螺杆压缩比和螺槽深度
挤出机螺杆参数及影响
挤出机螺杆参数及影响一、螺杆的几个重要几何参数1、螺杆直径（D）a、与所要求的注射量相关：射出容积=1/4*π*D2*S（射出行程）*0.85；b、一般而言，螺杆直径D与最高注射压力成反比，与塑化能力成正比。
2、输送段a 、负责塑料的输送，推挤与预热，应保证预热到熔点；b 、结晶性塑料宜长（如：POM、PA）非晶性料次之（如：PS、PU、ABS），热敏性最短（如：PVC）。
3、压缩段a、负责塑料的混炼、压缩与加压排气，通过这一段的原料已经几乎全部熔解，但不一定会均匀混合；b、在此区域，塑料逐渐熔融，螺槽体积必须相应下降，以对应塑料几何体积的下降，否则料压不实，传热慢，排气不良；c、一般占25%以上螺杆工作长度，但尼龙(结晶性料)螺杆的压缩段约占15%螺杆工作长度，高粘度、耐火性、低传导性、高添加物等塑料螺杆，占40%-50%螺杆工作长度，PVC螺杆可占100%螺杆工作长度，以免产生激烈的剪切热。
4、计量段a、一般占20-25%螺杆工作长度，确保塑料全部熔融以及温度均匀，混炼均匀；b、计量段长则混炼效果佳，太长则易使熔体停留过久而产生热分解，太短则易使温度不均匀；c、 PVC等热敏性塑料不宜停留时间过长，以免热分解，可用较短的计量段或不要计量段。
5、进料螺槽深度，计量螺槽深度a、进料螺槽深度越深，则输送量越大，但需考虑螺杆强度，计量螺槽深度越浅，则塑化发热、混合性能指数越高，但计量螺槽深度太浅则剪切热增加，自生热增加，温升太高，造成塑胶变色或烧焦，尤其不利于热敏性塑料；b、计量螺槽深度=KD=（0.03-0.07）*D，D增大，则K选小值。
二、影响塑化品质的主要因素影响塑化品质的主要因素为：长径比、压缩比、背压、螺杆转速、料筒加热温度等。
1、长径比：为螺杆有效工作长度与螺杆直径的比值。
a、长径比大则吃料易均匀；b、热稳定性较佳的塑料可用较长的螺杆以提高混炼性而不烧焦，热稳定性较差的塑料可用较短的螺杆或螺杆尾端无螺纹。
螺杆的基本参数
螺杆的基本参数————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：一般螺杆分为三段即加料段，压缩段，均化段。
加料段——底经较小，主要作用是输送原料给后段，因此主要是输送能力问题，参数（L1，h1），h1=（0．12－0．14）D。
压缩段——底经变化，主要作用是压实、熔融物料，建立压力。
参数压缩比ε=h1／h3及L2。
准确应以渐变度A=（h1－h3）／L2。
均化段（计量段）——将压缩段已熔物料定量定温地挤到螺杆最前端、参数（L3，h3），h3=（0．05－0．07）D。
对整条螺杆而言，参数L／D－长径比L／D利弊：L／D与转速n，是螺杆塑化能力及效果的重要因素，L／D 大则物料在机筒里停留时间长，有利于塑化，同时压力流、漏流减少，提高了塑化能力，同时对温度分布要求较高的物料有利，但大之后，对制造装配使用上又有负面影响，一般L／D为（18～20），但目前有加大的趋势。
其它螺距S，螺旋升角φ=πDtgφ，一般D=S，则φ=17°40′。
φ对塑化能力有影响，一般来说φ大一些则输送速度快一些，因此，物料形状不同，其φ也有变化。
粉料可取φ=25°左右，圆柱料φ=17°左右，方块料φ=15°左右，但φ的不同，对加工而言，也比较困难，所以一般φ取17°40′。
棱宽e，对粘度小的物料而言，e尽量取大一些，太小易漏流，但太大会增加动力消耗，易过热，e=（0.08～0.12）D。
