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）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。

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。

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。

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。

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。

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。