发布时间 : 星期五 文章双螺杆塑料挤出机的设计更新完毕开始阅读7b20dc7711661ed9ad51f01dc281e53a5802511e
S72?10?3?1741' 螺纹升角?：?=arctan=arctan= ?3?D3.14?72?10螺棱法向宽度e：根据对紧密共轭齿廓的要求和齿轮传动啮合基本原理，考虑到螺杆制造和安装方便，同时为了更好的对物料进行充分混合，把螺杆设计成接近共轭型，取螺棱法向宽度为： e==30mm
螺棱轴向宽b：b=e/Cosφ=30/Cos17?41'=12.6mm
螺槽法向宽E：E=S×Cos?－30=72×Cos17?41'－30=38.7mm 螺槽轴向宽B：B=D―b=72―31.4=40.6mm
螺杆与机筒间隙δ=0.3mm 3.1.2螺杆材料的选择
螺杆工作时不仅所受扭矩较大，而且是在高温、高压下工作。因螺杆要与机筒配合工作，所以还要受到机械摩擦磨损、刮磨及塑料摩擦的作用，某些塑料还会有较强的化学腐蚀作用。所以螺杆可能产生扭断、因磨损严重而与机筒间隙增大使产量降低等失效形式。
根据以上螺杆的实际工况，要保证螺杆能正常工作，必须选择合适的材料。其材料性能要求为：机械性能好，耐磨性能好，耐腐蚀性能好，加工性能好。由于38CrMoA1综合性能好且是挤出机螺杆应用最广泛的材料，因此选择38CrMoA1作为螺杆的材料。
3.1.3螺杆设计计算
到此已知螺杆参数为：
最高转速：nmax?260r/min?4.3r/s 最高产量：G=200Kg/h 螺杆直径：D=72mm 螺距S： S=72 mm 长径比： L/D=30 螺槽法向宽度：E=38.7mm 螺槽轴向宽度：B=40.6mm 螺棱法向宽度：e=30mm 螺棱轴向宽度：b=31.4mm 螺纹升角?：?=17?41'
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3??500kg/m查表得:聚氯乙烯（PVC）的堆积密度为
固相密度 ?s?1400kg/m3
3??1200kg/m液相密度 m
熔池温度 Tb?190C?
由于双螺杆挤出机的理论很不成熟，加之螺杆啮合部分容积相对于整个螺杆来说很小，故可以把双螺杆看成两根单螺杆进行计算，然后做一定的因双螺杆啮合带来数据校正。
（1）计算熔融速率。
为了保证稳定的挤出过程，熔体输出量、固体输送量和固体熔融量应该平衡。即：GS??A??mQ
式中 GS——固体输送量； ?——单位面积熔融速率； A——固体粒料与机筒的接触面积； ?m——熔体密度； Q——熔体输出量；
取螺杆转速4.3r/s下塑料的输出量为：G=200Kg/h Q?G/?m=4.63?10?5m3/s
估算面积A。由于螺杆啮合部分没有机筒对物料进行加热，但螺纹啮合处没有机筒部分占整个机筒的比例较小，因此机筒的总面积约为1.8?DL,其中螺槽占56.3%，假设其中固体与熔体塑料各占一半，则固体总面积A：A?0.5?DL G熔融速率：??=0.228kg/s?m2
0.5?DL（2）计算计量段螺槽深度。
为了保证螺杆的硬特性，避免压力波动引起过大的输出量波动，i?QpQd应取
较小的值，但为了达到较好的混合质量，又不能取得过小。综合上述原因，取： i?0.2
由Q?Qd?Qp得：Qd?1.25Q=5.79?10?5m3/s 由于是双螺杆，则有：Qd??DH3(D?b)ncos2?
H3?Qd= 1.574mm 取 H3?1.8mm
?D(D?b)ncos2?- 10 -
（3）验算计量段长度。 螺杆的剪切速率为：????DnH3=540.1s?1
当温度为190C?时，由流变曲线得：??4100Pa?s 有上文可知：Qp?0.25Q=1.16?10?5m3/s 令?P=P，由式：Qp?13?P(D?b)H3cos?sin?得： 12?L33(D?b)H3Pcos?sin? L3?=94.7mm 497mm >94.7mm 合格
12?Qp （4）确定加料段螺槽深度。
根据常用塑料的几何压缩比表，取：ε=3
εh3(D?h3)]=5.72mm 则加料段螺纹槽深度h1为： h1=0.5[D?D2?4 取 h1=5.7mm 验算压缩比??（5）验算压缩段长度。
(D?h1)h1=2.99 正确
(D?h3)h3 计算螺槽内固体粒料厚度减小的速率，即形成熔膜的速率VZ2,
VZ2???b=4.56?10?4m/s
即固体粒料在压缩段中移动时，在每秒钟移动的距离上螺槽深度的减小量不能超过0.456mm .否则固体粒料来不及完全熔融而堵塞螺槽，引起产量波动。此时固体粒料顺着螺槽的流动速率VSZ：VSZ?G=0.4033m/s
?bH1(D?b)cos?VSZ(H1?H3)=3449.3mm VZ2则压缩段顺着螺槽展开的长度LZ2:LS2?则压缩段的最小长度L2为:L2=LS2sin?=1032mm
由于1404mm >1034mm （6）螺杆中心距的确定。
考虑到螺杆的安装和物料的混合均匀，又不至于螺杆产生干涉，取螺杆的中心距a:a=D?h3?0.5=70.7mm
（6）归纳设计结果。
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加料段长度：L1=259mm 加料段螺槽深度：h1=5.7mm 压缩段长度：L2=1404mm 计量段长度：L3=497mm 计量段螺槽深度：H3?1.8mm 螺槽轴向宽度：B=40.6mm 螺棱轴向宽度：b=31.4mm 螺杆中心距a：a =70.7mm
3.1.4 螺杆的强度校核与计算
双螺杆挤出机中需要进行强度计算的主要零部件是螺杆和机筒。进行螺杆的强度计算时，必须先确定原始数据。决定螺杆强度的原始数据包括：机头最大压力P、螺杆轴向力FZ及螺杆扭矩Mt。
（1）机头压力的确定
机头压力可以用理论计算方法和实测方法得到。当螺杆转速增加到一定程度时，实际机头压力与转速的关系并不成正比，在实际生产中常以试验测定机头压力。
根据实际生产中产量为200 kg/h的国产双螺杆挤出机的机头压力一般为
P?30~50MPa，取：P=40.0MPa
（2）螺杆轴向力的确定
螺杆轴向力的大小受到物料物理性能、机头压力、螺棱构型、螺杆转速及机筒温度等、因素的影响。螺杆轴向力可按下式计算：
FZ?P1?P2
式中 P1——物料作用在螺杆端面上的总压力，单位为N； P1=πDp/4
式中 p——螺杆端部的物料压力，单位为MPa，国产挤出机一般取
2p=30~50MPa。
P2——动载荷产生的附加压力的沿轴向的力的分量，P2 约为P1的1/8~1/4，即P2=（0.125~0.25）P1，取：P2=0.2πDp/4
所以有：PZ?Pp/4 1?P2= 1.2πD（3）螺杆冷却孔直径确定
由于聚合物在挤出过程中与金属接触面积中有一半在螺杆上，为了避免螺杆过热需在挤出过程中对螺杆进行冷却。
取螺杆冷却水孔的直径：d0?10mm
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