。近年來國外在提高螺桿的耐磨耐腐蝕能力方面采取了一系列措施。一種辦法是采用高度耐磨耐腐蝕合金鋼。如34CrAlNi，31CrMo12等。還有采取在螺桿表面噴涂Xaloy合金的方法。這種Xaloy合金具有高的耐磨耐蝕性能。特塑耐2.2.3常規(guī)螺桿設計2）螺桿的強度計算a、螺桿受力情況當螺桿與減速箱主軸用較長的圓柱面配合時，可以將螺桿作一端固定的懸臂梁。受力狀態(tài)如圖所示：a）自重G；b）克服物料阻力所需的扭矩M；c）物料壓力產生的軸向力P。d）螺桿的危險斷面一般在加料段螺紋根徑最小處。2.2.3常規(guī)螺桿設計b、強度計算P35根據材料力學可知，對塑性材料，復合應力用第三強度理論計算，其強度條件為：

其中:σT---材料的屈服極限

n---安全系數(shù)，一般取n=32.2.3常規(guī)螺桿設計總

所謂新型螺桿，是相對于常規(guī)全螺紋三段螺桿而言的。新型螺桿在原理、結構設計上有許多特點，它們是在常規(guī)全螺紋三段螺桿的基礎上發(fā)展起來的，目前已得到廣泛應用。2.2.4新型螺桿設計(一）、常規(guī)全螺紋三段螺桿存在的問題1、熔融效率低、塑化混煉（染色、加填充物）不均勻1)傳熱途徑問題由熔融理論知，固體床熔融的熱源有兩個:一是來自加熱器的外熱。一是發(fā)生在熔膜中的剪切熱，后者是主要的。如果能使固體床在其消失之前始終能以最大的面積與料筒壁相接觸，則可以獲得最大的熔融效率。2.2.4新型螺桿設計(補充）2)固體床變窄，傳熱面積減少，熔融效率低,擠出量不高在常規(guī)三段螺桿中，熔融段同時有固體床和熔池同居一個螺槽中，熔池不斷增寬，固體床逐漸變窄，從而減少了固體床與料筒壁的接觸面積，減少了料筒壁直接傳給固體床的熱量，降低了熔融效率，致使擠出量不高。2.2.4新型螺桿設計3)固體床易破碎，固體碎片傳熱慢，剪切力小，不易熔融a.固體床易破碎

在常規(guī)三段螺桿中，當固體床寬度減少至它的初始寬度的10%時。其物理性質極不穩(wěn)定，由于某種原因，固體床出現(xiàn)縫隙，熔體不斷擠入其內，當外力超過了固體床的抗張強度時，固體床便解體，形成固體碎片。2.2.4新型螺桿設計b.固體碎片被融體所包圍，不能直接獲得外部熱量，傳熱慢

