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螺桿組合設(shè)計(jì)
一、螺桿組合基本常識(shí)
1.擠出機(jī)螺桿分兩大部分，就是芯軸和螺紋套；芯軸--不同型號(hào)機(jī)臺(tái)有所不同，主要是直徑，鍵槽（有單鍵和花鍵等）-如早期螺桿一般是單鍵 實(shí)驗(yàn)室30/40機(jī)、70/72機(jī)等，目前75機(jī)一般是花鍵；
2.螺紋元件分類：從作用分兩類–輸送元件和剪切元件；即通常說(shuō)的輸送塊和剪切塊；雙螺桿我認(rèn)為有兩層意思：其一是螺桿是兩根，另外實(shí)際包括了輸送螺紋是雙頭的，就是同一根螺桿有兩道螺紋；a輸送塊根據(jù)作用分正反兩種；輸送塊種類主要是從導(dǎo)程（繞一圈的軸向長(zhǎng)度）和元件長(zhǎng)度（元件軸向長(zhǎng)度）來(lái)分；如72/36就可以代表這種輸送元件，72是指導(dǎo)程 ，36是元件長(zhǎng)度，單位mm；75機(jī)主要有96/96、72/72、56/56、72/32、56/28、72/36L、56/28L、72機(jī)40/30機(jī)等原理基本一樣，輸送有特殊的元件單頭螺紋元件，和KS元件
3.剪切元件實(shí)際就是通常說(shuō)的捏合塊，由單個(gè)的剪切塊捏合在一起，片數(shù)不定，一般5/7片；單片厚度不一； 主要是以各單片捏合的角度來(lái)確定規(guī)格型號(hào)；同樣也分正反兩種，比如進(jìn)口萊鼒機(jī)的部分剪切塊就全是單片，可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行微調(diào)組合；剪切塊舉例： 450/5/56L中450指捏合角度，5是片數(shù)，56是長(zhǎng)度L指左向，一般正向的不標(biāo)明；通常75機(jī)還有 900/5/56、300/7/72、450/5/36、600/5/56的基本很少用了；可以根據(jù)要求采購(gòu)；象30機(jī)只有450/5/28 900/5/28兩種特殊剪切元件有新齒型盤；厚度很小的剪切塊，薄的左向剪切塊，還有新到的拉伸流塊；
4.輸送元件的大致作用，在螺桿組合整體效果看，單個(gè)的元件效果體現(xiàn)不明顯，一般需要在特定的臨近組合條件下才會(huì)有其真實(shí)的體現(xiàn)，具體比如同樣90度剪切塊在單獨(dú)輸送塊之間和在后面連續(xù)90度 90度/90度>>90度 ---90度；一般來(lái)說(shuō)，輸送塊96/96是目前zui大導(dǎo)程輸送，在物料未*熔融輸送能力zui強(qiáng)（相對(duì)的，有新的KS元件等）所以一般在下料口采用大導(dǎo)程元件，而在熔融狀態(tài)下輸送效率比小導(dǎo)程低（暫時(shí)無(wú)理論支持），在玻纖口真空口等需要降低壓力的地方用大導(dǎo)程元件有很大優(yōu)勢(shì)，有效防止返料（當(dāng)然還與熔融狀況有關(guān)），72/72 56/56是目前使用比較多的一種元件，普通輸送，配合對(duì)熔體進(jìn)行適當(dāng)壓縮等，該類元件主要起輸送作用，新概念：輸送能力，輸送效率；涉及物料流動(dòng)狀態(tài)在擠出機(jī)內(nèi)，靠摩擦拉伸往前流動(dòng)，有一種說(shuō)法：螺桿越光滑，螺筒越粗糙，熔體輸送能力越強(qiáng)；總體判定所有輸送元件都是半充滿狀態(tài)；反輸送螺紋作用就不是簡(jiǎn)單相反，穩(wěn)定并降低后段壓力，但和降低單位時(shí)間產(chǎn)量沒有直接；降低機(jī)頭壓力有很大優(yōu)勢(shì)，PBT大量采用；
