SJ7020擠出機(jī)設(shè)計(jì)（含CAD圖紙）
SJ7020擠出機(jī)設(shè)計(jì)（含CAD圖紙）,sj7020,擠出機(jī),設(shè)計(jì),cad,圖紙
沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 致謝
沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院
本科畢業(yè)設(shè)計(jì)
題 目：SJ70/25擠出機(jī)螺桿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化
班 級(jí)： 機(jī)制1201班
學(xué)生姓名： 劉 帥
指導(dǎo)教師： 王敬伊
論文提交日期：2016年 6 月 3 日
論文答辯日期：2016年 6 月 3 日
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書
機(jī)制 專業(yè)
1201 班
學(xué)生：劉帥
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：SJ70/25擠出機(jī)設(shè)計(jì)
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)容：相關(guān)文獻(xiàn)檢索
計(jì)算說明書一份
1張0#裝配圖，1張1#裝配圖，1張零件圖
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專題部分： 擠出機(jī)螺桿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
起止時(shí)間：2016.03-2016.06
指導(dǎo)教師： 年 月 日
摘 要
本設(shè)計(jì)的目的為設(shè)計(jì)一款單螺桿的塑料擠出機(jī)，塑料擠出機(jī)也屬于塑料機(jī)械的種類之一。單螺桿有效長(zhǎng)度一般分為三段，按螺桿直徑大小、螺深、螺距確定三段有效長(zhǎng)度，一般按各占三分之一劃分。料口最后一道螺紋開始叫輸送段,物料在此處要求不能塑化，且在此處要預(yù)熱、受壓擠實(shí)，此處物料實(shí)際是固體塞，可以理解為此處物料受擠壓后像是子一樣是一固體，因此它的功能就是完成輸送任務(wù)了。第二段叫壓縮段，此時(shí)螺槽體積由大逐漸變小，并且溫度要達(dá)到物料塑化程度，此處產(chǎn)生壓縮由輸送段三，在這里壓縮到一，這叫螺桿的壓縮比－－3﹕1，有的機(jī)器也有變化，完成塑化的物料進(jìn)入到第三段。第三段是計(jì)量段，此處物料保持塑化溫度，像計(jì)量泵那樣準(zhǔn)確、定量輸送熔體物料，以供給機(jī)頭，此時(shí)溫度不能低于塑化溫度，一般略高點(diǎn)。以擠出機(jī)機(jī)頭料流方向以及螺桿中心線的夾角為根據(jù)，可以將擠出機(jī)機(jī)頭分成直角機(jī)頭和斜角機(jī)頭等。一是用螺栓使機(jī)頭的外殼固定于機(jī)身之上，模芯座在機(jī)頭里面的模中，然后用螺帽將其固定于機(jī)頭的進(jìn)線端口，模芯座的內(nèi)部還裝有模芯，而且都有孔位于模芯和模芯座的中心，其作用為通過芯線。依據(jù)加壓方式種類的不同可將擠出工藝可以分成連續(xù)擠出和間歇擠出兩大類。以上為該設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)理論構(gòu)想。
在本設(shè)計(jì)中通過前期準(zhǔn)備查閱資料，根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書要求，并且因加工材料的特殊性，初步該設(shè)計(jì)確定為單螺桿排氣式擠出機(jī)，并開始準(zhǔn)備工作，資料收集整理完成后，設(shè)計(jì)可行性得到驗(yàn)證，于是開始相關(guān)的機(jī)件設(shè)計(jì)工作。設(shè)計(jì)工作開始后，通過對(duì)比新型擠出機(jī)，單螺桿擠出機(jī)和多螺桿擠出機(jī)的技術(shù)參數(shù)，發(fā)現(xiàn)單螺桿排氣擠出機(jī)，更適用于塑料的加工，隨后根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)確定了螺桿的技術(shù)參數(shù)。進(jìn)而根據(jù)螺桿的參數(shù)推算出機(jī)筒等相關(guān)配件的設(shè)計(jì)方案，初步完成整體設(shè)計(jì)方向。整體設(shè)計(jì)方向完成后，根據(jù)產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)，根據(jù)已選定的螺桿對(duì)螺槽深度、壓縮比、螺紋斷面等一系列配件進(jìn)行設(shè)計(jì)和論證，并對(duì)螺桿設(shè)計(jì)的長(zhǎng)徑比、加料段、塑化段等設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)證。以上工作完成后，開始第一階段的設(shè)計(jì)校核工作，經(jīng)校核發(fā)現(xiàn)整體設(shè)計(jì)工作合理無誤，并開始著手準(zhǔn)備第二階段的設(shè)計(jì)工作并進(jìn)行校核與驗(yàn)算，經(jīng)校核發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)符合技術(shù)指標(biāo)并符合設(shè)計(jì)指導(dǎo)書要求，設(shè)計(jì)完成。
總的來說本課題在完成設(shè)計(jì)說明書要求的前提下，完成了如下內(nèi)容：
（1） 對(duì)各種不同類型的擠出機(jī)總體結(jié)構(gòu)進(jìn)了深入的探究
（2） 根據(jù)設(shè)計(jì)說明書的主要技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)完成了擠出機(jī)的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
（3） 運(yùn)用AutoCAD繪制裝配圖1張，零件圖2張。
（4） 本設(shè)計(jì)運(yùn)用AutoCAD進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，可以縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量降低成本。
關(guān)鍵詞：塑料機(jī)械；塑化； 成型加工； 壓縮；
Abstract
The purpose of this design is to design a single-screw plastic extruder, plastic extrusion machines also belong to one type of plastic machinery. Single screw effective length is generally divided into three sections, according to the screw diameter, screw depth, the effective length of the pitch to determine the three sections, each one-third by the general division. After discharge port last thread started calling transportation section, the material here can not claim plastics, and here is preheated, the real squeeze pressure, the material here is actually a solid plug, can be understood as the material is squeezed here like a child, like a solid, so its function is to complete the transportation task. The second stage compression section called, this time by a large spiral groove volume becomes smaller, and the temperature to achieve the degree of plastics materials, produced here by the transportation section of a three compression, where the compression to a, called the screw compression ratio - 3: 1, some machines have changed, complete the plastics material into the third. Third is the metering section, where plastics material to maintain the temperature, as accurate as metering pumps, quantitative material conveying melt to supply the nose, then the temperature not lower than the plasticizing temperature, generally slightly higher point. Extruder head at an angle and material flow direction according to the center line of the screw can be divided into a crosshead extruder head and angled nose and so on. First, make head bolts that hold the cover on top of the fuselage, the mandrel holder in the head inside the mold, followed by nuts fixed to the head of the line ports, internal mandrel seat is also equipped with core, and have holes in the center of the mold core and core holder, through its role as the core. Based on the way the different types of pressure can be extrusion process can be divided into continuous extrusion and intermittent extrusion two categories. Above for the design theory conceived design.
In this design, prepared by the early access to information, according to the design task book requirements, and because of the special nature of the work material, designed to determine the initial single-screw vented extruder, and started preparatory work, the data collected after the completion of the design feasibility has been verified, mechanical design work began dependent. After the design work began by comparing the technical parameters of the new extruder, a single screw extruder and a multi-screw extruder, single-screw vented extruder was found more suitable for plastics processing, the screw is then determined in accordance with design specifications technical parameters. And then extrapolated based on the parameters of screw barrel and other related accessories design, initially completed the overall design direction. After the completion of the overall design direction, depending on product specifications, according to the selected screw depth of the grooves, the compression ratio, the threaded section and a series of accessories for the design and feasibility studies, and the aspect ratio of screw design, feed zone, plastic of the segment, such as design verification. After completion of the above, check the beginning of the first phase of the design work, after checking found that the overall design is correct and reasonable, and began preparing for the second phase of the design work and checking and checking, after checking found that the design meets the technical indicators guide book and meet the design requirements, the design is complete.
Overall this topic at the completion of the design specification requirements of the premise, completed the following:
(1) for various types of extruders overall structure into the depth inquiry
(2) Based on the technical parameters of the design specification of the design is completed the overall design of the extruder.
(3) the use of AutoCAD assembly drawing 1, Fig. 2 parts.
(4) The use of AutoCAD design of the overall structure of the design, it can shorten product development cycles, improve product quality and reduce costs.
