塑料机械课程设计指导书.docx

塑料机械课程设计
指导书

谢 军 编

2009年6月

一、塑料机械课程设计目的
塑料机械课程设计是一个重要的专业教学环节，这个数学环节的目的：
(1)使学生进一步巩固《塑料机械》课程中的理论知识，了解塑料机械设计的一般程序。
(2)使学生能够熟练地运用有关设计技术资料，如《塑料机械国家标准》、《机械零件设计手册》、《塑料工程手册》、《轻工业技术装备手册》及其它有关设计规范等。
(3)训练学生初步设计塑料机械的能力，为以后的工作打下初步的基础。
二、塑料机械设计准备工作
1.资料及工具准备
课程设计开始前必须预先准备好《塑料机械国家标准》、《机械零件设计手册》、《塑料工程手册》、《轻工业技术装备手册》等技术资料，以及图纸、绘图仪器等工具。
2.总体方案设计
学生应充分研究设计任务书，了解产品用途，所应用的树脂，并进行工艺性及尺寸公差等级分析，在初步明确设计要求的基础上，可按以下步骤进行零部件总体方案的论证。
(1)根据任务书中规定，确定螺杆结构的初步方案，并画出结构草图；
(2)通过螺杆结构初步计算及查找《塑料工程手册》、《轻工业技术装备手册》等技术资料，验证各段结构方案是否可行，构画各段的结构草图。
(3)构画其它部件的结构草图，进一步对螺杆结构选择方案是否合理可行进行分析和讨论。
(4)螺杆及机筒方案经指导教师过目后，即可正式绘制装配图，并着手按照“设计任务书”上的要求进行课程设计。
三、具体设计步骤
塑料机械课程设计可按以下几个步骤进行：
(1)对螺杆进行设计；
(2)对机筒进行设计；
(3)设计塑化部件装配图；
（4）对螺杆、机筒强度进行校核：
（5）按“设计任务书”要求设计绘制零件图；
（6）按规定格式编制设计说明书；
（7）准备答辩。
四．螺杆结构设计的基本思路：

1.衡量螺杆设计质量标准和设计时应注意的问题
1.1. 设计质量标准：
1）生产能力：
a 比流量：Q/n 单位时间内螺杆每转一圈的挤出量。 （ 公斤/圈）
b 最高生产能力：Q 在保证塑化质量的前题下能达到的最高产量。（公斤/时）
2）功率消耗：N/Q 在保证塑化质量的前题下，单位产量所消耗的机械功率---单耗
（千瓦时/公斤）
3）塑化质量：
外观质量：指表面光滑，无波浪、竹节形、气泡、斑纹和水纹等缺陷；
混合质量：指物料的各组分的分散程度。它直接影响制品的物理、机械和化学性能；
挤出温度：指物料的径向、纵向温度，在保证外观质量下，一是温度越低越好，制品易定型，可缩短冷却时间，减少辅机的冷却负担；二是要求波动和温差越小越好，可使制品尺寸稳定、不易变形、防止局部过热降解；
挤出压力：压力波动，引起生产能力波动，也会造成制品的尺寸波动。
4）螺杆的加工制造容易、使用寿命长。
5）适应性广：希望塑化效率和适应性广都兼备。
1.2设计时应注意的问题
1） 高聚物的特性-----对螺杆的结构和几何参数有不同的要求。
主要包括：形状、大小、松密度、熔融温度或软化点、熔态下的粘度、流动性、热稳定性、熔融温度范围及所含填料的性能等。
2） 挤压系统的用途：
专用还是通用？对螺杆的结构设计有不同要求。
3） 口模的几何形状和阻力特性：
不同口模的几何形状和阻力特性，要求螺杆的几何参数也不同，高阻力机头要求H3较浅，反之则要求较深的H3.
4） 螺杆转数
熔融速率取决于剪切速率，剪切速率又与螺杆转数有关。
2 挤出机普通螺杆的设计
普通螺杆：即常规全螺纹的螺杆。
普通螺杆的特征包括有：直径D，长径比D/L，三段结构，螺纹升程，螺纹升角，螺纹断面形状及螺杆头部结构。
2.1 普通螺杆的主要形式及其确定
2.1.1 主要形式
1） 等距变深螺杆
有三种，一是全长渐变，二是三段渐变，三是三段突变
缺点：对压缩比较大的小径螺杆的强度受到影响。
2）等深变距螺杆螺杆。
优点：加工制造容易，成本低；螺纹升程相等物料与机筒接触面积大，有利于物料塑化；加料段的第一个螺槽深度大，有利于进料，生产能力大。
螺槽深度不变，螺槽宽度逐渐变窄。
优点：杆有足够的强度，利于用增大转速来提高生产能力；有利于设计大的压缩比。
缺点：由于H3较大，在同和压缩比下，熔料倒流量较大；物料均化作用差；加工困难，应用较少。
3）变距变深螺杆
特点：可得到较大的压缩比（8：1），机械加工复杂，采用较少。
2.1.2 普通螺杆形式的确定
非结晶型塑料熔融时有玻璃态、高弹态和粘流态三种状态，是在一个较大的温度范围内进行，如HPVC的软化温度在75~165℃，故选用等距变深螺杆较好；
结晶型塑料熔融时没有明显的高弹态，其软化温度范围较窄，如LDPE的软化温度在83~111℃，选用等距突变螺杆较好，理论上突变为（1~2）D，实际上通常为（3~5）D。

