【正文】 影響計(jì)量段長(zhǎng)度 L3 。此時(shí) L3 的計(jì)算公式可簡(jiǎn)化為： 1333 72 ηQDHL ? （ ） 例如：螺桿直徑為 65 ㎜的擠出機(jī)，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(jì)量段長(zhǎng)度甚至達(dá)到了螺桿全長(zhǎng)的 50﹪ .但是，過(guò)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。也就是說(shuō)，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(chēng)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： )1( )( 33 aH aLM ??? （ ） 式中， 3L 和 3H 為計(jì)量段長(zhǎng)度和深度， a 為截流比， a=QpQd。實(shí)驗(yàn)也測(cè)出，在加料中，聚丙烯要經(jīng)過(guò) 8 個(gè)螺桿的長(zhǎng)度才開(kāi)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 個(gè)螺距的長(zhǎng)度和 個(gè)螺距的長(zhǎng)度便已開(kāi)始熔融。但由于計(jì)算過(guò)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。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)。因此，加料段 L1 也應(yīng)該有足夠的長(zhǎng)度。而且從熔融理論上我們知道，熔融過(guò)程是 X/W 從 1到 0 的過(guò)程，這個(gè)過(guò)程總需要一定的長(zhǎng)度，不可能在很短的（ ～ 1） D 長(zhǎng)度上實(shí)現(xiàn)。但是，結(jié)晶型材料在冷卻過(guò)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(gè)漸變過(guò)程，加工這類(lèi)塑料的螺桿應(yīng)該較早地開(kāi)始?jí)嚎s，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(jì)的比較長(zhǎng)。 三段式螺桿長(zhǎng)度的確定 熱塑性材料分為無(wú)定型和結(jié)晶型兩大類(lèi)。原因之一是多頭螺紋減少了螺槽橫斷面積，同時(shí)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(jì) 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(guó)內(nèi)外的資料統(tǒng)計(jì)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(jì) 15 幾何壓縮比一般用下式計(jì)算： 3311)( )( HHD HHD???? （ ） 式中， H1 和 H3 分別為螺桿加料段第一個(gè)螺槽深和計(jì)量段最后一個(gè)螺槽深。如，聚乙烯在松散時(shí)密度為 ～ ，而熔融后的密度為 g/cm3 .因此，其物理壓縮比為 ～ 。 實(shí)際上，加料段槽深是根據(jù)螺桿壓縮比和計(jì)量段槽深來(lái)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(dòng)，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(yàn)公式可以來(lái)校核，當(dāng) 3H =5mm 時(shí) k 的取值為 在 k=～ 范圍內(nèi)。這是由于長(zhǎng)徑比較大的螺桿的計(jì)量段 3L 可以設(shè)計(jì)的較長(zhǎng)，此時(shí)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(guò)計(jì)量段的增加來(lái)彌補(bǔ)。設(shè)計(jì)時(shí)，還可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式（ ）來(lái)決定螺槽深度 H3 。 此外我們還可以從產(chǎn)量的角度來(lái)分析計(jì)量段螺槽深度 3H 的影響。再加上這類(lèi)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(qiáng)烈的內(nèi)摩擦將使它們過(guò)熱分解甚至燒焦。在本章后面我們將進(jìn)一步指出：當(dāng)計(jì)量段槽深較淺時(shí)，壓力波動(dòng)和溫度波動(dòng)都比較小，這時(shí)對(duì)制品的綜合質(zhì)量都是有利的。 由此可見(jiàn)，螺槽深度較淺時(shí)，物料層內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生較多的熱量。 （ 1）計(jì)量段槽深的確定： 我們知道，計(jì)量段中熔料的剪切速率γ可按下式計(jì)算： 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 3HD??? （ ） 顯然，計(jì)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(jì)中螺桿的有效長(zhǎng)度為： L=20D=20 150=3000mm 普通螺桿全長(zhǎng)分為三段，即加料段 L1 、壓縮段 L2 和計(jì)量段 L3,計(jì)量段有時(shí)也叫均化段。 螺桿直徑的確定： 150mm，螺桿長(zhǎng)徑比 20。聚 苯 乙烯為蠟狀 ,有蠟一 樣的光滑感 ,不染色時(shí) ,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(diǎn)達(dá)到 270℃。