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作者简介：马志涛(1979-)，男，本科，工程师，主要从事合成橡胶后处理设备自动化设计工作。
收稿日期：2021-03-16挤压脱水机是合成橡胶干燥后处理生产线的关键设备，其主要的特点为设备体积小、占地面积小、控制方便、能耗低，采用渐开线齿轮传动，具有噪音低、运转平稳、承载力大，寿命长等特点。
最初国内橡胶厂主要引进进口设备，国外的橡胶挤压脱水机供应商主要有Anderson 、French 和Welding [1]。
但进口设备在引进和使用的过程中出现了厂商受限、供货周期长、价格昂贵等问题，所以设备或者其备件的国产化很紧迫。
目前国内以哈尔滨博实自动化股份有限公司的橡胶后处理成套设备为主导。
此次出现的问题是国产化的挤压脱水机螺杆主轴在安装使用18个月后发生了断裂，本文针对此问题进行探究。
1 挤压脱水机原理简介挤压脱水机的主体结构包括：进料斗、主螺杆、锥筒体、直筒体、可调模板和出料斗[2]。
含水率为40%~60%的胶粒由脱水筛经过渡料斗进入挤压脱水机，螺旋的压缩比使物料所受的压力不断提高，将分散在胶粒和胶粒之间的游离水清除掉，胶向前推进，螺距变化使物料受到的剪切力增加，温度升高，水由各机体上的排水点排入排水槽。
另外，通过机械销钉剪切及筒体蒸汽加热适当提高进入膨胀干燥机的物料温度，为膨胀干燥做好能量储备的基础[3]。
橡胶厂挤压脱水机螺杆主轴断裂原因探究及解决建议马志涛(哈尔滨博实自动化股份有限公司，黑龙江 哈尔滨 150078)摘要：挤压脱水机是合成橡胶后处理生产线的关键设备。
本文简要地介绍了挤压脱水机在国内外的使用情况以及工作原理。
针对橡胶厂挤压脱水机出现的螺杆主轴断裂问题进行了探究，通过宏观观察与分析、检测分析及计算分析三种方法，最终确认原因为螺杆安装、调整不当导致短期运行后断裂。
鉴于螺杆的安装对设备运行有较大的影响，所以应严格按照安装手册进行操作，同时应重点保证设备的轴对中、筒体水平度的测量以及装配时的筒体碰撞等问题。
42CrNiMo钢螺杆芯轴疲劳断裂失效分析邹龙江;张海涛;李春艳;于凤云【摘要】采用X射线荧光光谱仪、金相显微镜、洛氏硬度计、拉伸试验机、扫描电镜等,对42CrNiMo钢塑料造粒机螺杆芯轴断裂原因进行分析.结果表明:42CrNiMo钢的化学成分、金相组织及力学性能均符合技术标准要求.失效芯轴属于多源疲劳断裂,芯轴齿根表面加工缺陷形成的应力集中是造成疲劳断裂的主要原因.【期刊名称】《热处理技术与装备》【年(卷),期】2017(038)003【总页数】4页(P47-50)【关键词】42CrNiMo钢;芯轴缺陷;多源疲劳;疲劳断裂【作者】邹龙江;张海涛;李春艳;于凤云【作者单位】大连理工大学材料科学与工程学院,辽宁大连116023;大连理工大学材料科学与工程学院,辽宁大连116023;大连理工大学材料科学与工程学院,辽宁大连116023;大连理工大学材料科学与工程学院,辽宁大连116023【正文语种】中文【中图分类】TG142.4142CrNiMo钢是经过调质处理后具有较高的硬韧性、弹性和耐热性，同时又具有良好淬透性的中碳钢，因此被广泛地应用在制造机械零件的重要设备上[1-3]。
由42CrNiMo钢所制造的螺杆芯轴是安装在聚丙烯挤压造粒机上的关键部件，通常是用来起到支撑和传动搅拌作用。
其加工工艺为：锻造→车削加工→调质处理→磨削→加工花键→装配安装运行。
芯轴总长8600 mm，外径φ169 mm，芯轴圆周外表面带有沿芯轴轴向分布的模数5的长啮合齿32个，齿深5.5 mm，压力角30°；转速为200 r/min，工作温度约200 ℃。
螺杆是由芯轴和与之配套的螺旋工作元件组合而成，工作元件内圆周表面沿轴向分布着与芯轴配套的相同模数齿数的内齿，螺杆的芯轴和螺旋工作元件宏观形貌见图1、2。
螺杆的工作区分为：固体输送区、熔融区、熔体输送区等，不同工作区配有角度不同的椭圆形螺旋工作元件，该工作元件用于挤压搅拌物料。
