螺杆螺纹部分几何形状、尺寸参数的确定及代号参照图1。 图1:螺杆螺纹部分几何形状及代号 ① 螺杆直径 螺杆的直径数值是表示挤出机的规格大小,是指螺杆的螺纹部分直径尺寸。用5来表示,单位为mm。 ② 长径比 螺杆的螺纹部分长度与螺杆直径的比值,即L/D。专业标准JB/T8061—1996中规定,螺杆的长径比值为(20~30):1。挤出聚烯烃类塑料制品时取长径比(25~30):1;挤出聚氯乙烯塑料制品时,取长径比(20~25):1。 ③ 螺杆的螺纹部分分段 按螺杆转动塑化原料时的功能作用,把螺纹部分分为加料段、塑化段和均化段三部分。 加料段(图1中用L1表示)是指接受料斗供料后输送给塑化段部分。 塑化段(图1中用L2表示)的温度逐渐提高,由加料段输送过来的原料在这里被搅拌、挤压和升温,被逐渐塑化成熔融态,同时,随螺杆的转动被推入均化段。塑化段也称压塑段。 均化段(图1中用L3表示)是指由塑化段输送到均化段的物料,在这里进一步得到均匀塑化后,被等量、等压、均匀地推入成型模具内。 加料段、塑化段和均化段,三段长度的确定是在长径比选定的条件下再分配。塑化段长度选取要符合塑料熔融速率要求,与螺杆选择的压缩比有关。对非结晶型塑料,一般取螺纹长的45%~50%;对结晶型塑料,取(3~5)D;对于尼龙,取(1~2)D。 均化段选取长一些对物料塑化质量有利,可减少熔融料的压力和挤出熔料量的波动。但均化段又不宜过长,否则会减少塑化段和加料段的长度;塑化段长度偏小,要影响物料的塑化质量。所以,三段长度的选择,一定要综合考虑。较合理的长度分配比例见表1。 表1:螺杆三段长度的比例分配 塑料类型 | 加料段 | 塑化段 | 均化段 | 非结晶型 | 20%~30%螺纹长 | 45%~50%螺纹长 | 25%~30%螺纹长 | 结晶型 | 40%~60%螺纹长 | (3~5)螺距 | 30%~45%螺纹长 | ④螺距 螺距是指两个螺纹间同一位置的距离,见图1,用t表示。在渐变型螺杆中,一般取t=D,此时的螺纹升角为17°42。 ⑤螺纹部分截面形状及尺寸 图2是螺纹截面形状及尺寸代号。
图2:螺纹截面几何形状及尺寸代号 螺纹截面有矩形和锯齿形。矩形截面螺纹适合用于加料段,容积比较大。锯齿形截面螺纹推力大,一般斜面夹角取30°,R1=(1/3~1/2)h3,R2=(2~3)R1,有利于物料的混合、熔融,且不易存料。这种螺纹截面适合于螺杆的塑化段和均化段。 螺纹棱宽e一般取e=0.1D。此值过大,影响螺纹槽容积缩小,会减少挤出机的工作产量;此值过小,会影响螺纹工作强度降低,易产生较大的漏流(即:熔料由螺杆外径与机筒内径间的间隙中熔料的反流量)。 ⑥螺杆头部形状 螺杆的头部是指螺杆前端的结构形状。由于螺杆的头部形状对塑化熔料在机筒内停留时间有影响,所以,挤塑不同性能的原料时,应注意选择不同结构形状的螺杆头部。图3中较纯的圆弧形螺杆头部,适合于熔料流动性较好的烯烃类和尼龙原料的挤塑。对这种螺杆头部,一般在前端加分流板和过滤网。螺杆头部较小的锥角形状,适合于挤出聚氯乙烯熔料,这种螺杆头部形状,可减少熔料在机筒内的存留时间,以避免熔料分解变黄。 ⑦螺杆的压缩比 螺杆的螺纹部分中进料段第一个螺纹槽容积与均化段最后一个螺纹槽容积的比值,称为螺杆的压缩比。在等距渐变型螺杆中,也可理解为进料段的第一个螺纹槽深h1与均化段最后一个螺纹槽深h3的比值:即h1/h3=压缩比。 螺杆的压缩比值大小对挤塑原料的质量和工艺条件选择有重要影响。挤塑不同原料时,要根据被挤塑原料的物理性能选择螺杆的压缩比。生产时挤塑不同原料应选择用螺杆压缩比参考值,见表2。
图3:螺杆的头部结构形状 表2:挤出不同塑料的螺杆压缩比 名 称 | 压缩比 | 名称 | 压缩比 | 硬聚氯乙烯(粒) | 2.5(2~3) | ABS | 1.8(1.6~2.5) | 硬聚氯乙烯(粉) | 3~4(2~5) | 聚甲醛 | 4(2.8~4) | 软聚氯乙烯(粒) | 3.2~3.5(3~4) | 聚碳酸酯 | 2.5~3 | 软聚氯乙晞(粉) | 3~5 | 聚苯醚(PPO) | 2(2~3.5) | 聚乙烯 | 3~4 | 聚砜(片) | 2.8~3 | 聚苯乙烯 | 2~2.5(2~4) | 聚砜(膜) | 3.7~4 | 聚丙烯 | 3.7~4(2.5~4) | 聚砜(管型材) | 3.3~3.6 |
(3)螺杆的选择应用与质量要求 要按被挤塑原料性能来选用螺杆。结晶型高聚物应选用等螺距突变型螺杆。这类原料有聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺和聚甲醛等树脂。非结晶型高聚物,应选用等螺距渐变型螺杆。这类原料有聚氯乙烯、聚苯乙烯、ABS、聚碳酸酯等树脂。 要根据被挤塑原料的塑化温度条件、稳定性、粘度和熔体流动速率来选择螺杆的压缩比、长径比和螺杆的结构型式。 螺纹槽深度的选择要与成型模具的阻力大小和熔料流道容积相匹配。成型模具的熔料流道容积小、阻力大时,应选用螺纹槽浅些;反之,则可深些。 当挤出机只用来挤塑一种原料时,应选用专用型螺杆结构。如果这台挤出机用来挤塑多种不同性质的塑料,则应配备几根能适应不同性质原料塑化的螺杆结构型式或选用通用型螺杆。 选用新螺杆的技术质量要求如下: ① 螺杆的制造材料应选用38CrMoAIA、 40Cr型45#钢。 ② 螺杆制造用毛坯应经锻造成型。 ③ 螺杆毛坯粗加工后应进行调质处理,硬度HB= 260~290。 ④ 螺杆精加工后的外圆精度,应达到GB180—1979标准中8级精度要求。 ⑤ 螺纹部分粗糙度Ra值:螺纹两侧面不大于1.6/μm、螺纹槽底和外圆不大于0.8μm。 ⑥ 螺纹工作表面氮化处理,氮化层深0.3~0.6mm,硬度 HV=700~840 ⑦ 螺杆脆性不大于2级。
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