三段渐变形

突变形

2.2 普通螺杆主要参数的设计
2.2.1 直径D的确定：
理论计算D是有困难的，一般是在初步确定产量和转速后，采用：
Q=βD3n 进行初算
β---经验出料系数 一般为0.003~0.007,对转速高的取大值；对质韧而硬的物料取大值；对采用IKV结构机筒的取大值；
D计算后，应按标准选取，即按：20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、80、90、100、110、120、150、200、250、300等，向上一档靠。也可以按制品尺寸选定螺杆直径，即按下表： 单位：mm
螺杆直径
30
45
65
90
120
150
200
硬管直径
~30
10~45
20~65
30~120
50~180
80~300
120~400
吹膜折径
50~300
100~1000
400~1500
700~2000
~2500
~3500
~8000
挤板宽度
-
-
400~800
700~1200
~1500
~2500
-
2.2.2 确定长径比：L/D
从公式：Q=1/2[πDnH3(l-é)cos2Φ]-[H33(l-é)sinΦcosΦ/12η].P/L3
-[π2D2δ3tgΦ/12ηLé].P/L3
看出，增大L/D，就等于减少了第二和第三项的倒流和漏流流量，相对提高了生产能力。
Q/n

从右图也可看到，增大L/D，比流量也得到增加。
对难于加工的塑料，如含氟塑料、对要求较高温度和压力的塑料、
对吹膜制品、对粉状料等L/D要大些；对热敏性塑料、对进行半成品
加工的L/D要小些；对转速高的L/D要大些。
15D 20D 25D 30D
但也不要过大，过大，则使功率消耗过大，同时给加工和安装
带来困难；还会使螺杆产生弯曲，甚至刮磨机筒，降低螺杆寿命。
国内应用较多的是20~30，国外多数在33以下。
2.2.3螺杆各段主要参数的确定
1） 加料段
加料段的主要几何参数有：螺纹升角φ、螺槽深度H1和加料段长度L1 .
螺纹升角φ，在设计时，如果取螺纹升程等于螺杆直径时φ=17°40´
螺槽深度H1，在理论上H1大，固体输送量增大。但在确定时，要考虑螺杆的机械强度和物料的压缩比。因此应先确定均化段螺槽深度后，再由螺杆的几何压缩比来计算加料段的螺槽深度。
加料段长度L1的确定，理论上可由固体输送理论公式计算，然而实际上由于影响因素很多，难于用理论公式去计算。一般是通过塑料的物理性能分析，用经騐数据确定。
对熔点高，导热性差，热焓大的塑料，L1要长些；如加工PP的就要比加工PE的要长些；而PS属于非结晶塑料，它的熔融过程是在一个比较大的范围内进行，且它的热焓最低，所需的L1长度可比HDPE短。
根据经验数据：
非结晶型塑料：L1=10~25%L
结晶型塑料：L1=30~65%L
具体确定时，应按加工物料的具体物理性能而定。
2） 熔融段
熔融段的主要技术参数有：压缩比ε和熔融段长度L2。
熔融段要有足够的压缩比，其几何压缩比ε用下面公式计算：
ε = [π（D-H1）H1（l1-e1)]/[π（D-H3）H3（l3-e3)]≈H1/H3
也有用: ε =0.93H1/H3
上述压缩比的简化公式，是在三段的螺纹升程相等，螺棱宽度e也相等的情况下得到的。
压缩段长度L2 ：根据结晶型塑料与非结晶型塑料的各自特性，一般的经验数据为：
非结晶型塑料：L2=50~60%L ； 结晶型塑料：L2=（3~5）D
具体确定时，应根据加工的物料实际物理性能和加料段及均化段综合平衡来确定。
3）均化段：
均化段的主要参数是：螺槽深度H3和长度L3
螺槽深度H3：
从前面产量Q公式可以看出：正流与槽深一次方成正比，而倒流却与槽深的三次方成正比；也就是说，如果其它条件相同时，把H3增大一
倍，正流只增大一倍，而反流却增大8倍。因而，槽太深，反而降低了生产能力。
从右图可以看到：当机头阻力小于 P* 时， 深螺槽时有较大的生产能力；而当机头阻力大于 P*时，浅螺槽时有较大的生产能力。