规格：公制螺纹外径是以毫米为单位，如6，8，10，12，18，20毫米等等螺距也是以毫米为单位，如0.5,0.75,1,1.5,2,3,等等英制螺纹外径是以英寸为单位，（每英寸等于25.4毫米）如3/16,5/8,1/4,1/2,等等所以用公制卡尺量外径读数常带不规则的小数。
英制螺距是用每英寸含多少个牙表示。
挤塑机螺杆的的基本参数
挤塑机螺杆的的基本参数1、螺杆直径Ds 螺杆直径即螺纹的外径，挤塑机的生产能力（挤塑量）近似与螺杆直径的平方成正比，在其它条件相同时，螺杆直径少许增大，将引起挤出量的显著增加，其影响甚至比螺杆转数的提高对挤出量的影响还大。
故常用螺杆直径来表征挤塑机规格大小的技术参数。
2、螺杆长径比L/Ds 螺杆工作部分长度L与螺杆直径Ds之比称为长径比，在其它条件一定时（如螺杆直径），增大长径比就意味着增加螺杆的长度。
L/Ds值大，温度分布合理有利于塑料的混合和塑化，此时塑料在机筒中受热的时间也较长，塑料的塑化将充分、更均匀。
从而提高机塑质量。
如果在塑化质量要求不变的前提下，长径比增大后，螺杆的转速可提高，从而增加了塑料的挤出量。
但是，选择过大的长径比，螺杆消耗的功率将相应增大，而且螺杆和机筒的加工和装配鸡难度增加；螺杆弯曲的可能性也会增加，将会引起螺杆与机筒内壁的刮磨，降低使用寿命。
另外，对于热敏性塑料，过大的长径比因停留时间长而热分解，影响塑料的塑化和挤出质量。
因此，在充分利用长径比加大后的优点，选取时要根据加工塑料的物理性能和对产品的挤塑质量要求而定。
3、压缩比ε亦称为螺杆的几何压缩比，是螺杆加料段第一个螺槽容积与均化段最后一个螺槽容积之比。
它是由塑料的物理压缩比――即制品的密度与进料的表现密度之比来决定的。
使挤塑机压缩比较大，目的是为了使颗粒状塑料能充分塑化、压实。
加工塑料的种类不同时，压缩比的选择也应不同。
按压缩比来分，螺杆的型式可分为三种：等距不等深、等深不等距、不等深不等距。
其中等距不等深是最常用的一种，这种螺杆加工容易，塑料与机筒的接触面积大，传热效果好。
信息来源：东莞华鸿塑料机械厂。
螺杆设计质量的标准1
螺杆设计质量的标准(1)————————————————————————————————作者: ————————————————————————————————日期：1.1螺杆设计质量的标准螺杆和料筒组成了挤出机的挤压系统。
为说明挤压系统的重要性，人们通常称之为挤出机的心脏。
塑料(橡胶)正式在这一部分由玻璃态转变为黏流态,然后通过口模、辅机而被做成各种制品的。
由挤出过程分析可以看出，至少应当从以下几个方面评价螺杆:（一)产量所谓产量是指在保证塑化质量的前提下,通过给定机头的产量或挤出量。
如前所述,产量一般用公斤/小时或公斤/转来表示。
一根好的螺杆，应当具有较高的塑化能力。
（生产能力）应当指出，低温挤出是目前的一个发展趋势,它能改善挤出制品的质量(如降低内应力等），防止热敏性物料过热分解,降低能量消耗，减少主辅机冷却系统的负担，提高生产率。
ﻫ(二）塑化质量一根螺杆首先必须能生产出合乎质量要求的制品。
所谓合乎质量要求是指所生产的制品应当合乎以下几个方面的要求:ﻫ 1.具有合乎要求的各种性能。
具有合乎规定的物理、化学、力学、电学性能；２、具有合乎要求的表观质量。
如能达到用户对气泡、晶点、染色分散均匀性的要求等。
3、具有合乎要求的螺杆的塑化质量:(1)螺杆所挤出的熔体温度是否均匀,轴向波动、径向温差多大。
（2)是否有得以成型的最低的熔体温度。
（３）挤出的熔体是否有压力波动。
染色和其它填加剂的分散是否均匀等。
(三）单耗单耗，是指每挤出一公斤塑料（橡胶)所消耗的能量，一般用N来表示。
其中Ｎ为功率(千瓦)，Q为产量（公斤/小时)。