固體碎片混到已熔的塑料中，為熔體所包圍，形成內部是壓實的固體而外部是熔體的狀態(tài)。固體碎片不能直接與料筒壁接觸而獲得外部加熱器的熱量，只能從包圍它們的熔體中獲得熱量。由于熔融聚合物傳熱性能很差，完全將這些碎片熔融將是很困難的，也是很慢的。2.2.4新型螺桿設計c.漂浮在熔體中的固體碎片受的剪切力很小，很難從剪切獲得熱量,有資料報道，自螺槽底部向上算起的螺槽深度的三分之二處，剪切速率幾乎為零。且固體碎片被融體所包圍，成漂浮狀態(tài)，基本上沒有剪切發(fā)生。2.2.4新型螺桿設計4）部分物料得不到徹底熔融，另一部分物料則過熱，導致溫度、塑化極不均勻。所以，綜合上述因素，常規(guī)全螺紋三段螺桿使固體床不能徹底地熔融。相反，已熔的物料由于與料筒壁相接觸，仍能從料筒壁和熔膜中的剪切獲得熱量，使溫度繼續(xù)升高。這樣一來，就形成一部分物料得不到徹底熔融，另一部分物料則過熱，導致溫度、塑化極不均勻。2.2.4新型螺桿設計2、壓力波動、溫度波動和產量波動大的問題。一般認為，這些波動有三種形式，一種是較高頻率的波動，與螺桿的回轉頻率一致，它是由螺桿的旋轉引起的，特別容易發(fā)生在固體輸送過程中；第二種是低頻波動，它是由于熔融過程的不穩(wěn)定性（可能是由于固體床周期性地解體）所引起的；2.2.4新型螺桿設計第三種波動頻率就更低了，其周期可以是幾分鐘或幾小時，它是由溫控系統(tǒng)的穩(wěn)定性差或環(huán)境因素的變化（如電網電壓不穩(wěn)定）所引起的。這些波動中以第一、二種影響最大，而這又與螺桿設計有關。常規(guī)全螺紋螺桿由于其固有的問題而不可能減少和消除這些波動，這就影響到產品的質量。2.2.4新型螺桿設計3、加工物料適應性差常規(guī)全螺紋三段螺桿往往不能很好適應一些特殊塑料的加工或進行混煉、著色等工藝過程。4、目前常采取的解決辦法為了克服常規(guī)全螺紋三段螺桿存在的熔融效率低、塑化混煉（染色、加填充物）不均勻等缺點，目前在常規(guī)三段螺桿上常用的方法就是2.2.4新型螺桿設計1）加大長徑比；2）提高螺桿轉數(shù)；3）加大均化段的螺槽深度等。這些措施無疑取得了一定的成效，但成效有限，因為采取上述措施并沒有從根本上改變常規(guī)全螺紋三段螺桿靠全螺紋的幾何形狀來完成擠出過程所存在的固有缺點這一狀況，這就促使人們突破常規(guī)全螺紋的形式，探索創(chuàng)造新的螺桿結構。2.2.4新型螺桿設計（二）、幾種常見的新型螺桿針對常規(guī)全螺紋三段螺桿存在的上述問題，各國對擠出過程進行了更深入的研究，在大量實驗和生產實踐的基礎上，發(fā)展了各種新型螺桿。這些新型螺桿在不同方面、不同程度上克服了常規(guī)全螺紋三段螺桿存在的缺點，優(yōu)點如下：2.2.4新型螺桿設計

提高了擠出量，改善了塑化質量，減少了產量波動，壓力波動和溫度波動。提高了混合的均勻性和填加物的分散性。新型螺桿越來越引起人們的重視和得到廣泛的應用。到目前為止，已應用于生產的新型螺桿的形式很多，但尚無一個全面的科學的螺桿分類，下面僅就目前較為流行的分類方法，重點地介紹2種。2.2.4新型螺桿設計1、設計思路：所謂屏障型螺桿就是在螺桿的某部位設立屏障段，使未熔的固相不能通過，并促使固相熔融的一種螺桿。

2、結構原理：下面是一種常用的直槽屏障型螺桿的屏障段。1）在該段的圓柱面上等距地開了若干縱向溝槽，分為兩組；2）一組是進料槽，其出口在軸線方向是封閉的；(1）屏障型螺桿2.2.4新型螺桿設計3）另一組是出料槽，其入口在軸線方向是封閉的；4）兩組槽相間。將進料槽和出料槽隔開的棱面與料筒之間的間隙大小不等，一半為δ（正常螺桿與機筒的間隙），另一半為△（大于正常螺桿與機筒的間隙）。2.2.4新型螺桿設計3、熔融機理

工作時，物料由進料槽流入。只有熔融的物料和粒度小于間隙△的固相碎片才能越過（即圖中劃剖面線處）而進入出料槽，而那些未熔的粒度較大的固相碎片被屏障阻擋。2.2.4新型螺桿設計旋轉方向環(huán)流剪切出料口入料口2.2.4新型螺桿設計1、設計思路：在螺桿的某一部位設置許多突起部分或溝槽或孔道。將螺槽內的料流分割，以改變物料的流動狀況，促進熔融、增強混煉和均化的一類螺桿。銷釘螺桿是它們的代表。（2）分流型螺桿2.2.4新型螺桿設計（3）組合式螺桿以上我們介紹的新型螺桿可以看出：1、屏障型、分流型螺桿多在均化段或熔融段來增設非螺紋形式的各種區(qū)段，我們稱之為螺桿元件。它們可以與螺桿做成一體，也可以用連接的方法加到螺桿本體上。根據這些區(qū)段的作用的不同，將它們分別稱為輸送元件、壓縮元件、剪切元件、均化元件等等