单螺杆挤压机中长螺杆的改进卢志兵【摘要】Researching on the long-screw of widespread used single screw extruder domestic market, the paper proposed a structure of new screw components with changing pitch, the process eliminates the need of electricity heating device for the original use to conserve energy, and facilitate production. The product quality of extrusion expanded food is better than before, the output per hour is increased twice. [Ch,2 fig. 1 tab.13 ref. ]%对现有国内普遍使用的单螺杆挤压机中的长螺杆进行改进研究,提出一种带有交变螺距的螺杆组件结构,改进后的单螺杆挤压机省去了原来利用电能加热的装置,达到节约能源、方便生产,用此机组生产出的挤压膨化食品膨化效果优于未改进前,每小时的班产量是未改进前的3倍.【期刊名称】《轻工机械》【年(卷),期】2012(030)005【总页数】3页(P86-88)【关键词】单螺杆挤压机;长螺杆;交变螺距;螺杆组件;挤压膨化【作者】卢志兵【作者单位】龙岩市产品质量检验所,福建龙岩364000【正文语种】中文【中图分类】TS203;TS213.2近年来，螺杆挤压直接膨化工艺生产发展迅速［1-3］，螺杆挤压系统分为单螺杆和双螺杆系统。
在文中只讨论单螺杆系统，以挤压面粉膨化食品的生产为例，在挤压筒内径相同的情况下，把改进前和改进后的单螺杆挤压机进行对比，从消耗能量、班产量、产品膨化度、挤压筒壁温度4个方面进行比较，从而得到理想的生产设备［4-6］。
双螺杆挤出机花键轴断裂失效机理探析发布时间：2022-06-30T06:16:21.459Z 来源：《中国科技信息》2022年第5期作者：曹波[导读] 本文根据双螺杆花键轴材料的理化检验结果，分析双螺杆花键轴断裂失效机理。
曹波南京科亚化工成套装备有限公司摘要：双螺杆挤出机在工程塑料的改性、造粒以及预混等生产中十分常见，其作为挤出机的重要构件，一旦发生失效，那么会给企业带来严重的经济损失，造成企业大量人员伤亡，威胁企业生产安全。
本文根据双螺杆花键轴材料的理化检验结果，分析双螺杆花键轴断裂失效机理。
关键词：双螺杆挤出机；花键轴断裂；失效机理引言双螺杆挤出机在聚合加工中具有十分重要的地位，其高生产效率能够有效保证工程塑料质量。
双螺杆挤出机结构及材料强度会对其运转生产重要影响，为预防事故放生，确保大型聚烯烃职评安全生产的高可靠性，促进企业安全生产技术进步。
1双螺杆花键轴材料的理化检验结果1.1双螺杆花键轴断裂失效基本情况本文所研究的对象则是聚烯烃改性混炼用双螺杆挤出机的右螺杆，螺杆花键轴发生断裂，具体断裂位置在第6以及第7节花键套筒之间，花键套筒与螺杆配合连接，受到螺杆花键轴断裂影响而产生裂纹。
1.2断口形貌分析（1）螺杆轴断口宏观外貌螺杆轴断为两节，螺杆轴两边的断口呈现出对称结构，通过观察较差一部分尺寸的螺杆轴，发现螺杆轴断口较为平整并且没有十分明显的塑性变形现象。
断口平面与主轴线相垂直，具有明显的脆弱材料扭断特点。
从裂纹扩展现象来看，锻炼源处形成人字条纹，由于人字条纹不断向外延伸，其条纹也逐渐开始变粗。
由于疲劳台阶出现在裂纹源区和扩展区，这也能够说明螺杆轴在疲劳开裂的初始阶段产生的应力较大。
（2）螺杆轴断口微观外貌工作人员将螺杆轴断口在产超声波清洗机中，利用丙酮溶液进行反复清洗，对断口微观形貌进行观察。
在经过观察后发现，螺杆轴花键的裂纹区域具有十分明显的放射条纹，同时还伴有大量的放射台阶。
此外，从裂纹区域内还能够发现一定数量的微孔，裂纹弧线具有连续分布和断续分布这两类形式，带有台阶的疲劳弧线和裂纹处于平行状态并向前延伸，这种现象能够充分说明螺杆轴疲劳破坏过程中存在十分明显的裂纹扩展，疲劳辉纹和裂纹的扩展方向处于垂直状态。
