【正文】 影響計量段長度 L3 。此時 L3 的計算公式可簡化為： 1333 72 ηQDHL ? （ ） 例如：螺桿直徑為 65 ㎜的擠出機，其產(chǎn)量要求為 165kg/h，相應(yīng)體積流率 m3 /s。目前，有些螺桿的計量段長度甚至達(dá)到了螺桿全長的 50﹪ .但是，過長的計量有可能導(dǎo)致已熔融物料溫度不斷升高，這對那些易于分解的熱敏性塑料，如 PVC 等未必有利。也就是說，螺桿特性也比較硬，產(chǎn)量受壓力的影響較小。 Martin〔 2〕將塑料堪稱牛頓型流體，根據(jù)混煉理論，表征計量段螺槽中混煉程度的關(guān)系式可以導(dǎo)出： )1( )( 33 aH aLM ??? （ ） 式中， 3L 和 3H 為計量段長度和深度， a 為截流比， a=QpQd。實驗也測出，在加料中，聚丙烯要經(jīng)過 8 個螺桿的長度才開始熔融（當(dāng)壓力等于 4MP 時），而高密度聚乙烯和聚苯乙烯則只要 個螺距的長度和 個螺距的長度便已開始熔融。但由于計算過程比較復(fù)雜，所以至今為止，在決定加料段 L1 的長度時，還必須參考實驗得到的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗公式。此外，由于塑料是不良的導(dǎo)熱體，因此其熱導(dǎo) 率 Ks 也是一個分鐘要的參數(shù)。因此，加料段 L1 也應(yīng)該有足夠的長度。而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，這個過程總需要一定的長度，不可能在很短的（ ～ 1） D 長度上實現(xiàn)。但是，結(jié)晶型材料在冷卻過程中都不可能完全結(jié)晶，存在著一定的結(jié)晶度。為了適應(yīng)這個漸變過程，加工這類塑料的螺桿應(yīng)該較早地開始壓縮，它的螺紋深度也應(yīng)逐漸發(fā)生變化，因此其壓縮段 L2 也設(shè)計的比較長。 三段式螺桿長度的確定 熱塑性材料分為無定型和結(jié)晶型兩大類。原因之一是多頭螺紋減少了螺槽橫斷面積，同時加大了 HW 的值。這也是為什么當(dāng)前的螺紋升角都在 17 0 ～ 300 范圍之內(nèi)的原黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 16 因。 從固體輸送生產(chǎn)率公式和熔體輸送理論生產(chǎn)率公式都可以看出：生產(chǎn)率和螺紋升角又直接的關(guān)系。根據(jù)螺桿國內(nèi)外的資料統(tǒng)計如下： 表 常用螺桿的幾何壓縮比 塑料 ε 塑料 ε HPVC（粒料） HPVC（粉料） SPVC（粒料） SPVC(粉料 ) PE PP PS CA PMMA PET （ 2～ 3） 3～ 4（ 2～ 5） ～ （ 3～4） 3～ 5 3～ 4 ～ 4（ ～4） 2～ （ 2～ 4） ～ 2 3 ABS POM PPO PC PSF PSF PA6 PA66 PA1010 （ ～ ） 4（ ～ 4） 2（ 2～ ） ～ 3 ～ 3 ～ 4 ～ 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 15 幾何壓縮比一般用下式計算： 3311)( )( HHD HHD???? （ ） 式中， H1 和 H3 分別為螺桿加料段第一個螺槽深和計量段最后一個螺槽深。如，聚乙烯在松散時密度為 ～ ，而熔融后的密度為 g/cm3 .因此，其物理壓縮比為 ～ 。 實際上，加料段槽深是根據(jù)螺桿壓縮比和計量段槽深來確定的。由于加料段中的塑料并不像 D 塞流理論所假設(shè)的那樣整塊的移動，而是在斷面上有一速度分布。 