Key words：Plastic Machinery; Plasticizing; Molding Processing; The Compression
目 錄
第一章緒論 1
1.1 單螺桿擠出機(jī) 1
1.1.1 基本操作 1
1.1.2 排氣擠出機(jī) 2
1.1.3 橡膠擠出機(jī) 3
1.2多螺桿擠出機(jī) 3
1.2.1 雙螺桿擠出機(jī) 3
1.2.2 多螺桿擠出機(jī) 4
1.3 擠出機(jī)市場(chǎng)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì) 5
第二章擠出機(jī)總體方案的確定 7
2.1 擠出機(jī)總體布局的基本要求 7
2.2 螺桿類型的確定 7
2.2.1 螺桿的工作性能指標(biāo)評(píng)定 8
2.2.2 螺桿的選用原則 8
2.2.3 螺桿的分類 9
2.2.4 螺桿方案的確定 9
2.3 機(jī)筒類型的確定 9
2.3.1 機(jī)筒的結(jié)構(gòu)類型 9
2.3.2 機(jī)筒方案的確定 12
2.4 本設(shè)計(jì)整體方案得確定 12
第三章擠出機(jī)的整體設(shè)計(jì) 14
3.1 PE鋁塑板的基本特性 14
3.2 產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要求 14
3.3 螺桿設(shè)計(jì) 14
3.3.1 螺槽深度和壓縮比的確定 15
3.3.2 螺距和螺紋升角的確定 21
3.3.3 三段式螺桿長(zhǎng)度的確定 21
3.3.4 螺紋斷面設(shè)計(jì) 26
3.3.5 螺桿設(shè)計(jì)的校核 29
3.3.6 第二階螺桿各參數(shù)的確定 34
結(jié)論 37
致謝 39
沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 致謝
摘 要
本設(shè)計(jì)的目的為設(shè)計(jì)一款單螺桿的塑料擠出機(jī)，塑料擠出機(jī)也屬于塑料機(jī)械的種類之一。單螺桿有效長(zhǎng)度一般分為三段，按螺桿直徑大小、螺深、螺距確定三段有效長(zhǎng)度，一般按各占三分之一劃分。料口最后一道螺紋開始叫輸送段,物料在此處要求不能塑化，且在此處要預(yù)熱、受壓擠實(shí)，此處物料實(shí)際是固體塞，可以理解為此處物料受擠壓后像是子一樣是一固體，因此它的功能就是完成輸送任務(wù)了。第二段叫壓縮段，此時(shí)螺槽體積由大逐漸變小，并且溫度要達(dá)到物料塑化程度，此處產(chǎn)生壓縮由輸送段三，在這里壓縮到一，這叫螺桿的壓縮比－－3﹕1，有的機(jī)器也有變化，完成塑化的物料進(jìn)入到第三段。第三段是計(jì)量段，此處物料保持塑化溫度，像計(jì)量泵那樣準(zhǔn)確、定量輸送熔體物料，以供給機(jī)頭，此時(shí)溫度不能低于塑化溫度，一般略高點(diǎn)。以擠出機(jī)機(jī)頭料流方向以及螺桿中心線的夾角為根據(jù)，可以將擠出機(jī)機(jī)頭分成直角機(jī)頭和斜角機(jī)頭等。一是用螺栓使機(jī)頭的外殼固定于機(jī)身之上，模芯座在機(jī)頭里面的模中，然后用螺帽將其固定于機(jī)頭的進(jìn)線端口，模芯座的內(nèi)部還裝有模芯，而且都有孔位于模芯和模芯座的中心，其作用為通過芯線。依據(jù)加壓方式種類的不同可將擠出工藝可以分成連續(xù)擠出和間歇擠出兩大類。以上為該設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)理論構(gòu)想。
在本設(shè)計(jì)中通過前期準(zhǔn)備查閱資料，根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書要求，并且因加工材料的特殊性，初步該設(shè)計(jì)確定為單螺桿排氣式擠出機(jī)，并開始準(zhǔn)備工作，資料收集整理完成后，設(shè)計(jì)可行性得到驗(yàn)證，于是開始相關(guān)的機(jī)件設(shè)計(jì)工作。設(shè)計(jì)工作開始后，通過對(duì)比新型擠出機(jī)，單螺桿擠出機(jī)和多螺桿擠出機(jī)的技術(shù)參數(shù)，發(fā)現(xiàn)單螺桿排氣擠出機(jī)，更適用于塑料的加工，隨后根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)確定了螺桿的技術(shù)參數(shù)。進(jìn)而根據(jù)螺桿的參數(shù)推算出機(jī)筒等相關(guān)配件的設(shè)計(jì)方案，初步完成整體設(shè)計(jì)方向。整體設(shè)計(jì)方向完成后，根據(jù)產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)，根據(jù)已選定的螺桿對(duì)螺槽深度、壓縮比、螺紋斷面等一系列配件進(jìn)行設(shè)計(jì)和論證，并對(duì)螺桿設(shè)計(jì)的長(zhǎng)徑比、加料段、塑化段等設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)證。以上工作完成后，開始第一階段的設(shè)計(jì)校核工作，經(jīng)校核發(fā)現(xiàn)整體設(shè)計(jì)工作合理無誤，并開始著手準(zhǔn)備第二階段的設(shè)計(jì)工作并進(jìn)行校核與驗(yàn)算，經(jīng)校核發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)符合技術(shù)指標(biāo)并符合設(shè)計(jì)指導(dǎo)書要求，設(shè)計(jì)完成。
總的來說本課題在完成設(shè)計(jì)說明書要求的前提下，完成了如下內(nèi)容：
（1） 對(duì)各種不同類型的擠出機(jī)總體結(jié)構(gòu)進(jìn)了深入的探究
（2） 根據(jù)設(shè)計(jì)說明書的主要技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)完成了擠出機(jī)的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
（3） 運(yùn)用AutoCAD繪制裝配圖1張，零件圖2張。
（4） 本設(shè)計(jì)運(yùn)用AutoCAD進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，可以縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量降低成本。
關(guān)鍵詞：塑料機(jī)械；塑化； 成型加工； 壓縮；
Abstract
The purpose of this design is to design a single-screw plastic extruder, plastic extrusion machines also belong to one type of plastic machinery. Single screw effective length is generally divided into three sections, according to the screw diameter, screw depth, the effective length of the pitch to determine the three sections, each one-third by the general division. After discharge port last thread started calling transportation section, the material here can not claim plastics, and here is preheated, the real squeeze pressure, the material here is actually a solid plug, can be understood as the material is squeezed here like a child, like a solid, so its function is to complete the transportation task. The second stage compression section called, this time by a large spiral groove volume becomes smaller, and the temperature to achieve the degree of plastics materials, produced here by the transportation section of a three compression, where the compression to a, called the screw compression ratio - 3: 1, some machines have changed, complete the plastics material into the third. Third is the metering section, where plastics material to maintain the temperature, as accurate as metering pumps, quantitative material conveying melt to supply the nose, then the temperature not lower than the plasticizing temperature, generally slightly higher point. Extruder head at an angle and material flow direction according to the center line of the screw can be divided into a crosshead extruder head and angled nose and so on. First, make head bolts that hold the cover on top of the fuselage, the mandrel holder in the head inside the mold, followed by nuts fixed to the head of the line ports, internal mandrel seat is also equipped with core, and have holes in the center of the mold core and core holder, through its role as the core. Based on the way the different types of pressure can be extrusion process can be divided into continuous extrusion and intermittent extrusion two categories. Above for the design theory conceived design.
In this design, prepared by the early access to information, according to the design task book requirements, and because of the special nature of the work material, designed to determine the initial single-screw vented extruder, and started preparatory work, the data collected after the completion of the design feasibility has been verified, mechanical design work began dependent. After the design work began by comparing the technical parameters of the new extruder, a single screw extruder and a multi-screw extruder, single-screw vented extruder was found more suitable for plastics processing, the screw is then determined in accordance with design specifications technical parameters. And then extrapolated based on the parameters of screw barrel and other related accessories design, initially completed the overall design direction. After the completion of the overall design direction, depending on product specifications, according to the selected screw depth of the grooves, the compression ratio, the threaded section and a series of accessories for the design and feasibility studies, and the aspect ratio of screw design, feed zone, plastic of the segment, such as design verification. After completion of the above, check the beginning of the first phase of the design work, after checking found that the overall design is correct and reasonable, and began preparing for the second phase of the design work and checking and checking, after checking found that the design meets the technical indicators guide book and meet the design requirements, the design is complete.
Overall this topic at the completion of the design specification requirements of the premise, completed the following:
(1) for various types of extruders overall structure into the depth inquiry
(2) Based on the technical parameters of the design specification of the design is completed the overall design of the extruder.
(3) the use of AutoCAD assembly drawing 1, Fig. 2 parts.
(4) The use of AutoCAD design of the overall structure of the design, it can shorten product development cycles, improve product quality and reduce costs.
