材料成形设备塑料
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常规螺杆优点如下：结构简单、制造容易、适用范 围宽，应用广泛
缺点：非针对某塑料设计，熔融、塑化难以最佳 常见结构有：
分离型 屏障型 分流型
料筒的结构
与螺杆共同组成塑化系统，重要零件 工作条件类同螺杆，多用38CrMoAl，但内壁耐磨要
求很高。 方法：内壁衬套 / 内壁浇铸 几点注意：
型号表示：SJ-65/20A 塑料（S）挤出机（J），螺杆直径65mm，
螺杆长径比20，第一次改进（A）
挤出机的主要技术参数
螺杆直径（mm） 螺杆长径比 挤出能力 螺杆的转速范围 主螺杆驱动电机功率 料筒加热功率
挤出机挤出过程
固体输送理论（wenku.baidu.com）基本假设
由Darnell和Mol建立 基本假设
螺杆的结构与参数
等深式与等距式 渐变式与突变式 主要参数：
螺杆直径 长径比 螺杆的分段 头部结构
材料与制造
工作条件： 高温、高压、磨损、腐蚀、大扭矩
加工要求： 高精度、低粗糙度、高表面硬度和心部韧性
适宜材料： 45、40Cr、38CrMoAl，表面渗氮
新方法： 硬质合金堆焊螺棱
新型螺杆
一般给定口模，k即为常数 随着温度提高，粘度μ会下降，导致曲线变
陡
挤出机综合工作点（三）综合工作点
螺杆特性线与口模特性线的交点 表明：
给定螺杆和口模、转速一定时挤出机头的 压力和流率（生产率）
改变工作条件时挤出机可产生的变化 意义：生产前由该图确定工作区域、选定最
佳操作条件，在保证质量前提下获得较高的 产量
ZT
H1
(2
A)
其中：A = (h1-h3) / 2
W
G X1 H0 W
vbx
km
(Tb
Tm
)
v
2 j
/
2
2
CS (Tm Ts )
熔融理论（五）主要结论
物料性能、工艺条件、螺杆几何参数都有影 响。具体表现在：
比热容小、导热系数大、密度高、熔融潜热 和熔融温度低的塑料熔融较快
挤出量的增加使熔融变慢，产品品质变差。 故生产中：n增加时，同时增加背压，控制G 的增加
挤出过程
挤出生产过程及设备组成
设备组成： 主机，包括挤出系统、传动系统、加热冷却 系统 辅机，包括机头、定型装置、冷却装置、牵 引装置、切割卷取装置等 控制系统，包括电器与液压系统
挤出机主机
挤出机分类与型号表示
分类 按螺杆数：单螺杆与多螺杆 按是否排气：排气式与非排气式 按有无螺杆：螺杆式与无螺杆式 按螺杆位置：卧式与立式
由流体力学可以导出：
Qz
1
2
2D2nh3 sin
cos
Qp
Dh33 sin 2 121L3
( p2
p1)
Ql
2D202tg 102e3L3
( p2
p1)
熔体输送理论（三）主要结论
提高D、n、L3、e3，减小δ，可提高生产率 出口压力高、熔体粘度小、逆流和漏流增大 均化段螺槽深度的影响，分两种情况：
加料段的开槽与锥度 加料段的冷却 加料口的形状 与机头连接形式
分流板与过滤网
位于螺杆头部与口模之间。作用有： 提高熔体压力，保证塑化质量 防止未熔粒子进入口模 将料流由螺旋运动变为直线运动 使料流速度分布均匀
tg tg tg tg
固体输送理论（三）固体输送率
由上式可求得：
Qs
2nh1D(D
h1)
tg tg tg tg
(W W
) e
可见：
Qs与D2成正比，与n和h1成正比 Qs与θ关系密切，θ= 0， Qs= 0
θ= 90°， Qs= Qsmax θ叫输送角，0<θ<90 °
固体输送理论（四）主要结论
要获得大的输送率需要光滑的螺杆表面和轴向摩擦 力很小而且切向摩擦力很大的料筒内表面
固体输送区的功率消耗主要消耗在料筒上，主要由 物料和料筒间的打滑引起
在固体输送区及早建立压力有利于挤出，即：早压 实、不松散，有利于物料沿螺槽运动
物料的性质、几何形状、对Qs、压力、料温有直接 影响
典型应用：在料筒加料段内壁开纵向沟槽（带锥 度）、进行强力冷却
提高Tb和Ts有利于加速熔融 增大渐变度、减小间隙，有助于加速熔融
熔体输送理论（一）基本假设
