第三节 挤出机常规螺杆设计
双螺杆挤出机的螺杆设计（实用精典）
双螺杆挤出机的螺杆设计（实用精典）杆分区：
双螺杆沿程压力分布和功能分区：
1加料段设计原则
加料器设计：
加料口形式：
加料口尺寸：
粉体加料：
挤出机输送能力：
2熔融段设计原则
挤出机越大，外加热所占比越小熔融区螺杆组合设计：
3排气段设计原则：
特种工程塑料需要侧排气口：4计量段设计原则：
计量段中熔体的流动：
熔体的输送与螺纹导程的关系：螺杆头的影响：
混合型螺杆头：
5螺杆组合设计的注意事项：防止损坏或磨损：
同向双螺杆的分离力：
不同元件产生的分离力比较：内向挤压力的产生：
螺杆组合-芯轴变形的补偿：芯轴的变形及磨损：
（来源：韧科技）。
螺杆设计说明书
螺杆设计说明书1.螺杆挤出机基本参数确定1.1螺杆区域划分及材料螺杆分为三部分：加料段，塑化段和挤出段。
机器的生产能力很大程度上取决于加料段的进料能力和挤出段的基础能力，胶料的混炼，塑炼质量则直接与塑化段的塑化能力有关。
选用38CrM0AlA。
1.2螺杆直径本设计螺杆直径D=60mm1.3螺杆长径比长径比是螺杆工作部分长度L与直径D之比。
L/D较大，有利于胶料的均匀混合和塑化，并可使胶料升温过程变得缓和，为提高螺杆转速提供了可能性，有利于提高产量；但L/D过大，螺杆机加工的难度也增大，功率消耗也相应增加，易焦烧，还会造成螺杆端部与机筒之间的间隙不均，严重时产生与衬套刮研，影响设备的使用和产量。
经分析，本设计选长径比为L/D=6，即L=360mm。
1.4螺杆转速的确定螺杆转速是螺杆挤出机的重要参数，它影响挤出机的产量、功率消耗、挤出质量等方面。
（1）转速与产量的关系随着转速的增加，产量上升，在相当一段转速区间内，产量与转速成正比。
当转速过高时，产量上升速率下降，因为转速增大，胶温随之提高，喂料段摩擦力减小、挤出段的胶料粘度下降，漏流量增加，结果是喂料和挤出能力都下降，导致产量上升的速率下降。
（2）转速与功率的关系转速增加，电机功率也增加，但随转速增加的速率下降。
（3）转速与挤出压力的关系随着螺杆转速的增加，挤出压力也增加，但不十分显著。
挤出压力增加有利于提高挤出半制品的致密性。
但挤出压力过高时，会由于胶料的温升过高，破坏操作的稳定性。
（4）转速与胶料塑化、升温的关系随着螺杆转速的增加，胶料运动速度梯度增大，有利于胶料的撕裂、剪切、搅拌、塑化。
但转速过高，胶料发热量过大，当冷却不好时，易形成早期硫化。
（5）转速与电能单耗的关系挤出1kg重量胶料所消耗的功率称之电能单耗。
电能单耗与转速间的关系，视具体操作条件而定。
通常普通冷喂料挤出机螺杆转速越高，电能单耗越大，而冷喂料销钉机筒挤出机螺杆转速越高，电能单耗越小。
高分子材料成型设备第六章挤出机螺杆设计与新型螺杆ppt课件
扭矩剪力 τ=Mk/Wp
Mk=97360ηNmax/nmax
Wp=πD3根﹝1-C4﹞/16 , C=d0/D根
自重弯曲应力 σ弯＝GL/2W
G=π﹝D2+ D2根﹞Lγ/8
W=πD3根﹝1-C4﹞/32 , C=d0/D根 塑料材料复合应力用第三强度理论
总 2 4 2
压 弯
T / nT
二、常规全螺纹三段螺杆的设计 1、螺杆型式的确定 ①渐变型螺杆 压缩段槽深为渐变的，传热好，剪切不剧烈，混炼 效果不好。适用于热敏性物料、非结晶性物料。 ②突变型螺杆 剪切剧烈，传热不太好。适用黏度小、具有突变熔点 的物料，如PA、PS、PP等 ，但PVC等黏度高的会 局部过热。已由在（1—2）D内发展到在（4—5）D 内完成相变。
二、几种新型螺杆
1、分离型螺杆 固液分离
原理： 在螺杆熔融段再附加一条螺纹，将原来一个螺纹所形成 的螺槽分为两个，将已熔物料和未熔物料尽早分离，促 进未熔料尽快熔融。
①BM螺杆 双螺纹 L/D=25-30 δ´=ns/（n-1） δ´=0.38—0.76㎜ 液相槽始终与均化段等深，均化段较深 ε=2 ②另外还有Barr螺杆、熔体槽螺杆及XLK螺杆。
L3=20～50% H3=﹝0.025～0.06﹞Ds
H 1 0 .5 D sD s 2 4h 3 D h 3
5、间隙δ 6、螺杆其他参数：螺纹升角φ，螺距S=DБайду номын сангаас
7、螺杆头部结构和螺纹断面形状 ①半圆、平、锥、尖、螺纹头
②螺棱断面：矩形（输送段）、锯齿形（压缩段 和均化段）
三、螺杆材料及强度计算
４．变流道型螺杆
通过改变塑料在螺杆中 流道截面形状或截面积大小， 来促进物料塑化和增强混炼 ①波状螺杆
挤出机分流型螺杆的设计
挤出机分流型螺杆的设计在螺杆一定部位上安装销子、柱、角锥体或多孔板等分流元件,或者直接在挤出机螺杆上铣出凸柱、开分流沟成分流孔的螺杆角分流型螺杆。
分流型螺杆的种类诸多，我们在此重点介绍分流型销钉螺杆和分流型 DIS 螺杆，面对其它分流型螺杆进行普通性阐明。
销钉螺杆上的销钉普通设在螺杆母体（10-8）或螺杆头部上（图 10-3）。
前者重要用来增进塑料的熔融，后者重要用来增进熔料的混合。
螺杆上装设销钉后塑料的熔融过程发生了较大的变化。
在普通螺杆上，外界的传到热量和熔料本身因剪切而产生的热量都必须从液相通过份界面传往固相，由于塑料的导热系数较低，整块的固体从大块逐步熔化到完全消失需要较长的时间，并且也必然存在着图（4-4）所示的那样的温度梯度，这就是说温度波动和径向温差是必然存在的。