Key words：Plastic Machinery; Plasticizing; Molding Processing; The Compression
目 錄
第一章緒論 1
1.1 單螺桿擠出機(jī) 1
1.1.1 基本操作 1
1.1.2 排氣擠出機(jī) 2
1.1.3 橡膠擠出機(jī) 3
1.2多螺桿擠出機(jī) 3
1.2.1 雙螺桿擠出機(jī) 3
1.2.2 多螺桿擠出機(jī) 4
1.3 擠出機(jī)市場(chǎng)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì) 5
第二章擠出機(jī)總體方案的確定 7
2.1 擠出機(jī)總體布局的基本要求 7
2.2 螺桿類型的確定 7
2.2.1 螺桿的工作性能指標(biāo)評(píng)定 8
2.2.2 螺桿的選用原則 8
2.2.3 螺桿的分類 9
2.2.4 螺桿方案的確定 9
2.3 機(jī)筒類型的確定 9
2.3.1 機(jī)筒的結(jié)構(gòu)類型 9
2.3.2 機(jī)筒方案的確定 12
2.4 本設(shè)計(jì)整體方案得確定 12
第三章擠出機(jī)的整體設(shè)計(jì) 14
3.1 PE鋁塑板的基本特性 14
3.2 產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要求 14
3.3 螺桿設(shè)計(jì) 14
3.3.1 螺槽深度和壓縮比的確定 15
3.3.2 螺距和螺紋升角的確定 21
3.3.3 三段式螺桿長(zhǎng)度的確定 21
3.3.4 螺紋斷面設(shè)計(jì) 26
3.3.5 螺桿設(shè)計(jì)的校核 29
3.3.6 第二階螺桿各參數(shù)的確定 34
結(jié)論 37
致謝 39
沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第一章緒論
第一章緒論
1.1單螺桿擠出機(jī)
螺桿擠出機(jī)分為多螺桿擠出機(jī)和單螺桿擠出機(jī)。單螺桿擠出機(jī)為聚合物工業(yè)中最重要的一種擠出機(jī)。主要優(yōu)點(diǎn)為設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固而可靠、成本較低、以及性價(jià)比高。塑化擠出機(jī)的螺桿一般具有3個(gè)不同的幾何段，見下圖1-1：
圖1-1常規(guī)擠出機(jī)螺桿幾何形狀
這種幾何形狀被稱作“單級(jí)”。“單級(jí)”是指該類型螺桿盡管有3個(gè)不同的幾何段，但實(shí)際上只有一壓縮段，最靠近進(jìn)料口的第一段螺槽—般較深。物料在此段中大都以固體狀態(tài)存在，因此這一段被稱為螺桿的進(jìn)料段。最靠近模頭的最末段螺槽一般較淺。物料在此段中大多以熔融狀態(tài)存在。此單桿段被稱為擠出段或計(jì)量段。第二段連接著進(jìn)料段和計(jì)量段。此段稱為壓縮段或過渡段。
1.1.1基本操作
單螺桿擠出機(jī)的操作及其簡(jiǎn)便，從加料斗添加物料。通常物料因重力由加料斗向擠出機(jī)機(jī)筒運(yùn)動(dòng)。在干燥狀態(tài)下部分物料流動(dòng)性差，為防止部分物料在進(jìn)料斗中產(chǎn)生掛料必須采用特殊措施。若物料進(jìn)入機(jī)簡(jiǎn)，即處于機(jī)筒和螺桿之間的環(huán)狀空隙內(nèi)，并進(jìn)而被螺棱主動(dòng)螺腹及被動(dòng)蝶腹螺槽包圍，機(jī)簡(jiǎn)靜止同時(shí)蟬桿旋轉(zhuǎn)。由此，摩擦力作用于物料以及機(jī)筒和螺桿表面。至少低于熔點(diǎn)處于固體狀態(tài)，這些摩擦力用于向前輸送物料。
物料向前輸送時(shí)，即因摩擦生熱和機(jī)筒加熱器散熱而被加熱。當(dāng)溫度超過物料熔點(diǎn)，將在機(jī)筒的內(nèi)表面形成熔膜，塑化段開始。必須指出的是，塑化段起點(diǎn)通常不是壓縮段起始點(diǎn)。由聚合物性能、擠出機(jī)的幾何形狀和操作條件決定各功能段的分界線。因此，分界線會(huì)隨著操作條件變化而變化。然而，螺桿的幾何段由設(shè)計(jì)定型，不會(huì)因操作條件變化而改變。當(dāng)物料向前運(yùn)動(dòng)時(shí)，在熔融變化作用下各個(gè)位置的固態(tài)物料量而減少。當(dāng)全部固態(tài)聚合物熔融時(shí)將達(dá)到塑化段的末端，熔體輸送段開始。在固體輸送段中，會(huì)把熔體均勻輸送給模頭。
當(dāng)聚合物進(jìn)入模頭后，即呈現(xiàn)出模頭流道的形狀，當(dāng)高聚物離開模頭時(shí)，其形狀和模頭流道最后斷面形狀相對(duì)符合。因模頭會(huì)產(chǎn)生流動(dòng)阻力，須有壓力迫使物料通過模頭。該壓力通常被稱為模頭壓力。模頭壓力由模頭形狀(特別是流道)、通過模頭的流率、高聚物熔體溫度、以及高聚物熔體的流變特性所決定。模頭壓力不因擠出機(jī)產(chǎn)生而由模頭產(chǎn)生。擠出機(jī)只產(chǎn)生一定的壓力，來使物料通過模頭。如果模頭、模頭溫度、擠出量、聚臺(tái)物均相同，則不論擠出機(jī)哪個(gè)類別擠出機(jī)等都不會(huì)造成差異，機(jī)頭力相同。
1.1.2排氣擠出機(jī)
在設(shè)計(jì)與功能方面排氣擠出機(jī)同非排氣擠出機(jī)差別巨大。排氣擠出機(jī)機(jī)筒上有一個(gè)或一個(gè)以上排氣口，揮發(fā)物經(jīng)此逸出。排氣擠出機(jī)能不間斷從聚合物內(nèi)連續(xù)排放揮發(fā)物。排氣增添了非排氣擠出機(jī)沒有的功能。除去排出揮發(fā)物，還能利用排氣口向聚合物混合某些組分，例如填充劑、反應(yīng)組分和添加劑等等。該功能提升了排氣擠出機(jī)的功能性，而且還據(jù)有額外優(yōu)點(diǎn)，即只要封閉排氣口并在可能情況下改變螺桿的幾何形狀，排氣擠出機(jī)便可用作常規(guī)非排氣擠出機(jī)。
圖1-2排氣擠出機(jī)基本結(jié)構(gòu)
螺桿設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于對(duì)排氣擠出機(jī)的正確運(yùn)用。排氣口溢料是排氣擠出機(jī)的主要技術(shù)瓶頸之一。該條件下，排氣口釋放揮發(fā)物的同時(shí)，聚合物也會(huì)產(chǎn)生部分外流。所以擠出機(jī)螺桿得設(shè)計(jì)必須保證排氣口(排氣段)下面聚合物為負(fù)壓，由此必須研發(fā)二級(jí)擠出螺桿，最重要的是排氣擠出機(jī)設(shè)計(jì)的二級(jí)擠出螺桿。二級(jí)擠出螺桿因兩個(gè)壓縮段是被釋壓/排氣段分隔，類似于沿一根軸串聯(lián)相接的兩個(gè)單級(jí)擠出螺桿。
1.1.3橡膠擠出機(jī)
用于加工彈性體的擠出機(jī)的歷史長(zhǎng)于任何其它類型。橡膠加工擠出機(jī)在19世紀(jì)后期問世。早期一些擠出機(jī)制造商們包括美國John Royle和英國Frsncis Shaw，德國主要的橡膠擠出機(jī)制造商之一是Paul TrosteL。最早的橡膠擠出機(jī)制造目的為熱喂料擠出。這些擠出機(jī)負(fù)責(zé)輥煉機(jī)及其它混煉裝置熱料喂料工作。1950年前后冷喂料擠出被開發(fā)出來。冷喂料擠出公認(rèn)具有如下優(yōu)點(diǎn)：
——設(shè)備投資資本?。?
