螺杆基本参数

出处：按学科分类—工业技术 中国轻工业出版社《塑料挤出制品生产工艺手册》第41页（2839字）

1．螺杆直径(D)

螺杆直径通常是指螺纹的外径，这是螺杆的基本参数之一。增大螺杆直径，挤出成型机的生产能力也显着增加。由式(2－1)和式(2－9)可知，挤出量与螺杆直径的平方有关。

当然，挤出机的功率消耗也要增加。螺杆直径是挤出成型机规格大小的表征。例如，SJ45－25则是表示该挤出成型机的螺杆直径是45mm，后边的25则是指螺杆的长径比。我国挤出成型机的螺杆直径已经系列化，如30、45、65、90、150、200。目前，工业生产中使用最广泛的是D为65、90、150这三种挤出成型机。

螺杆直径与挤出制品尺寸之间的关系见表2－7。

表2－7 螺杆直径与挤出制品尺寸之间的关系 单位：mm

2．螺杆的长径比(L／D)

长径比是指螺杆的有效长度和螺杆直径之比。这里所说的有效长度是指与塑料接触部分的长度，不包括键槽及与轴承接触部分的长度。这也是挤出成型机性能指标的主要参数之一，同时还是挤出成型机型号的表征之一。我国螺杆的长径比也已标准化、系列化，如L／D为20、25、28、30等。随着塑料工业和机械工业的发展，螺杆长径比有增大的趋势。长径比较大的螺杆，能改善塑料的温度分布，有利于塑料的混合与塑化；并能减少漏流与逆流，提高挤出成型机的生产能力；也就是说，长径比大的螺杆，其适应性强，能用于多种塑料的挤出成型。但是，过大的长径比会使塑料受热时间长而降解；同时因螺杆自重增加，自由端翘曲下垂，容易引起料筒和螺杆之间的摩擦，这给机械制造业带来了困难，也增大了挤出成型机的功率消耗。

3．螺杆分段与职能区

设计者将螺杆人为地分为三段：加料段(L₁)、压缩段(L₂)和计量段(L₃)，见图2－15。

螺杆加料段的作用是压实塑料，并输送固体塑料。其长度大约为(2～10)D。压缩段的作用是熔化固体塑料，因此，适当的几何压缩比是很重要的。

图2－15 螺杆分段与螺杆重要参数示意图

H₁－加料段螺槽深度 H₃－计量段螺槽深度 D－螺杆直径 θ₁－螺旋升角 L－螺杆有效长度 e－螺棱宽度 5－螺距

几何压缩比(ε)是指压缩段开始处的一个螺槽的容积与终止处一个螺槽的容积之比。不同的塑料适应不同的几何压缩比。压缩段的长度为螺杆有效长度的45%～50%。计量段的作用是使熔体进一步塑化均匀，并使料流定量、定压地从机头流道均匀挤出，这段的长度约为(4～7)D。螺杆这三段的长度与结构都应该结合所用塑料的特性和所挤出制品的类型来考虑。

在历史上，挤出机螺杆有三个不同的几何段。这三段分别表示三个职能区域：加料区、熔化区和计量区。这些每一个职能区都代表不同的依次挤出成型中的某一作用。而今，必须对挤出成型有更深的理解，挤出机的三个几何段并不直接与职能区有关。因此，我们必须对几何段(通常，较深是加料段，渐变的是压缩段，较浅的是计量段)和职能区加以区别。这些职能区是固体输送区、熔化区和熔体计量输送区。

操作条件改变各个功能区的长度和位置。然而，功能区与几何段几乎不吻合。固体输送区从挤出机加料段螺槽中输送粉料或粒料，并开始熔化。固体输送率取决于固体料本体的密度及塑料与料筒、塑料与螺杆表面的摩擦因数。因此，固体输送区的深度和导程必须将此功能最大化。普通方式是加深加料段螺槽的深度和缩短螺杆导程(与直径大致相当)。因为塑料与螺杆及料筒的摩擦因数取决于表面温度，所以，固体输送区螺杆温度与螺槽温度的维持很重要。塑料对料筒表面的摩擦因数必须高于塑料对螺杆表面的摩擦因数。

4．螺旋升角θ

对于螺杆一般采用的螺纹导程(即螺距)与螺杆直径相等的形式，这样，螺旋升角就为17°41′。这种螺杆最容易进行机械加工。

5．螺槽深度(h₁和h₃)

对加料段螺槽深度(h₁)和均化段螺槽深度(h₃)，一般是先确定h₃，再计算h₁。h₃对挤出机的产量、质量均有较大的影响。h₃一般凭经验公式加以确定。

h₃=(0．02～0．06)D (2－17)

式中：D为螺杆直径。螺杆直径较小是取较大的系数，反之取较小的系数。对于粘度低、热稳定性较好的塑料可取小值，反之则取大值。

h₁≈εh₃ (2－18)

6．螺棱宽度e

e太小会使漏流量增加，削弱螺棱强度，降低产量：e太大，增加动力消耗，有局部过热的危险，所以，e的经验公式如下：

e=(0．08～0．12)D (2－19)

7．螺杆与料筒的间隙δ₀

螺杆与料筒的间隙δ₀是指径向间隙。δ₀太大，则漏流量增加；δ₀太小，则螺杆容易挡膛。我国专业标准对δ₀已作明确规定，见表2－8。

表2－8 螺杆与料筒间隙δ₀ 单位：mm

8．螺纹头数

一般都采用单头。

9．螺杆头部形状

常见螺杆头部形状见图2－16。

10．其它参数

如螺杆类型、现在一般都采用渐变型等距不等深螺杆。螺纹断面形状通常有矩形、锯齿形、梯形和半圆形。目前应用最多的是矩形。

图2－16 常见螺杆头部形状

(a)球体 (b)扇形体 (c)锥体(大锥角) (d)小圆弧 (e)锥体(小锥角) (f)圆体 (g)歪头 (h)锥－歪头 (i)鱼雷体 (j)带螺纹的锥体