但是销钉螺杆上，当塑料通过销钉时料中的固相被粉碎细化，细小的固相与液相混在一起被其包围，热量从各个方向从高温液相传往低温固相，熔化时间缩短（图10-1）。
另外，销钉等分流元件对塑料造成附加的阻力，塑料流过时产生了剪切与摩擦，这些都有助于塑料的熔化。
图10-2 表达了在螺杆上增设销钉型混炼元件后古县各分部函数发生变化的实测数据。
由图可见：当没有销钉时塑料要通过 21D 的长度后才全部熔融，而假设七排销钉后，只需15D 便全部熔化。
因此增设销钉便可在增大转速提高产量的同事确保固相在螺杆上全部及时熔化。
我们曾经用图 10-3 的销钉螺杆进行过实验。
在加工 LDPE 时，该螺杆在 n=210rpm 状况下塑化质量良好，产量达成 63kg/Hr,此时熔料温度尚不超出170°C(图 10-4a)。
面用来对比的普通螺杆当 n=110rpm 时已出现了塑化不良的象征，其产量为 32kg/Hr。
实验成果正是证明了销钉螺杆能够较大地提高产量。
普通来说，在螺杆上增设销钉后产量大概能提高 30-100%。
除此以外，当固相粉碎与细化后，液相的热量及时传给了固相，在促使固相熔融加紧的同事也减少了液相的温度，这对减少挤出物的温度是很有利的。
挤出机螺杆设计问题
挤出机螺筒内装塑料并与螺杆紧密配合，为了正常操作，应注意以下重要特性。
1.螺筒要直。
2.螺筒的设计应能经受挤出机的工作压力。
这些压力可能高达
70-140MPa(10000-20000psi)，在注塑中还要更高些。
3.螺筒内壁面应比挤出机螺杆更耐磨，因为螺杆比螺筒易更换，重新加工也比螺筒便宜。
4.螺筒后端的支撑应采用滑动支撑，当螺筒被加热时允许其膨胀。
刚性的支撑会引起螺筒的弯曲，可能导致螺杆和螺筒严重损坏。
5.为了改进团体输送，螺筒的加料段可以开槽。
开槽加解段应保证良好的冷却能力，以带走高摩擦产生的热，并阻止槽内堆积物料的熔融。
另外，沟槽应倾斜开，深度逐渐变浅，最大限度地减小物料在构糟内的挂料机会。
6. 如果没有搭气口，应偏置，并且开口侧壁与螺筒内壁相切，以减小塑料熔体挂在排气口前沿的机会，见图2．20。
较传统的对称式排气口设计，易使物料在排气口的底部不断堵塞。
排气口的开口处可以设计成向下倾斜的，以避免冷却物流人挤出机螺筒。
挤出机螺杆产品中心：恒锐机械。
螺杆设计说明书
螺杆设计说明书1. 螺杆挤出机基本参数确定1.1 螺杆区域划分及材料螺杆分为三部分：加料段，塑化段和挤出段。
机器的生产能力很大程度上取决于加料段的进料能力和挤出段的基础能力，胶料的混炼，塑炼质量则直接与塑化段的塑化能力有关。
选用38CrM0AlA。
1.2 螺杆直径本设计螺杆直径D=60mm1.3 螺杆长径比长径比是螺杆工作部分长度L与直径D之比。
L/D较大，有利于胶料的均匀混合和塑化，并可使胶料升温过程变得缓和，为提高螺杆转速提供了可能性，有利于提高产量；但L/D 过大，螺杆机加工的难度也增大，功率消耗也相应增加，易焦烧，还会造成螺杆端部与机筒之间的间隙不均，严重时产生与衬套刮研，影响设备的使用和产量。
经分析，本设计选长径比为L/D=6，即L=360mm1.4 螺杆转速的确定螺杆转速是螺杆挤出机的重要参数，它影响挤出机的产量、功率消耗、挤出质量等方面。
（1）转速与产量的关系随着转速的增加，产量上升，在相当一段转速区间内，产量与转速成正比。
当转速过高时，产量上升速率下降，因为转速增大，胶温随之提高，喂料段摩擦力减小、挤出段的胶料粘度下降，漏流量增加，结果是喂料和挤出能力都下降，导致产量上升的速率下降。
（2）转速与功率的关系转速增加，电机功率也增加，但随转速增加的速率下降。
（3）转速与挤出压力的关系随着螺杆转速的增加，挤出压力也增加，但不十分显著。
挤出压力增加有利于提高挤出半制品的致密性。
但挤出压力过高时，会由于胶料的温升过高，破坏操作的稳定性。
（4）转速与胶料塑化、升温的关系随着螺杆转速的增加，胶料运动速度梯度增大，有利于胶料的撕裂、剪切、搅拌、塑化。
但转速过高，胶料发热量过大，当冷却不好时，易形成早期硫化。
（5）转速与电能单耗的关系挤出1kg重量胶料所消耗的功率称之电能单耗。
电能单耗与转速间的关系，视具体操作条件而定。
通常普通冷喂料挤出机螺杆转速越高，电能单耗越大，而冷喂料销钉机筒挤出机螺杆转速越高，电能单耗越小。
挤出机中螺杆和机筒设计介绍
第三节螺杆与机筒的设计3．3.1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[6]：3．3.2 螺杆的主要参数的选取与确定●螺杆直径：哏据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，L●螺杆长径比D螺杆工作部分长度L螺杆长径比的增加有以下的好处：①螺杆加压充分可以提高塑料制品的物理机械性能。
②可以提高塑化的质量，使制品的外观质量更好。
③螺杆特性曲线斜率小，挤出量稳定，切挤出量能提高20%—40%。
④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参照现有国内和国际塑料行业产品的经验标准，本设计螺杆类型为等距变深螺杆，且为突变型。