5.剪切塊，一般來(lái)說(shuō)，角度越大剪切能力越強(qiáng)，厚剪切塊剪切能力強(qiáng)于薄剪切塊；正向剪切塊除90度剪切塊外，都有剪切和輸送兩個(gè)作用同時(shí)進(jìn)行，有一個(gè)輸送角度，一般剪切塊厚度對(duì)剪切熱影響很大，如：450/5/56~~3*450/5/36；厚有利于通過(guò)剪切熱加強(qiáng)塑化分散；反向剪切實(shí)際同時(shí)有反輸送和剪切的作用，作用相當(dāng)于正向剪切加左向輸送塊連接，但實(shí)際作用能力遠(yuǎn)小于后者；
6.固定流道理論，做兩個(gè)假設(shè)，其一某一組合全部采用單一輸送塊56/56；另一采用單一剪切塊300/7/72兩個(gè)效果應(yīng)該差別不大；物料在其中容易形成固定流道，狀態(tài)變化動(dòng)力不足；但如果*開，可能變成一套合格組合；原則就是不斷打破這種固定流道平衡；實(shí)例：90號(hào)組合，修改原意就是封死玻纖口平衡分布剪切塊，提高單位時(shí)間產(chǎn)量；去掉前面左向剪切一個(gè)結(jié)果PP洗機(jī)料都不融，高沖也有大量白點(diǎn)；劉晴原改31號(hào)組合也類似，為提高輸送壓縮段輸送能力，提高單位時(shí)間產(chǎn)量，前段全部使用96/96輸送，結(jié)果80%以上粒料出來(lái)；當(dāng)時(shí)是考慮53等組合剪切靠后有利于提高班產(chǎn)；現(xiàn)用的90-75-C組合就是再次更改
擠出機(jī)型的機(jī)械設(shè)計(jì)參數(shù)，ZSK型擠出機(jī)或任意同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機(jī)的幾何參數(shù)限定為3個(gè)，1.嚙合處間隙；2.內(nèi)外直徑比（OD/ID）；3.比扭矩（功率/容積比，即用扭矩/中心距的三次方（M/a3）表示）。兩螺桿是相互嚙合的，就是說(shuō)，一根螺桿的螺紋頂部處在與之配合的另一根螺桿螺紋根部和側(cè)面之間。兩螺桿之間的間隙是確保界些安全的zui低要求，該狹小間隙是保證一根螺桿與相齒合的螺桿擦肩而過(guò)。OD/ID比值限定了擠出機(jī)的自由容積：OD/ID比值增大，自由容積也越大；用于傳遞扭矩的芯軸有效直徑也就越小。
二、螺桿組合基本原則
螺桿組合是雙螺桿擠出工藝制定的關(guān)鍵。同向雙螺桿擠出以混煉為主，螺桿組合要考慮到主輔料性能與形狀、加料順序與位置、排氣口位置、機(jī)筒溫度設(shè)置等等。同時(shí)，混料的對(duì)象十分龐雜，對(duì)每一個(gè)特定的混料過(guò)程都有合理進(jìn)行螺桿組合的問題，顯然這種組合也是多種多樣的，目前的組合設(shè)計(jì)主要依靠經(jīng)驗(yàn)。盡管如此，同向雙螺桿的螺桿組合還是有其基本規(guī)律可循的。以下就是對(duì)螺桿組合原則的幾點(diǎn)看法。
（1）螺紋導(dǎo)程在加料口處應(yīng)較大，此后逐漸減小。同向雙螺桿的螺槽深度不變化，導(dǎo)程逐漸減小使螺槽容積變小，起到對(duì)物料的壓縮作用；同時(shí)，加料口處螺槽容積較大，也可使加料順暢。但從加料口處到機(jī)頭處導(dǎo)程還要有其他的一些配置。首先，在排氣口前應(yīng)設(shè)有阻力元件，如捏合塊或反向螺紋元件，然后在排氣口處為大導(dǎo)程螺紋元件，從這里到機(jī)頭導(dǎo)程再逐漸減小，即以排氣口為界，前后兩段的導(dǎo)程總體上為從大到小；其次，在有較多捏合塊的地方，如混煉段，要間隔一段距離配置螺紋元件以加強(qiáng)輸送能力。
