塑料機(jī)械中螺桿設(shè)計(jì)的特點(diǎn)及技術(shù)發(fā)展

塑料機(jī)械中螺桿設(shè)計(jì)的特點(diǎn)及技術(shù)發(fā)展摘要：螺桿是塑料注射成型機(jī)械當(dāng)中塑化工序的重要材料，實(shí)踐證實(shí)，進(jìn)行性能優(yōu)異的注塑螺桿設(shè)計(jì)可以有效提升塑化水平。由于聚合物材料需要較高加工溫度，并且成型壓力大，需要在成型工藝中應(yīng)用流體力學(xué)、固體力學(xué)、傳熱學(xué)、聚合物流變、高分子物理等諸多學(xué)科知識(shí)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，所以本文從塑料機(jī)械中螺桿的工作原理入手，討論塑料機(jī)械中螺桿設(shè)計(jì)特點(diǎn)，提出雙螺桿設(shè)計(jì)特點(diǎn)，希望對(duì)相關(guān)研究帶來幫助。關(guān)鍵詞：塑料機(jī)械；螺桿設(shè)計(jì)；特點(diǎn)；技術(shù)螺桿是塑料機(jī)械的核心部件，其設(shè)計(jì)質(zhì)量也將對(duì)塑料機(jī)械的性能產(chǎn)生直接影響，整體來看螺桿不僅需要具備良好的塑化功能，還需要具有一定的混煉功能，這樣才能滿足人們對(duì)塑料制品性能和外觀的要求，以下進(jìn)行相關(guān)分析。一、塑料機(jī)械中螺桿的工作原理（一）擠出成型機(jī)械中的單螺桿在擠出系統(tǒng)中熔融擠出聚合物，這是從固態(tài)轉(zhuǎn)化成粘流態(tài)的變化過程，結(jié)合物料在螺槽流道內(nèi)變化特點(diǎn)主要包括三個(gè)區(qū)域，依次為固體輸送區(qū)、熔融區(qū)以及熔體輸送區(qū)，其工作原理在于固體輸送區(qū)物料進(jìn)行預(yù)熱，然后再熔融區(qū)，與固體并存并繼續(xù)推送，之后在熔體輸送區(qū)混煉，最終在機(jī)頭擠出。具有以上三個(gè)功能段的螺桿就是常規(guī)螺桿，為了排除物料中的氣體人們還進(jìn)行排氣式螺桿的開發(fā)，再如為了提升熔化效果研制的不同類型的新型螺桿元件，而單螺桿機(jī)出機(jī)的性能也更加優(yōu)良（如圖1）。

口V揀山ECLBS39廉化機(jī)掏口V揀山ECLBS39廉化機(jī)掏I，住動(dòng)希:J，跟科姬忙I.廂打時(shí)出圧醤螺桿E,.H：增議畫臨抱韓毎檸配摞幷2擠出眾包血頼板圖1：用于食品工業(yè)中的單雙螺桿擠壓機(jī)二）注塑成型機(jī)械中的螺桿其工作過程主要包括合模與注射、保壓與冷卻、預(yù)塑和頂出三個(gè)階段，注塑螺桿主要工作特征和擠出螺桿相同，主要包括三個(gè)基本功能段，具體如下：其一擠出螺桿塑化更為穩(wěn)定，注塑螺桿塑化期間螺桿向后移動(dòng)，不過這一變化也導(dǎo)致固體床解體過早而出現(xiàn)殘余固相，使得塑化前后均勻性較差；其二，可以利用調(diào)節(jié)背壓對(duì)螺桿退回速度加以控制，進(jìn)而起到調(diào)整塑化質(zhì)量的效果；其三，注塑螺桿預(yù)塑進(jìn)行間接工作，不要求達(dá)到擠出螺桿的穩(wěn)定效果。由于螺桿出現(xiàn)后退運(yùn)動(dòng)造成注塑螺桿塑化質(zhì)量受到影響，為了解決參與固相問題，新時(shí)期進(jìn)行工藝優(yōu)化并研發(fā)出了多種新型注塑螺桿（如圖2）圖2：螺桿噴合金螺桿三）擠出成型機(jī)械中的雙螺桿對(duì)于雙螺桿擠出機(jī)來講，其主要特點(diǎn)在于兩根平行的螺桿裝配到8字形孔機(jī)筒內(nèi)部，螺桿旋轉(zhuǎn)并加熱之后塑化擠出聚合物，擠出用雙螺桿工作特征主要在于包括嚙合型異向旋轉(zhuǎn)、嚙合型同向旋轉(zhuǎn)、非嚙合型異向旋轉(zhuǎn)幾種類型。