基本假设： 进入均化段的物料已全部熔融 螺槽为矩形等深螺槽，且螺距不变 螺杆不转，料筒反转
流动方式： 正流 逆流 横流 漏流
熔体输送理论（二）计算公式
均化段的生产率（即挤出机的生产率）为：
Q = Qz – Qp – Ql
螺槽中的物料像固体塞子一样移动，且密 度不变
塞子与所有面都接触 螺槽为等深矩形，并忽略螺棱与料筒间隙 料筒相对螺杆转动，螺杆不动
固体输送理论（二）受力分析
图中：
Vb——料筒运动线速度， Vb=πD n Vp——料塞沿螺纹方向的速度
Vbp——料塞相对料筒的速度差，Vbp=Vb-Vp
可求得：
Vpl
Vb
熔融理论（一）基本状况
研究时间不长，仍处于发展期 目的： 指导螺杆熔融区的设计 预测挤出机的最佳工作条件 理论基础： 由Madock和Street所作的大量试验 后期由Tadmor和Klein建立起熔融理论
熔融理论（二）实验观察
实验原理： 将着色物料与本色物料混合挤出，稳定后
快速停车并骤冷料筒和螺杆，抽出螺杆后， 将不同螺距处塑料沿垂直螺棱的方向切片观 察 观察结果：
到第七螺距，出现熔膜 到第九螺距，出现熔池 到第二十螺距，全部熔融
熔融理论（三）实验解释
物料压成固体床——与料筒接触处升温—— 形成熔膜——到一定厚度被螺棱刮下——形 成熔池——与熔池接触的粒子熔融——熔池 扩大——完全熔融
熔融模型 从开始熔融
到固体床消 失的总长度 就是熔融区
熔融理论（四）计算公式
出口压力高时，因为逆流较大，降低h3有利于 提高生产率
出口压力低时，逆流影响较小，提高h3有利于 提高生产率 生产应用：品质要求高时，一般p2大，最好用浅螺 槽螺杆；一般品质时，可减小多孔板和过滤网的阻 力，以提高生产率
挤出机综合工作点（一）螺杆特性线
公式Q = Qz – Qp – Ql可改写为：
Q n p p n ( )p
1
2
1 2
对给定螺杆，α、β、γ为常数
挤出稳定后，温度、n、μ均不变
说明：挤出量Q与机头压力p为直线关系
转速n增加，曲线平行向上平移
均化段螺槽深度和螺纹升角增大，会使 Q下降 加快，即曲线变陡
挤出机综合工作点（二）口模特性线
由流体力学，可知： Q k p
缺点：非针对某塑料设计，熔融、塑化难以最佳 常见结构有：
分离型 屏障型 分流型
料筒的结构
与螺杆共同组成塑化系统，重要零件 工作条件类同螺杆，多用38CrMoAl，但内壁耐磨要
求很高。 方法：内壁衬套 / 内壁浇铸 几点注意：
型号表示：SJ-65/20A 塑料（S）挤出机（J），螺杆直径65mm，
螺杆长径比20，第一次改进（A）
挤出机的主要技术参数
螺杆直径（mm） 螺杆长径比 挤出能力 螺杆的转速范围 主螺杆驱动电机功率 料筒加热功率
挤出机挤出过程
固体输送理论（wenku.baidu.com）基本假设
由Darnell和Mol建立 基本假设
螺杆的结构与参数
等深式与等距式 渐变式与突变式 主要参数：
螺杆直径 长径比 螺杆的分段 头部结构
材料与制造
工作条件： 高温、高压、磨损、腐蚀、大扭矩
加工要求： 高精度、低粗糙度、高表面硬度和心部韧性
适宜材料： 45、40Cr、38CrMoAl，表面渗氮
新方法： 硬质合金堆焊螺棱
新型螺杆
一般给定口模，k即为常数 随着温度提高，粘度μ会下降，导致曲线变
陡
挤出机综合工作点（三）综合工作点
螺杆特性线与口模特性线的交点 表明：
给定螺杆和口模、转速一定时挤出机头的 压力和流率（生产率）
改变工作条件时挤出机可产生的变化 意义：生产前由该图确定工作区域、选定最
佳操作条件，在保证质量前提下获得较高的 产量
ZT
H1
(2
A)
其中：A = (h1-h3) / 2
W
G X1 H0 W
vbx
km
(Tb
Tm
)
v
2 j
/
2
2
CS (Tm Ts )
熔融理论（五）主要结论
物料性能、工艺条件、螺杆几何参数都有影 响。具体表现在：
比热容小、导热系数大、密度高、熔融潜热 和熔融温度低的塑料熔融较快
挤出量的增加使熔融变慢，产品品质变差。 故生产中：n增加时，同时增加背压，控制G 的增加
挤出过程
挤出生产过程及设备组成
