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  • 螺杆

    螺杆是指装在挤出机或注塑机料筒内可以转动且带有螺槽的金属杆。螺杆是挤出成型输送固体塑料、塑化塑料和输送熔体的部件。

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    简介/螺杆 编辑

    中文名 :螺杆  

    外文名:screw

    螺杆工作原理:螺杆是指装在挤出机或注塑机料筒内可以转动且带有螺槽的金属杆。螺杆是挤出成型输送固体塑料、塑化塑料和输送熔体的部件。通过螺杆的转动,料桶内的塑料才能移动,得到增压和摩擦热。塑料进入料斗后,与螺杆接触的塑料被螺杆咬住,随着螺杆的旋转被螺纹强制地向机头方向推进。塑料沿螺杆前移,经历了温度、压力、黏度甚至化学结构的变化,这种变化再螺杆的各段是不一样的,流动情况也是比较复杂的。

    单螺杆参数/螺杆 编辑

    1、螺杆直径:通常指螺纹的外径,这是螺杆的基本参数之一,是挤出成型机规格大小的表征,我国挤出成型机螺杆直径已经系列化,如25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80等。

    2、长泾比:螺杆的有效长度和螺杆直径之比(L/D)。这里的有效长度是指与塑料接触部分的长度,这是挤出成型机性能指标的主要参数之一,同时也是挤出成型机型号的表征之一,我国螺杆长泾比叶标准化、系列化,如20、25、26、28、30等。长泾比大的螺杆,能够改善塑料的温度分布,有利于塑料的混合与塑化,并能减少漏流和逆流,提高挤出机的生产能力,其适应性强,能用于多种塑料的挤出成型。随长泾比增加,自由端挠曲下垂,易引起料筒跟螺杆之间摩擦,增大了功率的消耗。

    3、螺杆分段:通常分三段,加料段(L1)、压缩段(L2)和计量段(L3)。加料段作用是压实塑料,并输送固体塑料,长度约为2D-10D;压缩段是熔化固体塑料,长度为螺杆有效长度的25%~50%,压缩段开始处的一个螺距螺槽的容积与计量段一个螺距螺槽容积之比称为几何压缩比(ε);计量段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,长度约为4D~7D。

    4、其它参数

    1)螺旋升角  一般采用螺纹导程与螺杆直径相等这样螺旋升角为17°42’

    2)螺槽深度(h1---加料段槽深和h3---均化段槽深),一般先确定h3再确定h1。h3对挤出机产量、质量均有较大影响。

    3)螺棱宽度e 太小使的漏流量增加,削弱螺棱强度,降低产量;太大增加动力消耗,有局部过热危险,一般是螺杆直径的10%。

    4)螺杆与料筒的间隙δ,间隙太大漏流量增加,太小易挡膛,我国专业标准已作明确规定。

    5)螺纹头数 一般单头螺纹,也有双头和更多头

    6)螺杆头部形状  常见平头、尖头、球型、扇形体、椎体等

    双螺杆参数/螺杆 编辑

    1)双螺杆类型

    按两根螺杆轴线的几何角度分:平行型双螺杆和锥形双螺杆。

    平行型双螺杆分分啮合式和精密啮合式。

    按相对旋转方向可分:同向旋转和反向旋转。

    按上述方法,双螺杆挤出机分类如下

    ①紧密啮合同向旋转式平行(CICO)双螺杆挤出机

    ②紧密自洁同向旋转式平行(CSCO)双螺杆挤出机

    ③紧密啮合异向旋转式平行(CICT)双螺杆挤出机

    ④非啮合式反向旋转式平行(NOCT)双螺杆挤出机

    ⑤锥形双螺杆挤出机

    两根锥形螺杆在料筒中互相啮合、异向旋转,一根螺杆的螺棱顶部与另一根螺杆根部有合理间隙。由于异向旋转,一根螺杆上物料螺旋前进的道路被另一根螺杆堵死,物料只能在螺纹的推动下,通过各部分间隙轴向前进。当物料通过两根螺杆之间的径向间隙时,所受的搅拌和剪切十分强烈,因而塑化均匀。

    锥形双螺杆压缩比由螺槽从深到浅而形成,也有螺杆外径从大到小而形成,因而压缩比相当大,物料在料桶内塑化更充分,更均匀,保证了制品的质量,在此前体下,可以提高转速获得更高挤出量。

    螺杆职能/螺杆 编辑

    ①输送固体 当塑料进入挤出机的螺槽立即就被压实行程固体塞,并以恒定的速度移动。固体塞的移动是受螺杆、料筒表面之间的摩擦力控制。若塑料与螺杆之间的摩擦力为fs,塑料与机筒之间的摩擦力为fb,若fs<fb则塑料沿螺棱方向前进,以其分量沿螺杆轴向前进;若fs ≥fb则塑料就随着螺杆转动,不能沿轴向方向前进,也就是说挤出机不出料。