从理论公式看到，浅螺槽对物料的剪切作用大，有利于对物料进一步塑化和均化作用。不过，过浅螺槽，对热敏性物料可能会引起热分解。
H3值用理论公式计算较困难，与L3一样，大多数采用经验数据来确定。
H3=（0.025~0.06）D
对于直径较大的螺杆，取小值；对粘度低、热稳定性好的物料，取小值；反之，取大值。
均化段长度L3：
它的大小对生产能力、挤出物的质量和螺杆工作特性都有一定的影响。从熔融理论公式可看到，增大，等于减少倒流和漏流的流量，在其它条件相同时，相对地提高了生产能力。
从右图看到，均化段的长度增加50%，
Qp+Ql
即1´曲线，它的工作特性较硬。也就是说 Q (L3)
它使倒流和漏流的流量减少，生产能力增加。
另外，L3的大小对挤出物的质量也有 1´ (1.5L3)
一定的影响，增大L3，如果其它条件不变， 2
物料在均段的停留时间增加，也就是增加了
对物料的剪切作用的时间，有利于物料的分散

和混合作用。不过不利于低温挤出，对热敏性物料可能会引起热分解。 P
L3值用理论公式计算较困难，一般用下列公式选取：
L3=20~25%L
热敏性物料可取短些，对高速挤出L/D大的，均化段取大值，以适应其定选取时要根据物料的实际物理性能和工艺条件确定。
2.2.4 螺纹断面形状
矩形断面的螺纹，其根径表面与螺棱推进面成90°夹角，用小圆弧过渡，螺槽容积较大，适于加料段用；
锯齿形断面的螺棱，其后缘有较大倾角α（α<30°），且过渡圆弧较大，有利于物料的流动，同时有较好的混合和均化物料的作用，避免了涡流现象。一般取α=10°；而当倾角α取大值时，螺棱的强度大。这种断面适用于Φ45以上的中大型机和造粒机。
梯形断面螺纹，其倾角取α=10°~15°，圆弧半径取（0.07~0.13）D，常用于Φ30以下的小径杆上。
上述断面应用最多的是矩形和锯齿形两种。
r1和r2一般取0.5~1mm,r和R按下列范围选取：
r=（1/2~2/3)H3 R=(1~2) r
以上数值范围，大直径螺杆取大值。
也有资料介绍按以下数据选取：