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 第 3 章 擠出機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 不同的生產(chǎn)線(xiàn)對(duì)擠出機(jī)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(jì)出合理的擠出機(jī)。 本章小結(jié) 介于機(jī)筒和螺桿得配合工作，組成了擠出機(jī)的擠壓系統(tǒng)，共同完成對(duì)物料的擠壓塑化，生產(chǎn)出塑料制品。當(dāng)襯套磨損時(shí)，只需更換襯套即可。由于中間要用法蘭盤(pán)連接，則對(duì)機(jī)筒加熱得均勻性，連接部分要受影響。大直徑擠出機(jī)的機(jī)筒不 包括加料段。 機(jī)筒的結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)選擇，應(yīng)該是在保證其工作強(qiáng)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(jì) 9 利于被擠塑物料的塑化，結(jié)構(gòu)形式方便機(jī)械加工；同時(shí)能得到較高的精度；再一點(diǎn)是要盡量節(jié)省一些較貴重的合金鋼。 機(jī)筒類(lèi)型的確定 機(jī)筒與螺桿配合工作，組成擠出機(jī)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(jì)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(shí)間。 螺桿的分類(lèi) 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(jī)頭模具的阻力對(duì)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(jī)頭阻力大小要匹配選取，機(jī)頭阻力大，這段螺紋槽要淺些；反之，當(dāng)阻力小時(shí)，螺槽就應(yīng)深些。 （ 2）比流量 這個(gè)比值大，說(shuō)明這根螺桿的塑化能力強(qiáng)，比流量得單位為（ kg/h）/（ r/min） （ 3）比功率 這個(gè)值小，說(shuō)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(jī)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(shí)，還應(yīng)最大限度地考慮擠出機(jī)的系列化和部件的通用話(huà)程度。如擠出機(jī)的加工范圍、工作精度、生產(chǎn)率、和經(jīng)濟(jì)性等等。實(shí)際上，單螺桿擠出機(jī)是一種低能耗、低成本的機(jī)型，只要技術(shù)得當(dāng)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，同樣可以達(dá)到雙螺桿擠出機(jī)的效能。從成型設(shè)備來(lái)看，國(guó)產(chǎn)主機(jī)基本上以錐形雙螺桿擠出機(jī)和單螺桿擠出機(jī)為主，技術(shù)較成熟，市場(chǎng)銷(xiāo)量最大，但這類(lèi)產(chǎn)品的通用規(guī)格已供大 于求，只能維持在市場(chǎng)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(shì)。但是，單螺桿擠出機(jī)作為一種基本的塑膠加工設(shè)備，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低，而且具有更大的設(shè)計(jì)靈活性。不過(guò)，盡管中國(guó)擠出機(jī)市場(chǎng)發(fā)展迅猛，也有不少新的機(jī)型推出，我們不能忽視中國(guó)擠出機(jī)技術(shù)與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有較大差 距。用于玻纖增強(qiáng)物料加工時(shí)，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(jì) 6 具有非常廣闊的市場(chǎng)前景。由于雙螺桿市場(chǎng)異常火爆，往復(fù)螺桿擠出機(jī)市場(chǎng)相對(duì)平淡，各擠出廠家還是以雙螺桿擠出機(jī)為主推產(chǎn)品。磨盤(pán)擠出機(jī)可以通過(guò)調(diào)整磨盤(pán)組合以適應(yīng)不同高填充材料，如玻纖增強(qiáng)、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(shí)，通常磁粉的添加量高達(dá) 60%~70%，有時(shí)甚至達(dá)到 90%以上。 超微型擠出機(jī)的研究開(kāi)發(fā)，存在許多一般設(shè)備設(shè)計(jì)加工過(guò)程中難以想像的困難，據(jù)介紹，該設(shè)備開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵在于微型擠出機(jī)的加料、排氣、實(shí)現(xiàn)低溫?cái)D出輸送等問(wèn)題的解決。該機(jī)器螺桿直徑僅 12mm，機(jī)器總重量不到 ；螺桿工作轉(zhuǎn)速 800~1200rpm，可實(shí)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(jī)的附加裝置以改善混合性能。相對(duì)于機(jī)筒長(zhǎng)度而言，機(jī)筒、太陽(yáng)螺桿和行星螺桿的螺旋形 設(shè)計(jì)表面積大。