——料溫控制性好；
——節(jié)約勞動(dòng)成本；
——適用于更廣泛品種配混膠料。
1.2多螺桿擠出機(jī)
1.2.1雙螺桿擠出機(jī)
雙螺桿擠出機(jī)分為錐形雙螺桿擠出機(jī)及平行雙螺桿擠出機(jī)兩類。平行雙螺桿擠出機(jī)有異向和同向的區(qū)別。近年來，伴隨著國內(nèi)工業(yè)、電子等領(lǐng)域的高速發(fā)展，材料改性與配混技術(shù)的需求增大。同向雙螺桿配混擠出機(jī)的市場(chǎng)需求量最大，曾經(jīng)成為雙螺桿的代名詞。但由最初高技術(shù)含量設(shè)備轉(zhuǎn)變?yōu)槠毡樯a(chǎn)設(shè)備。
按一般定義來說雙螺桿擠出機(jī)有兩根阿基米德螺桿。定義更加明確后其將歸類到雙螺桿擠出機(jī)這一特定分類中。因操作原理、設(shè)備設(shè)計(jì)以及實(shí)用領(lǐng)域方面存在巨大差異，使雙螺桿擠出機(jī)分類龐雜，故很難全面評(píng)價(jià)雙螺桿擠出機(jī)。因結(jié)構(gòu)原因雙螺桿擠出機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜性遠(yuǎn)高于單螺桿擠出機(jī)。因?yàn)樵O(shè)計(jì)變量參數(shù)，例如旋轉(zhuǎn)角度、嚙合度等等在雙螺桿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中大量增加。雙螺桿擠出機(jī)分類見表表1-2。幾何構(gòu)型是雙螺桿擠出機(jī)分類的主要依據(jù)。部分雙螺桿擠出機(jī)與單螺桿擠出機(jī)功能上異常類似。此外的雙螺桿擠出機(jī)得操作模式與單螺桿擠出機(jī)完全不同。
1.2.2多螺桿擠出機(jī)
配備兩根以上螺桿的擠出機(jī)普遍存在，最為人所知的一例是行星輥式擠出機(jī)。見圖1-3.
圖1-3行星輥式擠出機(jī)
該擠出機(jī)表面上類似與單螺桿擠出機(jī)，但進(jìn)料段同標(biāo)準(zhǔn)單螺桿擠出機(jī)一致。但擠出機(jī)混合段存在差異。在擠出機(jī)行星輥段內(nèi)，均勻分布著不少于六個(gè)行星螺桿環(huán)繞在主螺桿四周旋轉(zhuǎn)。行星螺桿段內(nèi)，主螺桿又稱作太陽螺桿，太陽螺桿同行星螺桿與機(jī)筒嚙合。所以，該行星螺桿必須同行星機(jī)筒段上的螺棱對(duì)應(yīng)螺槽。并且行星機(jī)筒段一般用法是與進(jìn)料料筒段相連接著的分離料筒段。
在擠出機(jī)的源頭部分，在行星螺桿前端，物料和普通單螺桿擠出機(jī)中做運(yùn)動(dòng)向前。塑化過程在物料到達(dá)行星段時(shí)充分進(jìn)行，在行星螺桿、機(jī)筒和太陽螺桿之間的輥壓作用產(chǎn)生的物料產(chǎn)生強(qiáng)烈的混合。相對(duì)機(jī)筒長(zhǎng)度而言，螺旋形設(shè)計(jì)的太陽螺桿、機(jī)筒和行星螺桿的表面積大。進(jìn)而產(chǎn)生有效的排氣、熱交換與溫度控制。故能加工熱敏性配混料并使降解最小。也如以上原因，行星式齒輪擠出機(jī)通常用作增塑和硬質(zhì)PVC配料的配混和擠出。行星輥段也被用作普通擠出機(jī)的一般附加裝置來改善混合性能。四螺桿擠出機(jī)則是另一種多螺桿擠出機(jī)形式，如圖1-4。
圖1-4四螺桿擠出機(jī)
排除溶劑是這種擠出機(jī)的主要用途，可使溶劑從40%低至0.3%。附加在機(jī)筒上的圓拱形排氣室則為急驟排氣發(fā)生場(chǎng)所，其后四根螺桿排出因急驟排氣產(chǎn)生的多泡物料。普遍情況下，都裝備著后續(xù)排氣段用來進(jìn)一步降的低溶劑含量。
1.3 擠出機(jī)市場(chǎng)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)
在擠出機(jī)應(yīng)用方向不斷拓展以及技術(shù)越加完善的前提下，與擠出機(jī)市場(chǎng)的上升勢(shì)頭相悖的是國產(chǎn)擠出機(jī)的價(jià)格低迷。由于國內(nèi)部分廠家惡意競(jìng)價(jià)導(dǎo)致產(chǎn)品粗制濫造的行為，已經(jīng)嚴(yán)重影響到我國企業(yè)的國際聲譽(yù)和品牌形象，還嚴(yán)重影響了我國擠出機(jī)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
學(xué)者研究認(rèn)為，今后擠出機(jī)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展會(huì)朝向低價(jià)格、高技術(shù)含量的趨勢(shì)發(fā)展。就目前研究成果看，單螺桿擠出機(jī)和錐形雙螺桿擠出機(jī)將是國產(chǎn)主機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)，技術(shù)愈加成熟，銷量最大化，供大于求已是這類產(chǎn)品的通用規(guī)格所面臨的現(xiàn)狀。發(fā)展平行異向雙螺桿擠出機(jī)是國內(nèi)主機(jī)市場(chǎng)今后的重點(diǎn)方向，如此才能適應(yīng)大擠出量前提下的成型需要。第六代、第七代高速、大長(zhǎng)徑比則為平行同向雙螺桿擠出機(jī)發(fā)展趨勢(shì)。超微型、大長(zhǎng)徑比、超大型、優(yōu)良排氣性、高產(chǎn)出等為單螺桿擠出機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)。適應(yīng)特殊加工需要的螺桿機(jī)筒結(jié)構(gòu)，必將成為大家爭(zhēng)相研發(fā)的重點(diǎn)。事實(shí)上，單螺桿擠出機(jī)是一種低能耗、低成本的技術(shù)模式，只要是合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括雙螺桿擠出機(jī)的效率達(dá)到應(yīng)有效能。據(jù)報(bào)道美國先以用單螺桿擠出機(jī)為主。
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第二章擠出機(jī)總體方案的確定
2.1 擠出機(jī)總體布局的基本要求
（一）螺桿擠出機(jī)必須先滿足用戶。例如處理操作的材料，生產(chǎn)流程，操作范圍，經(jīng)濟(jì)效益。
（二）在經(jīng)濟(jì)性高并合理的條件，使用盡可能短的傳動(dòng)鏈，精簡(jiǎn)有關(guān)機(jī)構(gòu)、改善傳輸精度傳輸效率。
（三）確保擠出機(jī)正確處理震動(dòng)的強(qiáng)度、熱變形、噪聲水平等技術(shù)問題。
（四）擠出機(jī)必須滿足于其布局參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)系列。同時(shí)盡可能保證擠出機(jī)構(gòu)成系列化產(chǎn)品。
（五）對(duì)于高生產(chǎn)率和高自動(dòng)化程度的擠出機(jī)，應(yīng)盡可能提高其自動(dòng)化水平。
（六）必須易于觀察操作處理；易于維護(hù)調(diào)整機(jī)床，容易運(yùn)輸裝運(yùn)和拆分；提高防護(hù)性，保障安全生產(chǎn)。
2.2 螺桿類型的確定
