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螺杆的结构你知多少？

来源：未知浏览：发布日期：2017-10-19 09:27【大中小】

螺杆的结构分别有以下几个结构组成：
长径比（L/D）
通常，厂商确定螺杆长径比（L/D）的方法上各有不同。一些制造商将螺杆的封闭部分定义为螺杆长度，即从进料口的前端到螺杆的末端，一些制造商则从进料口的中心位置开始计算，而另一些则将实际的有效长度定义为螺杆长度。不管怎样，他们确定长径比的方法还有待商榷。
图1所示的是螺杆制造商在加工螺杆时计算实际长度的具体方法。例如，一根直径为63.5mm的螺杆的L/D确定如下：
螺杆直径=63.5mm
螺杆长度=1600.2mm
那么，L/D=1600.2/63.5=25.2。
在此基础上，厂商会将挤出机的L/D定为24:1，而螺杆制造商则将其L/D确定为25.2，因为这是机械加工的实际数值，螺杆制造商必须准确确定，才能完成产品制造。
挤出机的典型L/D为24:1、30:1或32:1。针对某些特殊应用时，还有L/D短至10:1和长至50:1的情况。通常，L/D的合理与否由加工工艺和具体应用决定。
进料段――深度
从图1可以看出，螺杆的进料段是聚合物从料斗送入螺杆时首先接触到的螺杆区域。一般来说，对于平滑内膛的挤出机，这是螺杆最深的一部分。对于直径为63.5mm或者更小的螺杆，需要特别注意螺杆的这一段，以降低由于超过螺杆扭矩而造成的螺杆扭曲的风险。有时，采用17-4 Ph不锈钢或其他高屈服材料来制造这种小型螺杆是非常明智的，因为这样能够降低发生故障的风险。
L/D=(螺杆长度/螺杆直径)
图1 单螺杆的结构示意图根据经验，进料段的螺杆深度不应该超过：
Fdmax =0.2(螺杆直径)
方程式1
这一公式适用于直径为114.3mm，甚至更小的螺杆。例如，直径为63.5mm的螺杆的深度应该满足：
Fdmax =0.2×(63.5mm) = 12.7mm
方程式2
如果螺杆设计所要求的螺杆深度比Fdmax要大，那么应该精确计算螺杆的扭矩。如果螺杆的屈服强度超过了螺杆所用钢材的2:1这一安全系数，那么就需要选择屈服强度更高的钢材料。
进料段――长度
螺杆进料段的主要功能是完成固体物料的输送。固体输送的基本理论是“塑料必须粘附于料筒，并在螺杆上滑动，从而保证聚合物能够向前移动” 。因此，聚合物与料筒壁之间的摩擦系数(COF) 必须大于聚合物与螺杆根部之间的摩擦系数。对于那些本身COF就高的聚合物，并不需要太长的进料段。而对于大多数树脂来说，进料段的长度一般为螺杆直径的4~5倍，以提供足够的压力来输送物料向前移动。
对于那些具有低COF的树脂，进料段的长度可能要达到直径的8~10倍。通常，需要长进料段的一个原因是，确保将更多的热量传递给固体树脂，使树脂粘附于机筒上，从而产生物料向前输送所需的压力。需要注意的是，对于难于进料的材料，可以采用内冷螺杆来保持螺杆根部的冷却，从而增大树脂与螺杆根部的钢材料之间的COF。
应该指出的是，为了找到改善那些COF较差的固体物料的输送方法，早在20世纪60年代，欧洲就开发出了沟槽（groove）进料技术。现在，该技术也已经完全被美国采用。但是，作为一项重要的加工技术其发展仍然比较缓慢。
过渡段
传统螺杆的过渡段或压缩段主要用于聚合物的熔融。该部分的深度最初与进料段相当，并由根部开始逐渐变浅，最终达到计量段的深度。采用这种设计的好处是，能够迫使物料直接接触料筒壁，而这里正是树脂发生熔融的地方。
在过渡段的设计中，必须知道的最重要的因素是，过渡段的坡度必须与材料的熔融速率尽可能地匹配。为了将挤出机的产率最大化，并降低螺杆和料筒组件的磨损，这种计算非常必要。
通常，对于一个24:1 L/D的螺杆，其过渡段的长度一般为螺杆直径的5~10倍，具体情况视所加工的聚合物的类型而定。
计量段
螺杆的计量段是聚合物完成熔融，并通过加压使熔融物料克服挤出压力（头压）的区域。其简单计算如下：
产量=2.3D2hmSGN
方程式3
其中，D表示螺杆直径，hm表示计量段深度，SG表示树脂的密度，单位为g/cm3，N表示螺杆转速，单位为r/min。
该公式能够估算出螺杆的产率，或者逆向计算出计量深度，以此确定理论上的大致产量。但是，该公式主要适用于头压较低的情况。
压缩比
压缩比可以说是最易被滥用和误解，但是广泛使用的螺杆专用术语。
压缩比=Hf/Hm
方程式4
举例来说，如果直径为63.5mm的螺杆其进料段深度（hf）为7.62mm，计量段深度(hm)为2.54mm，那么，压缩比就是：
CR=7.62mm/2.54mm=3:1
方程式5
但是，也可能同样是直径为63.5mm的螺杆，其进料段深度为11.43mm，计量段深度为3.81mm，而压缩比同样为3:1，但计算方程式为：
CR=11.43mm/3.81mm=3:1
方程式6
尽管这两只螺杆的压缩比都是3:1，但实际上它们是两根完全不同的螺杆。第一根螺杆的剪切速率更高，而产率只能实现2/3。第二根螺杆的剪切速率相对较低，能够加工对剪切力更敏感的材料，且具有更高的产率。

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