这个数值越大,表示塑化同样重量的塑料(橡胶)所需要的能量越多，即意味着所耗费的加热功率越多,电机所做的机械功通过剪切和摩擦热的形式进入物料越多。
反之亦然。
一根好的螺杆，在保证塑化质量的前提下,单耗应尽可能低。
(四）适应性所谓螺杆的适应性是指螺杆对加工不同塑料、匹配不同机头和不同制品的适应能力。
挤出机螺杆的几个重要几何参数
挤出机螺杆的几个重要几何参数作者：-1、螺杆直径（D）a、与所要求的注射量相关：射出容积=1/4*π*D2*S（射出行程）*0.85；b、一般而言，螺杆直径D与最高注射压力成反比，与塑化能力成正比。
2、输送段a 、负责塑料的输送，推挤与预热，应保证预热到熔点；b 、结晶性塑料宜长（如：POM、PA）非晶性料次之（如：PS、PU、ABS），热敏性最短（如：PVC）。
3、压缩段a、负责塑料的混炼、压缩与加压排气，通过这一段的原料已经几乎全部熔解，但不一定会均匀混合；b、在此区域，塑料逐渐熔融，螺槽体积必须相应下降，以对应塑料几何体积的下降，否则料压不实，传热慢，排气不良；c、一般占25%以上螺杆工作长度，但尼龙(结晶性料)螺杆的压缩段约占15%螺杆工作长度，高粘度、耐火性、低传导性、高添加物等塑料螺杆，占40%50%螺杆工作长度，PVC螺杆可占100%螺杆工作长度，以免产生激烈的剪切热。
4、计量段a、一般占2025%螺杆工作长度，确保塑料全部熔融以及温度均匀，混炼均匀；b、计量段长则混炼效果佳，太长则易使熔体停留过久而产生热分解，太短则易使温度不均匀；c、 PVC等热敏性塑料不宜停留时间过长，以免热分解，可用较短的计量段或不要计量段。
5、进料螺槽深度，计量螺槽深度a、进料螺槽深度越深，则输送量越大，但需考虑螺杆强度，计量螺槽深度越浅，则塑化发热、混合性能指数越高，但计量螺槽深度太浅则剪切热增加，自生热增加，温升太高,造成塑胶变色或烧焦，尤其不利于热敏性塑料；b、计量螺槽深度=KD=（，D增大，则K选小值。
二、影响塑化品质的主要因素影响塑化品质的主要因素为：长径比、压缩比、背压、螺杆转速、料筒加热温度等。
1、长径比：为螺杆有效工作长度与螺杆直径的比值。
a、长径比大则吃料易均匀；b、热稳定性较佳的塑料可用较长的螺杆以提高混炼性而不烧焦，热稳定性较差的塑料可用较短的螺杆或螺杆尾端无螺纹。
以塑料特性考虑，一般流长比如下：热固性为1416，硬质PVC，高粘度PU等热敏性为1 718，一般塑料为1822，PC、POM等高温稳定性塑料为2224。
螺杆的功能及选型
螺杆的功能及选型螺杆是塑化装置的重要组件，配合料筒，加热装置。
注射机构，及旋转驱动机构，组合而成一个完整的注塑单元。
螺杆的主要功能是负责对塑料的输送，融化及混练。
输送的关键是速度的快慢，及平稳有序（速度稳定），无滞留状况。
融化的关键是均匀，不要部份过热，部份未完全融溶。
混练与融化有点类似，但更指的是混合能力，包括加色母，色粉，及其它添加物的混合均匀能力。
另外是配合材料特性上的个别设计，及排气能力，耐磨耗能力，耐腐蚀能力等。
螺杆的设计都是在以上的功能需求上做配合。
螺杆的适用关键：一：螺杆设计：长径比，压缩比，压缩段长度比，槽深度，螺纹型式等。
1，长径比是指螺杆有效长度与直径的比值。
代表塑料在螺杆里的热履历或滞留时间。
长径比大，代表塑料在螺杆里的吸热过程长，反之则短。
需要长径比大的场合主要有出料量大，高混练，及低剪切力需求的材料（如PET）一般的热可塑性材料，长径比在18 ~ 26之间，较多在20左右。
热固性材料较短，一般在15以下，海天的在12倍左右。
2，压缩比是指进料段与计量段的螺槽深度比。