（2）物料熔融所需熱量來(lái)自外部加熱和剪切熱，在適當(dāng)?shù)牡胤脚渲媚蠛蠅K來(lái)加強(qiáng)剪切以促進(jìn)熔融，可取得很好的效果。即將*組用于促進(jìn)熔融的捏合塊放在熔融區(qū)的后部。此時(shí)物料已接近*熔融，一旦遇到捏合塊，將立刻全部熔融。在一定區(qū)域內(nèi)調(diào)整捏合塊位置，可以控制熔融的結(jié)束點(diǎn)。但一定要注意的是，如果該組捏合塊過(guò)于靠近加料口，則會(huì)導(dǎo)致堵料和螺桿所受扭矩增大的后果，這是必須避免的。
（3）捏合段的設(shè)計(jì)
捏合段的設(shè)計(jì)必須兼顧其混合能力及輸送能力，它們是捏合段設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的兩個(gè)相互關(guān)聯(lián)的方面。混合包括分散混合和分布混合，前者指將少組分細(xì)化，如將無(wú)機(jī)填料粉碎及將玻纖絲切短等，它取決于剪切應(yīng)力（或剪切速率）；后者指減少少組分在多組分中分布的非均勻性，它則取決于剪切應(yīng)變。由于剪切應(yīng)變很難求得，本文將用捏合段內(nèi)的周向流量Q c 和軸向回流量Q r 來(lái)衡量分布混合效果。顯然Q c 和Q r 越大，則分布混合效果越好。根據(jù)以上分析，捏合段的設(shè)計(jì)原則如下。
A隨m 增加，單塊捏合塊內(nèi)的Ca及捏合段內(nèi)的Q c 均增加，亦即分散及分布混合效果都增強(qiáng)。因此為提高捏合段的混煉能力，應(yīng)盡可能地選用多頭捏合塊。但m 的選擇不是隨意的，受到捏合段中心距及其外半徑的限制。
b.隨著D的增大，單塊捏合塊內(nèi)的Ca下降，亦即其中的分散混合效果減弱；但這時(shí)捏合段內(nèi)的Qc 增加及Q n 減小（意味著Qr的增加），說(shuō)明增大D可改善捏合段內(nèi)的分布混合。因此如果希望捏合段有較好的分散混合能力，D可設(shè)計(jì)得小些，而若希望有較好的分布混合能力，則D可取大些。但D的選擇還應(yīng)保證螺桿運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)兩螺桿上的捏合塊與機(jī)筒之間不出現(xiàn)干摩擦。
c.如果增大X，則捏合段內(nèi)的Q c、Q r均增大，同時(shí)X的增大也會(huì)使捏合塊內(nèi)的C增大，這些說(shuō)明捏合段的分散及分布混合能力都得到加強(qiáng)。但X 的增大同時(shí)又提高了捏合段的Q n ，意味著物料在捏合段內(nèi)的平均停留時(shí)間縮短，即它們承受捏合的時(shí)間縮短。從這一點(diǎn)上看，X的增大又將削弱捏合段的分散及分布混合能力，所以X是一個(gè)較敏感的參數(shù)。本文不主張憑改變它來(lái)提高捏合段的混煉能力。況且X不是僅屬于捏合段的操作參數(shù)，它的任何改變都必將引起螺桿其它功能段的工作特性的變化。
d.捏合塊間的錯(cuò)列角B 是決定捏合段工作性能的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)。當(dāng)0≤B≤P？m時(shí)，無(wú)軸向壓力梯度時(shí)捏合段輸送能力Qn 為正，當(dāng)P？m≤B≤2P？m時(shí)Qn為負(fù)，且其值在B=P？（2m）和3P？（2m）時(shí)達(dá)到zui大[5]。因此為增強(qiáng)捏合段的輸送能力，B*取值為P？（2m）。
e.設(shè)計(jì)捏合段時(shí)另一個(gè)要注意的問題是其中的壓力須與和它相連的正、反向螺紋段中的壓力相匹配的問題。匹配不當(dāng)會(huì)影響正常擠出（如引起加料困難、排氣口冒料和擠出波動(dòng)等）。