【2017年整理】2.4 单螺杆挤出机挤压系统

1/77 2.4 单螺杆挤出机挤压系统 2.4.1 常规螺杆 2.4.1.1常规螺杆的类型 （ 1）等距变深型螺杆 ① 等距 渐变 螺杆 ② 等距 突变 螺杆 图 2-20 整体渐变螺杆 2/77 图 2-21 等距渐变螺杆 3/77 ② 等距 突变 螺杆 等距突变螺杆指加料段和均化段的螺槽深度不变，在熔融段（ 1~2） 处的螺槽深度突然变浅 sD4/77 图 2-22 等距突变螺杆 5/77 （ 2） 等深变距螺杆 等深变距螺杆指螺槽深度不变， 螺距 从加料段第一螺槽开始至均化段末端是从宽逐渐变窄 6/77 图 2-23 等深变距螺杆 7/77 （ 3）变深变距螺杆 变深变距 螺杆指螺槽深度和螺纹升程从加料段开始至均化段末端都是逐渐变化 ， 即螺纹升程从宽逐渐变窄 ， 螺槽深度由深逐渐变浅 8/77 图 2-24 变深变距螺杆 9/77 2.4.1.2 螺杆基本参数的确定 （ 1）螺杆直径 螺杆直径 硬管直径 3~30 10~45 20~65 30~120 50~180 80~300 120~400 吹膜折径 50~300 100~500 400~900 700~1200 ~2000 ~3000 ~4000 挤板宽度 --- --- 400~800 700~1200 1000~1400 1200~2500 --- 30 45 65 90 120 150 200表 2-1 单螺杆直径与挤出制品尺寸的关系 10/77 L/D是螺杆的重要参数之一。

若将它与螺杆转速联系起来考虑，在一定意义上也表示螺杆的塑化能力和塑化质量中国生产的挤塑机，其 L/D大多在 20~30的范围内，系列规定为 20， 22， 25， 28，30五级 （ 2）螺杆的长径比 11/77 表 2-2 螺杆三段长度的分配 （ 3）螺杆各段长度 物料类型 加料段长度 压缩段长度 计量段长度 非结晶型 结晶型 1L2L 3LL%30~%10 L%65~%45 L%30~%20L%65~%35 D)5~2( L%45~%2512/77 ① 计量段螺槽深度 H3 (4) 螺槽深度和压缩比 DH )06.0~02.0(3 13/77 ② 压缩比 压缩比的作用 ，是 将物料压缩，排除气体，建立必要的压力，保证物料到达螺杆末端时 ， 有足够的致密度 14/77 名称 压缩比 名称 压缩比 硬质聚氯乙烯（ UPVC）粒 2.5（ 2~3） ABS 1.8（ 1.6~2.5） 硬质聚氯乙烯（ UPVC）粉 3~4（ 2~5） 聚甲醛（ POM） 4（ 2.8~4） 软质聚氯乙烯（ SPVC）粒 3.2~3.5（ 3~4） 聚碳酸酯（ PC） 2.5~3 软质聚氯乙烯（ SPVC）粉 3~5 聚苯醚（ PPO） 2（ 2~3.5） 聚乙烯（ PE） 3~4 聚砜（ PSU）片 2.8~3 聚苯乙烯（ PS） 2~2.5(2~4) 聚砜（ PSU）膜 3.7~4 聚丙烯（ PP） 3.7~4(2.5~4) 聚砜（ PSU）管 3.3~3.6 有机玻璃（ PMMA） 3 聚酰胺（ PA6） 3.5 聚酯（ PET） 3.5~3.7 聚酰胺（ PA66） 3.7 表 2-3 加工常用物料的几何压缩比 15/77 （ 5）加料段螺槽深度 H1  )(45.0 3321 HDHDDH  16/77 （ 6）螺距、螺旋角和螺纹头数 ① 螺距 ② 螺旋角 综合考虑加料段和计量段，为了制造方便通常把螺距取得和直径相等（即 S=D）。

17/77 ③ 螺纹头数 在直径 D，螺槽深度 H和螺距相同的条件下，多头螺纹与单头螺纹相比，多头螺纹对物料的正推力较大，并可 降低 熔料的 倒流现象各条螺槽的熔融和均化或对熔料输送能力不一致，容易引起生产能力波动，压力波动，其结果 制品质量下降 18/77 （ 7） 螺杆头部结构 塑料熔体从螺杆的螺旋槽进入机头是由 螺旋运动 变为 直线运动 的，运动方向有一个急剧变化过程为了得到较好的挤塑质量，要求物料尽可能平稳地从螺杆进入机头，尽可能避免物料产生滞流和局部受热时间过长而产生热分解现象 19/77 常见螺杆头部结构形式 ① 钝的螺杆头 ② 带有较长锥面螺杆头 ③ 斜切截锥体螺杆头 ④ 光滑鱼雷头 ⑤ 用于挤出电缆料螺杆头 20/77 图号 形状 用途 图号 形状 用途 a 应用广泛 e 用于 PS料 b 应用广泛 f 用于熔体流动性较好的 c 用于 PVC料 g 用于熔体流动性较好的 d 用于 PVC料 h 用于挤出电缆料 表 2-4 常见的螺杆的结构形式 21/77 （ 8）螺纹断面形状 ① 形状 • 矩形断面 • 锯齿形断面 22/77 （ a）矩形断面 （ b）锯齿形断面 图 2-25 螺纹的断面形状 23/77 （ 2）尺寸 b=(0.08~0.12)D 常取 b= 0.1D 24/77 2.4.2 机筒 直形筒体 +加料口 +外表槽 25/77 2.4.2.1 机筒的结构形式 ① 整体式 整体式的机筒是在整坯料上加工出来的。