双螺杆挤出机螺杆机筒的耐磨处理和修复朱玉明（合肥杰事杰新材料股份有限公司安徽·合肥230601）中图分类号：TQ320.5文献标识码：A文章编号：1672-7894（2015）24-0180-02科研应用摘要本文对在生产实践中遇到的问题，通过查阅大量相关资料，分析了双螺杆挤出机关键部件———螺杆与机筒的磨损原因，提出了增强螺杆与机筒的耐磨耐蚀性和磨损后的修复办法。
所得结果对于研究制造双螺杆挤出机的螺杆与机筒具有重要的指导意义。
本文提出的方案是现阶段完全可行的方案，同时兼具经济性和节约资源、能源的特色。
关键词双螺杆挤出机螺杆磨损机筒热喷涂电镀The Wear Resistance and Repair for the Screw and Ma原chine Barrel of Double Screw Extruder//Zhu Yuming Abstract In view of the problems encountered in production practice,this paper consulted a large number of relevant materi-als,analyzed the reasons why the key part of a double screw ex-truder,screw and screw barrel,wear,and proposed methods to enhance the wear resistance between them and repair the wear. The result is of important guiding significance for researching and producing screws and machine barrels for double screw extrud-ers.The scheme proposed in this paper is a completely feasible one at the present stage,and it also gives consideration to econo-my and resource and energy saving.Key words double screw extruder;screw;wear;machine barrel; thermal spraying;galvanization1螺杆和机筒磨损、腐蚀的原因随着塑料产品应用的不断扩大，许多具有不同性能的塑料迅速涌现在市场上，常见的有阻燃、增强、增韧、填充和某些特殊性能塑料，这些促进了塑料产业的高速发展。
东莞华鸿:挤出机螺杆的修复工艺研究挤出机是塑料制品加工最常用的设备之一。
挤出成型有着生产过程连续、生产效率高、应用广泛（如生产片材、管材、异型材、电线、电缆等）、投资少收效快等特点。
由于操作不当、塑胶原料的腐蚀性以及使用时间过长等原因，挤出机螺杆经常会被磨损，而不能正常工作，因此如何修复挤出机螺杆是值得我们了解和学习的。
•一．挤出机螺杆结构•挤出机螺杆通常分为三段，如图1 所示. 其中: L1段为加料段，由料斗加人的物料靠此段向前输送，并开始被压实; L2段为压缩段，物料在此段继续被压实，并向熔融状态转变; L 3为场化段，物料在此呈粘流态.。
••••通常挤出机螺杆螺槽深度h是个变化量，但加料段的深度通常为常量，用h1表示，场化段也是常量，用h3表示;压缩螺槽深度h2则是变化的，用以完成从h1到h3的过渡.由于挤出机有一个压缩比，所以h1须大于h3。