嚙合型雙螺桿擠出機(jī)的螺桿軸線距離不得超過螺桿外徑，在極限條件下螺桿螺紋表面互相接觸，而非嚙合型擠出機(jī)螺桿軸線的距離需要等于或者超過螺桿外徑，不同類型的雙螺桿擠出機(jī)在工作性能上存在差異［1］。二、塑料機(jī)械中螺桿設(shè)計(jì)特點(diǎn)（一）常規(guī)螺桿常規(guī)螺桿半經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)該設(shè)計(jì)方法基于螺桿基礎(chǔ)理論，要求達(dá)到擠出量，然后在該前提下讓擠出出量具有均勻性，主要計(jì)算特征在于結(jié)合經(jīng)驗(yàn)確定螺桿直徑與長(zhǎng)徑比，然后設(shè)定螺桿最高轉(zhuǎn)速和機(jī)頭最大加熱溫度；其二，確定熔融速率和所需固體輸送量、熔體輸送量的平衡關(guān)系式，進(jìn)一步明確壓縮段長(zhǎng)度；其三，結(jié)合擠出量、機(jī)頭壓力、熔體黏度確定計(jì)算段的長(zhǎng)度和槽深，最終確定加料段的長(zhǎng)度。常規(guī)螺桿的模型放大設(shè)計(jì)先處理小型實(shí)驗(yàn)螺桿，之后獲得最佳結(jié)構(gòu)參數(shù)以及工藝經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，之后利用小型螺桿并借助相似理論放大模型，由此獲得大型螺桿的相關(guān)參數(shù)，常規(guī)螺桿模型放大計(jì)算的過程如下：其一，借助小型螺桿參數(shù)得到圓形螺桿剪切速率，之后結(jié)合熔體溫度得到熔體黏度；其二，利用已經(jīng)獲得的剪切速率以及熔體黏度，得到熔體流變指數(shù)；其三，利用總體流變指數(shù)求解流變系數(shù)，進(jìn)而逐一得到螺桿加料段的長(zhǎng)度與深度［2］。常規(guī)螺桿的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在計(jì)算機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展的今天，螺桿設(shè)計(jì)也開始進(jìn)行信息化處理，由此達(dá)到優(yōu)化結(jié)構(gòu)的目標(biāo)，主要計(jì)算特征如下：其一，結(jié)合擠出過程的物理數(shù)學(xué)模型得到計(jì)算公式；其二，借助正交設(shè)計(jì)獲取小型機(jī)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，之后應(yīng)用統(tǒng)計(jì)理論以及回歸分析得到計(jì)算公式；其三，利用以上公式進(jìn)行程序設(shè)定，然后得到螺桿結(jié)構(gòu)參數(shù)，在計(jì)算機(jī)輔助下可以有效解決經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的局限性問題。（二）新型螺桿的設(shè)計(jì)原理常規(guī)三段式螺桿主要是增加螺桿旋轉(zhuǎn)速度提升產(chǎn)量，不過也會(huì)造成塑化質(zhì)量下降。為解決這一問題，近年來涌現(xiàn)了多種全新的螺桿結(jié)構(gòu)元件，可以在保證轉(zhuǎn)速提升的同時(shí)不影響塑化質(zhì)量，當(dāng)前分離型、分流型、屏障型、變流道型是應(yīng)用廣泛的螺桿元件結(jié)構(gòu)。1新型螺桿元件工作原理其一，分離型螺桿利用在熔融段附加螺紋分離，進(jìn)而加快未熔融固相和熱機(jī)筒充分接觸效果；其二，直屏障或者斜屏障等類型剪切元件熔融期間經(jīng)過小間隙時(shí)可以讓能量轉(zhuǎn)換達(dá)到加速熔融的效果，并且這種屏障結(jié)構(gòu)可以阻止未融塑料通過，由此保障，塑化質(zhì)量；其三，分流型銷釘螺桿可以改變流線位置和打亂料流實(shí)現(xiàn)固相和液相混合；其四，波形螺桿通過料流接大面積以及形狀變化，滾壓塑料，由此提升塑化效果。