压缩比越大，塑料受到的挤压力就越大，产生的剪切热也越大。
对热敏性低的材料可帮助加热及混练，但热敏性高的材料会导致过热，甚至分解。
一般热塑性材料，压缩比在2 ~ 3 之间较合适。
3，压缩段长度比是指压缩段的长度与螺杆有效长度的比值，这主要是与材料从固态变化到软粘态，再到粘流态的过程有关。
也就是材料从固态变化到融溶状态的中间过程。
这个过程跟据材料的特性会有所不同。
一般来说，结晶性材料的变化较快，尤其是PA，所以尼龙要急变型螺杆（10% ~ 15%）。
而非结晶性材料的变化较慢，例如PMMA，所以PMMA的压缩段要较长（可达50%）。
而一般的通用型螺杆约20% ~ 30%。
压缩段太短会使材料来不及转化，而形成堵塞，产生高压，导致过热烧焦。
太长会形成空洞，混入气体，导致射胶不稳，有气纹等。
4，槽深是指螺顶到螺底的高度。
螺杆压缩比和螺槽深度
• 螺杆其它参数的选取与确定 a.螺纹宽度 e太小会使漏流量增加，消弱螺 棱强度，降低产量；e太大，增加动力消耗， 有局部过热的危险，故要适当选取。 由经验公式 （0.08～0.12）D b.螺距S
e.螺杆的转速范围：根据电动机和传动系统 的工作特性知螺杆的转速范围是n=（0~150） r/min
• • • • •
一般固体输送的分析都用到这五条假设： 压力仅为顺螺槽距离的函数； 摩擦系数与压力无关； 重力不计； 离心力不计； 固体塞中的密度变化不计。
在开槽机筒中形成的挤出压力趋势图
二、熔融理论
• 固体物料充满螺槽 →→→→ 形成熔膜→→
• →→→→→→→→→→ 螺纹刮下熔体进入 熔池
• 螺杆压缩比和螺槽深度 确定几何压缩比 i 等距不等深（通用型）螺杆压缩比的计算 式如下：
对于大多取经验数据来确定，通用公式 H3=(0.025～0.06)Ds。 再根据确定的螺杆压缩比计算加料段螺杆槽 深度。
• 螺杆各段的确定 高聚物在螺杆中的挤出过程，实际上经历 固体输送，熔融和均化的过程。所以一般 螺杆都设计成三段：加料段，压缩段及均 化段。 螺纹断面形状及螺杆头部型式 由实验用挤出机的使用特性及要求，确定 螺杆头部型式为： 梯行螺纹的断面的倾斜角α=10°～15°， 圆弧半径取（0.07～0.13），常用于小直螺 杆上。
4
C.螺杆的强度计算 a.由轴向力产生的压应力 c
c =
D 2 (1.15 ~ 1.25) Pmax 4 2 2 (d s d 0 ) 4
C= ds c. 由螺杆自重G产生的弯曲应力：
d0
b =
M b L2 (D ds )2 3 Wb ds (1 C 4 )
பைடு நூலகம்
螺杆挤出机基本结构
1、规格尺寸
螺杆直径D ：Db —螺杆外径
Ds —螺杆根径
D —螺杆平均直径
螺杆长度L ：L —螺杆有效工作部分长度 L= L1 + L2 + L3
L1—加料段长度 L2—压缩段长 L3—均化段长度
螺杆长径比 L/D
塑料在普通单螺杆挤出机中的挤出过程
2、螺槽尺寸
宽度：B —螺槽轴向宽度
W —螺槽法向宽度
深度：H1（h1）—加料段深度
H2（h2）—压缩段深度
H3（h3）—均化段深度
压缩比ε：加料段第一个螺槽容积与均化段最 后一个螺槽容积之比 渐变度A ： 描述螺槽深度变化的几何参数，
3、螺纹尺寸
螺纹头数 i
螺旋升角ϕ （ ϕ b ， ϕ s ， ϕ ）
螺旋线展开长度 Z （ Zb ， Zs ，Z ）
螺纹导程 t , 螺距 S
螺棱宽度
e —螺棱轴向宽度
e ’—螺棱法向宽度，e ’= e cos ϕ
螺纹展开图（i=2）
4、螺杆的安装尺寸
螺杆与机筒内壁的间隙 δ。