•二.挤出机螺杆损坏的类型•1.扭断损坏•挤出机螺杆被扭断，一般是由违规操作或设备的控制、安全系统失灵造成，因为螺杆加料深度h,大于其它段，所以此段挤出机螺杆的扭转强度最低，因此扭断一般发生在加料段.•2磨损损坏•由于机械磨擦作用，螺杆使用一定年限后，其表面会磨损，一般L3段压力最高，所以磨损也最严重.螺杆磨损后设备效率会下降，严重时甚至无法工作.•三.扭断挤出机螺杆的修复1.扭断挤出机螺杆的修复扭断挤出机螺杆的修复通常采用焊接方法，修复的工艺是:I)设立挤出机螺杆断裂位置两端面的定位孔，并将断面加工成U型坡口.焊接中最容易出的毛病之一就是焊口错位，如发生完成焊接后将无法校正.为保证焊接后扭断的两螺杆同一轴线必须在这两段上分别设立定位孔，以定位销轴来保证焊口两侧的两螺杆的同心度.同时为保证焊口有足够的强度，又适当减少焊接量，需把焊接的两断面加工成U 型坡口.如图2所示.U型坡口和定位孔在车床上加工而成，扭断的两断面各车出半个U型槽坡口和一定位孔，定位孔的尺寸一定要准确，定位销轴是连接两扭断螺杆的，定位孔和定位销轴的配合一定要紧密，定位孔必须和螺杆的表面同一轴线.图中d为定位销轴直径，一般为挤出机螺杆直径的1/6，即d=D/6,D，为定位孔直径，名义尺寸与定位轴相同，即Dl=d.其制造精度为H7和h7.L为定位稍轴长度，取L=4d.Ll为定位孔装配长度，取L1=L十2mm，单边的定位孔深为L1/2.2)装配.装配时两段扭断螺杆用定位销轴连接在一起，两段螺杆中间要留2mm间隙，装配时因有定位销轴，所以断面不会错位，但要注意两段螺杆表面尽量同一轴线.另外特别要注意的是断口处螺旋槽的连续性，要仔细测量焊口处的螺距，如螺距不对，要顺时针或逆时针转动其中一段螺杆，直至螺距达到正确值，为下一步焊接作好准备.3)焊接.挤出机螺杆材料一般为合金结构钢，所以对焊接的要求比较严格，对焊条的要求一般是:一是焊缝金属要有足够高的机械性能，即足够高的强度、塑性和冲击值;二是不产生淬硬组织、冷裂缝和结晶裂缝(热裂缝)等缺陷，并能减少焊缝部位的内应力，以减少近缝区冷裂缝的产生;三是具有与基本金属相似的热处理性能.当焊件进行热处理时，可保证焊缝与基本金属的机械性能基本一致.不同的合金元素对焊缝性能的影响是不一样的，一般常用的合金元素可使金属的强度提高，但几乎都会降低金属的塑性.适量的硅、锰、铜、铝不但可以提高金属的强度，而且延伸率降低较少.钥能显著提高强度，但塑性的降低也较显著，铬、钨、铝、钒、铝和硼等元素对提高金属的耐热性具有很好的效果.钦、妮、钒、铝等元素可强烈地细化晶粒，为了得到综合性能优良的焊缝金属，故焊条或焊丝多采用多元素的合金材料.由于挤出机螺杆工作温度校高，因此一般要求挤出机螺杆有较高持久强度、抗蠕变能力、抗氧化能力和较高的硬度，所以螺杆材料对焊接热循环要求较严格.如果规范选择不当，近焊区可能发生淬硬组织现象，严重时会导致产生冷裂缝.焊接工序:①预热:局部加热装配好的焊接部位，加热温度控制在300'C-350'C;②打底焊:用直流反极性焊接，焊条用似.5一3.2mm，根据U型尺寸选取;③初次校正:校正过大的弯曲量;④加热:再继续加热至4000C;⑤焊接:焊条选用可比打底焊时大一档，焊接过程中要保持的预热温度，为了改善焊接热循环过程，采用多层焊，但两条焊缝之间要适当保持一段时间第一道焊道尚未冷却到马氏体转变温度以前，就在上面进行第二道焊道的焊接，如间隔时间过短，焊缝区和近焊区就会产生过热和软化.另外焊缝不能有气孔夹渣，且要饱满，螺旋部份按螺旋走向补，还要留出一定机械加工量;⑥回火、保温:焊接以后冷却至3500C，然后再加热至6400C左右，保持一段时间后缓慢冷却至室温.4)校正.校正前先要测量螺杆的径向弯曲量，事弯曲量较大，可先用压力机进行粗较，然后再测量螺杆的径向跳动量.测量可在车床上进行，L:段轴端以车床卡盘卡住，另一端用尾座顶住轴的顶尖孔，用百分表测量螺杆的弯曲度.在进行测量时，车床要挂好与螺杆螺距相同的螺距，然后挂上慢档在焊口左右反复测量，记下最大值和所在位置，并做上标记.螺杆的校正在压力机上进行.用v型铁在压力机上架好螺杆，先用百分表测一下焊缝附近的相对高度，然后用压力机仔细地校正，因螺杆有弹性，所以校正压力要从小到大逐渐增加，反复测量，一般校正到跳动量小于0.2mm即可.校正后用铜棒反复轻击焊口附近，以释放部分焊接与校正应力.5)车床加工.校正后的螺杆可在车床上加工修理.车削加工时，可先车螺杆焊接部分的外表面，进而再车螺旋槽，车削用量要小一些.车床加工后，螺杆的修复工作就算完成了.2磨损挤出机螺杆的修复磨损螺杆的磨损段一般在L3段，其修复工艺较简单，按照修理扭断螺杆的焊接工艺，对L3段进行螺旋槽表面补填料焊接即可.如焊接段较长，一次加热不容易，可分段加热焊接.因焊接部位靠近机端，且焊接量较少，其变形较小，一般不需要校正.四.注意事项1)焊接前的定位装配很重要，定位销轴和定位孔的加工精度要保证，焊口绝不能错位.2)焊接工艺必须严格执行，以防止出现焊接裂纹.3)焊后校正要细心，不能怕麻烦，要反复校正，一定要达到要求范围内再进行车削加工，否则不能保证修复质量.欢迎您的下载，资料仅供参考！。