R=（0.04~0.12）D
r=（0.02~0.04)D
螺纹后角一般取α=10°；
螺棱顶部宽度e，一般取 e=（0.08~0.12）D；在保证螺棱强度条件下，应取小些，因为比较大的e值不仅占据一部分螺槽容积，减少了输送能力，而且增加了螺杆的功率消耗，还容易引起物料的局部过热的危险。但也不能太小，否则会削弱螺棱强度，增大漏流流量，降低了生产能力，尤其对粘度低的物料更甚。
通常取e=0.1D .
2.2.5 螺杆的螺纹头数
在螺杆直径、螺槽深度和螺纹升程相同的条件下，多头螺纹与单头螺纹比，多头螺纹对物料的正推力较大，攫取物料的能力较强，并可降低熔料的倒流现象。不过，整条螺杆都是多头螺纹时，往往由于几条螺槽的进料不均匀和各条螺槽的熔融、均化和对熔料的输送能力不一致，容易引起生产能力、压力的波动。其结果使制品的质量下降。如果在单独在某一段上设置多头螺纹（如加料段），则可以提高生产能力，又不降低制品质量。
对普通螺杆，一般都选有单头螺纹。
2.2.6 螺杆头部结构

L=(3~5)DDDDDD

魚雷体头

熔料在螺槽中的旋转运动到进入口模时的直线运动过程中，有一个急剧的改变的过程。料流在螺杆前面的机筒中，料流在速度在机筒中心点最快，而在机筒壁最缓慢。合理的螺杆头形状才能使物料平稳地进入口模，并可避免产生滞流和防止物料局部过热分解。
常见的螺杆头形式如前面表中所列，其中球体和球体-流线型使用的较为广泛，扇形和大圆锥适用于流动性好的塑料；锥体和圆柱-锥角型适用于PVC；魚雷体的螺杆头对物料的受热和混合有良好的效果，有进一步均化和稳压作用，同时以增加对物料的压力，适用于PS等塑料。其与机筒的间隙为H3的40~50%，其长度约为（3~5）D。
3 螺杆强度计算
螺杆不论它与传动轴如何连接，都可看成是悬臂梁。螺杆在运行过程中，主要受到来自机头的正压力、克服物料的阻力的扭矩和自重产生的弯矩。也即是受到压、扭、弯联合作用下的复合力，因此，归结为压、扭、弯联合作用下的复合计算。
螺杆根径（特别是加料段；或排气螺杆的排气段）处的承载能力最差，所以，所谓强度计算就是在上述复合力作用下螺杆根径（特别是加料段；或排气螺杆的排气段）断面的强度计算。
3.1 由轴向力PZ产生的压缩应力σc
σc=(1.15~1.25)PmaxD2/(ds2-d02) kg/cm2
式中：Pmax---可视为机头压力 kg/cm2
D -----螺杆外径 cm
ds ----螺杆最小根径 cm
d0 -----螺杆冷却水孔直径 cm
3.2 由扭矩Mt产生的剪切应力 τ
τ =496000×Nmax×η/[nmaxds3(1-C4)] kg/cm2
式中：Nmax---挤出机主电机最大功率 KW
nmax ---螺杆最高转速 r/min
η ------挤出机传动效率 取0.923
C=d0/ds
3.3 由螺杆自重G产生的弯曲应力σb
σb=L2(D+ds)2γ/[ds3(1-C4)]≈L2(D+ds)2γ/ds3
式中：γ---螺杆材料的比重 ，钢材取0.00785 kg/cm3
L---螺杆有螺纹部分长度 cm
当螺杆没有冷却孔时C=0
3.4 求螺杆的合成应力σr
根据材料力学可知，对塑性材料合成应力用第三强度理论计算，其强度条件为：σr= ≤[σ]
[σ]=σy/n σy---螺杆材料的屈服极限 kg/cm2
n-----安全系数 =3
38CrMoAlA σy=8500 kg/cm2
σ=σb+σc
3.5 例题：试校核SJ-150挤出螺杆和机筒的强度，其有关参数为：
螺杆外径D=15cm，螺杆螺纹尾部断面根径ds=11.8cm ,螺杆冷却水孔直径
d0=3.5cm,螺杆螺纹部分长度L=300cm，机筒外径D0=25cm，机筒内径Db=15cm,螺杆最大驱动功率Nmax=75KW,螺杆最高转速nmax=41.8r/min,螺杆、机筒材料均为38CrMoAlA(其屈服强度y=8500kg/cm2)
取传动效率η=0.923，机头最高压力Pmax=500kg/cm2,安全系数ny=3(故许用应力[]=8500/3=2830kg/cm2）。
解：
1）螺杆强度校核：
（1）求螺杆所受的轴向应力为：