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• 螺杆其它参数的选取与确定
a.螺纹宽度 e太小会使漏流量增加，消弱螺 棱强度，降低产量；e太大，增加动力消耗， 有局部过热的危险，故要适当选取。
由经验公式 （0.08～0.12）D
b.螺距S
e.螺杆的转速范围：根据电动机和传动系统
的工作特性知螺杆的转速范围是n=（0~150）
r/min
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螺纹断面形状及螺杆头部型式
由实验用挤出机的使用特性及要求，确定 螺杆头部型式为：
梯行螺纹的断面的倾斜角α=10°～15°， 圆弧半径取（0.07～0.13），常用于小直螺 杆上。
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• 螺杆的螺纹头数 在螺杆直径，螺槽深度和螺纹升程相等的条件下， 多头螺纹与单头螺纹相比，多头螺纹对物料的正 推力大，攫取物料的能力较强，并可降低熔料的 倒流现象。但是，整个螺杆都是多头螺纹时，物 料分别从螺杆料斗区几条螺槽通道进入到达螺杆 头部。在料斗区，往往由于几条螺槽的进料不均 匀和各条螺槽的熔融均化和对溶料输送能力不一 致，容易引起生产能力波动，压力波动。其结果 是制品质量下降。但是有时为了提高某一段的工 作能力，单独在某一段上设置多头螺纹。如单头 螺纹的螺杆，为了提高加料段攫取物料的能力， 加料段设置双头螺纹，提高固体输送能力。采用 单头螺纹的螺杆。
（0.125～0.25）P1
则：
PZ=（1.125～1.25）D 2 p 4
.
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C.螺杆的强度计算
a.由轴向力产生的压应力 c
c =
D2
(1.15 ~ 1.25)Pmax 4
4
(d s 2
d02 )
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C=
d0 ds
c. 由螺杆自重G产生的弯曲应力：
b =
Mb L2(Dds)2
Wb ds3(1C4)
- 螺杆材料比重
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18
d.螺杆的合成应力，对塑性材料合成应力用 等强度理论计算
= 242 p
c b [ p ]= s n
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19
3.7.4机筒的强度计算
机筒内部受熔料的压力作用，物料在机筒内 产生压力沿机筒轴向的分布是相当复的， 各处压力不等，因机头压力最大，故一般 取机头压力为计算压力值。并且由于机筒 外径与内径之比大于1.1, 所以用厚壁圆筒理 论来进行强度计算。
机筒间隙正常，机头最大压力可由下式计
算：
pmax
6 L3Dn h32 tan
其中：
螺杆直径D
h 3 挤出段长度挤段的螺
槽深度 螺旋角 =17.7º 物料粘度
.
15
B、螺杆轴向力的确定
螺杆轴向力: Pz P1P2
物料作用在螺杆端面上的总压力P1 = D2 p 4 动载荷产生的附加压力的轴向分量 P2 =
.
7
螺杆长径比 L/D
故螺杆工作部分长度L螺杆长径比的增加有以 下的好处：
• 螺杆加压充分可以提高塑料制品的物理机 械性能。
• 可以提高塑化的质量，使制品的外观质量 更好。
• 螺杆特性曲线斜率小，挤出量稳定，切挤 出量能提高20%—40%。
• 有利于类似于PVC粉料挤管的成型。
.