影响锥形双螺杆挤出机磨损的因素及延缓磨损的对策摘要本文以锥形双螺杆挤出机为研究对象，总结了影响挤出机出现磨损问题的主要因素，并提出了延缓挤出机磨损问题的主要对策，对于延长挤出机设备有效使用寿命，提高所生产产品的综合质量而言具有着重要意义。
关键词锥形双螺杆挤出机；磨损；影响因素；延缓；对策中图分类号th6 文献标识码a 文章编号 1674-6708（2013）92-0083-02锥形双螺杆挤出机的磨损基本可以分为正常磨损与非正常磨损这两种类型。
其中，正常磨损是指在各项运行指标与生产指标均充分符合要求的情况下，锥形双螺杆挤出机螺杆部件与螺筒部件正常发生的磨损；而非正常磨损情况下可能会导致整个挤出机出现严重的运行障碍，甚至是引发运行失效的问题，也是延缓磨损的主要关注对象。
本文试针对以上相关问题做详细分析与说明。
1 锥形双螺杆挤出机磨损的影响因素分析1.1 挤出机出现空载运行锥形双螺杆挤出机的最主要特点在于：螺杆大头部件在机筒当中完全借助于动力分配箱当中的轴承部件加以支撑。
而对于螺杆小头部件而言，其在机筒当中则处于完全悬臂的状态当中。
结合这一实际情况来看，若在锥形双螺杆挤出机开机启动的状态下，机内没有添加必要的物料或者是清洗料，则可能会导致小头螺杆部件与机筒内壁形成过大的接触面，短期时间内引发严重的磨损问题。
1.2 开机频率问题由于锥形双螺杆挤出机设备，特别是对长期处于停运状态下的挤出机设备而言，在每次开机过程当中都无法保障挤出机螺杆与机筒之间充满物料。
因此，在每次对挤出机设备进行开启操作的过程当中，都会使得挤出机设备的机筒部件与螺杆部件之间的磨损问题进一步加重。
相关数据同时证实：同处于长周期运行状态下的锥形双螺杆挤出机相比，间断开停机状态下的锥形双螺杆挤出机磨损更严重。
2 延缓锥形双螺杆挤出机磨损问题的对策分析2.1 相关设备的选购需要特别慎重为保障锥形双螺杆挤出机运行的有效性与可靠性，首先需要特别严谨的进行相关设备的选购工作。
挤出机螺杆、机筒的损坏原因和修复方法螺杆和机筒这两个零件的组合工作质量，对物料的塑化、制品的质量和生产效率，都有紧要影响。
它们的工作质量与两个零件的制造精度、装配间隙有关。
当两零件磨损严重、挤出机的产量下降时，就应当布置对螺杆、机筒的维护和修理。
一、螺杆和机筒的损坏原因1、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渐渐磨损：螺杆直径渐渐缩小，机筒的内孔直径渐渐加大。
这样，螺杆与机筒的搭配直径间隙，随着二者的渐渐磨损而一点点加大。
可是，由于机筒前面机头和分流板的阻力没有更改，这就加添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加添。
结果使挤出机生产量下降。
这种现象又使物料在机筒内停留时间加添，造成物料分解。
假如是聚乙烯，分解产生的氯化氢气体加强了对螺杆和机筒的腐蚀。
2、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。
3、由于物料没有塑化均匀，或是有金属异物混入料中，使螺杆转动扭矩力蓦地加添，这种扭矩超出螺杆的强度极限，使螺杆扭断。
这是一种特别规事故损坏。
二、螺杆的修复1、扭断的螺杆要依据机筒的实际内径来考虑，按与机筒的正常间隙给出新螺杆的外径偏差进行制造。
2、磨损螺杆直径缩小的螺纹表面经处理后，热喷涂耐磨合金，然后再经磨削加工至尺寸。
这种方法一般有专业喷涂厂加工修复，费用还比较低。