突变型螺杆是指由加料段较深螺槽向均匀段较浅螺槽过渡是在一个较短的距离内完成的即压缩段较短，通常为(1～2)D.这类螺杆对物料能产生较大的剪切作用。
本设计所用的是两段式的压缩突变的螺杆。
前一段是压缩，后一段是释放，可使塑料塑化均匀，并能很好的控制塑料产品的质量和品质。
即4D左右。
等距不等深（通用型）螺杆压缩比的计算公式如下：但工程要求控制误差在5%之内就满足实际需要，且考虑本设计所设计螺杆压缩段的特殊性，所以本设计压缩比满足题意。
H大多取经验数据来确定，在此可用通用公式H3=(0.025～0.06)Ds。
对于3H再根据确定的螺杆压缩比计算加料段螺杆槽深度1可以参考此公式表达，然以实践生产为标准计算。
1.3常规螺杆设计讲解
常规螺杆设计
• 2）产量 • 所谓产量是指在保证塑化质量前提下，通过给定机
头的产量或挤出量。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
这是因为一台挤出机的生产率、塑化质量、填加物 的分散性、熔体温度、动力消耗等，主要决定于螺 杆的性能。
• 因此，将花两节较详细地介绍有关螺杆
• 85橡胶螺杆
常规螺杆设计
• 60销钉螺杆
常规螺杆设计
• 120销钉螺杆
常规螺杆设计
• 250大螺杆
常规螺杆设计
• 同是橡胶挤出机螺杆也不同：冷喂料挤出机与热喂料
挤出机螺杆就不同。
• 同是塑料挤出机螺杆也不相同：
• 例如聚氯乙烯和聚烯烃就有很大差别。前者为无定形
塑料，粘度大，对温度比较敏感，无明显熔点。后者 为结晶性塑料粘度较低，有明显的熔点。
• 就是同是聚氯乙烯，但由于生产厂家不同，或批号不
同，其性能也有差异。
件轻而易举的事。在进行螺杆设计时，要综合考虑 以下诸因素：
• 1)物料的特性及其加入时的几何形状、尺寸和温度
状况。
• 不同物料的物理特性（如挤出温度范围、粘度、稳
定性和流变性能）相差很大，因而加工性能也很不 相同。
• 橡胶挤出机螺杆与塑料挤出机螺杆差别很大：如螺
杆长径比、螺槽深度、螺杆结构（塑料挤出机螺杆 带有混炼元件、剪切元件）等
第一章 挤出成型设备
第三节 常规螺杆设计
常规螺杆设计
1.3 常规螺杆设计
• 螺杆和料筒组成了挤出机的挤压系统。为说明挤压
第六章螺杆挤出机
Changsha University of Science & Technology
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塑料挤出机与橡胶挤出机的区别在于：
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辅机
辅机是由定型装置、冷却装置、牵引装置、切割装置以 及制品的卷取或堆放装置等部分所组成
定型装臵：其作用是将从机头中挤出来的塑料的既定形状稳定下 来，并对其进行精整，从而得到更为精确的截面形状、尺寸和光 亮的表面。通常采用冷却和抽真空的方法来达到这一目的； 冷却装臵：由定型装臵出来的塑料在此得到充分的冷却，获得最 终的形状和尺寸； 牵引装臵：其作用为均匀地牵引制品，并对制品的截面尺寸进行 控制，使挤出过程稳定地进行； 切割装臵：其作用是将连续挤出的制品切成一定的长度或宽度； 卷取装臵：其作用是将软制品(薄膜，软管、单丝等)收卷成卷。
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第六章 螺杆挤出机
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 概述 基本结构 工作原理与产量分析 特型螺杆和排气挤出机 挤出联动线
汽车与机械工程学院材料成型与控制工程系 2012年2月-2012年3月
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主机（挤出机）
挤出机由挤压系统、传动系统、加热系统和控制系统 组成。是挤出成型过程中的关键设备，他的规格及工 艺控制直接影响挤出过程的产量、质量。
3常规螺杆设计
第三节常规螺杆设计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)正是在这一部分由玻璃态转变为粘流态，然后通过口模、辅机而被做成各种制品的。
如果就螺杆和料筒相比，螺杆更显得居于关键地位。
这是因为一台挤出机的生产率、塑化质量、填加物的分散性、熔体温度、动力消耗等，主要决定于螺杆的性能。
因此，将花两节较详细地介绍有关螺杆设计的诸问题、本节介绍常规螺杆，下节介绍新型螺杆。
一、评价螺杆的标准如何评价螺杆的好坏呢？象其它事物一样，评价螺杆好坏的标准也随着对挤出过程认识的深化而逐渐明确和完善起来。
由前面对挤出过程的分析可以看出，至少应当从以下几个方面评价螺杆：（一）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: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。
4）染色和其它填加剂的分散是否均匀等。