    ②熔化塑料  塑料再挤出机中熔融所需的热量,一方面是料筒外部加热器传递的热量;另一方面,是塑料与机筒之间摩擦及塑料相互间摩擦产生了大量的热量。

    ③输送熔体  已熔化了的塑料在熔体区的螺槽中,由复杂的流动状态分解成四种流动状态:正流(拖曳流动)、横流(环流)、逆流(倒流或者压力流动)和漏流。

    对材质的要求/螺杆 编辑

    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:

    1)耐高温,高温下不变形;

    2)耐磨损,寿命长;

    3)耐腐蚀,物料具有腐蚀性;

    4)高强度,可承受大扭矩,高转速;

    5)具有良好的切削加工性能;

    6)热处理后残余应力小,热变形小等。

    常用材料/螺杆 编辑

    目前我国常用的螺杆材料以下

    合金结构钢:40Cr、38CrMoAl,高温合金等。

    1)优质碳素结构钢:45#,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。

    2)合金结构钢:

    40Cr,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。热处理:调质HB220—270,镀硬铬HRC>55。

    42CrMo,淬火加电镀处理,淬火硬度HRC48~52,镀硬铬HRC>55,这种材料淬火后易电镀,镀层牢靠。

    38CrMoAl,氮化钢,热处理后高耐磨、高疲劳强度和较高的强度,综合性能比较优异,应用比较广泛。氮化层深 0.5—0.65mm,氮化硬度达1100~1200HV。若配合镍基碳化钨合金粉末一起使用,性能更好。但这种材料抵抗酸性腐蚀的能力低。

    3)合金工具钢:

    SKD61(H13)淬火处理,硬度50~55HRC,热处理变形小。表面可渗氮氮化处理,使加工出来的产品具有更好的耐磨性;表面电镀铬处理,单边层深3丝,可提高其耐腐蚀耐磨损的能力。

    4)不锈钢:

    9Cr18MoV、9Cr18Mo,淬火处理,硬度 :退火小于等于269HB;淬火回火后大于等于58HRC,具有耐磨耐腐蚀性能,常用于酸性介质的塑料中。

    5)其他材料

    高温合金材料优于其它材料,该材料不用镀层,主要用于注塑机生无卤螺杆,该材料抗氧化耐腐蚀性能高,热处理HRC55~60.

    镍合金材料C-276,用于氟塑料制品,此材料抗酸腐蚀能力强。

    螺杆用途/螺杆 编辑

    多用于塑料成型设备,如塑料型材挤出机,注塑机等。螺杆和机筒是塑料成型设备的核心部件。是加热挤出塑化的部分,是塑料机械的核心。

    新型螺杆/螺杆 编辑

    ①分离型螺杆  副螺纹的外径较主螺纹小,熔融的物料越过副螺纹进入熔态区域。由于主、副螺纹的螺旋升角不一样,按轴向来计,固态区域由宽至窄,而熔态区域由窄至宽。熔融的过程固态和熔态相分离,有效地避免了固体床破碎而引起的波动。部份未完全熔融的小颗粒越过副螺纹与料缸间的间隙时,受到高剪切而熔融,熔融速率改善。 此外,副螺纹的增加,加大了物料与螺杆间的传导面积,从而提高了熔融速率。 押出波动的改善和熔融速率的提高,使得我们可以提高螺杆转速,从而在保证押出物质量的前提条件下,提高押出量产,这就是分离型螺杆的本质所在。

    ②屏障型螺杆 当物料进入进口料槽后,由于前端封闭,在后边继续进料的力的推动下,只能越过较大间隙棱面进入出料槽内,然后从出料槽前端出口进入成型模具。在这个熔料移动过程中,没有塑化好的较大颗粒状熔料,不能通过棱面与机筒内径间的间隙,在屏障段的进料槽内受继续进料推力影响和前端封闭阻力作用,而形成旋转涡流,进一步得到塑化,待成为无无颗粒的熔融料时,才能通过较大间隙的棱面,进入出料槽后被挤出。

    ③往复移动式螺杆  螺杆上螺纹是不连续的,螺纹每转一圈中断n次。料筒是剖分式,可打开可快速清理物料,料筒内表面安装n排捏合销,捏合销可以调节、更换,带孔的销钉可以装传感器。螺杆芯部可以加热和冷却,料筒也可以加热和冷却。该机还有彻底的混合。捏合和自洁作用。工作原理:螺杆再连续旋转的同时还按一定规律做轴向往复运动(相对),这使得物料的运动较为复杂,料筒上的固定销如同第二根螺杆,起到对螺杆的清扫、对物料的输送、对物料进行分布和分散等作用,物料的混合主要在轴向而不在周向。