σc=(1.15~1.25)PmaxD2/(ds2-d02) =1.2×500×=1060 kg/cm2
（2）求剪切应力：
τ =496000×Nmax×η/[nmaxds3(1-C4)]=496000×75×0.923/{41.8× 11.83×[1-（）4]}=495 kg/cm2
（3）计算弯应力：
σb=L2(D+ds)2γ/[ds3(1-C4)]≈L2(D+ds)2γ/ds3
=3002（15+11.8）2×7.85×10-3/11.83
=310 kg/cm2
（4）第三强度理论计算复合应力：
σ r===1690 kg/cm2
σ r≤[σ] 所以安全可用
2）机筒的强度校核：
见后面章节。
4 新型螺杆的设计
一 ）普通螺杆存在的主要问题及解决办法
普通螺杆存在的问题较多，从螺杆三段的基本职能进行分析，三段存在的问题是有一定的相互联系，并非孤立存在的。
（一）加料段存在的问题
本段的主要作用是输送和压实固体物料，从设计角度，总希望输送效率越高越好，并在其它两段配合下，得到最高的生产能力，可实际上本段的输送效率在一般情况下只能达到设计能力的20~40%，且随着螺杆的转速提高而下降。
固体输送效率低是造成普通螺杆生产能力低的主要原因之一。
固体输送效率低是由于在加料段压力形成缓慢，加料段的物料压力低，其压力形成主要靠机头的压力，而机头压力提高，则降低了生产能力。
（二）熔融段存在的问题
由于熔融理论是建立在理想的条件下，而实际生产的挤压过程并非按理想的状况进行的，且与螺杆参数、工艺条件及前后两段的机能有关系的，主要存在的问题有：
A 沿螺槽方向的螺杆底径的锥度和熔融段长度L2如果不适应一固体床分布函数X/W时，就会产生压力波动和挤出量的波动。
B 当固体输送段的压力太小或不足以压实固体床时，则已形成的熔膜将会渗入固体床的缝隙中，此时熔融段出现供料不足现象，造成熔融不稳定，使物料压力和机头压力发生波动。
C 熔融速度慢。众所周知，物料在压缩段熔融主要热量来源于机筒的外加热和物料受到的摩擦和剪切作用产生的热量。而外加热是靠热传导，高聚物本身的导热系数很低，且固体床中颗粒间又存在着间隙，影响传热；而固体物料受到的剪切作用得到的热量不大，大部分依赖于熔膜受到的剪切而产生的热量传给固体床。由于这些条件的限制，使物料的熔融速度慢。
D 容易出现扫膛现象。所谓扫膛现象是指螺杆与机筒内壁刮磨现象，它固然与螺杆、机筒的制造公差有关，但也与固体床破碎有很大关系。在固体床破碎后，机筒内的压力产生不规则变化，使螺杆受力不均匀易产生扫膛；此外，固体床破碎后，螺棱侧面没有足够的熔膜对螺棱顶面与筒之间进行充分的润滑，也易产生扫膛。
E 挤出物易产生气泡。在压缩段固体床破碎，产生熔池。在此过程中碎块中的气体被熔体包裹，在均化段进一步熔融后易被带入制品，影响制品质量。
（三）均化段存在的问题
均化段在理论上是作为定压、定量 、定温地输送熔料，并使之进一步均化的。但实际上，由于前两段存在的问题，使本段的开始之处还残存着固体物料，其必须承担着继续熔化固体残料的任务，从而影响了挤出物的质量。另外，此段还要担负对物料形成压力以达到压实物料和克服口模阻力的作用，过浅螺槽在机头压力较小情况下，必然引起生产能力的下降。
（四）解决普通螺杆存在问题的一些做法
1）在工艺上：
a 提高螺杆转速:从产能公式上可以看到，在一定程度上可以提高生产能力，但是，转速提高后，等于物料在螺槽中停留时间减少，使熔融速率降低，也带来了压力波动，影响制品质量。螺杆转速提高是有一定限度的。
b 提高机筒温度:提高机筒温度也是有一定限度的。一方面物料的温度提高了，加重了制品的冷却负担，又导致了制品在冷却过程中产生较大的内应力；另一方面，对热敏性塑料，可能引起降解。
2）改进加料段结构：如采用强制加料、对物料进行预热干燥、机筒上开一些细浅的轴向沟槽，增加物料与机筒的摩擦等手段，虽然都有一定的效果，但都是有限度的。
3） 增加螺杆的长径比，但过大的L/D会给螺杆的制造和安装带来一定的困难。
总之，上述这些办法受到一定的限制，所以在螺杆结构上人们开始作文章，出现了各种形式的新型螺杆，确实产生了较好的效果。

