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单螺杆挤出机设计

  3.7 单螺杆机出机设计 单螺杆挤出机示意图 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: 3.7.2螺杆的主要参数的选取与确定 螺杆直径: 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。 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。 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。 ? 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。 ? 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。 ? 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 3.7.3 螺杆的强度计算 螺杆受力分析图 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。 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 机筒间隙正常,机头最大压力可由下式计 算: p max ? 6??L3 Dn h3 t an? 2 其中: h3 挤出段长度挤段的螺 螺杆直径D 槽深度 螺旋角 ? =17.7? 物料粘度? B、螺杆轴向力的确定 Pz ? P1 ? P2 螺杆轴向力: 2 ? D 物料作用在螺杆端面上的总压力P1 = p 4 动载荷产生的附加压力的轴向分量 P2 = (0.125~0.25)P1 则: 2 ?D p PZ=(1.125~1.25) 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 ) ? - 螺杆材料比重 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 ?? = ? 2 ? 4? 2 ? ? ?? p ? ? ? ? ?c ??b [? p ]= ? s n 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。 △▪▲□△ ? 由轴向力引起的轴向拉应力在机筒全长上 不变,即: ? ?z p?rb Pz = ? 2 2 A ? ( Rb ? rb ) 2 = prb 2 2 2 Rb ? rb ? 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: 1 2 2 2 ? xd ? (? r ? ? t ) ? (? t ? ? z ) ? (? z ? ? r ) ? ?? ? 2 [σ]=σs/n ? ? 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。 螺杆与机筒的间隙δ的选择既要根据加工条件决定, 也

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