擠壓系統(tǒng)的主要零件為螺桿。它各部分的形狀變化，直接影響螺桿的作業(yè)效果。對(duì)塑料產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量存在非常嚴(yán)重的影響。以擠出機(jī)機(jī)頭料流方向以及螺桿中心線的夾角為根據(jù)，可以將擠出機(jī)機(jī)頭分成直角機(jī)頭和斜角機(jī)頭等。一是用螺栓使機(jī)頭的外殼固定于機(jī)身之上，模芯座在機(jī)頭里面的模中，然后用螺帽將其固定于機(jī)頭的進(jìn)線端口，模芯座的內(nèi)部還裝有模芯，而且都有孔位于模芯和模芯座的中心，其作用為通過芯線。依據(jù)加壓方式種類的不同可將擠出工藝可以分成連續(xù)擠出和間歇擠出兩大類。前者所用的設(shè)備為螺桿式擠出機(jī)，后者的設(shè)備為柱塞式擠出機(jī)。因此通常不常選用本法生產(chǎn)，該罰僅適用于黏度非常大的塑料或者是流動(dòng)性極差，例如硝酸纖維素塑料一類塑料制品的成型加工。因而根據(jù)設(shè)計(jì)說明書的設(shè)計(jì)指標(biāo)和所生產(chǎn)產(chǎn)品的塑料聚乙烯材料特性，確定為單螺桿排氣式擠出機(jī)。
2.2.1 螺桿的工作性能指標(biāo)評(píng)定
（1）塑化質(zhì)量 據(jù)擠出機(jī)的專業(yè)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，擠塑生產(chǎn)的塑料產(chǎn)品應(yīng)必須符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。螺桿為擠出生產(chǎn)影響產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵要素，材料的混合質(zhì)量，塑化均勻與否，材料徑向溫度差是否足夠低，且壓力必須是平衡的，少量消耗能源，提高生產(chǎn)率，這些都受到螺桿作業(yè)質(zhì)量的影響。
（2）比流量 該比值越高，該螺桿的塑化能力也隨著增大，比流量單位是（kg/h）/（r/min）
（3）比功率 該比值越小，生產(chǎn)同樣數(shù)量的塑料制品，消耗能量越少，比功率單位（kw/ /h）
（4）通用性 指螺桿能否適用于不同的塑料擠塑工藝，機(jī)頭能在不同塑料產(chǎn)品阻力下工作。
（5）經(jīng)濟(jì)性 制造機(jī)械成型加工比較容易，易于維護(hù)，工作壽命比較長(zhǎng)。
2.2.2 螺桿的選用原則
（1）根據(jù)塑料產(chǎn)品種類選擇 塑料產(chǎn)品的種類很多，有非結(jié)晶型及結(jié)晶型，擠塑生產(chǎn)兩種制品時(shí)，對(duì)本身得粘度、穩(wěn)定性和流動(dòng)性能及溫度條件要求都不相同。因此不同的螺桿類型適用于不同產(chǎn)品。
（2）螺桿結(jié)構(gòu)尺寸受機(jī)頭模具的阻力的影響 擠出機(jī)螺桿螺紋均化段的螺槽深淺度當(dāng)和機(jī)頭阻力大小要相互匹配選取，機(jī)頭阻力則螺紋槽要淺些；阻力小時(shí)則螺槽就應(yīng)深些。相對(duì)排氣式擠出機(jī)來說，要求在第二階段，其均化段螺槽深于第一階螺桿均化段螺紋槽要，否則易出現(xiàn)排氣口處易溢料現(xiàn)象。
（3）按擠出機(jī)用途來選擇 不同種類不同用途擠出機(jī)，以工作性質(zhì)和擠出制品種來作為選配螺桿的依據(jù)。對(duì)于特定擠出塑料制品的擠出機(jī)，可按該塑料制品的要求，訂購專門螺桿擠出機(jī)。若擠出機(jī)要擠塑不同的制品，則應(yīng)選擇的螺桿要具有較大通用性。
2.2.3 螺桿的分類
依據(jù)螺桿的結(jié)構(gòu)與其螺桿螺紋部分的幾何特性，分為普通螺桿、排氣螺桿和新型螺桿。
(1)普通螺桿 普通螺桿擠出機(jī)是目前使用最為廣泛的擠出機(jī)類型，能擠塑粉料與粒料。該螺桿螺紋可分為加料段、塑化段及均化段。普通螺桿與新型螺桿相比存在許多不足，有逐步被新型螺桿代替的趨勢(shì)。
(2) 排氣螺桿 在擠塑生產(chǎn)的過程中，為排除物料中的、水蒸氣揮發(fā)物氣體和空氣，而專門進(jìn)行設(shè)計(jì)的螺桿。
(3)新型螺桿 該螺桿與普通螺桿比較，在螺桿不同點(diǎn)位設(shè)計(jì)了非螺紋元件，用于改進(jìn)塑料的熔融塑化質(zhì)量、混合以及縮短擠塑生產(chǎn)時(shí)長(zhǎng)。
2.2.4 螺桿方案的確定
鑒于本設(shè)計(jì)要求為設(shè)計(jì)加工一種PE鋁塑板擠出機(jī)。PE是乙烯的一種高聚合物，為使在擠出PE過程中排除揮發(fā)物、水蒸氣和空氣，故而選用排氣螺桿。并根據(jù)設(shè)計(jì)產(chǎn)量得要求確定為70/25螺桿。
2.3 機(jī)筒類型的確定
機(jī)筒與螺桿相互配合工作，共同構(gòu)成擠出機(jī)擠壓系統(tǒng)。擠塑物料中機(jī)筒的作用和螺桿工作的重要性相當(dāng)。螺桿與機(jī)筒是擠塑系統(tǒng)零件主要組成部分，更是擠出機(jī)關(guān)鍵零件。機(jī)筒結(jié)構(gòu)形式選擇和制造的精度等級(jí)等因素，將會(huì)直接影響塑料產(chǎn)能和質(zhì)量。
2.3.1 機(jī)筒的結(jié)構(gòu)類型
機(jī)筒結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)的選擇，應(yīng)在確保機(jī)筒工作強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，優(yōu)先考慮機(jī)筒有利于原料的塑化，結(jié)構(gòu)形式應(yīng)方便機(jī)械加工；且能得到出眾的精度；其二是要盡量減少使用較貴重合金鋼。以上幾點(diǎn)對(duì)擠出機(jī)的制造工藝和制造費(fèi)用，都有巨大的影響。
（1）整體式機(jī)筒 使用整體式機(jī)筒的情況較多，相對(duì)而言整體式機(jī)筒有利于保障機(jī)械加工精度，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)中各部加熱較均勻，也有利于機(jī)筒的加熱系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)的設(shè)置。通常小直徑擠出機(jī)機(jī)筒都包括溝槽加料段部分。大直徑擠出機(jī)的機(jī)筒則無加料段。整體式機(jī)筒的示意圖見圖2-1.
圖2-1 整體式機(jī)筒
（2）分段式機(jī)筒 因機(jī)筒過長(zhǎng)，長(zhǎng)徑比值比較大的擠出機(jī)及排氣式擠出機(jī)，為方便機(jī)械加工及節(jié)省合金鋼材，普遍運(yùn)用分段式機(jī)筒。該類別機(jī)筒在機(jī)加工時(shí)較有難度。難點(diǎn)為二段機(jī)筒內(nèi)圓直徑同心度精度和尺寸一致性的保證難以達(dá)到指標(biāo)。因中間使用法蘭盤連接，因而對(duì)機(jī)筒加熱均勻性上，致使連接部分受到影響。也給加熱系統(tǒng)和系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)的設(shè)置造成較大難度。分段式擠出機(jī)的機(jī)筒示意圖見2-2.
圖2-2 分段式機(jī)筒示意圖
分段式機(jī)筒連接形式有兩種分別為：法蘭與機(jī)筒焊接連接，螺紋連接和卡套式連接。
焊接式連接相對(duì)簡(jiǎn)便，缺點(diǎn)合金鋼材性能差，易出現(xiàn)焊接應(yīng)力，使機(jī)筒出現(xiàn)形變。
螺紋連接的機(jī)筒螺紋機(jī)制造難度大。進(jìn)行機(jī)筒熱處理過程中，要特殊保護(hù)螺紋部分，防止螺紋損壞。圖2-3是幾種常見機(jī)筒連接的結(jié)構(gòu)形式。
圖2-3 分段式機(jī)筒的連接結(jié)構(gòu)
（a）法蘭連接。（b）有襯套法蘭連接。（c）鉸鏈?zhǔn)綂A頭連接。
