【正文】 The formed cutting tool law abbreviation forming, is with the formed cutting tool which matches with the work piece final superficial 徐州工程學院 08 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 第 41頁 outline, or the forme。 所以設計符合要求。 WX =2211 })]2(1[)1({????????? AAZzAAWXT =[TZ?]。 因此加料末端： WX1 = 壓縮段 : ψ =2110)(21WXHGW? = 。 計算固相分布函數(shù) WX ,假設熔融點在加料段末端的前一個螺距。 查出 η a =925 MPa。 δ的計算值與設定值相差不大，可不在從新計算。 當 X=W 時 δ max = 103? m。 δ =])([])(2[ 2dsmsmbxjambm TTcV XVTTk ?? ???? η 徐州工程學院 08 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 第 34頁 = 103? X m。 試計算 TAV 和δ : TAV = ??32 mTTmjkVa12 2?η =≈ 139℃ 。 因此，熔膜中的剪切速率為： .? =?jV = s1? 。 先取 T AV = 3 1101502 ?? =℃，由于未考慮mjkVa12 2?η ，可將 TAV取得稍大，暫定為 TAV =139℃ .。 固相速度： Vsz=SWHG?1= 103? m/s 合成速度： VJ = ?CosVVVVSZBszb 222 ??= m/s。 Vbz= Vb Cosφ = 103? m。 螺槽寬度： W=B Cosφ =(Se) Cosφ = 機筒表面速度： Vb =∏ Dn= 103? m。 壓縮段總長 :ZA =1360 103? m。 壓縮段： Z2 =φCoc HDHD 2 )]()[( 31 ????=。 40” 。物料熔點 Tm=110℃。 液相熱導率 km = W/(m.℃ )。液相密度ρ m =790kg/m3 。 （ 2） 工藝參數(shù) 生產(chǎn)率 G=550kg/h；螺桿轉速 n=60r/min。 螺距 S=170 103? m；螺棱寬 e=15 103? m；螺紋頭數(shù) M=1； 加料段長度 L1 =1370 103? m；加料段螺槽深度 H1 =26 103? m； 徐州工程學院 08 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 第 31頁 壓縮段長度 L2 =1360 103? m； 計量段長度 L3 = 103? m。 計量段螺槽深度 H3 =。 根據(jù)以上分析螺桿 參數(shù)初步確定如下： 螺桿直徑 D=170 103? m；長徑比 L/D=35。而楔形螺頂?shù)暮侠沓叽鐬棣?1/δ =， e1 /e0 =5。而在階梯形螺頂和楔形螺頂上，壓力的分徐州工程學院 08 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 第 30頁 布都是中間高兩邊低，產(chǎn)生的還原力會使螺桿懸浮于機筒之間不會產(chǎn)生金屬的直接接觸從而減少螺桿和機筒之間的磨損。這種設計的主要目的是為了較少螺桿與機筒的直接接觸，保證在螺棱和機筒間形成穩(wěn)定的熔融物潤滑膜以減少螺桿與機筒間的磨損。但 e 值 也不能太小，太小的值會使漏流增加，從而降低生產(chǎn)率，同時還會 增加螺桿的磨損。當螺棱 e 或 b 較大時會增大螺棱上的功率消耗。 螺棱法向寬度 e 和軸向寬度 b： e=()D (314) b= φCose (315) 徐州工程學院 08 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 第 29頁 幾種塑料的內(nèi)摩擦角φ i 塑 料 形 狀 內(nèi)摩擦角 /176。 β =45176。但是由于螺槽是螺旋形的，固體壓力自傲兩個側面將不相等。～ 33176。 不同的塑料和不同的粒料形狀其內(nèi)摩擦角是不同的。這就相當于增大了塑料與螺桿的摩擦因數(shù)，根據(jù)固體輸送理論，這將降低固體輸送流率。這時，以較快速度運動的上層塑料將自傲下層塑料上滑 移，而它們之家的摩擦因數(shù)將是內(nèi)摩擦因數(shù) f i，而不是外摩擦因數(shù) f a。