圖 螺槽系數(shù) K 的確定 根據(jù)經(jīng)驗公式可以來校核，當(dāng) 3H =5mm 時 k 的取值為 在 k=～ 范圍內(nèi)。這是由于長徑比較大的螺桿的計量段 3L 可以設(shè)計的較長，此時由于螺槽深度 H3 加大造成壓力流 Qp 的增加和混煉段 M 的下降可以通過計量段的增加來彌補。設(shè)計時，還可以根據(jù)經(jīng)驗公式（ ）來決定螺槽深度 H3 。 此外我們還可以從產(chǎn)量的角度來分析計量段螺槽深度 3H 的影響。再加上這類塑料的成型溫度范圍比較窄，粘流溫度 Tf 和分解溫度 Td 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)定性較差，強烈的內(nèi)摩擦將使它們過熱分解甚至燒焦。在本章后面我們將進(jìn)一步指出：當(dāng)計量段槽深較淺時，壓力波動和溫度波動都比較小，這時對制品的綜合質(zhì)量都是有利的。 由此可見，螺槽深度較淺時，物料層內(nèi)部會產(chǎn)生較多的熱量。 （ 1）計量段槽深的確定： 我們知道，計量段中熔料的剪切速率γ可按下式計算： 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 11 3HD??? （ ） 顯然，計量段螺槽深度 3H 愈小，在相同的螺桿轉(zhuǎn)速下剪切速率便愈大，因而分子間的內(nèi)摩擦力也愈大。本設(shè)計中螺桿的有效長度為： L=20D=20 150=3000mm 普通螺桿全長分為三段，即加料段 L1 、壓縮段 L2 和計量段 L3,計量段有時也叫均化段。 螺桿直徑的確定： 150mm，螺桿長徑比 20。聚 苯 乙烯為蠟狀 ,有蠟一 樣的光滑感 ,不染色時 ,低密度聚 苯 乙烯透明 ,而高密度聚 苯 乙烯不透明 ，聚苯乙烯是結(jié)晶高分子，熔點達(dá)到 270℃。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 10 第 3 章 擠出機構(gòu)設(shè)計 不同的生產(chǎn)線對擠出機的具體要求不一樣，這就需要根據(jù)不同塑料的性能設(shè)計出合理的擠出機。 本章小結(jié) 介于機筒和螺桿得配合工作，組成了擠出機的擠壓系統(tǒng)，共同完成對物料的擠壓塑化，生產(chǎn)出塑料制品。當(dāng)襯套磨損時，只需更換襯套即可。由于中間要用法蘭盤連接，則對機筒加熱得均勻性，連接部分要受影響。大直徑擠出機的機筒不 包括加料段。 機筒的結(jié)構(gòu)形式設(shè)計選擇，應(yīng)該是在保證其工作強度的基礎(chǔ)上，注意考慮它有黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 9 利于被擠塑物料的塑化，結(jié)構(gòu)形式方便機械加工；同時能得到較高的精度；再一點是要盡量節(jié)省一些較貴重的合金鋼。 機筒類型的確定 機筒與螺桿配合工作，組成擠出機的擠壓系統(tǒng)。 （ 2）新型螺桿 與普 通螺桿比較，就是在螺桿的不同部位上設(shè)計了非螺紋元件，以改進(jìn)塑料得混合、熔融塑化質(zhì)量和縮短擠塑生產(chǎn)時間。 螺桿的分類 按照螺桿得結(jié)構(gòu)和螺桿螺紋部分的幾何形狀，可分為普通螺桿、新型螺桿和排氣螺桿。 （ 2）機頭模具的阻力對螺桿結(jié)構(gòu)尺寸的影響 螺桿螺紋的均化段得的螺槽深淺與機頭阻力大小要匹配選取，機頭阻力大，這段螺紋槽要淺些；反之，當(dāng)阻力小時，螺槽就應(yīng)深些。 （ 2）比流量 這個比值大，說明這根螺桿的塑化能力強，比流量得單位為（ kg/h）/（ r/min） （ 3）比功率 這個值小，說明生產(chǎn)同樣質(zhì)量的塑料制品，能量消耗少，比功率得單位為 kw/（ kg/h） （ 4）通用性 指螺桿能否適應(yīng)擠塑不同的塑料，能在不同塑料制品機頭阻力下工作。