    ④销钉螺杆  螺杆的主体部分是普通的螺杆,销钉可设置在螺杆的熔融段或计量段的螺槽内或计量段末无螺槽的光滑圆柱形表面。销钉按一定的排列方式设置,可疏密程度不等,数量不等。圆柱形的销钉是将销钉装配到螺杆的孔中形成的;方形或菱形销钉是直接在螺杆上铣销形成的。如果这些销钉是在设置在熔融区,销钉可将固体床打碎,破坏两相流动,把固、液相搅在一起,使末溶固相碎块与已容物料的接触面积加大,促进熔融。如果销钉是设置在熔体输送区,则其主要作用是分割料流,增加界面,改变料流的方向,使流束重新排列。多次分流、汇合,改变流动方向,使熔体组分与温度均化。

    ⑤混炼段  均为设置在普通螺杆均化段末端的向内开槽结构,其外径与螺杆外径相等。沟槽分为若干组,每组之间是物料的汇合区。物料被沟槽分割,到汇合区汇会,再分割、汇合,其原理是销钉式类似的。

    ⑥排气式螺杆  排气式螺杆相当于有两根普通螺杆串联而成,两根螺杆之间的一段螺纹螺槽深度比其他段都深,该段称为排气段,在排气处的料筒上有一排气口。工作原理:塑料经过第一阶螺杆的加料段、压缩段混合后达到基本塑化状态,从第一计量段进入排气段,因排气段螺槽突然变深,料的压力骤降到零或以下,物料中原有的气体或者气化挥发物就会释放出来,使的基本塑化的熔融塑料膨胀起泡,在螺杆的搅拌及剪切下,气泡破裂并从物料中脱出后在排气口被排出,脱除了气体及挥发物的塑料继续通过第二压缩段和第二计量段挤出。

    磨损原因/螺杆 编辑

    1、每种塑料,都有一个理想塑化的加工温度范围,应该控制料筒加工温度,使之接近这个温度范围。粒状塑料从料斗进入料筒,首先会到达加料段,在加料段必然会出现干性磨擦,当这些塑料受热不足,熔融不均时,很易造成料筒内壁及螺杆表面磨损增大。同样,在压缩段和均化段,如果塑料的熔融状态紊乱不均,也会造成磨损增快。

    2、转速应调校得当。由于部分塑料加有强化剂,如玻璃纤维、矿物质或其他填充料。这些物质对金属材质的磨擦力往往比熔融塑料的大得多。在注塑这些塑料时,如果用高的转速成,则在提高对塑料的剪切力的同时,亦将令强化相应地产生更多被撕碎的纤维,被撕碎的纤维含有锋利末端,令磨损力大为增加。无机矿物质在金属表面高速滑行时,其刮削作用也不小。所以转速不宜调得太高。

    3、螺杆在机筒内转动,物料与二者的摩擦,使螺杆与机筒的工作表面逐渐磨损:螺杆直径逐渐缩小,机筒的内孔直径逐渐加大。这样,螺杆与机筒的配合直径间隙,随着二者的逐渐磨损而一点点地加大。可是,由于机筒前面机头和分流板的阻力没有改变,这就增加了被挤塑物料前进时的漏流量,即物料从直径间隙处向进料方向流动量增加。结果使塑胶机械生产量下降。这种现象又使物料在机筒内停留时间增加,造成物料分解。如果是聚氯乙烯,分解产生的氯化氢气体加强了对螺杆和机筒的腐蚀。

    4、 物料中如有碳酸钙和玻璃纤维等填充料,能加快螺杆和机筒的磨损。

    5、 由于物料没有塑化均匀,或是有金属异物混入料中,使螺杆转动扭矩力突然增加,这种扭矩超出螺杆的强度极限,使螺杆扭断。这是一种非常规事故损坏。

    维护注意事项/螺杆 编辑

    1、螺杆未达到预调温度时,切勿启动机器。

    2、防止金属碎片及杂物落入料斗,若加工回收料,便需加上磁性料斗以防止铁屑等进入料筒。

    3、使用防涎时要确定料筒内塑料完全熔融,以免螺杆后退时损坏传动系统零件。

    4、使用新塑料时,应把螺杆的余料清洗干净。

    5、当熔融塑料温度正常但又不断发现熔融塑料出现黑点或变色时,应检查胶螺.

    6、在加工时,尽量使物料塑化均匀,不要让金属异物混入料中,减少螺杆转动扭矩力。

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