當內(nèi)摩擦因數(shù)較低時，各層塑料間將存在著相對滑移，下層塑料不易被機筒拖拽向徐州工程學院 08 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 第 28頁 前推進。 圖 148 除了上述兩種典型的螺紋斷截面形狀之外，還有雙楔型螺紋斷面圖149，設計這種螺紋斷截面的出發(fā)點是：根據(jù)塞流固體輸送理論，認為塑料在槽中是以密實的固體存在，組成固體塞在的固體顆粒間沒有沒有相對運動。推進面的圓弧半徑為 R1比后面的圓弧半徑 R2 小，一般后角 ?為 200 。目前，世界上最大的單螺桿擠出機的最大長徑比以達 56，但大多數(shù)都在 25～ 35 范圍內(nèi)。應當力求在較小的長徑比下，獲得制品的高質量和高產(chǎn)量。長徑比增大以后，螺桿彎曲的可能性也增增加，容易發(fā)生徐州工程學院 08 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 第 27頁 螺桿與機筒的刮磨。 事物都是一分為二的。例如，排氣擠出機和反應擠出機。 長徑比增加不僅僅由上述因素引起。 螺桿三段長度分配 塑料類型 加料段 L1 壓縮段 L2 計量段 L3 無定性塑料 結晶型塑料 20%～ 30% 40%～ 60% 45%～ 50% （ 2～ 5） D 25%～ 30% 30%～ 45% 從上面一系列分析可以看出，為了保證擠出機各方面的性能，加料段、壓縮段和計量段都有加長的趨勢，這勢必引起螺桿長徑比的增加。因此，按式（ 144）得到結果也只能作為參考之用，實際設計時還得根據(jù)上面的定性分析和經(jīng)驗數(shù)據(jù)作適當修正。例如，當轉速下降時，不僅產(chǎn)量降低，而且粘度也會因剪切速率的降低而增高，壓力也會適當減小，它們之間并非線性的關系。此時，按式（ 144）計算， L3 為 320 ㎜，大致相當于 5D 左右。計算徐州工程學院 08 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 第 26頁 時可以現(xiàn)令機頭壓力 p=15MPa。 可以用熔體輸送理論生產(chǎn)率公式（ 1127）中的壓力流 Qp 來初步估算計量段長度 L3 Qp=∏ Sin2φ 313312 LpDH ?η （ 310） L3=∏ Sin2φQppDH ?13312η （ 311） 如果令 Qp≤ ，即因機頭壓力而引起的產(chǎn)量損失小于總產(chǎn)量的 5%，φ角一般為 176。這就是計量段長度為什么愈來愈長的原因。計量段長度 L3 和產(chǎn)量的關系如圖 144 所示。 從熔體輸送理論的生產(chǎn)率公式（ 1227）可以看出：計量段愈長，相應的壓力流 Qp 和漏流 QL 都愈小，擠出機的實際 生產(chǎn)率便俞高。顯然， M 值愈大，均化作用也愈佳。計量段的第一個作用就是要消除這些不均勻的現(xiàn)象，這正是為什么計量段又稱為均化段的原因。 徐州工程學院 08 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 第 25頁 在理想的情況下，壓縮段與熔融段重疊，塑料移動到壓縮段末端時應該全部熔融。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。從圖 143 可 以 看 出 ， 在 同 等 壓 力 的 情 況 下 ， 聚 丙 烯 由 于 其 熔 點 高（ 170176。但由于計算過程比較復雜，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。 從上面的分析，我們可以得出結論：為了保證在加料段結束時分界面上的塑料基本預熱到 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，熔點高，熱導率低，熔融潛熱大的塑料，螺桿加熱段 L1 應該長一些。此外，由于塑料是不良的導熱體，因此其熱導率 Ks 也是一個分鐘要的參數(shù)。顯然，塑料的比熱容Cs 愈大，熔融點 Tm 愈高，預熱到熔融溫度所需要的熱量也愈多。因此，加料段 L1 也應該有足夠的長度。當然，此時不僅設計了壓縮段長度 L2，而且也一起設計了其他螺桿參數(shù)。如果正好在壓縮段上完成了 X/W 從 1 到 0 的過程，那么便可以認為原來設計的參數(shù)徐州工程學院 08 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 第 24頁 是合理的。在文獻 〔 1〕 中還指出：在 實驗的條件下，聚丙烯從開始熔融到完全熔融大約需要 5D 長度，而熱導率較大的聚丙烯和聚苯乙烯便不需要這樣長。