3、在磨损螺杆的螺纹堆焊耐磨合金。
依据螺杆磨损的程度堆焊1～2mm厚，然后磨削加工螺杆至尺寸。
这种耐磨合金由C、Cr、Vi、Co、W和B等材料构成，加添螺杆的抗磨损和耐腐蚀的本领。
专业堆焊厂对这种加工的费用很高，除特别要求的螺杆，一般很少采纳。
4、修复螺杆也可用表面镀硬铬方法，铬也是耐磨和抗腐蚀的金属，但硬的铬层比较简单脱落。
三、机筒的修复机筒的内表面硬度高于螺杆，它的损坏要比螺杆来得晚。
机筒的报废就是内径直径由于时间磨损而增大。
它的修复方法如下：1、因磨损加添直径的机筒，假如还有肯定的渗氮层时，可把机筒内孔直接进行镗孔，研磨至一个新的直径尺寸，然后按此直径配制新螺杆。
双螺杆造粒机挤出机螺杆打滑的现象解决的六点措施双螺杆造粒机挤出机螺杆打滑的现象解决的六点措施1、工作压力太高：倘若工作压力设置过高，力瞭挤出机螺杆也许并不会产生充分的往前运输溶体工作压力，以战胜工作压力的反压，挤出机螺杆便会在某一个方向转动并不会倒退,那样会对溶体做越多的功并明显提升溶体工作温度,从而对产品质量和配置期限产生晦气直接影响。
2、料筒或挤出机螺杆损坏：与上料段同样，当树酯在挤出机螺杆缩紧段融化时附着在料筒内壁。
当挤出机螺杆进行转动时，原材料遭受剪切力后分离料筒壁并向前方运输。
倘若挤出机螺杆和料筒上面有损坏区,那样挤出机螺杆就并不会有效的往前运输原材料。
3、料筒后半部分温度过高或过冷：在上料段后侧，原材料在加温缩紧时候中形成了一层层熔化高聚物薄层。
熔化膜层贴在料筒上。
倘若没这个薄层，粉料就无法往前运输。
处在上料段内的原材料有必要的加温到临界温度，才能产生要点的熔化膜层。
可是往往是原材料在料筒中滞留时间过短并不会使高聚物达到该工作温度。
这类问题的产生可能是因为机器设备规模化过小，相对设备较小的料筒和挤出机螺杆所形成了的。
滞留时间过短易形成了高聚物熔化或搅拌不充分，从而会造成双螺杆打滑的现象或转停。
4、生产加工吸水性材料时：有误的原材料干躁会显著降低料筒中材料粘度并产生水蒸气，使双螺杆无法往前运输原材料。
5、料仓整体规划不合理：恰当的料仓整体规划是确保能稳定运输原材料的要点。
一般而言，尺寸匀称的新粉料在包含基因突变缩紧区的方形料仓中运作较好。
可是,参与可再生原材料时就并不是这类问题。
根据再度损坏粉料的形态和尺寸很不相同，这会直接影响到入料的匀称性。
入料断断续续代表着挤出机螺杆并不会保持溶体上匀称的运输工作压力，从而产生打滑的现象。
6、止逆环产生故障：当挤出机螺杆在转动并进行熔融原材料时,止逆环应该处在前边方向,触碰稳定环座。
倘若止逆环是处在向后情况,或处于往前和向后两者之间的情况，熔化高聚物在根据止逆环和环座两者之间的空缺的时候有压力。
挤出机螺杆芯轴的失效与增强陆新民 耿立波 谢林生(江苏工业学院机械工程系,常州,213016) 摘要:随着高分子材料加工工业的发展,挤出机的驱动功率越来越大,转速越来越高,产量越来越大。
分析了螺杆芯轴的受力和失效的原因,提出了一种有效地提高轴承受单向扭矩能力的方法。
关键词: 螺杆芯轴 失效 自增强 挤出机 屈服极限 目前,新推出的挤出机向着大直径螺杆、超深螺槽的方向发展,以获得较大的生产能力和较好的塑化效果,挤出机的驱动功率越来越大,转速越来越高,其轴所承受的扭矩也越来越大。
在此方面,国产挤出机与国际名牌挤出机存在着较大的差距[1]。
国产挤出机与进口挤出机在运行过程中多次发生芯轴折断的事故,给生产带来了很大的影响。
因此,研究挤出机螺杆芯轴失效的原因,找到一种增强螺杆芯轴的方法,对于提高塑料挤出机的生产能力和产品档次,提高加工企业的经济效益,有着重要的意义。
1 芯轴的受力与失效分析挤出机螺杆由螺杆元件、芯轴等部件组成,螺杆 收稿日期:2003-08-26。
作者简介:陆新民,男,1965生,工程师。
1987年毕业于江苏石油化工学院化工机械专业,研究方向为塑料机械的优化设计。
大,收缩率的波动对塑件的尺寸会有较大的影响。
为得到尺寸准确的塑件,应正确选择其收缩率,最好的办法是找到加工该塑件的生产厂家直接咨询,得到准确数据。
因为收缩率与各生产厂家的机床设备、加工工艺参数的设置、甚至材料来源都有关系。