（3）卡套式連接相對(duì)容易，在機(jī)筒連接處加工出溝槽，將兩個(gè)半圓環(huán)裝入槽內(nèi)，在半環(huán)上連接法蘭套，最后用螺栓緊固法蘭套。為防止法蘭套轉(zhuǎn)動(dòng)，將固定鍵裝在法蘭和機(jī)筒間，如圖2-4.這種連接方式加工簡(jiǎn)單，裝卸方便，應(yīng)用十分廣泛。
圖2-4 機(jī)筒用卡套式法蘭連接示意圖
（3）襯套式機(jī)筒 大直徑擠出機(jī)上應(yīng)用最廣泛的是襯套式機(jī)筒，來節(jié)省較貴重的合金鋼材。用普通碳素鋼或鑄鋼制造機(jī)筒，滲碳合金剛則制造機(jī)筒的內(nèi)襯套。該結(jié)構(gòu)形式見圖2-5。當(dāng)襯套磨損時(shí)，將襯套更換即可。但因襯套薄而長(zhǎng)導(dǎo)致熱處理和機(jī)械加工難度較大，因此使用較少。
圖2-5 襯套式機(jī)筒示意圖
（4）雙金屬層機(jī)筒 用離心澆鑄法在機(jī)筒體碳素鋼或鑄鋼的內(nèi)壁上鑄一層耐磨合金，通過機(jī)械加工內(nèi)孔尺寸。該機(jī)筒既節(jié)省了合金鋼的同時(shí)抗腐蝕性和耐磨性得到保障。
2.3.2 機(jī)筒方案的確定
擠出機(jī)得擠壓系統(tǒng)由螺桿和機(jī)筒相互配合進(jìn)行工作，協(xié)助進(jìn)行擠壓塑化工藝，生產(chǎn)出擠塑產(chǎn)品。在擠塑工藝結(jié)束后，同螺桿和機(jī)筒承受的很大壓力力、物料得腐蝕以及扭矩和摩擦壓。因而確定滲碳合金鋼38。結(jié)合設(shè)計(jì)得所需和螺桿的形式，選擇雙段焊接式的機(jī)筒。
2.4 本設(shè)計(jì)整體方案得確定
在市場(chǎng)化競(jìng)爭(zhēng)條件下，擠出機(jī)產(chǎn)品因市場(chǎng)的開放性和全球性競(jìng)爭(zhēng)也越發(fā)激烈，產(chǎn)品的質(zhì)量、技術(shù)水平、開發(fā)時(shí)間、創(chuàng)新能力、成本和服務(wù)這一系列附加條件都將成為擠出機(jī)產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)指標(biāo)。老舊的設(shè)計(jì)思路、生產(chǎn)技術(shù)和經(jīng)營(yíng)模式都是企業(yè)亟待解決的問題，盡可能最大限度運(yùn)用先進(jìn)的手段設(shè)計(jì)，優(yōu)化產(chǎn)品總體性能，節(jié)約資本的同時(shí)縮短生產(chǎn)周期，并且根據(jù)市場(chǎng)和用戶需求及時(shí)調(diào)整車略，抓住有利時(shí)機(jī)快速進(jìn)入市場(chǎng)。所以每個(gè)現(xiàn)代企業(yè)都需要運(yùn)用綜合手段提升產(chǎn)品的科技水準(zhǔn)，提升產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)模式，高產(chǎn)能的同時(shí)節(jié)約成本。
擠出機(jī)的總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)圖2-6所示：
圖2-6 擠出機(jī)得總體結(jié)構(gòu)
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第三章擠出機(jī)的整體設(shè)計(jì)
不同生產(chǎn)線對(duì)擠出機(jī)要求具有差異性，擠出機(jī)的設(shè)計(jì)性能需要根據(jù)不同塑料做合理的規(guī)劃。根據(jù)本次擠出機(jī)的設(shè)計(jì)需求，要對(duì)擠出機(jī)的生產(chǎn)塑化制品有一定的了解。
3.1 PE鋁塑板的基本特性
鋁塑板是由高純度鋁合金板、無毒低密度聚乙烯（PE）芯板、保護(hù)膜等多層材料復(fù)合而成。鋁塑板正面涂覆氟碳樹脂（PVDF）涂層時(shí)可用于室外，當(dāng)其正面可采用非氟碳樹脂涂層時(shí)可用于室內(nèi)。
P板聚乙烯鋁塑板即E鋁塑，PE,的全拼為Polyethylene，是高分子有機(jī)化合物中最結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的,是由聚乙烯合成的當(dāng)今應(yīng)用最廣泛的高分子材料,按照密度的分類為低密度聚乙烯、中密度聚乙烯和高密度聚乙烯。因低密度聚乙烯較軟而多用高壓聚合;高密度聚乙烯具機(jī)械強(qiáng)度大、剛性強(qiáng)和硬度大而多用低壓聚合。
3.2 產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要求
設(shè)計(jì)制品有的效寬度1220～1750;厚度為1.0～5mm;其中鋁箔厚度為0.03～0.5mm;產(chǎn)量為500～550kg/h;中心高為1000mm。
3.3 螺桿設(shè)計(jì)
擠出機(jī)最重要部件為螺桿，產(chǎn)品質(zhì)量與產(chǎn)量直接受其性能影響。螺桿上發(fā)生的擠出過程為整個(gè)理論的基礎(chǔ)依據(jù)。故而擠出機(jī)螺桿的設(shè)計(jì)其理論最重要實(shí)用化方向。
不分段的設(shè)計(jì)的最早設(shè)計(jì)方式，伴隨產(chǎn)業(yè)進(jìn)步，把螺桿計(jì)量段、壓實(shí)段和分為加料段是比較合理的的事實(shí)被實(shí)踐及理論二者證明。螺桿直徑確定： 70mm，螺桿長(zhǎng)徑比25。螺桿有效長(zhǎng)度L和螺桿的直徑D之比便為螺桿的長(zhǎng)徑比L/D，若為新型螺桿，螺桿有效長(zhǎng)度中須包含混煉段長(zhǎng)度。故而長(zhǎng)徑比為代表擠出機(jī)性能的重要指標(biāo)。歐洲的塑料橡膠機(jī)械制造業(yè)委員會(huì)建議的長(zhǎng)徑比為12、15、(18)、20、(24）、25、28、30、35，應(yīng)盡可能少用或不用括號(hào)中的數(shù)值。對(duì)于特定的排氣螺桿，40左右或更長(zhǎng)的長(zhǎng)徑比為最佳。
L=25D=25×150=3750mm
普通螺桿全長(zhǎng)應(yīng)分為三段，分別是加料段L1 、壓縮段L2以及計(jì)量段L3,計(jì)量段也被稱作均化段。熔融理論中，熔融起點(diǎn)及熔融重點(diǎn)和熔融段長(zhǎng)度Lm于螺桿中并非固定不變，各自隨著擠出工藝條件及塑料性能改變而改變。螺槽深度由加料段深H1變化為計(jì)量段槽深H3區(qū)間被稱作壓縮段，長(zhǎng)度為螺桿設(shè)計(jì)者人為設(shè)計(jì)的，當(dāng)螺桿設(shè)計(jì)出來時(shí)該長(zhǎng)度便已經(jīng)確定。
3.3.1螺槽深度和壓縮比的確定
螺槽深度是極其重要的參數(shù)，能從制品的質(zhì)量與產(chǎn)量?jī)蓚€(gè)方面加以分析。
（1）計(jì)量段槽深的確定：
計(jì)量段中的熔料的剪切速率γ可按下式計(jì)算：
（式3.1）
顯然易見，計(jì)量段螺槽深度越小，同一個(gè)的螺桿轉(zhuǎn)速下剪切速率便愈大，故而分子間內(nèi)摩擦力隨之增大。從式（3.1）中可以看出，熔料發(fā)生內(nèi)摩擦產(chǎn)生的熱量正與剪切應(yīng)力和剪切速率成正比關(guān)系。因剪切應(yīng)力產(chǎn)生的熱量與螺槽深度H的平方成反比。
Q∝ （式3.2）
式中Q——熔料因剪切產(chǎn)生的熱量；
τ——剪切應(yīng)力；
γ——剪切速率；
——熔料的表現(xiàn)粘度。