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。
（二）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）（三）单耗所谓单耗，是指每挤出一公斤塑料（橡胶）所消耗的能量，一般用 N用表示。
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。
第三章(挤出机)
第一节 概述
一、挤出成型的过程 塑料原料
加热相变 挤出主机
塑料熔体
加压
挤出模具（机头） 切割 切割装置
初始形状的连续
定型 冷却（定型）装置
最终形状的连续体
一定规格的制品
二、挤出成型的特点
1、由于挤出过程具有连续性，故可生产任意长度的制品， 并且效率高、易实现生产过程的自动化。 2、应用范围广，能加工绝大多数的热塑性塑料和一些热固 性塑料。 制品成型：管材、板材、棒材、异型材、薄膜、丝、带 等； 原料准备工序：混合、塑化、脱水、着色、造粒、压延 喂料等； 半成品的加工：电缆料、色母料等。 3、由于挤出机结构简单，操作方便，成本低，故投资少， 收效快。
四、新型过滤器：长效，快换，不停机，多功能
五、静态混合器
在螺筒内加装分流、汇合混炼元件，让物料在流动的过 程中实现混 炼、均化的作用， 而不需要螺杆的 转动和螺棱的搅动。 ①Kenics静态混合器 ②Ross静态混合器 ③Sulzer静态混合器
第七节 加料装置
一、料斗的形式 圆形锥底、方形锥底、自热干燥料斗 二、上料方式 人工、鼓风、弹簧、真空（可以除去原料 中的空气和湿气） 三、强制加料结构 1、防止架桥 2、定量施压加料，有搅拌、螺旋、活塞等方式 四、加料装置的基本要求 1、有自动上料装置和计量器； 2、带有预热干燥或抽真空装置； 3、进料均匀； 4、如需混用两种或以上物料，需搅拌装置。
（一）固体输送理论
如计算固体输送流率，必把料筒转动线速度V= пDn， 该段的物料运动假设为理想化的物理模型。
流率Q = Vp1 F
= πD b n(tgφtgθ ) /( tgφ + tgθ ) F = ∫ (2πR − Pe / sin α )dR
3第三节 常规螺杆设计
（三）关于螺杆长径比的确定
1 增加螺杆长径比，塑料在螺杆中的停留 时间增加，塑化的更加均匀，故可以提 高螺杆转速来提高产量。 2 长径比加大后螺杆、料筒和装配等比较 困难和复杂。 3 塑料挤出机一般选择 L/D=18，20，25，30，40，45
（四）螺杆的分段和各段参数的确定 1 加料段的设计
螺棱的宽度一般为0.08—0.12D，但在螺 ， 螺棱的宽度一般为 槽的底部则较宽，其根部应用圆弧过渡。 槽的底部则较宽，其根部应用圆弧过渡。
（七）螺杆头部结构和螺纹断面形状
螺杆材料和强度的计算
（一）螺杆材料
我国目前常用的材料有 45号钢 40Cr 氮化钢 38CrMoAlA 等材料。
分融体控制型螺杆和加料控制型螺杆， 核心是提高物料的输送能力 2 压缩段的设计 螺杆根部的渐变度，压缩比（几何压缩 比和物理压缩比）长度约在55~65%或 者三分之一。 3 均化段的设计 螺糟深度和长度（一般为非结晶塑料 20~25%，结晶塑料25~35%）
螺杆的压缩比
作用：将物料压缩，排除气体，建立必要 的压力，保证物料到达螺杆末端时有足 够的致密度。 几何压缩比要大于物理压缩比 获得压缩比的方法： 等距变深、锥形螺杆、等（一）螺杆型式的确定
（1）渐变型螺杆 （2）突变型螺杆
密炼机下辅机螺杆
（二）关于螺杆直径的确定
我国挤出机的螺杆直径标准:30、45、 65、90、120、150、200。 一般情况下，螺杆的直径应符合 此系列，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 所要求的生产率确定。
第三节 常规螺杆设计
一 评价螺杆的标准和设计螺杆考虑的因素 1 2 3 4 5 塑化质量（内在质量、表观质量） 产量 单耗（名义比功率P/Q） 适应性 制造难易
挤出机双螺杆设计要点
挤出机双螺杆设计要点挤出机是一种常用于塑料制品加工的设备，其主要作用是将固态塑料熔化并挤出成型，常见的挤出机双螺杆设计要点包括材料选择、螺杆结构和加热冷却等方面。
一、材料选择挤出机双螺杆的材料选择至关重要，直接影响挤出机的使用寿命和生产效率。
一般情况下，挤出机双螺杆的材料应具备高强度、耐磨损、耐腐蚀和耐高温的特性。
常用的材料有45#钢、38CrMoAlA 和42CrMo等。
此外，还需要考虑材料的加工工艺性能，以确保双螺杆的加工精度和表面质量。
二、螺杆结构挤出机双螺杆的结构设计直接影响挤出机的工作效率和产品质量。
一般情况下，挤出机双螺杆的结构可分为平行双螺杆和螺杆梳齿双螺杆两种。
平行双螺杆适用于加工熔融指数较低的塑料，具有较高的挤出能力和良好的混炼效果；螺杆梳齿双螺杆适用于加工熔融指数较高的塑料，具有较好的塑化效果和挤出稳定性。
此外，还需要考虑螺杆的直径、螺距和螺杆转速等参数，以满足不同塑料的加工要求。
三、加热冷却挤出机双螺杆的加热冷却系统是确保塑料熔融和冷却的关键。
加热系统一般采用电加热或蒸汽加热，通过对螺杆和筒体进行加热，将固态塑料熔化。