二 ） 新型螺杆
新型螺杆的结构形式不同，有分离型螺杆（BM杆）、分流型螺杆（销钉螺杆、DIS螺杆）、屏障型螺杆、波状螺杆、HM型（六角形）螺杆等。它们各的千秋，单从制造难易度角度，我们在此只介绍较易加工制造的分流型螺杆（销钉螺杆、DIS螺杆）、屏障型螺杆。

（一） 屏障型螺杆设计：
据有关资料介绍，设计合理的屏障型螺杆，比同规格的挤出机挤出量可增加30%以上，出料温度降3~20℃效果较为显著是。
1） 屏障段设置的位置：
L/D≥25的可设在距头部2D左右位置上，应保证没熔物料<30%.如果与销钉（分流段）同时使用，则其基本上设在距头部为1/3L（屏障段的出料端）处，销钉段位于螺杆头端部。下面图示的位置是单独使用屏障段的情况。

2） 剪切间隙 G：
Q=ΔP·G·B3/12ηB'
式中：Q-流量 ΔP—流经屏障的压力降 B—屏障段长度
G---屏障间隙 B'---剪切棱宽度 η---粘度
从Q公式可见：流量正比于间隙的3次方，但间隙大小又直接影响剪切速率，影响塑化质量。文献介绍：
通常取G=0.38~0.63mm ,即剪切棱小于螺杆外径尺寸。
对难于塑化的、粘度较大的物料PVC、PMMA、ABS、PC等取较小值，如0.5以下；对于较易塑化，并且粘度较小的PE、PA、PP等，通常取0.6.
3） 槽数 M
流入槽与流出槽都是成对的，通常为4~8对，螺杆直径小的取小值。
实验表明，槽数对剪切强度影响不大，但影响混合效果，可使料流在屏障段 中 不断改变流向，交叉并重新分布，槽数多，混合效果好，温度与压力波动越小。一般直径30~65的取4对，90~150的取6对，200以上的取8对。

4） 流通截面和屏障段长度：据有关文献介绍，当屏障段流量截面积F为均化段螺槽轴向截面积的60~70%时，物料可得到良好塑化所必须的压力，又不至于产生过大的阻力和物料发热，还可保证较高的生产率。
F=Bmin·G·M 而螺槽的轴向截面积F0=（t-e）·H3
∴Bmin= (0.6~0.7) （t-e）·H3/G·M
当G=0.6 ，流量截面为螺槽轴向截面的60%时，则：
Bmin =（t-e）·H3/M
式中：Bmin—屏障段最小长度，一般为2倍D左右 ， t---螺距 ,
e---螺棱宽度
H3—均化段螺槽深度， M---屏障段沟槽对数；
5） 剪切棱宽度 B'：
由剪切强度公式K=γB'/V可，K正比于B'，剪切棱宽度越大，剪切强度越大，可是，消耗的功率也正比地增加；因此，过大，则无意义；而过小，又易磨损，通常取B'=5~8mm左右，小径杆取小值（Φ65以下）。
（二） 销钉螺杆设计
1） 销钉段位置确定
一般分两种情况，一是在螺槽中设置销钉，可设在压缩段的末端或在均化段上，具体位置可根据加工条件确定，如图中所示的位置；即可设在距杆头部2D，4.5D，7D或9.5D处