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)。此外，即使對已結晶的那一部分塑料來說，正像 前面我們已分析過的那樣，螺桿的熔融段和壓縮段的位置不是等同的，在設計時壓縮段位置已被人為的固定不變，而熔融段位置卻隨操作條件和塑料性能的不同而不同。但是，結晶型材料在冷卻過程中都不可能完全結晶，存在著一定的結晶度。為了適應這個特點，加工結晶型肅立哦啊的螺桿的壓縮段一般出現(xiàn)的比較晚，而且長度也比較短。為了適應這個漸變過程，加工這類塑料的螺桿應該較早地開始壓縮，它的螺紋深度也應逐漸發(fā)生變化，因此其壓縮段 L2 也設計的比較長。經(jīng)過一段時間后，即在螺桿上經(jīng)過一段長度后，塑料才能全部熔融。 三段式螺桿長度的確定 熱塑性材料分為無定型和結晶型兩大類。原因之二是在多頭螺紋計量段的幾個螺槽中，熔體填充情況有可能不同，從而容易導致個螺槽間擠出量不等 而發(fā)生波動，擠出壓力也會發(fā)上波動，這些都直接影響到擠出制品的質量。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。 螺紋頭數(shù) 目前擠出機的螺桿大都是單頭螺紋。這也是為什么當前的螺紋升角都在 170 ～ 300范圍之內(nèi)的原因。實驗也證明，對圓柱性塑料，最佳螺紋升角大約在 170 左右。 從固體輸送生產(chǎn)率公式 64 和熔體輸送理論生產(chǎn)率公式 1127 都可以看出：生產(chǎn)率和螺紋升角又直接的關系。 ? = H1 /H3 38 根據(jù)上表取壓縮比為 ， 得 ： H mmH 31 ?? ?。運用此公式的條件是外徑 D、螺距 S、螺紋法向棱寬 e 和螺紋升角φ在螺桿全長上都保持不變，螺紋頭數(shù)為 1. 當壓縮比 ε 和計量段槽深 H3決定后，加料段槽深 H1 便可從下式算出： H1 =[D )(4 332 HDHD ?? ? ] 37 為了計算方便，可以用簡化的公式 38 來計算壓縮比 ? 。根據(jù)螺桿國內(nèi)外的資料統(tǒng)計如下： 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） （ 2～3） 3～ 4（ 2～5） ～ （ 3～ 4） ABS POM PPO PC （ ～） 4（ ～4） 2（ 2～） 徐州工程學院 08 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 第 21頁 SPVC(粉料 ) PE PP PS CA PMMA PET PCTFE 3～ 5 3～ 4 ～ 4（ ～ 4） 2～ （ 2～ 4） ～ 2 3 ～ ～ PSF PSF PA6 PA66 PA1010 ～ 3 ～ 3 ～ 4 ～ 注：括號中為選用范圍，括號外為選用范圍。這是因為除了應考慮密度的變化之外，還應考慮在壓力 下熔融料的壓縮性、塑料在加料段的裝填程度、擠壓過程中塑料的回流等因素，尤其還應考慮制品性能所要求的壓縮密實的必要性。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 ～ 。這個數(shù)值不同于物理壓縮比。 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。因此存在一個最佳加料段槽深。由于加料段中的塑料并不像 D 塞流理論所假設的那樣整塊的移動，而是在斷面上有一速度分布。但自今為止加料段的槽 深 H1的影響還不是很清楚。 根據(jù)經(jīng)驗公式可以來校核，當 H3= 時 k 的取值為 在 k=～ 范圍內(nèi)。上層適用與 PVC 等熱穩(wěn)定性較差的塑料，此時 k 值較大。除此之外在設 計新型螺桿時，由于附加的混煉元件保證了塑料的熔融與均化，因此新型螺桿的計量段槽深系數(shù) k 也可以取得最大值。螺桿直徑較大者， k 值應選擇較小，螺桿直徑較小者， k 值應選擇較大；熱穩(wěn)定性較好的塑料 k 較小，熱穩(wěn)定性較差的塑料k 值較大；當螺桿長徑比較大時， k 值可以選擇較大。設計時，還可以根據(jù)經(jīng)驗公式（ 35）來決定螺槽深度 H3 H3=kD （ 35） 據(jù)統(tǒng)計螺槽深系數(shù) k 值，發(fā)現(xiàn)大致規(guī)律如圖 146 所示。 在未知口模系數(shù)情況下 H3 的值沒辦法確定。由此可以分析：當機頭壓力較低時，增加計量段螺槽深度可以增加產(chǎn)量；而當機頭壓力增大到超過臨界壓力，加深 H3 并不能使生產(chǎn)率增加，甚至還會產(chǎn)生相反的作用。