冷却系统一般采用水冷却或风冷却，通过对螺杆和筒体进行冷却，使塑料快速凝固成型。
加热冷却系统的设计要考虑加热功率、加热温度和冷却速度等因素，以保证塑料的加工质量和生产效率。
四、其它要点除了上述几个主要要点外，挤出机双螺杆的设计还需要考虑以下几个方面的因素：首先是螺杆的镀层处理，可采用镍基合金、硬铬等材料进行镀层，以提高螺杆的耐磨性和耐腐蚀性；其次是螺杆的密封结构，可采用多层密封结构，以防止塑料渗漏和杂质进入；最后是螺杆的可调节结构，可根据不同产品的加工要求，调整螺杆的工作长度和转速，以实现不同的挤出效果。
挤出机双螺杆的设计要点包括材料选择、螺杆结构和加热冷却等方面。
通过合理的设计和选择，可以提高挤出机的工作效率和产品质量，满足不同塑料加工的需求。
同时，需要注意挤出机双螺杆的维护和保养，定期清洗和润滑，以延长其使用寿命。
塑料加工设备 课件 第五章 双螺杆挤出机-第一节、第二节、第三节 概述、螺杆元件、螺杆组合及机筒设计
概述
双螺杆挤出机特点
与普通单螺杆挤出机相比双螺杆挤出机有如下优点： ① 加料容易 具有强制加料的性能，加料容易、输送效率高。这是由于双螺杆挤出 机是靠正位移原理输送物料，没有压力回流。可适于具有很高或很低黏度，以及与 金属表面之间有很宽范围摩擦系数的物料，如带状料、糊状料、粉料及玻璃纤维等 的挤出。特别适用于加工聚氯乙烯粉料，可由粉状聚氯乙烯直接挤出产品。 ② 物料停留时间短 适于那些停留时间较长就会固化或凝聚的物料的着色和混料， 例如热固性粉末涂层材料的挤出。 ③ 排气性能优异 这是由于双螺杆挤出机啮合部分能对物料进行有效混合，不断更 新的物料界面可使物料中存在的气体在排气段充分排出。
概述
啮合型同向旋转平行双螺杆挤出机
图5-7 啮合同向平行双螺杆
如图5-7所示为啮合型同向旋转平行双 螺杆，从理论上讲它可以设计成啮合区 横向封闭，但纵向不能完全封闭，必须 有一定程度的开放，否则两根螺杆装不 到一起。即螺槽宽度大于螺棱宽度，这 样在螺杆中就形成一条从加料口直至机 头的通道。通道大小由使用目的而定， 纵向开放得越大，正位移输送能力丧失 得越多。
概述
双螺杆挤出机工作原理
双螺杆挤出机的工作原理同样包括物料的输送与压缩、熔融 塑化、排气、混合和均化等内容。如前所述、物料在熔融塑 化前必须压实，以利于排气、传热、加速熔融塑化及得密实 的制品。物料在双螺杆挤出机上的压实主要通过双螺杆压缩 比、在螺杆上设置反向螺棱元件、反向捏合块等方法实现。 物料的熔融塑化机理和单螺杆相似、热量来源于外部的加热 与内部摩擦的剪切热两个方面，但两者所占的分量有所不同， 这里介绍几种以物料输送机理为主的双螺杆挤出机工作原理。
概述
啮合型异向旋转平行双螺杆挤出机
对于封闭型(即共轭)的啮合区，如图5-5所示，连续的螺槽被相互分隔 为封闭的“C”形室，随着螺杆的旋转，各“C”形室物料沿着螺杆轴 线向机头方向移动，螺杆每旋转一周，物料在“C”形室中推进一个导 程。物料的轴向移动与其自身的流变特性无关，即物料的摩擦性质和黏 度对输送特性没有影响，这种输送称为强制输送，亦称正位移输送。由 于封闭，正位移输送过程中没有漏流和压力流，因而具有最大的输送能 力，但是，各封闭的“C”形室中的物料因没有通道进行交换和混合， 所以混合性能较差。另外，由于“C”形室间互不相通，压力将随各螺 槽中物料的多少而增加或减少，使机头出口处容易出现压力和产量的波 动。
挤出段螺杆设计计算.
挤出段螺杆设计计算（参考文献米糠榨油机榨螺设计）2011-9-14 一．挤出部分基本尺寸：进料段：1]螺杆外径D=145mm=0.145m2]螺杆根径D1=106mm=0.106m3]螺距S1=250mm=0.25m4]螺棱外宽b1=16mm=0.016m5]l螺棱内宽b2=26mm=0.026m6]进料长度z1=5500mm=5.5m7]总长度z=6000mm=6m压缩末段；1]螺杆外径D=145mm=0.145m2]螺杆根径D2=134mm=0.134m3]螺距S2=50mm=0.050m4]螺棱外宽b3=14mm=0.014m5]螺棱内宽b4=24mm=0.024m6]末段长度z2=500mm=0.5m二．计算：1]进料段平均直径D=D-H1D=0.145-0.0195=0.1255=0.126m=126mm2]进料段螺棱高H1=(D-D1)/2H1=0.145-0.106/2=0.0195m=19.5mm3]压缩末段螺棱高H3=(D-D2)/ 2H3=0.145-0.134/2=0.0055m=5.5mm4]压缩比ε=(D-H1) H1/(D-H3) H3ε=（0.145-0.0195）x0.0195/(0.145-0.0055)x0.0055=3.25]进料段螺旋升角tanυ1=S 1/πDtanυ1=0.25/3.14x0.145=0.5490υ1=28.787°6]进料端螺旋根升角tanυ2=S1/πD1tanυ2=0.25/3.14xo.106=0.7511υ2=36.9°7]进料端螺旋平均升角tanφ= S1/πDtan=0.25/3.14x0.126=0.631φ=32.25°8]进料段螺槽外宽B 1= S1- b1=0.25-0.016=0.234m9] 进料段螺槽根宽B 