2.2.4新型螺桿設計1、結構組成1）組合螺桿由螺桿主體和各種不同職能的螺桿元件（如輸送元件、壓縮元件、混煉元件、剪切元件等）組成的。2）改變這些元件的種類、數(shù)目和組合順序，可以得到各種特性的螺桿，以適應不同物料和不同制品的加工要求，并找出最佳工作條件2.2.4新型螺桿設計2.3擠塑機輔機作用：是將連續(xù)擠出的已獲得初步形狀和尺寸的制品進行定型，再通過進一步的冷卻，使之由高彈性態(tài)最后轉變?yōu)槭覝叵碌牟ＡB(tài)，從而達到一定的表面質量，最終成為可供使用的制品或半成品。一、制管和異型材的輔機

輔機由機頭、定型裝置、冷卻裝置、牽引裝置、夾緊切割裝置等組成。管材輔機吹膜輔機板材、片材輔機

2.3擠塑機輔機二、擠出機的輔助設備輔助設備三類：1．擠壓前處理物料的設備2．處理擠出物的設備3．控制生產條件的設備三類設備不僅隨制品的種類、對制品質量的要求以及自動化程度等的不同面有差別，而且每一種設備的類型也有不同的形式。（1）機頭

分為直型和彎型兩種。實踐證明：口模形狀和擠出制品的界面形狀有很大關系。（2）定型裝置從機頭擠出的制品處于熔融狀態(tài)，(溫度很高)，在重力作用下容易變形，因此在機頭后必須立即冷卻，以使制品定型。定型裝置分為外徑定型和內徑定型兩種。1）外徑定型

是國內普遍采用的方法，又分為內壓定型和真空定型。

內壓定型法：是在機頭芯棒的肋上打孔，向管內或型材內通入壓縮空氣，由氣體壓力的作用，使管壁與定徑套壁接觸，定徑套靠水冷卻，使管初步冷卻然后進入水槽內進一步冷卻定型。

真空定型法：由真空定型套、冷卻水槽、真空泵、電機、管道等組成。采用在制品與定型套之間抽真空，使制品與定型套接觸冷卻的方法。與內壓法相比，此法更適合于異型材的生產，此法無內壓力，制品的內壓力較小，操作方便，廢品率低。在生產中采用更加簡單實用的校準技術的設想，促進了校準套管革命性的發(fā)展。適用于HDPE管及PP管生產中，通過校準套管的調準技術，可以平衡由不同原料及不同壓力等因素造成的管壁收縮數(shù)值。同時具有如下有優(yōu)勢：

-可調直徑范圍大。適用于16mm到630mm。目前最大已可達1600mm。

-操作簡便，獨立高效。外徑可在真空定徑前得到直接的調整。

-外徑調整比率大。160mm的管徑，最大可調12.7mm，調整比率達8%。2）內徑定型靠芯棒冷卻定型的方法。冷卻水通入芯棒，同時使制品與芯棒接觸冷卻。為適應收縮，芯棒一般制作成錐形，錐度為0.6％；與外徑定型相比：內徑定型的內表面光滑，外徑定型的外表面光滑。（3）冷卻裝置

制品由定型裝置出來后，并未完全冷卻，還需要繼續(xù)降溫。冷卻裝置：浸浴法與噴淋法。

1）浸浴式冷卻水槽

圖4-190，冷卻水槽長2～6m，冷卻水從制品的最后一段流入，即逆流法，使制品逐漸冷卻。（用于小口徑管或異型材），水應埋沒制品。

2）噴淋式冷卻箱

圖4-191，用于較大截面的制品，由幾個噴淋管噴水冷卻。（4）牽引裝置

作用：給擠出管提供一定的牽引力，牽引速度。均勻穩(wěn)定地將制品引出。

牽引裝置必須滿足：

a、速度無級調節(jié)；常采用直流電動機和變頻調速電動機。

b、牽引力、速度保持恒定；直接影響管材的壁厚；

c、對制品的夾持力能夠調節(jié)牽引速度一般比擠出速度略快1%-10%。牽引裝置分履帶式、滾輪式兩種。a、履帶式牽引裝置由2～6條可調節(jié)的履帶組成，均勻地分布在管材地四周。主要用于大直徑和薄壁管材的牽引。b、滾輪式牽引裝置由2～5對牽引滾輪組成，下輪為主動輪，上輪為從動輪。此種牽引裝置輪與管子地接觸面小，適合于管徑較小地制品（100mm以下），但設備簡便。（5）切割裝置

a、自動或手動圓鋸切割機由行程開關控制夾持器和電動鋸片。夾持器夾住制品之后，鋸座與制品同步運動，鋸片開始切割，切斷后夾持器松開返回原處。（適用于切200mm直徑以下的管）