它的各部分幾何形狀的變化，直接影響螺桿的工作性能效果。 同時，還應(yīng)最大限度地考慮擠出機的系列化和部件的通用話程度。如擠出機的加工范圍、工作精度、生產(chǎn)率、和經(jīng)濟(jì)性等等。實際上，單螺桿擠出機是一種低能耗、低成本的機型，只要技術(shù)得當(dāng)，結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，同樣可以達(dá)到雙螺桿擠出機的效能。從成型設(shè)備來看，國產(chǎn)主機基本上以錐形雙螺桿擠出機和單螺桿擠出機為主，技術(shù)較成熟，市場銷量最大，但這類產(chǎn)品的通用規(guī)格已供大 于求，只能維持在市場頂峰期的 50%~60%左右。特種單螺桿擠出加工技術(shù)又有 替代多螺桿技術(shù)的趨勢。但是，單螺桿擠出機作為一種基本的塑膠加工設(shè)備，結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，而且具有更大的設(shè)計靈活性。不過，盡管中國擠出機市場發(fā)展迅猛，也有不少新的機型推出，我們不能忽視中國擠出機技術(shù)與國外發(fā)達(dá)國家相比還有較大差 距。用于玻纖增強物料加工時，玻纖的添加量可以達(dá)到 50%以上，特別適于高填充物料的加工，黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 6 具有非常廣闊的市場前景。由于雙螺桿市場異常火爆，往復(fù)螺桿擠出機市場相對平淡，各擠出廠家還是以雙螺桿擠出機為主推產(chǎn)品。磨盤擠出機可以通過調(diào)整磨盤組合以適應(yīng)不同高填充材料，如玻纖增強、磁性塑料、導(dǎo)電材料、新型陶瓷等物料的擠出加工。在加工磁性材料時，通常磁粉的添加量高達(dá) 60%~70%，有時甚至達(dá)到 90%以上。 超微型擠出機的研究開發(fā)，存在許多一般設(shè)備設(shè)計加工過程中難以想像的困難，據(jù)介紹，該設(shè)備開發(fā)的關(guān)鍵在于微型擠出機的加料、排氣、實現(xiàn)低溫擠出輸送等問題的解決。該機器螺桿直徑僅 12mm，機器總重量不到 ；螺桿工作轉(zhuǎn)速 800~1200rpm，可實現(xiàn)連續(xù)或間歇工作。多數(shù)情況下，裝備有后續(xù)排氣段以便進(jìn)一步降低溶劑含量。行星輥段也用作普通擠出機的附加裝置以改善混合性能。相對于機筒長度而言，機筒、太陽螺桿和行星螺桿的螺旋形 設(shè)計表面積大。因此，行星機筒段上必須行星螺桿上的螺棱相對黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 4 應(yīng)螺槽。 這種擠出機看起來類似單螺桿擠出機，實際上，進(jìn)料段與標(biāo)準(zhǔn)單螺桿擠出機的相同。其它雙螺桿擠出機操作完全不同于單螺桿擠出機。各種雙螺桿擠出機之間的 差異頗大于單螺桿擠出機之間的差異。 雙螺桿擠出機是一種具有兩根阿基米德螺桿的機器，很明顯，這是非常一般的定義。盡管各個廠家仍然存在技術(shù)含量與實力的差別，不能否認(rèn)的是雙螺桿擠出機在中國的發(fā)展已相當(dāng)成熟，尤其是在中小型機市場。平行雙螺桿擠出機有同向和異向之分。這些擠出機用來輥煉機或其它混煉裝置的熱料喂料。一些早期的擠出機制造商有美國 John Royle 和英國 Frsncis Shaw。二級擠出螺桿有被釋壓 /排氣段所分隔的兩個壓縮段。 螺桿的設(shè)計對排氣擠出機的正確運，非常關(guān)鍵。因而．排氣擠出機能連續(xù)從聚合物中連續(xù)排除揮發(fā)物。