2新型螺桿元件設(shè)計(jì)特征其一，對(duì)新型螺桿設(shè)計(jì)的過程中只有輸送效率高時(shí)其生產(chǎn)效率才能有保障，所以需要應(yīng)用強(qiáng)力混煉元件，由此增強(qiáng)能量轉(zhuǎn)換效果，在實(shí)際應(yīng)用中如果輸送效率一般需要應(yīng)用中等強(qiáng)度混煉元件，而輸送效率偏低情況下應(yīng)用混煉元件難以保證效果；其二，設(shè)置新型螺桿元件的過程中需要分析不同類型螺桿元件的理想工作狀態(tài)，否則將難以保證效果；其三，在實(shí)際生產(chǎn)中要想每更換一種工藝就更換對(duì)應(yīng)的螺桿實(shí)現(xiàn)難度較大，所以需要利用組合螺桿解決這一問題，一種是更換螺桿頭不更換螺桿本體，另一種是更換頭部以及螺桿其它部分，當(dāng)前組合螺桿已經(jīng)成為單體螺桿擠出機(jī)提升產(chǎn)品質(zhì)量的有效途徑，并得到有效推廣應(yīng)用［3。］三、雙螺桿設(shè)計(jì)特點(diǎn)相較于單螺桿，雙螺桿的設(shè)計(jì)參數(shù)更多影響因素更加復(fù)雜，設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下：其一，螺桿直徑。在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中錐形雙螺桿擠出機(jī)的直徑范圍在24-400毫米，隨著直徑的提升產(chǎn)量也相應(yīng)增加；其二，螺桿轉(zhuǎn)向在設(shè)計(jì)過程中螺桿旋轉(zhuǎn)方向會(huì)對(duì)雙螺桿的結(jié)構(gòu)用途產(chǎn)生影響，同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿主要用于混料，而異向旋轉(zhuǎn)雙螺桿適用于加工熱敏性塑料；其三，螺桿長(zhǎng)徑比。當(dāng)前異向整體式螺桿長(zhǎng)徑比在18-22，如果是組合式或者錐形螺桿長(zhǎng)徑比可達(dá)26。四、注塑機(jī)械中螺桿發(fā)展方向近年來我國(guó)住宿加工機(jī)械逐漸推動(dòng)產(chǎn)、學(xué)研、結(jié)合，主要發(fā)展方向體現(xiàn)在如下幾點(diǎn)：其一，推動(dòng)螺桿擠出機(jī)的高效發(fā)展。當(dāng)前我國(guó)擠出機(jī)螺桿直徑通常為700毫米，每分鐘轉(zhuǎn)速為400轉(zhuǎn)，而國(guó)外雙螺桿轉(zhuǎn)速每分鐘可達(dá)600-1200轉(zhuǎn)，擠出量也高于我國(guó)的螺桿機(jī)；其二，需要增大長(zhǎng)徑比，當(dāng)前我國(guó)異向雙螺桿可達(dá)22而國(guó)外的新型螺桿機(jī)長(zhǎng)徑比已經(jīng)達(dá)到48-72，今后需要將重點(diǎn)放在組合式新型螺桿開發(fā)、熔體泵在擠出機(jī)中的應(yīng)用開發(fā)方面[4。]結(jié)束語：綜上所述，螺桿是塑料擠出成型機(jī)的核心部件，為了提升擠出機(jī)工作能力就要加強(qiáng)螺桿設(shè)計(jì)改進(jìn)，加強(qiáng)新型材料的利用，最終讓螺桿滿足更多的行業(yè)發(fā)展需要。參考文獻(xiàn)：趙忠磊.塑料機(jī)械中螺桿設(shè)計(jì)的特點(diǎn)及技術(shù)發(fā)展[J].百科論壇電子雜志,2021，22(18):1717.陳曉宇,楊其鋒.基于壓電材料的塑料機(jī)械狀態(tài)信號(hào)監(jiān)測(cè)研究[