【正文】 之比。后者指的是塑料在加料時(shí)的松密度和受熱熔融后的密度之比。 顯然幾何壓縮比應(yīng)大于物理壓縮比。應(yīng)此對(duì)加工同一種塑料的的螺桿，不同設(shè)計(jì)者對(duì)其幾何壓縮比有不同的選擇，而加工不同塑料的螺桿，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）。 幾何壓縮比一般用下式計(jì)算： ε =3311)( )( HHD HHD?? 36 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。乘以系數(shù) 后，該式誤差僅 左右。 徐州工程學(xué)院 08 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 22頁(yè) 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 之間有下述關(guān)系： S=∏ Dtanφ 39 顯然在螺桿直徑已知以后，螺距和螺紋升角只要決定一個(gè)，另一個(gè)也就 確定了。根據(jù)固體輸送理論的計(jì)算，對(duì)大多數(shù)塑料，當(dāng)摩擦因數(shù) f b =fs ～ ,螺紋升角等于 170 ～ 200 時(shí)，固體輸送生產(chǎn)率可以達(dá)到最大值。而從熔體輸送理論的角度上講，將有關(guān)流率公式經(jīng)數(shù)學(xué)推到簡(jiǎn)化，并對(duì)φ角求導(dǎo)，并令導(dǎo)數(shù)等于零，可求的最佳螺紋升角為 30 0 。而目前為了設(shè)計(jì)加工的 方便，設(shè)計(jì)時(shí)大多取螺桿直徑等于螺距，這時(shí)螺紋升角就等于 170 42 。雖然出現(xiàn)過(guò)雙頭螺紋的螺桿加料段，但考慮兩個(gè)原因，多頭螺紋仍然用的很少。按固體輸送理論，這會(huì)減少固體輸送流率。此外多頭螺紋的加工也相對(duì)比較麻煩。無(wú)定型材料沒(méi)有明顯的熔點(diǎn)，再塑料徐州工程學(xué)院 08 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 23頁(yè) 溫度上升時(shí)，它逐漸軟化。在此過(guò)程中，塑料體積也逐漸變小。 相反，結(jié)晶型塑料由固態(tài)刀熔融態(tài)的轉(zhuǎn)化溫度范圍很窄，當(dāng)塑料溫度沒(méi)有達(dá)到熔點(diǎn) Tm 時(shí)，它的體積變化很少，而當(dāng)溫度一旦達(dá)到熔點(diǎn)，它便迅速熔融，其體積也突然變小。因此，過(guò)去設(shè)計(jì)的加工結(jié)晶型塑料的螺桿，其壓縮段僅（ ～ 1） D。根據(jù)冷卻速度等工藝條件的不同，它們總是或多或少地存在著無(wú)定行部分，這一部分的熔融規(guī)律和無(wú)定形材料一樣的，需要一定的逐漸軟化 熔融時(shí)間，因此，壓縮段 L2 也需要一定的長(zhǎng)度。因此如果壓縮段 L2 很短，實(shí)際上很難保證這部分結(jié)晶型塑料正好在壓縮段上開(kāi)始熔融并完成完全熔融過(guò)程。從上述幾點(diǎn)出發(fā)，近年來(lái)，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)，然后很據(jù)工藝操作條件和塑料性能來(lái)計(jì)算固相分布函數(shù) X/W=f(z)。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。 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。 不同的塑料，預(yù)熱到熔融溫度所需要的熱量是不同的。對(duì)結(jié)晶型材料來(lái)講，還需加上熔融潛熱λ（無(wú)定形塑料沒(méi)有這一項(xiàng)）。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。 固然可以用固體輸送理論非等溫模型的有關(guān)公式來(lái)計(jì)算加料長(zhǎng)度 L1。 文獻(xiàn) 〔 1〕 中報(bào)導(dǎo)了以螺桿直徑為計(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)。 ）、熱導(dǎo)率低（），因此，其開(kāi)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。 從圖 143 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(kāi)縱向溝槽的優(yōu)點(diǎn)之一。但是，無(wú)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。 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： M=)1( )(33 aH aL ??（ 141） 式中， L3 和 H3 為計(jì)量段長(zhǎng)度和深度， a 為截流比， a=QpQd。從式（ 1410 中可以看出：加長(zhǎng) L3 對(duì)均化作用是有利的。也就是說(shuō)，螺桿特性也比較硬，產(chǎn)量受壓力的影響較小。 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。