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螺桿的結(jié)構(gòu)你知多少？

來(lái)源：未知瀏覽：發(fā)布日期：2017-10-19 09:27【大中小】

螺桿的結(jié)構(gòu)分別有以下幾個(gè)結(jié)構(gòu)組成：
長(zhǎng)徑比（L/D）
通常，廠商確定螺桿長(zhǎng)徑比（L/D）的方法上各有不同。一些制造商將螺桿的封閉部分定義為螺桿長(zhǎng)度，即從進(jìn)料口的前端到螺桿的末端，一些制造商則從進(jìn)料口的中心位置開(kāi)始計(jì)算，而另一些則將實(shí)際的有效長(zhǎng)度定義為螺桿長(zhǎng)度。不管怎樣，他們確定長(zhǎng)徑比的方法還有待商榷。
圖1所示的是螺桿制造商在加工螺桿時(shí)計(jì)算實(shí)際長(zhǎng)度的具體方法。例如，一根直徑為63.5mm的螺桿的L/D確定如下：
螺桿直徑=63.5mm
螺桿長(zhǎng)度=1600.2mm
那么，L/D=1600.2/63.5=25.2。
在此基礎(chǔ)上，廠商會(huì)將擠出機(jī)的L/D定為24:1，而螺桿制造商則將其L/D確定為25.2，因?yàn)檫@是機(jī)械加工的實(shí)際數(shù)值，螺桿制造商必須準(zhǔn)確確定，才能完成產(chǎn)品制造。
擠出機(jī)的典型L/D為24:1、30:1或32:1。針對(duì)某些特殊應(yīng)用時(shí)，還有L/D短至10:1和長(zhǎng)至50:1的情況。通常，L/D的合理與否由加工工藝和具體應(yīng)用決定。
進(jìn)料段――深度
從圖1可以看出，螺桿的進(jìn)料段是聚合物從料斗送入螺桿時(shí)首先接觸到的螺桿區(qū)域。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于平滑內(nèi)膛的擠出機(jī)，這是螺桿最深的一部分。對(duì)于直徑為63.5mm或者更小的螺桿，需要特別注意螺桿的這一段，以降低由于超過(guò)螺桿扭矩而造成的螺桿扭曲的風(fēng)險(xiǎn)。有時(shí)，采用17-4 Ph不銹鋼或其他高屈服材料來(lái)制造這種小型螺桿是非常明智的，因?yàn)檫@樣能夠降低發(fā)生故障的風(fēng)險(xiǎn)。
L/D=(螺桿長(zhǎng)度/螺桿直徑)
圖1 單螺桿的結(jié)構(gòu)示意圖根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)料段的螺桿深度不應(yīng)該超過(guò)：
Fdmax =0.2(螺桿直徑)
方程式1
這一公式適用于直徑為114.3mm，甚至更小的螺桿。例如，直徑為63.5mm的螺桿的深度應(yīng)該滿足：
Fdmax =0.2×(63.5mm) = 12.7mm
方程式2
如果螺桿設(shè)計(jì)所要求的螺桿深度比Fdmax要大，那么應(yīng)該精確計(jì)算螺桿的扭矩。如果螺桿的屈服強(qiáng)度超過(guò)了螺桿所用鋼材的2:1這一安全系數(shù)，那么就需要選擇屈服強(qiáng)度更高的鋼材料。
進(jìn)料段――長(zhǎng)度
螺桿進(jìn)料段的主要功能是完成固體物料的輸送。固體輸送的基本理論是“塑料必須粘附于料筒，并在螺桿上滑動(dòng)，從而保證聚合物能夠向前移動(dòng)” 。因此，聚合物與料筒壁之間的摩擦系數(shù)(COF) 必須大于聚合物與螺桿根部之間的摩擦系數(shù)。對(duì)于那些本身COF就高的聚合物，并不需要太長(zhǎng)的進(jìn)料段。而對(duì)于大多數(shù)樹(shù)脂來(lái)說(shuō)，進(jìn)料段的長(zhǎng)度一般為螺桿直徑的4~5倍，以提供足夠的壓力來(lái)輸送物料向前移動(dòng)。