由已知可得，當(dāng)螺槽深度較淺，則物料層內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生比較多的熱。除此之外，因螺桿上物料層較薄，故而由外界加熱器傳進(jìn)來的熱量也易將塑料加熱。以上因素都證明了當(dāng)計(jì)量段槽深較小時(shí)，對(duì)促進(jìn)塑料的塑化質(zhì)量有較大好處。由混合效果得出，當(dāng)計(jì)量段槽深H較小，而混煉程度較高，制品會(huì)比較均勻。在本章后面我們將深入證明：當(dāng)計(jì)量段槽深較淺，而壓力波動(dòng)與溫度波動(dòng)都比較小會(huì)對(duì)制品的綜合質(zhì)量起優(yōu)化作用。但我們應(yīng)知道，如聚乙烯等能承受高剪切速率的的塑料，才可選用較小槽深，因?yàn)檫@類塑料的成型溫度范圍相對(duì)寬（如聚乙烯成型溫度范圍是150～220℃,其范圍達(dá)70℃），熱穩(wěn)定性優(yōu)良。當(dāng)剪切或其他一些因素造成的局部過熱時(shí)，不易造成嚴(yán)重后果。相反如硬聚氯乙烯等熱敏性塑料無法承受高剪切速率的塑料，因其粘度較高，若是螺槽深度較淺，將引起過多的因高剪切產(chǎn)生的熱量。加之此類塑料的成型溫度范圍比較窄，粘流溫度T和分解溫度T比較接近（如硬聚氯乙烯加工溫度范圍為150℃～190℃，其范圍僅40℃），熱穩(wěn)定性差，強(qiáng)烈的內(nèi)摩擦過程放熱會(huì)使它們因過熱分解甚至燒焦。故而加工這類塑料的螺桿計(jì)量段螺槽深度H不能選擇過小。表中的數(shù)值并非無法突破，尤其是短時(shí)間承受高剪切時(shí)，例如在某些類型新型螺桿的屏障棱上，文章在后面還要進(jìn)一步分析此類問題。
表3-1 各塑料的最大切速率
塑 料
最大剪切速率γ/S
LDPE（相對(duì)分子質(zhì)量較高）
56
LDPE（相對(duì)分子質(zhì)量較低）
104
HPVC
26
SPVC
60
PS
108～92
根據(jù)表格取γ=71
由 公式 （式3.3）
得
以上計(jì)算從擠出質(zhì)量的方向剖析了計(jì)量段螺槽深度H的影響，除此之外我們還可以從產(chǎn)量的角度對(duì)計(jì)量段螺槽深度H的影響加以分析。從熔體輸送理論生產(chǎn)率公式得：正流Q正比于螺槽深度H，而壓力流Q正比于H的立方。由此可得：當(dāng)機(jī)頭壓力較低，若增加計(jì)量段螺槽深度可增加產(chǎn)量；當(dāng)機(jī)頭壓力持續(xù)增大到超過臨界壓力時(shí)，加深H不再使生產(chǎn)率增加，而且甚至還產(chǎn)生負(fù)作用（圖3-1）。
圖3-1計(jì)量段槽深對(duì)產(chǎn)量Q得影響
1—螺槽深度H較淺；2—螺槽深度H較深
也可由融體輸送理論對(duì)螺槽深度的最佳值加以估算，
(式3.4)
將上式對(duì)求導(dǎo)并令導(dǎo)數(shù)等于零，經(jīng)一系列推導(dǎo)，可求得的最佳值：
（式3.5）
在式中 —形狀系數(shù)
當(dāng)口模系數(shù)未知時(shí)H的值無法加以確定。有以上分析可得，H的決定受到方方面面因素影響，難以用單一簡(jiǎn)單理論公式加以計(jì)算。設(shè)計(jì)時(shí)，也可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式（3.5）來決定螺槽深度H
=kD （式3.6）
據(jù)統(tǒng)計(jì)螺槽深系數(shù)k值，發(fā)現(xiàn)一般規(guī)律如圖3—2。由圖可得，計(jì)量段螺槽深系數(shù)k普遍位于0.02～0.07范圍中。若是螺桿直徑較大，則k值應(yīng)選擇較小，若是螺桿直徑較小，則k值應(yīng)選擇較大；熱穩(wěn)定性較好的塑料k普遍較小，熱穩(wěn)定性較差的塑料k值普遍較大；且當(dāng)螺桿長(zhǎng)徑比較大時(shí)，k值可選擇較大。原因?yàn)殚L(zhǎng)徑比較大的螺桿計(jì)量段L可以設(shè)計(jì)的較長(zhǎng)，此時(shí)因螺槽深度H加大而造成壓力流Q的增加以及混煉段M的下降可以通過計(jì)量段的增加彌補(bǔ)。并且在設(shè)計(jì)新型螺桿時(shí)，因附加混煉元件保證了塑料的熔融與均化，故而新型螺桿的計(jì)量段槽深系數(shù)k也可以取得最大值。從圖3—2還可得出如下結(jié)論：根據(jù)塑料熱穩(wěn)定性的不同，系數(shù)k分為三個(gè)區(qū)域。上層適用與PVC等熱穩(wěn)定性較差的塑料，此時(shí)k值較大。下層適用熱穩(wěn)定性較好的塑料，此時(shí)k值較小。
圖3-2螺槽系數(shù)K的確定
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式加以校核，當(dāng)=3.3mm時(shí)k的取值為4.5在k=0.04～0.05范圍內(nèi)。
（2）加料段槽深和壓縮比的確定
加料段的最大作用為建立必要的壓力以及保證穩(wěn)定的固體輸送環(huán)境。但目前為止加料段的槽深H的影響尚不明朗。按Darnell-Mol理論中固體輸送生產(chǎn)率公式加料段H增加后固體輸送生產(chǎn)率將提升。因加料段中的塑料并非如D塞流理論所假設(shè)的整塊進(jìn)行移動(dòng)，而是在斷面上保持一定速度分布。加料段螺槽較深時(shí)，導(dǎo)致壓力將難以傳至螺槽底部，導(dǎo)致靠近螺槽底部的塑料運(yùn)動(dòng)較低，如此便降低了固體輸送生產(chǎn)率。因而存在必然存在某個(gè)最佳加料段槽深。而顆粒內(nèi)摩擦因數(shù)相對(duì)高的塑料，要比顆粒內(nèi)摩擦因數(shù)相對(duì)低的塑料更接近整塊移動(dòng)的狀態(tài)。
事實(shí)上加料段槽深是根據(jù)螺桿壓縮比以及計(jì)量段槽深來加以確定的。所謂壓縮比指的是螺槽加料段的第一個(gè)螺槽容積與計(jì)量段最后一個(gè)螺槽的容積之比，即所謂幾何壓縮比，而非螺槽深度比。該數(shù)值不同于物理壓縮比。后者所指的為塑料加料時(shí)的松密度及受熱熔融之后的密度比。如，聚乙烯在松散時(shí)密度為0.55～0.64g/cm，而熔融后的密度為0.76 g/cm.故而其物理壓縮比為1.38～1.18。
幾何壓縮比顯然應(yīng)大于物理壓縮比。因其除了應(yīng)考慮密度的變化外，也應(yīng)考慮塑料在加料段的裝填程度、擠壓過程中塑料的回流、壓力下熔融料的壓縮性等諸多因素，更應(yīng)考慮制品性能所不可或缺壓縮密實(shí)的必要性。故而對(duì)加工同一種類塑料的螺桿，不同設(shè)計(jì)者對(duì)其幾何壓縮比都有不同選擇，而加工生產(chǎn)不同塑料的螺桿時(shí)，其壓縮比變化應(yīng)更大（大多數(shù)在2～5之間，個(gè)別情況大至8，小至1）。根據(jù)螺桿國內(nèi)外的資料統(tǒng)計(jì)如
表3—2常用螺桿的幾何壓縮比
塑料
ε
塑料
ε
塑料HPVC（粉料）
2.5（2～3）
ABS
1.8（1.6～2.5）
SPVC（粒料）
3～4（2～5）
POM
4（2.8～4）
SPVC（粒料）
PE
3.2～3.5（3～4）
3～5
PPO
PC
2（2～3.5）
2.8～3
PP
3～4
PSF
3.7～4
PS
3.7～4（2.5～4）
PSF
3.3～3.6
CA
2～2.5（2～4）
PA6
PMMA
1.7～2
PA66
3.5
PET
3
PA1010
3.7
注：括號(hào)中為選用范圍，括號(hào)外為選用范圍。
幾何壓縮比一般用下式計(jì)算：
（式3.7）
式中，H和H分別為螺桿加料段第一個(gè)螺槽深以及計(jì)量段最后一個(gè)螺槽深。運(yùn)用此公式的條件為外徑D、螺距S、螺紋法向棱寬e和螺紋升角φ在螺桿全長(zhǎng)上皆保持不變，螺紋頭數(shù)為1.