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。根據(jù)料溫和剪切速率γ =π3HDn ,可以從附錄二查出粘度η 1 。此時(shí) L3 的計(jì)算公式可簡(jiǎn)化為： L3=72133ηQDH 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。 轉(zhuǎn)速 n、產(chǎn)量 Q、剪切速率γ、粘度η 1 與機(jī)頭壓力 p 等參數(shù)之間是互相影響的。此外，計(jì)量段長(zhǎng)度又與螺桿總的長(zhǎng)徑比關(guān)系很大，尤其是和計(jì)量段螺槽深度 H3 的關(guān)系很大（成立方關(guān)系，參考式 144），任何影響槽深 H 3 因素都會(huì)反過(guò)來(lái)影響計(jì)量段長(zhǎng)度 L 3 。 還可按表 141 提供的數(shù)據(jù)來(lái)考慮螺桿三段長(zhǎng)度的分配。長(zhǎng)徑比增大后，塑料在機(jī)筒中塑化得更均勻，從而提高了產(chǎn)品的質(zhì)量，另一方面，長(zhǎng)徑比增加后，在塑化質(zhì)量要求不變的前提下（主要體現(xiàn)在塑料在機(jī)筒中停留時(shí)間不變），螺桿的轉(zhuǎn)速便可以提高，從而便提高了生產(chǎn)率。為了完成某些特定的生產(chǎn)工藝，最近發(fā)展和出現(xiàn)的一系列特種擠 出機(jī)，往往都需要較大的長(zhǎng)徑比。其長(zhǎng)徑比都達(dá)到 40 左右或更長(zhǎng)。長(zhǎng)徑比增大后，螺桿、機(jī)筒的加工與機(jī)器的裝配都比較困難，成本也相應(yīng)提高。因此，在不需要較大的長(zhǎng)徑比時(shí)，便不應(yīng)麻木地增加長(zhǎng)徑比。一般說(shuō)來(lái)，長(zhǎng)徑比有增大的趨勢(shì)（表 142）。 螺桿長(zhǎng)徑比有增大趨勢(shì) 年 份 1930～1940 1950～1960 1960～1970 1970～1980 1990～2021 L/D 8～ 15 15～ 20 18～ 25 20～ 35 25～ 45 （ 3）螺紋斷面設(shè)計(jì) 目前常見(jiàn)的螺紋斷面有兩種，一是矩形斷面，另一種是鋸齒型斷面，后者改善了塑料的流動(dòng)狀態(tài)，避免了存料現(xiàn)象的發(fā)生。 R1=（ 21 ～ 32 ） H3 312 R2 =（ 2～ 3） R1 313 螺桿直徑較大者，圓弧半徑 R 可取得較大。但是，正如非塞流固體輸送理論指出的那樣：只有當(dāng)外壓力很大，而且料粒間內(nèi)摩擦因數(shù)也較高時(shí)，才有這種可能性。因此，在螺槽底部便容易形成一層滯流，在螺紋推進(jìn)面、后面也會(huì)形成類似的滯流。前者將比后者大 5 倍左右。 從固體力學(xué)可以推到出，由于螺棱側(cè)面和螺槽地面的綜合影響，剪切滑移面將和螺棱的兩個(gè)側(cè)面形成 4π 和 2π 的角度，因此，可以將螺棱的兩個(gè)側(cè)面設(shè)計(jì)成雙楔形以適應(yīng)上述情況。因此，楔角α和β將 24176。 在之間。因此α和β的數(shù)值不相等，α角一般小于β角，建議用α =30176。 實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明：雙楔形斷面的螺桿與矩形端面螺桿相比，對(duì)包括HPVC 在內(nèi)的多種塑料都具有較好的效果，螺桿運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定，塑化質(zhì)量良好，產(chǎn)量能提高 30%～ 50%.目前對(duì)這種螺桿還在研究之中。 PS PS PE PE PP PP PVC 球狀料 粒料 粉料 粒料 粉料 粒料 粉料 24 42 27 36 38 39 33 一般取 e=。過(guò)大的螺棱寬還會(huì)較少螺槽的容積。 螺棱頂面形狀進(jìn)行了深入的研究提出了將直線形螺頂改成階梯形螺頂和楔形螺頂。 一般直線形螺頂中，螺棱的銳邊有可能將螺棱間隙中的熔融物刮去，破壞熔膜的潤(rùn)滑作用。 根據(jù)的計(jì)算的結(jié)果，對(duì) D=150 ㎜、 e=20 ㎜、δ = ㎜的擠出機(jī) ，階梯形螺桿的合理尺寸為δ 1/δ =， e1 /e0 =。 采用這兩種螺頂結(jié)構(gòu)之后，雖然能減少螺桿和機(jī)筒的磨損，但是由于平均螺棱間隙δ加大，漏流量也將增大 20%左右。 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； 壓縮段長(zhǎng)度 L2 =1360 103? m； 計(jì)量段長(zhǎng)度 L3 =340mm。 為了設(shè)計(jì)的科學(xué)性，對(duì)螺桿的參數(shù)做以下校核： （ 1） 螺桿擠出參數(shù) 螺桿直徑 D=170 103? m；長(zhǎng)徑比 L/D=35。計(jì)量段螺槽深度 H3 =。機(jī)頭壓力 P= 機(jī)筒熔融區(qū)溫度 Tb =150℃；室溫 Ts =20℃； （ 3）物料性能 加工物料：高壓聚乙烯（ LDPE），熔體流動(dòng)率 MFR=； 固相密度ρ s =920kg/m3 。 固相比熱容 Cs =2512 J/（ kg．℃）； 液相比熱容Ｃ m ＝ 2345 J/（ kg．℃）； 固相熱導(dǎo)率 ks =(m.