b、行星切割裝置鋸片不僅自轉，而且圍繞管的直徑旋轉，鋸片可以是一個也可以是幾個。適用于切大口徑管。二、板材、片材輔機二、板材、片材輔機

（前面介紹的是擠管異型材輔機，下面介紹擠板輔機）擠板工藝流程如圖11-45。主要設備：擠出機、機頭、三輥壓光機、牽引機、切割機等。（1）擠板機頭扁平式機頭，按機頭內部結構可分為：

a、魚尾板形機頭、

b、支管式機頭

c、衣架式機頭

d、螺桿分配機頭（a）魚尾板機頭形狀象魚尾，適合于寬幅板生產，結構簡單，容易制造。（b）支管式機頭特點：機頭內有一個圓筒形槽，槽內可貯存一定量的物料，起到使料流穩(wěn)定，壓力穩(wěn)定的作用。另外，其結構簡單，機頭體積小，操作方便，但物料在機頭內停留時間長，易分解，不適于熱敏性樹脂。（1）機頭（c）衣架式機頭綜合了支管式和魚尾式機頭的優(yōu)點，并縮小了支管式圓形槽，使停留時間減少，采用了魚尾式機頭的扇形流槽。但結構復雜，制作難度大，造價高。（d）螺桿分配機頭其特點是在支管式機頭的支管內安裝一根分配螺桿，分配螺桿由獨立的電機驅動，使熔融物料不在支管內滯留，并保證物料在寬度方向分配均勻。特點：適應樹脂品種多，構造復雜，產品易出現(xiàn)波浪形痕跡。（2）壓光機

作用：壓光、冷卻和一定的牽引作用。壓光輥的長度一般比擠出機機頭稍寬，表面鍍鉻。三輥壓光機距機頭的距離5～10cm，愈近愈好，減少制品收縮。三輥壓光機的牽引速度應比擠出機速度快10～25％，由此可消除皺紋并減少板材的擠出膨脹內應力，起到很好的壓光作用。（3）牽引裝置由一對鋼輪組成，一主動輪、一從動輪，外包橡膠防止打滑，要求無級調速。其牽引速度應與壓光機同步，考慮冷卻收縮，可略小于壓光機速度。（4）切割與卸料機構切割分為：a、切邊——園盤切割機

b、切斷——切刀卸料機構作用：將切斷的板材堆集起來。下堆料式圖4-204目前采用較多側堆料式圖4-205

前堆料式圖4-206下堆料式卸料機原理：切斷后的板材到達翻料位置后，觸動行程開關，翻轉電機依靠自重向兩側翻下，板材落在接料車上，并觸動另一行程開關，使翻轉電機反轉，翻板回復原位。三、吹膜輔機三、吹膜輔機0.005~0.25mm的塑料薄膜吹塑法流誕法擠塑法壓延法狹縫機頭直接擠塑法上吹法平吹法下吹法來自機頭的熱氣流不影響膜管冷卻；適用于低粘度的物料以及透明度高而需急劇冷卻的塑料薄膜。來自機頭的熱氣流對膜管冷卻不利；物料在機頭內的90度流動，增加了流阻；不適用于熔融粘度較低的物料，常用于PE等結構簡單，操作方便，但廠房利用面積大，但膜厚不易均勻。長用于擇徑在600毫米一下的PE/PS/PVC等三、吹膜輔機——冷卻裝置普通風環(huán)雙面口減壓風環(huán)內外雙面冷卻裝置冷卻水環(huán)內冷（風）外冷（風，水）三、吹膜輔機——牽引裝置牽引架人字板：膜管由此展平、壓緊成連續(xù)的雙面薄膜，進一步冷卻薄膜；傳動機構一對牽引輥：使薄膜具有縱向強度；前者為從動輥，后者為主動輥；導向輥擴展裝置：進一步冷卻，防止收縮。三、吹膜輔機——卷料裝置表面卷取中心卷取單輥表面卷取多輥表面卷取單工位中心卷取雙工位中心卷取多工位中心卷取三、吹膜輔機——切割裝置_________________________鋸齒刀切割機構閘刀切割機構飛刀切割機構電熱切割機構復習-—擠塑機輔機一、制管和異型材的輔機管材輔機吹膜輔機板材、片材輔機定型裝置外徑定型內徑定型內壓定型法真空定型法切割裝置自動或手動園鋸切割機行星切割裝置冷卻裝置浸浴式冷卻水槽噴淋式冷卻箱牽