3.3 互换性因为本模具为3种塑件通用的快换模具,设计时一定要慎重考虑互换性问题。
具体而言,要考虑快换件的定位问题,如动模快换件与动模之间、定模快换件与定模之间,以及动模成型与定模成型之间的相互定位问题。
同样,模具加工工艺路线及工艺方法的制定也要着重注意此问题。
可以考虑在初始工序时就在各主要件上加工出工艺定位孔,以后的工序均以此孔为基准按序进行,以达到快换模具的互换性要求。
4 结果连接盘注塑模,投入使用后表明,实现了3种塑件共用一套模架的目的;齿形组合镶块加工简便,安装稳固;塑件尺寸达到要求、外观良好;达到了设计预期结果。
DESIG N OF THE PLASTIC INJECTION MOULD FORTHE C ONNECTION TRAYSLiu Daili(Mould Factory of Xi ′an Instrument Industry Co .,Ltd .,710082)ABSTRAC TThe structure of a rapid -shifting injection mould w ith a frame shared by several connection tray wo rk pieces and some remarkable essentials in the design are introduced .Keywords :rapid -shifting structure ;assem bled inlay blocks ;contracting rate ;interconvertibility ;automo -tive ;connector ;mold现 代 塑 料 加 工 应 用 第16卷第1期 M odern Plastics Processing and Applications 2004年2月 芯轴将由减速箱传递来的扭距通过花键或平键传递给螺杆元件,带动螺杆元件转动,完成对树脂的融熔、塑化、均化、挤出等作业。
由于挤出机料筒与螺杆之间充满了融熔的树脂,螺杆在工作过程中悬浮在料筒内。
一般认为,螺杆芯轴在此过程中主要承受剪应力。
挤出机螺杆芯轴的失效通常呈现脆断形式,一般发生在轴径突变处。
断面通常有裂纹等缺陷存在。
芯轴通常采用高强度的合金钢制造,其毛坯通常为锻件,材料的塑性与韧性较差。
有的制造厂为了降低成本,使用不合格的原材料,使得毛坯内部存在裂纹、夹渣、气孔等缺陷。
在轴径突变处存在应力集中,如果这些缺陷存在于应力集中处,在一定扭矩和疲劳载荷的作用下,挤出机的芯轴就极容易折断。
2 芯轴的自增强理论2.1 基本构想根据材料力学[2],受纯扭转的轴横截面上的剪应力分布为:τ=MJ ρρ(1)式中:τ———受纯扭转同模截面上的剪切应力,Pa ;ρ———轴横截面上点到圆心的距离,m ;J ρ———横截面上点到圆心的极惯性距,m 4;M ———横截面上的扭距,N ·m 。
剪切应力分布如图1(a )所示。
对于理想塑性材料,随着载荷的增加,当轴横截面外缘处的剪应力达到材料的屈服极限后,此处剪应力值将不再增加,而增加的载荷将由屈服的部件来承受[如图1(b )]。
图1 横截面剪应力分布τmax —最大剪切应力;τs —材料屈服极限应力根据目前轴强度的设计规定,对于受纯扭转的轴必须使其最大剪应力满足下式:τmax <[τ](2)式中[τ]为材料的许用剪切应力,MPa 。
此时,轴的芯部材料所受的应力远远低于材料的屈服极限,因此实际轴材料的机械性能远未能得到充分的发挥与利用。
对于承受单向扭转的轴,在使用前,如果施加一个与工作扭矩方向相反的扭矩,且使名义上计算的最大剪应力大于材料的屈服极限,即τmax 大于τs ,即使轴的外表面纤维层先预屈服,而此时轴内部的纤维组织仍处于弹性状态。
当去除该载荷后,轴内部的组织要弹性恢复至变形前的状态,而外层纤维由于已经屈服,这样便在轴的横截面上存在一个残余应力区,即外层组织受压,内层组织受拉。
如图2(a )所示。
当施加工作扭矩以后,所产生的工作剪应力与残余剪应力叠加,降低轴外缘处的应力峰值[如图2(c )所示],充分利用了材料的性能。