因此，行星機(jī)筒段上必須行星螺桿上的螺棱相對(duì)黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 應(yīng)螺槽。 這種擠出機(jī)看起來(lái)類(lèi)似單螺桿擠出機(jī)，實(shí)際上，進(jìn)料段與標(biāo)準(zhǔn)單螺桿擠出機(jī)的相同。其它雙螺桿擠出機(jī)操作完全不同于單螺桿擠出機(jī)。各種雙螺桿擠出機(jī)之間的 差異頗大于單螺桿擠出機(jī)之間的差異。 雙螺桿擠出機(jī)是一種具有兩根阿基米德螺桿的機(jī)器，很明顯，這是非常一般的定義。盡管各個(gè)廠家仍然存在技術(shù)含量與實(shí)力的差別，不能否認(rèn)的是雙螺桿擠出機(jī)在中國(guó)的發(fā)展已相當(dāng)成熟，尤其是在中小型機(jī)市場(chǎng)。平行雙螺桿擠出機(jī)有同向和異向之分。這些擠出機(jī)用來(lái)輥煉機(jī)或其它混煉裝置的熱料喂料。一些早期的擠出機(jī)制造商有美國(guó) John Royle 和英國(guó) Frsncis Shaw。二級(jí)擠出螺桿有被釋壓 /排氣段所分隔的兩個(gè)壓縮段。 螺桿的設(shè)計(jì)對(duì)排氣擠出機(jī)的正確運(yùn)，非常關(guān)鍵。因而．排氣擠出機(jī)能連續(xù)從聚合物中連續(xù)排除揮發(fā)物。擠出機(jī)只是產(chǎn)生足夠的壓力，以迫使物料通過(guò)模頭。由于模頭產(chǎn)生流動(dòng)阻力，所以需要壓力迫使物料通過(guò)模頭。當(dāng)物料向前運(yùn)動(dòng)時(shí)，在各個(gè)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(diǎn)通常不是壓縮段起始點(diǎn)。因此，摩擦力都作用于物料以及機(jī)筒和螺桿表面。通常物料靠重力由加料斗流入擠出機(jī)機(jī)筒。此段稱(chēng)之為過(guò)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(jī)的螺桿具有 3 個(gè)不同的幾何段，見(jiàn)圖 ： 圖 常規(guī)擠出機(jī)螺桿幾何形狀 這種幾何形狀也稱(chēng)之為“單級(jí)”。Extrusion principle。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 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(jī)械是塑料工業(yè)中的一個(gè)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(jī)； 塑料成型機(jī)械 ； 擠出原理； 塑料成型工藝 。 plasticsshaping machine 。其主要優(yōu)點(diǎn)為成本較低、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固而可靠、以及滿(mǎn)意的性能成本比。此段稱(chēng)之為螺桿的進(jìn)料段。第二段連接進(jìn)料段和計(jì)量段。物料從加料斗進(jìn)入。機(jī)簡(jiǎn)靜止而蟬桿旋轉(zhuǎn)。當(dāng)物料溫度超過(guò)其熔點(diǎn)，則在機(jī)筒內(nèi)表面形成熔膜，塑化段即由此開(kāi)始。然而，螺桿的幾何段由設(shè)計(jì)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(shí)，即呈現(xiàn)模頭流道的形狀，因而，當(dāng)高聚物離開(kāi)模頭時(shí)，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(jī)產(chǎn)生。排氣擠出機(jī)在其機(jī)筒上有一個(gè)或多個(gè)開(kāi)口 (排氣口 )，揮發(fā)物可由此逸出。這顯然增加了排氣擠出機(jī)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(jī)即可作為常規(guī)非排氣擠出機(jī)。因而，擠出機(jī)螺桿必須設(shè)計(jì)成使排氣口 (排氣段 )下面的聚臺(tái)物中不呈正壓，這就導(dǎo)致開(kāi)發(fā)二級(jí)擠出螺桿，尤其是為排氣擠出機(jī)所設(shè)計(jì)的二級(jí)擠出螺桿。用于橡膠擠出的工業(yè)機(jī)器早在 19 世紀(jì)下半葉即已間世。最早的橡膠擠出機(jī)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(jì) 3 的。 多螺桿擠出機(jī) 雙螺桿擠出機(jī) 雙螺桿擠出機(jī)又包括平行雙螺桿擠出機(jī)和錐形雙螺桿擠出機(jī)。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(jī)的產(chǎn)量高，混合性能優(yōu)于常規(guī)單螺桿擠出機(jī)，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(chǎng)的主導(dǎo)力量。所以，難于對(duì)雙螺桿擠出機(jī)作出全面的評(píng)述。有些雙螺桿擠出機(jī)的功能與單螺桿擠出機(jī)非常相同。較熟知的一例是行星輥式擠出機(jī)。在行星螺桿段中，主螺桿又稱(chēng)太陽(yáng)螺桿 .行星螺桿與太陽(yáng)螺桿和機(jī)筒嚙合。當(dāng)物料達(dá)到行星段時(shí)，要在此處充分塑化，物料處于由行星螺桿、太陽(yáng)螺桿和機(jī)筒之間的輥壓作用產(chǎn)生的強(qiáng)烈混合中。正因?yàn)槿绱耍行鞘烬X輪擠出機(jī)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(jī)筒上的圓拱形排氣室，然后，由急驟