二是设置销钉混炼段，一般高设在均化段的末端2~4D左右的无螺纹芯轴表面。

2）销钉的数量：
在螺杆槽中设置销钉
的螺杆，有资料介绍为2~4排销钉；而设置销钉混炼段螺杆，一般设置2~6圈销钉，混炼段长度在2~4D。总数在30~50个左右，但对销钉混炼段螺杆，销钉的总表面积最少应占该段无螺纹芯轴表面积的0.25~0.35较为适宜。
3）销钉的尺寸：
销钉高度:销钉的顶部高一般小于螺杆外径的2~4%，底部一般与所在部位的螺槽底径相同。
销钉间的间距：一般不大于销钉直径的1.5倍
销钉直径：所有销钉直径都相等。以圆柱销钉为例其直径为：
螺杆直径mm
45
65
90
120
150
200
销钉直径mm
4
5
5.5
6
6.5
6.5
上述表中所列数据均为最小的参考值，若销钉为方形的可以此值做为边长。
4）销钉螺杆的其它参数：
长径比和各段长度：与普通螺杆相似。
设置销钉的螺槽深度：可比未设置销钉之前深一些（0.5左右）。
三 ） 新型螺杆的应用
常用的新型螺杆多是复合型，如下图所示：其中有屏障段，又有销钉混炼段同时使用。
五 挤出机机筒设计思路
5. 1普通机筒的结构类型及其选择
普通机筒有整体式、分段式和双金属式机筒。最常见的是整体式，而目前主要塑机制造厂商生产的挤出机多采用在进料段开设轴向浅沟槽的新型机筒。
5.2 新型机筒的设计
参数 杆径mm
45
65
90
120
150
沟槽数 Z
4
6
8
12
16
沟槽宽度 b(mm)
8
8
10
10
10
沟槽深度h(mm)
深槽：h=3~4;浅槽：
h=1

衬套内孔锥度α（°）
α≤3°20′螺杆
直径大及衬套较长取小值

衬套的长度L（mm）
L=（3~5）D， L-加料口前端至纵向槽结束处长

新型机筒的设计主要是在进料段开设轴向浅沟槽 、设置轴向开槽的槽底为锥形的套筒。其各部尺寸和锥度如上表所示。
5.3加料口
加料口多为矩形，其长边平行于螺杆轴线，长度约为螺杆直径的1.5倍，若采用强制加料，则多为圆形。加料口的断面形状及特点，见如下图表：

5.4 机筒与机头的连接
连接形式如下图表：

5.5 机筒与螺杆的尺寸公差及材料和热处理
表5. 1螺杆与机筒的间隙（ZBG95009. 1-88） mm
螺杆直径
20
30
45
65
90
120
150
200
直径间隙
最大
0.15
0.22
0.30
0.35
0.40
0.44
0.49
0.57
最小
0.05
0.10
0.15
0.17
0.22
0.25
0.29
0.34