设备组成： 主机，包括挤出系统、传动系统、加热冷却 系统 辅机，包括机头、定型装置、冷却装置、牵 引装置、切割卷取装置等 控制系统，包括电器与液压系统
挤出机主机
挤出机分类与型号表示
分类 按螺杆数：单螺杆与多螺杆 按是否排气：排气式与非排气式 按有无螺杆：螺杆式与无螺杆式 按螺杆位置：卧式与立式
由流体力学可以导出：
Qz
1
2
2D2nh3 sin
cos
Qp
Dh33 sin 2 121L3
( p2
p1)
Ql
2D202tg 102e3L3
( p2
p1)
熔体输送理论（三）主要结论
提高D、n、L3、e3，减小δ，可提高生产率 出口压力高、熔体粘度小、逆流和漏流增大 均化段螺槽深度的影响，分两种情况：
加料段的开槽与锥度 加料段的冷却 加料口的形状 与机头连接形式
分流板与过滤网
位于螺杆头部与口模之间。作用有： 提高熔体压力，保证塑化质量 防止未熔粒子进入口模 将料流由螺旋运动变为直线运动 使料流速度分布均匀
tg tg tg tg
固体输送理论（三）固体输送率
由上式可求得：
Qs
2nh1D(D
h1)
tg tg tg tg
(W W
) e
可见：
Qs与D2成正比，与n和h1成正比 Qs与θ关系密切，θ= 0， Qs= 0
θ= 90°， Qs= Qsmax θ叫输送角，0<θ<90 °
固体输送理论（四）主要结论
要获得大的输送率需要光滑的螺杆表面和轴向摩擦 力很小而且切向摩擦力很大的料筒内表面
固体输送区的功率消耗主要消耗在料筒上，主要由 物料和料筒间的打滑引起
在固体输送区及早建立压力有利于挤出，即：早压 实、不松散，有利于物料沿螺槽运动
物料的性质、几何形状、对Qs、压力、料温有直接 影响
典型应用：在料筒加料段内壁开纵向沟槽（带锥 度）、进行强力冷却
提高Tb和Ts有利于加速熔融 增大渐变度、减小间隙，有助于加速熔融
熔体输送理论（一）基本假设
基本假设： 进入均化段的物料已全部熔融 螺槽为矩形等深螺槽，且螺距不变 螺杆不转，料筒反转
流动方式： 正流 逆流 横流 漏流
熔体输送理论（二）计算公式
均化段的生产率（即挤出机的生产率）为：
Q = Qz – Qp – Ql
螺槽中的物料像固体塞子一样移动，且密 度不变
塞子与所有面都接触 螺槽为等深矩形，并忽略螺棱与料筒间隙 料筒相对螺杆转动，螺杆不动
固体输送理论（二）受力分析
图中：
Vb——料筒运动线速度， Vb=πD n Vp——料塞沿螺纹方向的速度
Vbp——料塞相对料筒的速度差，Vbp=Vb-Vp
可求得：
Vpl
Vb
熔融理论（一）基本状况
研究时间不长，仍处于发展期 目的： 指导螺杆熔融区的设计 预测挤出机的最佳工作条件 理论基础： 由Madock和Street所作的大量试验 后期由Tadmor和Klein建立起熔融理论
熔融理论（二）实验观察
实验原理： 将着色物料与本色物料混合挤出，稳定后
快速停车并骤冷料筒和螺杆，抽出螺杆后， 将不同螺距处塑料沿垂直螺棱的方向切片观 察 观察结果：
到第七螺距，出现熔膜 到第九螺距，出现熔池 到第二十螺距，全部熔融
熔融理论（三）实验解释
物料压成固体床——与料筒接触处升温—— 形成熔膜——到一定厚度被螺棱刮下——形 成熔池——与熔池接触的粒子熔融——熔池 扩大——完全熔融
熔融模型 从开始熔融
到固体床消 失的总长度 就是熔融区
熔融理论（四）计算公式
出口压力高时，因为逆流较大，降低h3有利于 提高生产率
出口压力低时，逆流影响较小，提高h3有利于 提高生产率 生产应用：品质要求高时，一般p2大，最好用浅螺 槽螺杆；一般品质时，可减小多孔板和过滤网的阻 力，以提高生产率
挤出机综合工作点（一）螺杆特性线
公式Q = Qz – Qp – Ql可改写为：
Q n p p n ( )p
1
2
1 2
对给定螺杆，α、β、γ为常数
挤出稳定后，温度、n、μ均不变
说明：挤出量Q与机头压力p为直线关系
转速n增加，曲线平行向上平移
均化段螺槽深度和螺纹升角增大，会使 Q下降 加快，即曲线变陡
挤出机综合工作点（二）口模特性线
由流体力学，可知： Q k p