螺桿是塑料加工機(jī)械的塑化部件，螺桿結(jié)構(gòu)的好壞會(huì)對塑料加工產(chǎn)生關(guān)鍵影響。螺桿從外形看是有一定長度帶螺紋的圓柱體，看似簡單不復(fù)雜，但是塑料從整個(gè)塑化過程中發(fā)生在螺桿上的變化卻是相當(dāng)復(fù)雜的。在塑料輸送過程中還有壓力的產(chǎn)生、能量的傳遞和轉(zhuǎn)換以及塑料物態(tài)變化。所以，螺桿的設(shè)計(jì)顯得尤為重要。通過本文介紹，相信您會(huì)對螺桿設(shè)計(jì)有深入的了解。

螺桿的基本參數(shù)

螺桿設(shè)計(jì)包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和參數(shù)設(shè)計(jì)，首先我們對螺桿的基本參數(shù)作個(gè)介紹，如下圖：

L：螺紋段總長度

L1：加料段

L2：壓縮段

L3：出料段

H1：加料段螺槽深度

H3：出料段螺槽深度

Ds：螺桿直徑

S：導(dǎo)程

e：螺棱寬度

R1：推進(jìn)面圓弧半徑

R2：背面圓弧半徑

常用參數(shù)經(jīng)驗(yàn)值：

Ds=S ：螺桿直徑等于導(dǎo)程數(shù)值

e=0.1*D ：螺棱寬度等于螺桿直徑的十分之一

ε=0.93*H1/H3 ：壓縮比是進(jìn)料段和出料段螺槽深度比值乘以0.93

R1= ( 1/2-2/3 ) *H3 ， R2是R1的2-3倍

注：通常R1是0.5的倍數(shù)且不小于1

舉例：已知螺桿直徑45 mm ， H1=6.0， H3=2.5 ，那么我們就能計(jì)算出該螺桿導(dǎo)程為45 mm，螺棱寬度4.5 mm，壓縮比是2.23

螺桿三段長度分配

經(jīng)典的螺桿設(shè)計(jì)常被成為三段式螺桿，三段即為進(jìn)料段L1、壓縮段(熔融段) L2和出料段(計(jì)量段)L3。那么這三段是如何劃分的呢?由于我們平時(shí)使用的大部分塑料是無定型塑料，所以常見的螺桿三段分配參數(shù)只需記住無定型類型即可：

簡單記憶，壓縮段占螺紋段總長度一半，出料段比進(jìn)料段稍長.

常用塑料壓縮比經(jīng)驗(yàn)值

PE：3-4

PET ： 3.5-3.7

HPVC（顆粒）：2.5

HPVC(粉）：3-4

PS： 2-2.5

PP： 3.7-4

PA66： 3.7

ABS： 1.8

三段長度、螺桿導(dǎo)程、螺棱寬度、進(jìn)料段和出料段的螺槽深度以及壓縮比確定，常規(guī)通用型的螺桿參數(shù)就設(shè)定完畢了。但實(shí)際使用還要考慮到螺桿和機(jī)筒的配合，螺桿和機(jī)筒之間的間隙也是重要的參數(shù)。

1、間隙選區(qū)所考慮的因素：

Ⅰ、被加工物料的性質(zhì).(如熱敏性與非熱敏型物料)

Ⅱ、機(jī)頭阻力情況.阻力越大間隙越小

Ⅲ、螺桿料筒的材質(zhì)及其熱處理情況

Ⅳ、機(jī)械加工條件

Ⅴ、注塑機(jī)螺桿直徑的大小來選取.一般說來，螺桿直徑越大， δ的絕對值應(yīng)選得越大；螺桿直徑越小，δ 的絕對值應(yīng)選得越小。螺桿和料筒的間隙δ的選取是一個(gè)綜合性的問題，必須結(jié)合各方面的因素綜合考慮。