對(duì)于那些具有低COF的樹(shù)脂，進(jìn)料段的長(zhǎng)度可能要達(dá)到直徑的8~10倍。通常，需要長(zhǎng)進(jìn)料段的一個(gè)原因是，確保將更多的熱量傳遞給固體樹(shù)脂，使樹(shù)脂粘附于機(jī)筒上，從而產(chǎn)生物料向前輸送所需的壓力。需要注意的是，對(duì)于難于進(jìn)料的材料，可以采用內(nèi)冷螺桿來(lái)保持螺桿根部的冷卻，從而增大樹(shù)脂與螺桿根部的鋼材料之間的COF。
應(yīng)該指出的是，為了找到改善那些COF較差的固體物料的輸送方法，早在20世紀(jì)60年代，歐洲就開(kāi)發(fā)出了溝槽（groove）進(jìn)料技術(shù)?，F(xiàn)在，該技術(shù)也已經(jīng)完全被美國(guó)采用。但是，作為一項(xiàng)重要的加工技術(shù)其發(fā)展仍然比較緩慢。
過(guò)渡段
傳統(tǒng)螺桿的過(guò)渡段或壓縮段主要用于聚合物的熔融。該部分的深度最初與進(jìn)料段相當(dāng)，并由根部開(kāi)始逐漸變淺，最終達(dá)到計(jì)量段的深度。采用這種設(shè)計(jì)的好處是，能夠迫使物料直接接觸料筒壁，而這里正是樹(shù)脂發(fā)生熔融的地方。
在過(guò)渡段的設(shè)計(jì)中，必須知道的最重要的因素是，過(guò)渡段的坡度必須與材料的熔融速率盡可能地匹配。為了將擠出機(jī)的產(chǎn)率最大化，并降低螺桿和料筒組件的磨損，這種計(jì)算非常必要。
通常，對(duì)于一個(gè)24:1 L/D的螺桿，其過(guò)渡段的長(zhǎng)度一般為螺桿直徑的5~10倍，具體情況視所加工的聚合物的類(lèi)型而定。
計(jì)量段
螺桿的計(jì)量段是聚合物完成熔融，并通過(guò)加壓使熔融物料克服擠出壓力（頭壓）的區(qū)域。其簡(jiǎn)單計(jì)算如下：
產(chǎn)量=2.3D2hmSGN
方程式3
其中，D表示螺桿直徑，hm表示計(jì)量段深度，SG表示樹(shù)脂的密度，單位為g/cm3，N表示螺桿轉(zhuǎn)速，單位為r/min。
該公式能夠估算出螺桿的產(chǎn)率，或者逆向計(jì)算出計(jì)量深度，以此確定理論上的大致產(chǎn)量。但是，該公式主要適用于頭壓較低的情況。
壓縮比
壓縮比可以說(shuō)是最易被濫用和誤解，但是廣泛使用的螺桿專(zhuān)用術(shù)語(yǔ)。
壓縮比=Hf/Hm
方程式4
舉例來(lái)說(shuō)，如果直徑為63.5mm的螺桿其進(jìn)料段深度（hf）為7.62mm，計(jì)量段深度(hm)為2.54mm，那么，壓縮比就是：
CR=7.62mm/2.54mm=3:1
方程式5
但是，也可能同樣是直徑為63.5mm的螺桿，其進(jìn)料段深度為11.43mm，計(jì)量段深度為3.81mm，而壓縮比同樣為3:1，但計(jì)算方程式為：
CR=11.43mm/3.81mm=3:1
方程式6
盡管這兩只螺桿的壓縮比都是3:1，但實(shí)際上它們是兩根完全不同的螺桿。第一根螺桿的剪切速率更高，而產(chǎn)率只能實(shí)現(xiàn)2/3。第二根螺桿的剪切速率相對(duì)較低，能夠加工對(duì)剪切力更敏感的材料，且具有更高的產(chǎn)率。

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