2= S1- b2=0.25-0.026=0.224m10]进料段螺槽外法向宽度W1= B1xcosυ1=0.234xcos28.787°=0.205m11] 进料段螺槽根法法向宽度W2= B2xcosυ2=0.224xcos36.9°=0.179m12]进料段螺棱外法向宽度e 1= b1xcos υ1 =0.016xcos28.787°=0.014m13]进料段螺槽平均法向宽度W均=Scos φ-e1=0.25xcos32.25°-0.014=0.198m14]进料段因数K=( D/D)x(sin φ+fcos φ)/(cos φ-fsin φ);式中f—摩檫系数0.3K=(0.126/0.145)x(sin32°+0.3xcos32°)/(cos32°-0.3xsin32°)=0.987615}M=(2H 1/W 1)xsinυ[K+( D/D)cos φ]+sinυ[K+(D 1/D)cos υ1]M=(2x19.5/205)sin28.787°[0.988+(126/145)cos32°]+sin28.787°[0.988+106/145cos36.9°=0.81516]物料升角sinθ=[（1+K 2-M2）1、2-KM]/(1+K2)=0.172θ=9.9°17]能量消耗e w=πNDWZFcosθ（P 2-P 1）/Ln(P 2/P 1)式中N—6r/min/60=0.1r/s;P 2—压缩段出口压力=2.0MPa=2000000PaP 1—加料段入口压力=0.4MPa=400000PaZ—螺杆总长度6me W=3.14x(6/60)x0.145x0.205x6x0.3xcos9.9°(2000000-400000)/Ln2000000/400000=16548W=16.5KW18]物体体积输送率：（每转一转固体输送量）Q v/n=π2DH1(D-H1)xtanυ1xtanθx[W均/(W均+ε)]/(tanυ+tanθ)=3.142x0.145x(0.145-0.0195)xtan28.787°xtan9.9°x[0.198/0.198+3.2]/( tan28.787°+tan9.9°)=0.00137m3/r=1.37x10-3m3/r19]物料质量输送率：Q g=ρQ v;式中—ρ—米糠容量=0.32公斤/升，公斤/升；1000升=1米3 Q g=0.32x1000x0.00137=0.438公斤(kg)20]螺杆轴向压力P a=(4.3059—3.094Lg△P)△PxA; 式中A=πD2P a=(4.3059—3.094xLg2)2x3.14x0.1452/4=0.1115MN21]螺杆压应力σy=P a/A r ; A r=πD21/4σy=0.1115/(3.14x0.1062/4)=12.67MN22]螺杆扭矩M n=9549N max/n max xη=9549x16.5/6x0.95=27642N.m23]螺杆剪应力τ=M n/W n x106 ;抗扭截面模量W n=πD31/16=3.14x0.1063/16=0.0002337τ=27642/0.0002337x106=118.261MN/m224]强度校核（σy2+4τ2）1/2≤[σ]=278MN/m2(螺杆材料38CrMoAiA许用应力) （12.6702+4x118.2612）1/2=236.86MN/m2≤[σ]=278MN/m225]刚度校核:1167M n(1+μ)/ED4≤[I]=1°/m1167x27642x(1+0.3)/200x109x0.1454=0.474°≤[I]。
第三节挤出机常规螺杆设计
第三节挤出机常规螺杆设计挤出机是一种常用的塑料加工设备，其核心部件是螺杆。
螺杆是通过旋转来将塑料颗粒加热熔融，并将其挤出形成所需的形状。
挤出机常规螺杆设计需要考虑多种因素，包括塑料的性质、加工工艺要求以及挤出机的性能等。
下面将详细介绍挤出机常规螺杆的设计原则和步骤。
1.确定塑料的性质：不同的塑料材料具有不同的熔融特性。
在设计螺杆时，需要了解塑料的熔融温度、熔融指数、熔融粘度等参数。
这些参数将影响螺杆的螺距、螺槽深度等几何参数的选择。
2.确定加工工艺要求：挤出机的加工工艺要求包括挤压量、产量、温度控制等。
这些要求将决定螺杆的直径、长径比、螺距、螺槽深度等几何参数的选择。
3.确定挤出机的性能：挤出机的性能包括马力、转速、加热功率等。
这些参数将对螺杆的设计产生直接影响。
一般来说，较大功率的挤出机需要具有较大直径和较长长度的螺杆。
4.计算螺杆几何参数：根据以上信息，可以进行螺杆几何参数的计算。
螺杆的几何参数包括：-直径：一般选择直径与挤出机的直径存在合理比例关系，一般为20-30倍。
-螺距：根据挤出机的产量要求和塑料的熔融特性来确定，一般为直径的1.5-2倍。
-螺槽深度：根据挤出机的产量要求和塑料的熔融特性来确定，一般为螺距的0.2-0.3倍。
-螺杆长度：一般根据挤出机的马力和转速来确定，一般为直径的20-30倍。
5.确定螺杆结构：根据以上几何参数，可以确定螺杆的结构。
常见的螺杆结构有标准型、混合型、倒模型等。
不同的结构适用于不同的加工工艺和塑料材料。
6.进行材料选择：根据螺杆的工作环境和要求，选择适合的螺杆材料。
常用的螺杆材料有38CrMoAlA、42CrMo等。