2、螺桿與機(jī)筒的間隙δ：螺桿與機(jī)筒的間隙是擠出機(jī)的一個(gè)很重要的結(jié)構(gòu)參數(shù)，間隙大小，對出膠量影響很大，因?yàn)槁┝髋c間隙的三次方成正比。因而，在保證螺桿與機(jī)筒不相碰的情況下，間隙應(yīng)越小越好。通常間隙取0．002D。

選取我國已有擠出機(jī)系列的直徑間隙值，可根據(jù)情況選取。δ= (0.003-0.005) *D 直徑大者取小值，小者取大值。

間隙經(jīng)驗(yàn)值(最小間隙~最大間隙)（mm）

螺桿直徑30： 0.10 ~0.25

螺桿直徑45： 0.15 ~0.30

螺桿直徑65： 0.20 ~0.40

螺桿直徑90： 0.30 ~0.50

螺桿直徑120： 0.35 ~0.55

螺桿直徑150： 0.40~0.60

特殊螺桿設(shè)計(jì)之分離型 BM 螺桿

除了普通三段式經(jīng)典螺桿設(shè)計(jì)外，為了一步提高混煉和塑化效果，常見的還有各種帶混煉結(jié)構(gòu)的螺桿設(shè)計(jì)。這些混煉結(jié)構(gòu)多位于壓縮段和計(jì)量段頭部.其中分離型BM螺桿是最常見的類型之一。

分離型螺桿(英文名barrier screw或者barrier flight screw) ，是在普通三段式螺桿的基礎(chǔ)上研發(fā)出來的新型螺桿，其基本機(jī)構(gòu)與普通三段式螺桿相似.不同點(diǎn)在于整根螺桿有兩段螺紋組成，可以有導(dǎo)程不等的前螺紋和后螺紋組成，也可以導(dǎo)程相同的主螺紋和副螺紋組成.由于固相熔融而形成的熔膜越過間隙進(jìn)入液相螺槽中，未容固相留在固相槽，形成固液分離，故名分離型螺桿。

分離型螺桿設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)定

S1：主螺紋導(dǎo)程

S2：副螺紋導(dǎo)程

e：螺棱寬度

θ：螺紋升角

常見分離型螺桿主螺紋和副螺紋螺棱寬度一致，螺紋圈數(shù)相差一圈。基于經(jīng)過的長度相同得到如下等式：

ZS1+(2e+2K)/cosθ= (Z+1) S2

推導(dǎo)出設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)定公式：

(S1-S2)Z=S2-(2e+2K)/cosθ

其中 Z=L/S1

注： K是副螺紋起始時(shí)和主螺紋的間距，Z是主螺紋和副螺紋相交時(shí)主螺紋行程圈數(shù)，一般取整數(shù)然后推導(dǎo)出L數(shù)值。

分離型螺桿有如下特點(diǎn)：

一、只有熔化了的塑料才能越過間隙進(jìn)入液相螺槽， 尚未完全塑化的小顆粒在通過間隙時(shí)在高剪切速率的作用下也能完全塑化。當(dāng)液相分離后，固體相直接與高溫機(jī)筒內(nèi)壁接觸，加速固體相熔化。

二、一般螺桿由于塑料、口模壓力和操作條件不同，計(jì)量段長度不等于理論上的計(jì)量段長度。而在分離型螺桿上，液相螺槽中全部為熔體，便有了穩(wěn)定的計(jì)量段長度，此外由于液相螺槽和固相螺槽道中被螺棱“封死”，減少了回流。

三、分離型螺桿中，存在于固體之間的空氣和吸附于表面的水汽在壓力下可以比較方便地從料斗逸出。

四、不存在固相破裂的問題，即不存在像普通螺桿那樣，由于破裂后的固相碎塊嵌入螺桿和機(jī)筒間隙，以及由于不規(guī)則固相分布在螺桿周圍對螺桿造成的各點(diǎn)徑向壓力不均衡現(xiàn)象。

分離型螺桿具有較深的螺槽，因而有較小的剪切速度梯度，在高速下熔料不容易分解。這也是分離型螺桿可以開到較高轉(zhuǎn)速還能保證質(zhì)量的一個(gè)原因。

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