【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(xué)院 08 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 41頁(yè) outline, or the forme。 所以設(shè)計(jì)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(jì)算固相分布函數(shù) WX ,假設(shè)熔融點(diǎn)在加料段末端的前一個(gè)螺距。 查出 η a =925 MPa。 δ的計(jì)算值與設(shè)定值相差不大，可不在從新計(jì)算。 當(dāng) X=W 時(shí) δ max = 103? m。 δ =])([])(2[ 2dsmsmbxjambm TTcV XVTTk ?? ???? η 徐州工程學(xué)院 08 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 34頁(yè) = 103? X m。 試計(jì)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(jī)筒表面速度： Vb =∏ Dn= 103? m。 壓縮段總長(zhǎng) :ZA =1360 103? m。 壓縮段： Z2 =φCoc HDHD 2 )]()[( 31 ????=。 40” 。物料熔點(diǎn) Tm=110℃。 液相熱導(dǎo)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(zhuǎn)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(zhǎng)度 L1 =1370 103? m；加料段螺槽深度 H1 =26 103? m； 徐州工程學(xué)院 08 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 31頁(yè) 壓縮段長(zhǎng)度 L2 =1360 103? m； 計(jì)量段長(zhǎng)度 L3 = 103? m。 計(jì)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(zhǎng)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(xué)院 08 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 30頁(yè) 布都是中間高兩邊低，產(chǎn)生的還原力會(huì)使螺桿懸浮于機(jī)筒之間不會(huì)產(chǎn)生金屬的直接接觸從而減少螺桿和機(jī)筒之間的磨損。這種設(shè)計(jì)的主要目的是為了較少螺桿與機(jī)筒的直接接觸，保證在螺棱和機(jī)筒間形成穩(wěn)定的熔融物潤(rùn)滑膜以減少螺桿與機(jī)筒間的磨損。但 e 值 也不能太小，太小的值會(huì)使漏流增加，從而降低生產(chǎn)率，同時(shí)還會(huì) 增加螺桿的磨損。當(dāng)螺棱 e 或 b 較大時(shí)會(huì)增大螺棱上的功率消耗。 螺棱法向?qū)挾?e 和軸向?qū)挾?b： e=()D (314) b= φCose (315) 徐州工程學(xué)院 08 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 29頁(yè) 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(gè)側(cè)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(dāng)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(shí)，以較快速度運(yùn)動(dòng)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(dāng)內(nèi)摩擦因數(shù)較低時(shí)，各層塑料間將存在著相對(duì)滑移，下層塑料不易被機(jī)筒拖拽向徐州工程學(xué)院 08 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 28頁(yè) 前推進(jìn)。 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(shè)計(jì)這種螺紋斷截面的出發(fā)點(diǎn)是：根據(jù)塞流固體輸送理論，認(rèn)為塑料在槽中是以密實(shí)的固體存在，組成固體塞在的固體顆粒間沒(méi)有沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)。推進(jìn)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(jī)的最大長(zhǎng)徑比以達(dá) 56，但大多數(shù)都在 25～ 35 范圍內(nèi)。應(yīng)當(dāng)力求在較小的長(zhǎng)徑比下，獲得制品的高質(zhì)量和高產(chǎn)量。長(zhǎng)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(xué)院 08 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 27頁(yè) 螺桿與機(jī)筒的刮磨。 事物都是一分為二的。例如，排氣擠出機(jī)和反應(yīng)擠出機(jī)。 長(zhǎng)徑比增加不僅僅由上述因素引起。 螺桿三段長(zhǎng)度分配 塑料類(lèi)型 加料段 L1 壓縮段 L2 計(jì)量段 L3 無(wú)定性塑料 結(jié)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(jī)各方面的性能，加料段、壓縮段和計(jì)量段都有加長(zhǎng)的趨勢(shì)，這勢(shì)必引起螺桿長(zhǎng)徑比的增加。因此，按式（ 144）得到結(jié)果也只能作為參考之用，實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)還得根據(jù)上面的定性分析和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)作適當(dāng)修正。例如，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降時(shí)，不僅產(chǎn)量降低，而且粘度也會(huì)因剪切速率的降低而增高，壓力也會(huì)適當(dāng)減小，它們之間并非線(xiàn)性的關(guān)系。此時(shí)，按式（ 144）計(jì)算， L3 為 320 ㎜，大致相當(dāng)于 5D 左右。計(jì)算徐州工程學(xué)院 08 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 26頁(yè) 時(shí)可以現(xiàn)令機(jī)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(lái)初步估算計(jì)量段長(zhǎng)度 L3 Qp=∏ Sin2φ 313312 LpDH ?η （ 310） L3=∏ Sin2φQppDH ?13312η （ 311） 如果令 Qp≤ ，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 176。這就是計(jì)量段長(zhǎng)度為什么愈來(lái)愈長(zhǎng)的原因。