擠出機螺桿的作用是使膠料隨螺桿旋轉運動逐漸變為直線運動,向機頭方向推移,并與機身相配合,壓縮生熱、軟化攪拌,混合膠料。
基本知識
螺桿是由螺紋和圓柱體組成的。螺桿沿中心線有長孔,可通冷卻水。螺桿的尾部裝在止推軸承內,避免擠橡時產生反作用力把螺桿推出。
螺桿的直徑比機身的鋼套內徑稍小,即螺桿的直徑與鋼套內表面要有間隙,其間隙一般控制在螺桿直徑的0.002~0.004倍。間隙太小會造成螺桿“掃膛”,產生磨損,甚至產生卡死螺桿的現象;間隙太大膠料回流影響擠出量,生產效率低,還會影響產品品質。
螺桿的螺紋特性
螺紋深度與設備生產能力有直接關系,螺紋深度大,在一定壓力下,擠出膠料多。但膠料塑化困難,螺桿強度也差。螺桿螺紋深度一般控制在螺桿直徑的0.18~0.25倍。螺紋的推進面應該垂直于螺桿的軸線,而推進面的相對面應該有一定的斜度。相鄰螺紋的軸向距離稱為螺距,橡膠
擠出機螺桿一般為等距不等深雙頭螺紋螺桿。螺距之間的容積計算如下:
tgФ=L/πD
F=h(πD tgФ-e)式中:Ф——螺桿推進面的相對面的斜度
L——螺距
D——螺桿直徑
e——螺紋頂峰寬度
F——螺距之間的容積
螺紋頂峰寬度一般取0.07~0.1倍螺桿直徑,其中小規格擠橡機的螺桿可取較大值,而大規格擠橡機的螺桿可取較小值,螺紋頂峰寬度不能取得太小,取得太小頂峰處強度太小;取得太大,將減小螺紋容積。影響產量,并因摩擦生熱引起膠料焦燒。螺紋的距離一般等于或稍大于螺桿直徑。
螺桿的頭部有三種形狀:平形、半圓形及圓錐形。現常用的是圓錐形螺桿。
螺桿的長徑比
螺桿的長徑比是螺桿的長度L與螺桿的直徑D之比。螺桿長徑比大,也就是螺桿工作部分長,膠料塑化好,混合均勻,膠料受壓力大,產品質量好。但螺桿長易引起膠料焦燒,螺桿加工困難,增加擠出功率。用于熱喂料擠橡機的螺桿一般取長徑比4~6倍,用于冷喂料擠橡機的螺桿一般取長徑比8~12倍。
螺桿的壓縮比
螺桿進料端第一個螺距的容積與出料端最后一個螺距的容積之比,稱為螺桿壓縮比。壓縮比計算公式如下:
(S1-e)(D-h1)h1
I = —————————
(S2-e)(D-h2)h2
式中:S1——螺桿進料端第一個螺距mm
S2——螺桿出料端最后一個螺距mm
h1——螺桿進料端螺槽深度mm
h2——螺桿出料端螺槽深度mm
D——螺桿直徑mm
e——螺紋頂峰寬度mm
螺桿壓縮比可以用以下幾種方法得到:
1、 螺距變化,螺槽深度不變;
2、 螺槽深度化,螺距不變;
3、 螺距和螺槽深度都變化。
電線電纜廠大都采用等距不等深螺桿。其壓縮比計算公式如下:
I = h1/h2
壓縮比大小對產品的質量有很大的影響,壓縮比大,膠料緊密度高,表面光滑。壓縮比太大則膠料對螺桿的反作用也大,螺桿容易被折斷。擠橡機螺桿壓縮比一般控制在
1.3:1到1.6:1。
還有一種螺桿是分離型螺桿。這種螺桿是在螺桿的中段增加一條附加螺紋。螺桿共分三段:加料段、熔融段、計量段。有附加螺紋的中段是熔融段,加料段是指螺桿進料處到附加螺紋的起點部分,計量段是指螺桿頭部到附加螺紋的終點的部分。
螺桿的材料
螺桿必須耐熱、耐磨、耐磨蝕。因此在加工螺桿時要進行熱處理,表面鍍鉻或滲氮。常用的材料有45#鋼或鉻鉬鋁合金鋼等。
分段
物料在擠出機螺桿中的運動是分為三段研究的,因而螺桿的設計也往往分段進行。由于各段是連續通道,所以在實際生產中,只要能滿足要求,并不是非把螺桿分成三段不可,實際上有的螺桿只有兩段,有的還不分段。例如擠出尼龍這一類結晶性好的材料時,只有加料段和均化段,一般的螺桿擠出軟聚氯乙烯塑料的螺桿,可以采用全部壓縮段,而不必分成加料段和均化段。
螺桿的分段式從經驗得到的,主要決定于物料的性質。加料段長度可以從0至占螺桿全長的75%,大體說來擠出結晶性聚合物時最長,硬性無定型聚合物次之,軟性無定型聚合物最短。壓縮段長度通常占螺桿全長的50%,當然象上述尼龍和軟聚氯乙烯塑料例外。擠出聚乙烯時均化段長度可取全長的20一25%。但對某些熱敏性材料(如聚氯乙烯),物料在這一段不宜停留過長,可以不要均化段。有些高速擠出機均化段長度竟取50%。
壓縮比
各種塑料所要求的擠出機壓縮比并不是固定不變的,可以有一個范圍。原料不同,要求的壓縮比也不一樣。例如擠出軟聚氯乙烯塑料時,如果是粒狀料,螺桿壓縮比常取2.5-3,如果是粉狀混合料,壓縮比可取4 ~ 5。螺桿壓縮比的選擇。
壓縮比的取得,可以用以下幾種方法得到:
(1)螺距變化(等深不等距)。這種結構的優點在于壓縮比較大時不影響螺桿強度,缺點是螺桿加工困難,接近螺桿端部時螺旋角太小使料流不能暢通,容易產生窩料。
(2)螺槽深度變化(等距不等深)。它的優點是加工制造容易,物料與機筒接觸面積大,傳熱效果好。缺點是強度削弱大,在使用長螺桿和大壓縮比時特別要注意。
(3)螺距和螺槽深度都變化(不等距不等深)。如果設計得當,這種螺桿可以獲得最大的優點和最小的缺點。 實際生產中主要從加工制造方便考慮,等距不等深螺桿應用最多。
長徑比L/D
塑料擠出機擠出成型用塑料品種較多,一根螺桿不可能成型所有的塑料。應根據原料特性,并盡可能考慮各種原料的共性來設計螺桿,使一根螺桿能同時擠出幾種塑料,這在工業生產上是有經濟意義的。螺桿后端的反螺紋起防止漏料的作用。
螺桿長徑比L/D,螺桿直徑D指螺桿螺紋的外徑。螺桿有效長度L指螺桿工作部分長度,如圖3-14所示。有效長度和螺桿總長不同。長徑比就是螺桿有效長與直徑的比值。早期的拚出機螺桿的一長徑比較小,只有12-16。隨著塑料成型加工工業的發展,擠出機螺桿的長徑比逐漸增大,目前常用的為15、20、25,最大可達43。
增加長徑比有如下好處,
1.螺桿加壓充分,制品的物理機械性能均可提高。
2.物料塑化好,制品外觀質量較好。
3.擠出量提高20-40%。同時,長徑比大的螺桿特性曲線斜率小,較平坦,擠出量穩定。
4.有利于粉料成型,如聚氯乙烯粉料擠管。
但增加長徑比使螺桿的制造和螺桿與機筒的裝配變得困難。因此,長徑比不能無限制增大。