當(dāng)壓縮比ε和計(jì)量段槽深H決定后，加料段槽深H便可從下式算出：
=0.5[D-] （式3.8）
為計(jì)算方便，可用簡(jiǎn)化的公式3-8來計(jì)算壓縮比。乘以系數(shù)0.93后，該式誤差僅0.1左右。
（式3.9）
根據(jù)上表（3-2）取壓縮比為3.3，得：
（式3.9）
3.3.2 螺距和螺紋升角的確定
對(duì)單頭螺紋，螺距S、螺紋升角φ和螺紋直徑D之間有如下關(guān)系：
S=∏Dtanφ （式3.10）
顯而易見當(dāng)螺桿直徑已知以時(shí)，螺距和螺紋升角其一另確定一個(gè)也隨之確定。
從固體輸送生產(chǎn)率公式與熔體輸送理論生產(chǎn)率公式皆可看出：生產(chǎn)率和螺紋升角有直接關(guān)聯(lián)。根據(jù)固體輸送理論進(jìn)行計(jì)算，對(duì)大多數(shù)塑料而言，當(dāng)摩擦因數(shù)f=f0.25～0.5,螺紋升角等于17～20時(shí)，固體輸送生產(chǎn)率將能達(dá)到最大值。該實(shí)驗(yàn)也證明，對(duì)圓柱形的塑料，最佳螺紋升角約在17。但熔體輸送理論的角度來講，將有關(guān)流率公式經(jīng)由數(shù)學(xué)推倒簡(jiǎn)化，并對(duì)φ角進(jìn)行求導(dǎo)，并令導(dǎo)數(shù)等于零，可求得最佳螺紋升角應(yīng)為30。這也闡釋了為什么所有的螺紋升角都在17～30范圍內(nèi)。迄今為止為了設(shè)計(jì)加工的方便，設(shè)計(jì)時(shí)大都選區(qū)螺桿直徑等于螺距，這時(shí)螺紋升角就等于1742。
3.3.3三段式螺桿長(zhǎng)度的確定
無定型材料并沒有明顯熔點(diǎn)，當(dāng)塑料溫度上升時(shí)，無定型材料會(huì)逐漸軟化。經(jīng)過一定時(shí)間后，即在螺桿上經(jīng)過一段長(zhǎng)度后，塑料才將全部熔融。在這一過程中，塑料體積也逐漸減小。為適應(yīng)該漸變過程，加工這類塑料的螺桿盡可能早的開始?jí)嚎s，它的螺紋深度也應(yīng)逐漸改變，因此其壓縮段L2也設(shè)計(jì)的也比較長(zhǎng)。
與之相反，結(jié)晶型塑料由固態(tài)到熔融態(tài)的轉(zhuǎn)化溫度范圍相對(duì)較窄，當(dāng)塑料溫度未達(dá)到熔點(diǎn)Tm時(shí)，其體積變化很少，而溫度一旦達(dá)到熔時(shí)點(diǎn)，它將迅速熔融，其體積也突然縮小。為了適應(yīng)其這一特點(diǎn)，加工結(jié)晶型塑化螺桿的壓縮段普遍較晚出現(xiàn)，且其長(zhǎng)度也相對(duì)較短。因此，老式加工結(jié)晶型塑料的螺桿，其壓縮段僅（0.5～1）D。故而結(jié)晶型材料在冷卻過程中都無法完全結(jié)晶，存在著一定的結(jié)晶度。根據(jù)冷卻速度等工藝條件的差別，它們總是一定程度的存在著無定行部分，這一部分的熔融規(guī)律和無定形材料是相同的，需要一定的時(shí)間逐漸軟化到熔融，故而壓縮段L2也需要一定的長(zhǎng)度。除此之外，即使對(duì)已結(jié)晶的那一部分塑料來說，正像如同前面我們經(jīng)分析得到的結(jié)論，螺桿的熔融段和壓縮段的位置并不相同，在設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)時(shí)壓縮段位置固定不變，而熔融段位置卻隨操作條件和塑料性能的不同而不同。因此如果壓縮段L2很短，應(yīng)用中將很難保證這部分結(jié)晶型塑料正好在壓縮段上開始熔融且完成完全熔融過程。且從熔融理論上我們知道，熔融過程是X/W從1到0的過程，該過程必須在一定長(zhǎng)度內(nèi)才能完成，無法在很短的（0.5～1）D長(zhǎng)度上實(shí)現(xiàn)。從上述幾點(diǎn)出發(fā)，近年來，為加工結(jié)晶型材料所設(shè)計(jì)的螺桿，其壓縮段都有加長(zhǎng)的趨勢(shì)，一般在大約（2～5）D之間，甚至于更長(zhǎng)。在文獻(xiàn)中還指出：在實(shí)驗(yàn)的條件下，聚丙烯從開始熔融到完全熔融大約需要5D長(zhǎng)度，而熱導(dǎo)率較大的聚丙烯和聚苯乙烯便不需要這樣長(zhǎng)。
在需要準(zhǔn)確計(jì)算壓縮段長(zhǎng)度時(shí)，可以按照熔融理論中介紹的方法，首先設(shè)定螺桿有關(guān)參數(shù)，然后根據(jù)工藝操作條件和塑料性能來計(jì)算固相分布函數(shù)X/W=f(z)。如果正好在壓縮段上完成了X/W從1到0的過程，那么便可以認(rèn)為原來設(shè)計(jì)的參數(shù)是合理的。如果相差太多，那便應(yīng)重新設(shè)計(jì)螺桿參數(shù)，再行計(jì)算。當(dāng)然，此時(shí)不僅設(shè)計(jì)了壓縮段長(zhǎng)度L2，而且也一起設(shè)計(jì)了其他螺桿參數(shù)。
加料段的作用是產(chǎn)生足夠的穩(wěn)定的壓力，保證穩(wěn)定的固體輸送并且將分界面上的塑料預(yù)熱到熔融所需要的溫度。因此，加料段L1也應(yīng)該有足夠的長(zhǎng)度。
不同的塑料，預(yù)熱到熔融溫度所需要的熱量是不同的。顯然，塑料的比熱容Cs愈大，熔融點(diǎn)Tm愈高，預(yù)熱到熔融溫度所需要的熱量也愈多。對(duì)結(jié)晶型材料來講，還需加上熔融潛熱λ（無定形塑料沒有這一項(xiàng)）。此外，由于塑料是不良的導(dǎo)熱體，因此其熱導(dǎo)率Ks也是一個(gè)分鐘要的參數(shù)。熱導(dǎo)率愈低，熱量從固體塞的表面?zhèn)魍渲行木捅容^慢，這從固體輸送理論的非等溫模型可以看得很清楚。
從上面的分析，我們可以得出結(jié)論：為了保證在加料段結(jié)束時(shí)分界面上的塑料基本預(yù)熱到熔融溫度，為了保證在壓縮段塑料能基本熔融完畢，加工那些比熱容大，熔點(diǎn)高，熱導(dǎo)率低，熔融潛熱大的塑料，螺桿加熱段L1應(yīng)該長(zhǎng)一些。
固然可以用固體輸送理論非等溫模型的有關(guān)公式來計(jì)算加料長(zhǎng)度L1。但由于計(jì)算過程比較復(fù)雜，所以至今為止，在決定加料段L1的長(zhǎng)度時(shí)，還必須參考實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)公式。
圖3-3熔融起始點(diǎn)A和壓力P以及物料得關(guān)系
以螺桿直徑為計(jì)算單位的幾種塑料的熔融起始點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。從圖3-3可以看出，在同等壓力的情況下，聚丙烯由于其熔點(diǎn)高（ 170°）、熱導(dǎo)率低（），因此，其開始熔融點(diǎn)A要比高密度聚乙烯（熔點(diǎn)，熱導(dǎo)率）和聚苯乙烯要晚得多。實(shí)驗(yàn)也測(cè)出，在加料中，聚丙烯要經(jīng)過8個(gè)螺桿的長(zhǎng)度才開始熔融（當(dāng)壓力等于4MP時(shí)），而高密度聚乙烯和聚苯乙烯則只要4.5個(gè)螺距的長(zhǎng)度和2.5個(gè)螺距的長(zhǎng)度便已開始熔融。
從圖3-3還可以看出：如果能在加料段中及早形成較高的壓力，熔融起點(diǎn)可提前，這也是在機(jī)筒加料段上開縱向溝槽的優(yōu)點(diǎn)之一。
在理想的情況下，壓縮段與熔融段重疊，塑料移動(dòng)到壓縮段末端時(shí)應(yīng)該全部熔融。但是，無論在組分上、或者在溫度分布上、或者在相對(duì)分子質(zhì)量分布上，剛?cè)刍奈锪隙际呛懿痪鶆虻?，如果此時(shí)姜物料從機(jī)頭擠出，制品的質(zhì)量將極為惡劣。計(jì)量段的第一個(gè)作用就是要消除這些不均勻的現(xiàn)象，這正是為什么計(jì)量段又稱為均化段的原因。Martin〔2〕將塑料堪稱牛頓型流體，根據(jù)混煉理論，表征計(jì)量段螺槽中混煉程度的關(guān)系式可以導(dǎo)出：
（式3.11）
式中，和為計(jì)量段長(zhǎng)度和深度，a為截流比，a=QpQd。顯然，M值愈大，均化作用也愈佳。從式（3-10）中可以看出：加長(zhǎng)L3對(duì)均化作用是有利的。
從熔體輸送理論的生產(chǎn)率公式可以得出如下結(jié)論：若計(jì)量段愈長(zhǎng)，則相應(yīng)的壓力流Qp和漏流QL都將愈小，相反擠出機(jī)的實(shí)際生產(chǎn)率便俞發(fā)高。這就是說，螺桿特性也比較硬，產(chǎn)量受壓力的影響較小。計(jì)量段長(zhǎng)度L3和產(chǎn)量的關(guān)系如圖3-4所示。
圖3-4計(jì)量段長(zhǎng)L度對(duì)擠出量的影響
又上可知：在可能的條件下，計(jì)量段長(zhǎng)度愈長(zhǎng)，對(duì)提高螺桿的產(chǎn)量和改善混合均勻度都是有利的。這就是計(jì)量段長(zhǎng)度為什么愈來愈長(zhǎng)的原因。目前，有些螺桿的計(jì)量段長(zhǎng)度甚至達(dá)到了螺桿全長(zhǎng)的50﹪.但是，過長(zhǎng)的計(jì)量有可能導(dǎo)致已熔融物料溫度不斷升高，這對(duì)那些易于分解的熱敏性塑料，如PVC等未必有利。
可以用熔體輸送理論生產(chǎn)率公式中的壓力流Qp來初步估算計(jì)量段長(zhǎng)度L3
（式3.12）
（式3.13）
如果令Qp≤0.05Q，即因機(jī)頭壓力而引起的產(chǎn)量損失小于總產(chǎn)量的5%，φ角一般為17.6°。
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