計(jì)量段長(zhǎng)度 L3 和產(chǎn)量的關(guān)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(jì)量段愈長(zhǎng)，相應(yīng)的壓力流 Qp 和漏流 QL 都愈小，擠出機(jī)的實(shí)際 生產(chǎn)率便俞高。顯然， M 值愈大，均化作用也愈佳。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(chēng)為均化段的原因。 徐州工程學(xué)院 08 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 25頁(yè) 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。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。從圖 143 可 以 看 出 ， 在 同 等 壓 力 的 情 況 下 ， 聚 丙 烯 由 于 其 熔 點(diǎn) 高（ 170176。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。 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。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)。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。因此，加料段 L1 也應(yīng)該有足夠的長(zhǎng)度。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)。如果正好在壓縮段上完成了 X/W 從 1 到 0 的過(guò)程，那么便可以認(rèn)為原來(lái)設(shè)計(jì)的參數(shù)徐州工程學(xué)院 08 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 24頁(yè) 是合理的。在文獻(xiàn) 〔 1〕 中還指出：在 實(shí)驗(yàn)的條件下，聚丙烯從開(kāi)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)。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)。此外，即使對(duì)已結(jié)晶的那一部分塑料來(lái)說(shuō)，正像 前面我們已分析過(guò)的那樣，螺桿的熔融段和壓縮段的位置不是等同的，在設(shè)計(jì)時(shí)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(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)特點(diǎn)，加工結(jié)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(zhǎng)度也比較短。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)。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，即在螺桿上經(jīng)過(guò)一段長(zhǎng)度后，塑料才能全部熔融。 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)。原因之二是在多頭螺紋計(jì)量段的幾個(gè)螺槽中，熔體填充情況有可能不同，從而容易導(dǎo)致個(gè)螺槽間擠出量不等 而發(fā)生波動(dòng)，擠出壓力也會(huì)發(fā)上波動(dòng)，這些都直接影響到擠出制品的質(zhì)量。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。 螺紋頭數(shù) 目前擠出機(jī)的螺桿大都是單頭螺紋。這也是為什么當(dāng)前的螺紋升角都在 170 ～ 300范圍之內(nèi)的原因。實(shí)驗(yàn)也證明，對(duì)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(guān)系。 ? = H1 /H3 38 根據(jù)上表取壓縮比為 ， 得 ： H mmH 31 ?? ?。運(yùn)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(zhǎng)上都保持不變，螺紋頭數(shù)為 1. 當(dāng)壓縮比 ε 和計(jì)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(jì)算方便，可以用簡(jiǎn)化的公式 38 來(lái)計(jì)算壓縮比 ? 。根據(jù)螺桿國(guó)內(nèi)外的資料統(tǒng)計(jì)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(xué)院 08 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 21頁(yè) 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(hào)中為選用范圍，括號(hào)外為選用范圍。這是因?yàn)槌藨?yīng)考慮密度的變化之外，還應(yīng)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(guò)程中塑料的回流等因素，尤其還應(yīng)考慮制品性能所要求的壓縮密實(shí)的必要性。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 ～ 。這個(gè)數(shù)值不同于物理壓縮比。 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。因此存在一個(gè)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(shè)的那樣整塊的移動(dòng)，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(yàn)公式可以來(lái)校核，當(dāng) H3= 時(shí) 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(shí) k 值較大。除此之外在設(shè) 計(jì)新型螺桿時(shí)，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(jì)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(yīng)選擇較小，螺桿直徑較小者， k 值應(yīng)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(dāng)螺桿長(zhǎng)徑比較大時(shí)， k 值可以選擇較大。設(shè)計(jì)時(shí)，還可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式（ 35）來(lái)決定螺槽深度 H3 H3=kD （ 35） 據(jù)統(tǒng)計(jì)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(méi)辦法確定。由此可以分析：當(dāng)機(jī)頭壓力較低時(shí)，增加計(jì)量段螺槽深度可以增加產(chǎn)量；而當(dāng)機(jī)頭壓力增大到超過(guò)臨界壓力，加深 H3 并不能使生產(chǎn)率增加，甚至還會(huì)產(chǎn)生相反的作用。