7.进行螺杆加工和组装：根据螺杆的设计图纸和参数，进行螺杆的加工和组装工作。
螺杆的加工工艺包括车削、镗削、磨削等。
总结起来，挤出机常规螺杆的设计需要考虑塑料性质、加工工艺要求、挤出机的性能等多种因素。
通过对这些因素的分析和计算，可以确定螺杆的几何参数和结构，进而进行螺杆的加工和组装。
常规螺杆设计
螺杆的压缩比
作用：将物料压缩，排除气体，建立必要 的压力，保证物料到达螺杆末端时有足 够的致密度。 几何压缩比要大于物理压缩比 获得压缩比的方法： 等距变深、锥形螺杆、等深不等距，不等 深不等距等。
螺棱的宽度一般为0.08—0.12D，但在螺 ， 螺棱的宽度一般为 槽的底部则较宽，其根部应用圆弧过渡。 槽的底部则较宽，其根部应用圆弧过渡。
（七）螺杆头部结构和螺纹断面形状
螺杆材料和强度的计算
（一）螺杆材料
我国目前常用的材料有 45号钢 40Cr 氮化钢 38CrMoAlA 等材料。
（三）关于螺杆长径比的确定
1 增加螺杆长径比，塑料在螺杆中的停留 时间增加，塑化的更加均匀，故可以提 高螺杆转速来提高产量。 2 长径比加大后螺杆、料筒和装配等比较 困难和复杂。 3 塑料挤出机一般选择 L/D=18，20，25，30，40，45
（四）螺杆的分段和各段参数的确定 1 加料段的设计
（一）螺杆型式的确定
（1）渐变型螺杆 （2）突变型螺杆
密炼机下辅机螺杆
（二）关于螺杆直径的确定
我国挤出机的螺杆直径标准:30、45、 65、90、120、150、200。 一般情况下，螺杆的直径应符合 此系列，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 所要求的生产率确定。
（五）螺杆与料筒间隙的确定
必须结合被加工物料的性质，机 头的阻力，螺杆和料筒的材质及其 热处理情况、机械加工条件以及螺 杆的直径的大小螺纹升角: S=пDtg ɸ, D =S, ɸ=17。41’ 加料段螺纹升角30。适合粉料， 17。适合圆柱料， 15。适合方块料。 螺纹头数：单头和双头。 螺纹棱部宽度e： e小：漏流增加，产量降低。 e大：增加螺棱的动力消耗，产生局部过热。
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立必要的压力，保证物料到达螺杆末端时有足够的 致密度。压缩比有二，一是几何压缩比，一是物理 压缩比。
• 所谓几何压缩比：加料段第一个螺槽容积与均化段
最后一个螺槽容积之比。
• 所谓物理压缩比：均化段熔体密度与物料加工之前
的松密度之比。
• b)设计原则 • 应使几何压缩比大于物理压缩比。 • c）获得压缩比的方法，可采用等距变深螺槽、等
• 1、关于螺杆型式的确定
按照传统的说法，常规全螺纹三段螺杆分为渐变型螺 杆和突变型螺杆。
2、螺杆的分段及各段参数的确定
• 如前所述，常规全螺纹三段螺杆一般分为加
料段、压缩段、均化段（计量段、挤出段）。
• 由挤出过程知，物料在这三段中的挤出过程
是不相同的。在设计螺杆时，每一段几何参 数的选择，应当围绕着该段的作用以及整根 螺杆和各段的相互关系来考虑。
• 出于机械加工的方便，一般取D=S，
θ=17°40’。
• b、螺纹的头数i
螺杆螺纹可以是单头的，也可以是双头的。多头螺纹 用得较少，这是因为物料在多头螺纹中不易均匀充满， 易造成波动。
• c、螺纹棱部宽度e • a）e太小会使漏流增加，而导致产量降低，特别是对
低粘度的熔体来说更是如此。
• b）e太大会增加螺棱上的动力消耗，有局部过热的危
• 常用来挤出粘度较大、导热性不良或有较为明显熔
点的塑料。
• 6、螺纹断面形状
常见螺杆螺纹的断面形状有三种。
• a、矩形。在螺槽根部有一个很小的圆角半径，它有
最大的装填体积，而且机械加工比较容易，适用于 加料段
• b、锯齿形。改善了塑料的流动情况，有利于搅拌
塑化，也避免了物料的滞留。适用于压缩段和均化 段。
第一章 挤出机
第三节 常规螺杆设计
• 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)正是在这一部分由玻璃态转变为粘
流态，然后通过口模、辅机而被做成各种制 品的。
• 如果就螺杆和料筒相比，螺杆更显得居于关
键地位。这是因为一台挤出机的生产率、塑 化质量、填加物的分散性、熔体温度、动力 消耗等，主要决定于螺杆的性能。
• c)均化段的长度也多凭经验确定。对于非结晶性塑
料，均化段长度约占螺杆全长的22—25%；对结晶性 塑料，均化段长度约占螺杆全长的25～35%。
• 3、螺杆与料筒间隙的确定 • a、间隙δ选取所考虑的因素：
a）被加工物料的性质。（如热敏性与非热敏型物料）
b）机头阻力情况。
c）螺杆料筒的材质及其热处理情况
深不等距螺槽、不等深不等距螺槽、锥形螺杆等方 法。
• 其中等距不等深螺槽的办法易于进行机械加工，故
多采用。
• d) 压缩比的确定： • 热喂料橡胶螺杆1.3—1.5 • 冷喂料橡胶螺杆1.7—2.1 • 塑料螺杆一般根据塑料种类不同取2--5 • e）压缩段的长度
目前国内多以经验方法确定。根据一般经验。对非结 晶型塑料，压缩段约占整个螺杆长度的55—65%；而 对于结晶性塑料，则取（1—4）D不等。