表5.2螺杆的形位公差（SG319-83） mm
螺杆直径
20
30
45
65
90
120
150
200
直线度
0.04
0.05
0.06
0.08
0.08
0.10
0.10
0.12
同轴度
0.015
0.015
0.02
0.025
0.025
0.025
0.03
0.03
端面全跳动
0.015
0.015
0.02
0.025
0.025
0.025
0.03
0.03
表5.3 机筒内孔极限偏差（ ZBG95009. 1-88） mm
杆直径
20
30
45
65
90
120
150
200
偏差
上
+0.117
+0.167
+0.261
+0.304
+0.346
+0.386
+0.427
+0.498
下
+0.050
+0.100
+0.150
+0.170
+0.220
+0.260
+0.290
+0.340
表5.4 螺杆材料及表面处理方法
热处理方法
材料
表层厚度或深度mm
硬度
HRC
特点
火焰表面淬火
45、40Cr
2~3
约55
乙炔-氧气为燃料，用于大型螺杆
透硬淬火
40Cr、42CrMo
-
60~65
仅用于小型螺杆
镀硬铬
上述各材料
0.05~0.1
65~70
光滑，耐磨、耐蚀
渗氮
氮化钢
0.3~0.6
60~70
表面硬度高，耐磨耐蚀
渗碳
低碳合金钢
约0.5
60~65
表硬，耐磨，芯部韧
表面堆焊
堆钴或镍基等合金和碳化物
2~3
40~70
取决于堆材
用于新杆或螺杆修复
表5.5 机筒材料及内表面处理方法
处理方法
材料
表层厚度或深度mm
硬度
HRC
特点
镀硬铬
中碳及其合金钢
0.05~1
65~70
虽光滑耐磨耐蚀易剥落，少用
渗氮
氮化钢
0.4~0.7
60~70
应用广
浇铸合金层
中碳及其合金钢
1.5~3
40~65
取决于合金层
国内已有应用，较少
5.6 机筒的壁厚及强度校核
表5.6部分国产挤出机筒壁厚 mm
螺杆直径
30
45
65
90
120
150
200
壁厚
20~25
20~25
30~45
40~45
40~45
40~45
50~60
5.6.1机筒的强度计算
1）径向应力计算：σ- p (径向最大应力 Mpa )
式中p---机筒内压力，一般取p=50Mpa
2)切向应力：σtmax=p(Da2+Db2)/ (Da2-Db2)
Da—机筒外径 （cm） Db—机筒内径 （cm）
σtmax---切向应力 （Mpa）
3)轴向应力：σa = pDb2/(Da2-Db2) (Mpa)
4）复合应力：σ=1/2[（στ-σt）2+（σt-σa）2+(σa-στ)2]
≤[σ]
5.6.2 机筒强度计算例题：
试校核SJ-150挤出机机筒的强度，其有关参数为：
螺杆外径D=15cm，螺杆螺纹尾部断面根径ds=11.8cm ,螺杆冷却水孔直径
d0=3.5cm,螺杆螺纹部分长度L=300cm，机筒外径D0=25cm，机筒内径Db=15cm,螺杆最大驱动功率Nmax=75KW,螺杆最高转速nmax=41.8r/min,螺杆、机筒材料均为38CrMoAlA(其屈服强度y=8500kg/cm2)
取传动效率η=0.923，机头最高压力Pmax=500kg/cm2,安全系数ny=3(故许用应力[]=8500/3=2830kg/cm2）。
解：
1）径向应力计算：σ- p =-500 （kgf/cm2）
2)切向应力：σtmax = p(Da2+Db2)/ (Da2-Db2)
=500(252+152)/(252-152)
=1060（kgf/cm2）
3)轴向应力：σa = pDb2/(Da2-Db2)=500×152/(252-152)
= 280（kgf/cm2）
4）复合应力：σ=1/2[（στ-σt）2+（σt-σa）2+(σa-στ)2]
= 1350<[σ]=2830（kgf/cm2）
∴机筒强度足够。
6分流板设计：

我国某些挤出机的分流板尺寸，见下面图和表。

平板状分流班势力尺寸参数

分流板的材料多用不锈钢2Cr13或3 Cr13

7 单螺杆挤出机的主要技术参数 （ZBG95009.1-88）

杆径

mm
L/D
n max

r/min
Q max

Kg/h
N

KW
N/Q

KW/(kg/h)
Q/n
(Kg/h)/
(r/min)
筒加热段

加热KW
中心高
mm
20
20
120
3.2
1.1
0.34
0.027
3
3
1000
500
350
25
160
4.4
1．5
0.34
0.028
3
4
30
210
6.5
2.2
0.34
0.030
3
5
30
20、25
160
16
5.5
0.34
0.100
3
5
同上
28、30
200
22
7.5
0.34
0.110
4
6
45
20、25
130
38
13
0.34
0.290
3
8
同上
28、30
155
50
17
0.34
0.320
4
10
65
20、25
120
90
30
0.33
0.750
4
14
1000
500
28、30
145
117
40
0.34
0.810
4
18
90
20、25
100
150
50
0.33
1.500
4
25
1000
500
28、30
120
200
60
0.30
1.670
5
30
120
20、25
90
250
75
0.30
2.780
5
40
1100
600
28、30
100
320
100
0.31
3.200
6
50
150
20、25
65
400
125
0.31
6.100
6
65
1