8
但螺杆长径比过大，会使螺杆加工及 装配困难，功率消耗也会有所增加， 加大悬臂端自重的弯曲，以至螺杆头 部与筒壁间隙的不均匀，甚至造成磨 刮筒壁，降低螺杆与机筒的寿命。
.
9
• 螺杆压缩比和螺槽深度 确定几何压缩比 i 等距不等深（通用型）螺杆压缩比的计算 式如下：
对于大多取经验数据来确定，通用公式 H3=(0.025～0.06)Ds。
再根据确定的螺杆压缩比计算加料段螺杆槽 深度。
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10
• 螺杆各段的确定
高聚物在螺杆中的挤出过程，实际上经历 固体输送，熔融和均化的过程。所以一般 螺杆都设计成三段：加料段，压缩段及均 化段析图
螺杆综合受力为：螺杆轴向力、螺杆扭矩 及螺杆自重产生的压、扭弯的组合。一般 加料段及排气段螺杆根径较小，其承受载 荷力最低，所以螺杆的加料段以加料段的 根径截面计算、校核裁面。
.
14
A.机头压力的确定
机头压力可用理论计算方法和实测方法得到。
当关闭机头，可认为挤出量Q=0，若螺杆与
螺杆与机筒的间隙δ的选择既要根据加工条件决定， 也要考虑被加工物料的性能。一般粘度大的塑料， δ可取大值；粘度小的塑料，δ应取小值。螺杆与 机筒的间隙可参考下表选取。
.
25
螺杆与机筒的对中性，在设计上要求螺杆中心线 与机筒中心线重合。但由于制造、装配过程中所 产生的螺杆径向跳动、螺杆定位面与螺杆中心线 不同心、螺杆推力面与螺杆中心线不垂直、机筒 内孔偏差、法兰平面对机筒中心不垂直、内孔径 向跳动等加工误差及安装误差都会影响对中性。 要保证螺杆与机筒的对中性，一般可以采取以下 措施：提高零件的加工与装配精度，减少零件数 目；选取有效的定位基准和合理的连接方式。例 如螺杆个段之间的连接采用止口连接，便于安装， 也提高定位基准。
xd 1 2(rt)2(tz)2(zr)2
[σ]=σs/n
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24
3．7.5螺杆与机筒的配合要求
螺杆与机筒的配合间隙。螺杆与机筒的配合间隙δ的 大小涉及到挤出机的生产能力、功率消耗、使用 寿命、机器加工成本等问题。δ取值过大，加工、 装配容易，但生产能力则会下降，塑料在机筒内 的停留时间难以控制，甚至造成熟分解。δ取值过 小，加工装配困难，功率消耗增大，且容易使螺 杆与机筒磨损，降低机器的使用寿命。
3.7 单螺杆机出机设计
单螺杆挤出机示意图
.
1
.
2
.
3
.
4
3．7.1螺杆与机筒的材料选择
螺杆常用材料的性能要求为：机械强度 好，耐腐蚀和抗磨性能好，加工性能 好，取材容易。一般选用38CrMoAl氮 化钢。
38CrMoAl氮化钢的性能如下表:
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5
.
6
3．7.2螺杆的主要参数的选取与确定
螺杆直径：
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20
.
21
.
22
• 由轴向力引起的轴向拉应力在机筒全长上 不变，即：
•
z
=
Pz A
prb2 (Rb2 rb2)
=
pr b 2 R b 2 rb 2
.
23
• 因机筒多为塑性材料，所以当计算出三个 主应力的最大值后，可用第四强度理论进 行设计计算及校核。 按第四强度理论最大变形能理论计算，机筒壁厚的强度条 件为：
我国挤出机标准所规定的螺杆直径系列有： 30、45、65、90、120、150、200。螺杆 直径的大小一般根据所加工制品的断面尺 寸、加工塑料的种类和所加工的生产率来 确定。制品截面积的大小和螺杆直径的大 小有一个适当的关系。通常：大截面的制 品所选的螺杆直径要大一些，这对于制品 的质量、设备的利用率和操作比较有利。