橡膠擠出機螺桿構型分析及其幾何參數的確定
發布時間：2018-04-12 點擊量：2917摘要：螺桿是冷喂料擠出機的一個核心部件，它在擠出機的性能參數中起著決定性的作用。本文將螺桿從宏觀功能上分成三個功能段，依據擠出理論結合生產實踐分別對螺桿的喂料功能段、塑化功能段和擠出功能段的各種螺桿構型進行了較詳盡較系統的分析，以便更容易理解和掌握各種螺桿構型的工作原理，希望對螺桿設計和選型有所幫助。另一方面螺桿又是由眾多的結構幾何參數所組成。因此螺桿幾何參數的確定和選擇直接關系著擠出機的使用性能。本文分析了螺桿幾何參數影響擠出過程的理論依據，進而對各幾何參數進行選擇和確定，為螺桿和擠出機的設計、選型提供依據和參考。
1.前言
在橡膠工業中，螺桿擠出機是橡膠加工的重要設備，它廣泛應用在輪胎制造、膠管制造、密封膠膠條制造、電線電纜和防水材料制造等等。在擠出機中，螺桿是一個核心部件，它在擠出機的性能參數中起著決定性的作用。從擠出機的發展史中就充分證明了這一點：最早使用的是短長徑比的等距不等深或收斂螺桿，因沒有塑化功能，只能用在橡膠制品的壓型功能上，即出現了最早的熱喂料擠出機；由于熱喂料擠出機需要龐大的供膠設備，既浪費能源，浪費占地面積，勞動強度大，擠出制品質量低等問題，因此，加大了螺桿的長徑比，提高了膠料在擠出過程中的剪切歷程，以便提高螺桿的塑化能力，出現了大長徑比的普通螺紋螺桿，即從熱喂料擠出機發展到普通冷喂料擠出機；由于普通冷喂料擠出機的螺桿沒有塑化元件結構，塑化能力達不到擠出工藝要求，在此背景下，螺桿的塑化段增加了主副螺紋結構，出現了主副螺桿（即強力剪切）冷喂料擠出機；主副螺紋擠出機雖然解決了塑化能力問題，但它只是簡單的剪切作用，對塑化和混合作用還滿足不了高質量橡膠制品的要求，因此，又將螺桿的塑化段發展成機筒銷釘螺桿，則出現了銷釘冷喂料擠出機。并為此，先后出現了繁多的擠出機品種，如：擋板擠出機、傳遞型擠出機，銷釘/主副螺紋型擠出機等等。
在擠出機中，機筒/螺桿系統有三大作用：一是輸入膠料的作用，即為擠出機的喂料段。它是決定擠出機生產能力的前提，只有吃料多，才能輸出得多；但是吃料多必須給予消化，則機筒/螺桿系統第二個作用就是塑化作用，此段即為擠出機的塑化段；在擠出過程中膠料通過喂料段、塑化段，至此膠料已完成了塑化作用，為了獲得制品穩定的質量，機筒/螺桿系統第三個作用就是穩定擠出作用，即計量作用，此段稱擠出段。我們根據螺桿在機筒的輔助組合下，把螺桿分成三個功能段，一是喂料段，二是塑化段，三是擠出段。為了便于分析和應用，我們將螺桿構型分解成上述三個功能段的構型并進行分析，以便更容易理解和掌握螺桿構型的設計原理，希望對螺桿設計有所幫助。
在橡膠螺桿擠出機中，螺桿是擠出機的核心部件，而螺桿又是由眾多有關的幾何結構參數所組成，幾何參數的選擇是否正確，直接影響擠出機的使用性能。長期以來，螺桿的幾何參數主要沿用熱喂料擠出機和普通冷喂料擠出機螺桿的幾何參數。隨著螺桿構型的發展和變化，螺桿幾何參數也有很大的變化。因此，很有必要對現代冷喂料擠出機螺桿結構幾何參數進行分析，在分析的基礎上對螺桿結構的主要幾何參數進行選擇和確定。這些幾何參數主要包括：螺桿直徑（D）；螺桿長徑比（L/D）；螺紋升角（θ）和導程（S）；螺桿的幾何壓縮比（ξ）；螺槽深度（H）；螺紋斷面形狀（r ，θ ，e）；銷釘的排數（N）、個數（n）與銷釘直徑（d）；主副螺紋長度（l）與高低差（△），螺桿和機筒之間的間隙（δ）以及螺桿頭的形狀與尺寸。
2.橡膠擠出機螺桿構型分析
2.1喂料段螺桿構型分析
喂料段螺桿主要有兩個作用：一是能最大限度和最快速度吃進膠料；二是保證吃進的膠料能有效地迅速輸送到塑化段。對于前者主要采用旁壓輥喂料裝置以及新近出現的螺旋嚙合喂料裝置，主要考慮螺桿的構型和與之相配合的機筒結構。