热处理：调质HB220—270，镀硬铬HRC＞55
• c）氮化钢、38CrMoAl综合性能比较优异，
应用比较广泛。一般氮化层达 0.4—0.6毫米。
但这种材料抵抗氯化氢腐蚀的能力低，且价格 较高。
热处理：调质HB220—270，渗氮HRC＞65。
• c、斜切截锥体的螺杆头 • 其端部有一个椭圆平面，当螺杆转动时，它能使料流
搅动，物料不易因滞流而分解。
• d、锥部带螺纹的螺杆头 • 能使物料借助螺纹的作用而运动，主要用于电缆行业
• e、鱼雷头螺杆头 • 与料筒之间的间隙通常小于它前面的螺槽深度。有
的鱼雷头表面上开有沟槽或加工出特殊花纹。“它 有良好的混合剪切作用，能增大流体的压力和消除 波动现象”。
• 250大螺杆
• 锥双压片
• 锥形双螺杆
• 常规全螺纹三段螺杆的设计 • 所谓常规全螺纹三段螺杆，是指出现最早、应用最
广、整根螺杆由三段组成，其挤出过程完全依靠全 螺纹的形式完成的螺杆。这种螺杆的设计包括螺杆 型式的确定、螺杆分段及各段参数的确定、螺杆直 径和长径比的确定、螺杆和料筒间隙的确定等，下 面分别叙述。
• b、常用材料及热处理
目前我国常用的螺杆材料有45号钢、40Cr、氮化钢、 38CrMOAl等。
• a）45号钢便宜，加工性能好，但耐磨耐腐蚀性能差。
热处理：调质HB220—270，高频淬火HRC45—48
• b）40Cr的性能优于45号钢，但往往要镀上一层铬，
以提高其耐腐蚀耐磨损的能力。但对镀铬层要求较高， 镀层太薄易于磨损，太厚则易剥落，剥落后反而加速 腐蚀，目前已较少应用。
• b)如果螺槽太浅，产量就会降低，而且熔体会受到
过大的剪切，熔体的温度会变得过高，非但不能获 得低温挤出，甚至会引起过热分解。
• c)均化段螺槽深度的选择还应当与使用的机头相匹
配：若想获得高的挤出量，高压机头应当与浅的均 化段螺槽的螺杆相匹配，低压机头应当与均化段螺 槽深的螺杆相匹配。
• d)均化段螺槽深度h3的确定比较复杂，目前仍以经
• c、均化段。由挤出过程知，该段的作用是将来自压
缩段的已熔物料定压定量定温地挤到机头中去。
均化段的螺槽深度和长度是两个重要参量。
• 螺槽深度 应当设计的使该段的计量能力与压缩段的
熔融能力相匹配，以适当地控制每一转的挤出量。
• a)如果该段螺槽深度过大，使其潜在的熔体输送能
力大于熔体熔融能力，压缩段未熔融的物料会进入 该段，残留的固相碎片若得不到进一步均匀塑化而 挤入机头，会影响制品质量。
料段长度一般取为螺杆全长的60—65%。
• 螺旋角也是一个影响输送能力的因素，由固体输送理
论 得 知 ， θb 越 大 ； Qs 越 大 。 但 通 常 取 D=S ， 即 θb=17°40。
• 螺越大杆。表面摩擦系数越小（料筒的摩擦系数越大），QS
• b、压缩段。压实物料，熔融物料。
压缩段螺杆参数中有个重要概念，即压缩比。
d）机械加工条件
e）螺杆直径的大小。螺杆直径越大，δ的绝对值应选 得越大，螺杆直径越小，δ的绝对值应选得越小。
• b、选取 • 我国已有挤出机系列标准的直径间隙值，可根据情况
选取。δ＝（0.003—0.005）D, 直径大者取小值，小者 取大值。
• 4、螺杆其它参数的确定 • a、螺旋升角θ：
实验证明，物料形状不同，对加料段的螺纹 升角要求也不一样。
体中流道的设计和分流板的设计等有密切关系。
• 根据常用的螺杆头的形状，分成以下几类：
• a、钝的螺杆头 • 总有因物料在螺杆头前面停滞而分解的危险，即使
稍有曲面和锥面的螺杆头通常也不足以防止这一点， 对以上形式的螺杆头一般要求装分流板。
• b、带有较长锥面的螺杆头 • 也难免在螺杆的端点因停滞物料被烧焦的现象。
• a、加料段。输送物料给压缩段和均化段。加料段的
核心问题是输送能力。
• 通过加大加料段的螺槽深度h1来实现提高输送量Qs。 • 通过在料筒加料段处开纵向沟槽和加工出锥度来实现
提高输送量Qs。
• 增加加料段的长度会使产量的提高。加料段的长度与
压力的建立、熔融区的熔融状况和波动有关。
• 加料段的长度一般取(3—10）D，对于结晶性塑料，加
险。
• 一般取e=（0.08-0.12）D。
• 5、螺杆头部结构 • 当塑料熔体从螺旋槽进入机头流道时，其料流形式
急剧改变，由螺旋带状的流动变成直线流动。
• 为得到较好的挤出质量。要求物料尽可能平稳地从
螺杆进入机头，尽可能避免局部受热时间过长而产 生热分解现象。
• 这与螺杆头部形状、螺杆末端螺纹的形状以及机头
• c、双楔形。输送物料稳定，提高塑化效果。
• 7、螺杆材料 • a、对材质的要求 • 由挤出过程可知，螺杆是在高温、一定腐蚀、强烈磨
损、大扭矩下工作的，因此，螺杆必须：
--耐高温，高温下不变形； --耐磨损，寿命长； --耐腐蚀，物料具有腐蚀性； --高强度，可承受大扭矩，高转速； --具有良好的切削加工性能； --热处理后残余应力小，热变形小等。
验方法确定。
h3=（0.02—0.06）D
• 螺杆直径较小者，h3取大值，反之，取小值。
• 均化段长度L3是另一个重要参数。
• a)、温度的波动。
• b)但L3不能过长，否则会使压缩段和加料段在螺杆
全长中占的比例变小，不利于物料的熔融，或使螺 杆加长。