图2 横截面剪应力分布τ残余—残余应力;τ工作—施加工作扭矩后轴横截面上的剪应力;τ实际—工作剪应力与残余应力叠加后的应力·32· 现 代 塑 料 加 工 应 用 第16卷第1期 2.2 基本假设材料为理想塑性材料,其扭转变形符合平面假设。
2.3 自增强应力分布当轴横截面外缘处的剪应力达到材料的屈服极限后,其屈服圆半径(r )为:r =-6M 预πτs+4R 3(3)式中:τs ———材料的屈服极限,M Pa ;M 预———与工作扭距方向相反预加扭距,N ·m ;R ———轴的半径,m 。
此处的应变为:γr =τsG(4)式中:γr ———角应变;G ———材料的剪变模量,GPa 。
由扭转平面假设,得到轴横截面外缘处的应变量(γ外)为:γ外=γr rR (5) 自增强扭矩卸载后,轴横截面外缘处的残余应变量(γ残max )为:γ残m ax =τsG r (R -r )(6)其相对应的残余应力为:τ残max =G γ残max =τs r(R -r )(7)为了保证自增强的的效果,应该保证轴横截面外缘处的残余应力满足下列条件:τ残max ≤τs(8)因此,自增强时的最大屈服圆半径为:r ≥12R (9)施加工作扭矩以后轴横截面上的剪应力分布为:τ工作=M 工作W ρ-τ残max(10)式中:M 工作———轴所受的工作扭矩,N ·m ;W ρ———抗扭截面系数,m 3。
2.4 自增强计算实例某挤出机芯轴直径20mm ,材料的剪切屈服极限为120M Pa ,许用剪切应力为40MPa ,采用上述方法,在使用前施加与工作扭矩方向相反的自增强扭矩(235.5N ·m ),其在轴的横截面外缘处产生的残余应力为70M Pa 。
工作时,当最大计算剪切应力为110MPa 时,其实际剪应力也不会超过材料的许用应力。
轴的实际承载能力提高了2.75倍。
3 结论a ) 芯轴的自增强方法是一种提高单向旋转并承受纯扭矩轴的承载能力的有效途径,可以成倍地提高该类构件所能承受的最大扭矩。
b ) 制作挤出机螺杆芯轴的材料应该采用优质钢,不得存在气孔、疏松等缺陷,其材料中硫、磷含量应该尽量低,以提高材料的韧性和塑性,防止产生脆性断裂。
c ) 构件的毛坯应采用锻件,并严格控制终锻温度。
终锻温度过高,材料的晶粒长大,塑性下降;终锻温度过低,材料在锻打后存在残余应力,并容易产生裂纹。
d ) 毛坯制造前和加工过程中应该严格检验,防止其表面和芯部存在裂纹等缺陷。
e ) 加工与使用过程中应注意旋向,严禁逆向旋转。
参 考 文 献1 耿孝正.聚合物加工连续混炼机的现状及发展.中国塑料,2001,16(5):3～42 刘鸿文.材料力学.北京:高等教育出版社,1991.89～103THE FAILURE AND REINFORCEMENT OFTHE SCREW 'S AXE IN THE EXTRUDERLu Xinmin Geng Libo Xie linsheng (Jiangsu Polytechnic University ,Changzhou ,213016)ABSTRAC TWith the development of the polymer processing industry ,higher driving pow er ,more output and higherspeed of ex truder are required .The reason of the failure in the axes and the state of the bearing fo rce are ana -lyzed ,and an effective method to improve the screw 's capacity bearing unidirectional torque is given .Keywords :screw ′s axe ;failure ;self -reinfo rcement ;extruder ;yield limit·33· 陆新民等.挤出机螺杆芯轴的失效与增强。