擠出機只是產(chǎn)生足夠的壓力，以迫使物料通過模頭。由于模頭產(chǎn)生流動阻力，所以需要壓力迫使物料通過模頭。當(dāng)物料向前運動時，在各個位置的固態(tài)物料量將因熔融而減少。必須指出，塑化段起點通常不是壓縮段起始點。因此，摩擦力都作用于物料以及機筒和螺桿表面。通常物料靠重力由加料斗流入擠出機機筒。此段稱之為過渡段或壓縮段。最末段 (最靠近模頭 )的螺槽通常較淺。常規(guī)塑化擠出機的螺桿具有 3 個不同的幾何段，見圖 ： 圖 常規(guī)擠出機螺桿幾何形狀 這種幾何形狀也稱之為“單級”。Extrusion principle。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 II Abstract In recent years, with the rapid development in the plastic industry, plastic product has been continuously enlarged in application field。而擠出成型又是塑料成型加工的重要成型方法之一。其中塑料成型機械是塑料工業(yè)中的一個重要組成部分，是完成塑料制品生產(chǎn)成型的必要手段。 關(guān)鍵詞 單螺桿 ；擠出機； 塑料成型機械 ； 擠出原理； 塑料成型工藝 。 plasticsshaping machine 。其主要優(yōu)點為成本較低、設(shè)計簡單、堅固而可靠、以及滿意的性能成本比。此段稱之為螺桿的進(jìn)料段。第二段連接進(jìn)料段和計量段。物料從加料斗進(jìn)入。機簡靜止而蟬桿旋轉(zhuǎn)。當(dāng)物料溫度超過其熔點，則在機筒內(nèi)表面形成熔膜，塑化段即由此開始。然而，螺桿的幾何段由設(shè)計確定，不因操作條件的變化而變化。 當(dāng)聚合物流進(jìn)模頭時，即呈現(xiàn)模頭流道的形狀，因而，當(dāng)高聚物離開模頭時，其形狀或多或少的符合模頭流道最后部分的斷面形狀。模頭壓力由模頭產(chǎn)生而不由擠出機產(chǎn)生。排氣擠出機在其機筒上有一個或多個開口 (排氣口 )，揮發(fā)物可由此逸出。這顯然增加了排氣擠出機的多功能性，并且還有額外的好處，即只要堵塞排氣口并在可能情況下變換螺桿幾何形狀，排氣擠出機即可作為常規(guī)非排氣擠出機。因而，擠出機螺桿必須設(shè)計成使排氣口 (排氣段 )下面的聚臺物中不呈正壓，這就導(dǎo)致開發(fā)二級擠出螺桿，尤其是為排氣擠出機所設(shè)計的二級擠出螺桿。用于橡膠擠出的工業(yè)機器早在 19 世紀(jì)下半葉即已間世。最早的橡膠擠出機是為熱喂料擠出制造黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 3 的。 多螺桿擠出機 雙螺桿擠出機 雙螺桿擠出機又包括平行雙螺桿擠出機和錐形雙螺桿擠出機。從最初的高技術(shù)含量設(shè)備發(fā)展至今，已成為大眾化的設(shè)備之一。由于雙螺桿擠出機的產(chǎn)量高，混合性能優(yōu)于常規(guī)單螺桿擠出機，普遍采用積木式結(jié)構(gòu)易于根據(jù)不同材料進(jìn)行調(diào)整，因此成為擠出加工市場的主導(dǎo)力量。所以，難于對雙螺桿擠出機作出全面的評述。有些雙螺桿擠出機的功能與單螺桿擠出機非常相同。較熟知的一例是行星輥式擠出機。在行星螺桿段中，主螺桿又稱太陽螺桿 .行星螺桿與太陽螺桿和機筒嚙合。當(dāng)物料達(dá)到行星段時，要在此處充分塑化，物料處于由行星螺桿、太陽螺桿和機筒之間的輥壓作用產(chǎn)生的強烈混合中。正因為如此，行星式齒輪擠出機常常用于硬質(zhì)和增塑 PVC 配料的擠出或配混。急驟排氣發(fā)生在附加于機筒上的圓拱形排氣室，然后，由急驟