℃ )。 熔融潛熱λ = 103 J/kg。 2 求解 （ 1） 準(zhǔn)備性計(jì)算之一，計(jì)算螺桿有關(guān)數(shù)據(jù) 螺紋升角φ =arctan DS? = arctan33 10170????? =17176。 徐州工程學(xué)院 08 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 32頁(yè) 加料段： Z1 =φCosHD )( 1??=φCos )102610170( 33 ?? ???=。 計(jì)量段： Z3 = φCosHD )( 3?? =。 漸變度 ： A=AZHH 31? = 103? 。 VbX = Vb Sinφ = 103? m。 質(zhì)量流 G==550kg/h= 103? k sg/ 。 徐州工程學(xué)院 08 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 33頁(yè) 準(zhǔn)備性計(jì)算（二），計(jì)算流變參數(shù) TAV 、 .? 、 κη 假設(shè)熔膜平均溫度 T AV 和熔膜厚度δ TAV = ??32 mTT mjkVa122?η 。 假定熔膜厚度δ = 103? m。 從 ?aη .? 圖上可以查處η a =920MPa。 與設(shè)定值相等，不必從新計(jì)算。 d? =? + )( mAVm TTc ? 。 δ =max21?= 103? m。最后計(jì)算決定剪切速率： ?? jV?? S1? 根據(jù) TAV =139℃ 。 計(jì)算固相分布函數(shù) WX 及熔融總長(zhǎng)度 ZT : 計(jì)算φ值 φ =dsmsjambmmbxTTcVTTkV???????)([2]21)([ 2 = )./( smKg 。 徐州工程學(xué)院 08 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 35頁(yè) 加料段： WX=[1 2]2 21 ZQW ?? =()2 加料段一個(gè)螺距的螺槽展開(kāi)長(zhǎng)度為 Z1 = m。 ?A = 103? 。 徐州工程學(xué)院 08 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 36頁(yè) 壓縮段熔融總長(zhǎng)度 TZ : )2( ???? AHZT =＜ 。 徐州工程學(xué)院 08 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 37頁(yè) 參 考 文 獻(xiàn) [1] 吳宗澤 主編 .機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè) .冶金工業(yè)出版社 ,1999 [2] 吳圣莊 主編 .金屬切削機(jī)床 .機(jī)械工業(yè)出版社 ,1984 [3] 朱冬梅，胥北瀾等 .畫法幾何及機(jī)械制圖 .高等教育出版社 ,1999 [4] 陳宏鈞，馬素敏 .銑工操作技能手冊(cè) .機(jī)械工業(yè)出版社 ,2021 [5] 機(jī)修手冊(cè) ,金屬切削機(jī)床 修理第三卷 .機(jī)械工業(yè)出版社 ,1998 [6] 鄭堤 .數(shù)控機(jī)床與編程 . 機(jī)械工業(yè)出版社 ,2021 [7] 孫恒 陳作模 .機(jī)械原理（第六版） .高等教育出版社 ,2021 [8] 邱宣懷主編 .機(jī)械設(shè)計(jì) (第四版 ).高等教育出版社 ,2021 [9] 培訓(xùn)班資料 .螺旋錐齒輪加工調(diào)整技術(shù) .中國(guó)齒輪專業(yè)協(xié)會(huì)教育培訓(xùn)中心 ,2021 [10] 戴曙主編 .金屬切學(xué)機(jī)床設(shè)計(jì) .機(jī)械工業(yè)出版社 ,1985 [11] 謝家贏主編 .組合機(jī)床簡(jiǎn)明手冊(cè) .機(jī)械工業(yè)出版社， 1992 [12] 金振華主編 .組合機(jī)床及其調(diào)整與使用 .機(jī)械工業(yè)出版社 ,1984 [13] 章日晉等編 .機(jī)械零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .北京：機(jī)械工業(yè)出版社 ,1987 [14] 周開(kāi)勤主編 .機(jī)械零件手冊(cè)（第四版） .北京：高等教育出版社 ,1994 [15] 張浚生主編 .金屬切削機(jī)床與數(shù)控機(jī)床 .機(jī)械工業(yè)出版社 ,2021 [16] ,Ceramic Tools,Compensating Spindles,up Boring Productivity,《 Machiery》 (),1996, [17] Numerical Control Technology, 武漢 :武漢理工大學(xué)出版社 ,2021 徐州工程學(xué)院 08 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 38頁(yè) 翻譯部分 The new concept of cutting processing The nowadays cutting tool pany cannot only be again the manufacture and the sales cutting tool, in ord