26/77 图 2-26 整体式机筒 27/77 ② 分段式 所谓分段式，是指一根机筒是由几个机筒段组合起来的 28/77 图 2-27 分段式机筒 29/77 ③ 衬套式 在大型挤出机上往往在机筒内部加一个 合金钢衬套 ，而机筒则用一个碳素钢或铸钢制成当衬套磨损后可卸出更换 30/77 图 2-28 衬套式机筒 31/77 ④ 离心浇铸机筒 在机筒内壁离心浇铸一层大约 2毫米厚的合金层，寿命比普通表面渗氮衬套或机筒更高 32/77 图 2-29 离心浇注式 33/77 ⑤ IKV结构式 通常在机筒加料段内壁开设纵向沟槽和将加料段靠近加料口处的一段机筒内壁做成锥形，以增加加料口处的物料通过垂直于螺杆轴线的横截面的面积 34/77 图 2-30 IKV结构式机筒 图 2-31 物料的楔形结构断面 1-螺杆 2-IKV式机筒 3-物料 35/77 2.4.2.2 加料口形状 图 2-32 常用加料口的断面形状 36/77 目前常用的机筒与机头的连接形式主要有表 2-5所示的四种形式，其中又以第一种形式最为通用在选择机筒与机头的联接方式时，除了主要考虑易于装拆机头，以减少辅助工时 ,提高劳动生产率，还要考虑其结构尽量简单、加工方便和夹紧可靠等因素。

2.4.2.3 机筒与机头的连接形式 37/77 连接形式 形状 特点 铰状螺钉连接 拆装机头快速 、 方便 ， 最为通用 ， 但结构较复杂 螺钉连接 结构简单 ， 但拆装机头较慢 剖分连接快 靠斜面锁紧 ， 拆装机头 ，适用小型挤塑机 冕形 螺母连接 拆装机头快 表 2-5 机筒与机头的连接形式 38/77 2.4.2.4 分流板和过滤网 作用 :是使物料由旋转运动变为直线运动 ;阻止杂质和未塑化的物料通过以及增加机头压力 ,使制品更加密实其中分流板还能起到支承过滤网的作用 39/77 图 2-33 口模和螺杆头之间的过渡区 40/77 图 2-34 平板状分流板 41/77 （ 2）过滤网 大多数塑料材料中都含有杂质，这些杂质可很方便地用安装在挤出机筒后部聚合物熔体流路上的换网器清除网是与挤出机机筒直径相同的纺织网盘 通常，由几层不同目数的网构成滤网组 42/77 （ 3） 过滤换网装置的分类 换网装置主要分为 ： •非连续式 换网装置 •连续式 换网装置 43/77 非连续换网装置 在需要更换滤网时 ,先停主机 , 换网后重新开机并调节整个生产线 ,同时还要再次牵引制品。

44/77 连续换网装置 常用的连续式换网装置在需要更换滤网时 ,由液压装置将嵌有多孔板及滤网的滑板快速推入以完成换网 45/77 图 2-35 不停车滑板式换网器 46/77 2.4.3 螺杆和机筒的材料及强度计算 2.4.3.1 螺杆和机筒的材料 ① 螺杆材料的选择 1、高强度 2、高耐磨性 3、高耐热性 4、高的耐蚀性 ② 机筒材料的选择 47/77 图 2-36 螺杆受力分析 2.4.3.2 螺杆强度计算 （ 1）螺杆的受力分析 48/77 ① 物料的阻力矩及剪切应力 m a xm a x9549nNMk 式中 : MK —— 扭矩 （牛 .米） N —— 电动机最大输出功率（千瓦） n —— 螺杆最高工作转速（转 /分） η —— 挤出机传动效率 （ 2-54） 49/77 剪切应力 )10 6M P aWMnK （—— 抗扭截面模量 316 rnDW —— 螺杆最小截面处的根径 nWrD3m50/77 m② 由轴向推力 Pa引起的压应力 ja PDPPP425.1221轴向力 : 51/77 57)-2（ray AP压应力 : 52/77 ③ 由螺杆自重 G产生的弯曲应力   LDDG r )(822（ 2-58） 53/77 弯曲应力 )(22 M P aWGLWLGrr DdCCDW 043 )1(32 式中： W—— 抗弯截面模量 m3 （ 2-59） 54/77 （ 2）强刚度验算 按第 三 强度理论：    22 4（ 2-60） 55/77 EJlqf84m a x （ 2-61） 56/77 2.4.3.3 机筒的强度计算 图 2-37 机筒应力状态图 ---切向应力 r ---径向应力 z---轴向应力 57/77 jr Pm a x)1(1)1(222122212221m a xKKPRRRRRPjj12212221KPRRRP jjz58/77  2m a xm a x2m a xm a x2m a xm a x )()()(21    zzrr按第四强度理论 59/77 2.4.3.4 螺杆与机筒的间隙 由于磨损等原因，螺杆与机筒的间隙变大时，挤出机的生产能力就大大降低，所以在挤出机使用后的一段时间，当间隙变大时，需要修复或更换螺杆以满足生产能力的需要。

60/77 螺杆直径 20 25 30 35 40 45 50 55 60 偏差 上 ＋0.18 ＋0.20 ＋0.22 ＋0.24 ＋0.27 ＋0.30 ＋0.30 ＋0.32 ＋0.32 下 ＋0.08 ＋0.09 ＋0.10 ＋0.11 ＋0.13 ＋0.15 ＋0.15 ＋0.16 ＋0.16 螺杆直径 65 70 80 90 100 120 150 200 偏差 上 ＋0.35 ＋0.35 ＋0.3。