锥形双螺杆挤出机螺杆的优化设计.pdf

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第40卷,第4期
工.程塑料应用
40,No.4
2012年4月
ENGINEERING PLASTICS APPLICATION
Apr.2012
doi:10.3969-issn.1001-3539.2012.04.013
锥形双螺杄挤出机螺杄的优化设计
何亮
(广东轻工职业技术学院,广东省高校高分子材料加工工程技术开发中心,广州510300)
摘要:系统地介绍了维形双螺杆挤出机螺杆的基本参数以及各功能段参的设计依据,并针对SJSZ-35锥形双
蠏杄挤出杋的螺杄迸行了优化设计,对同类螺杆的设计具有一定的指导意义
关键词:锥形双螺杄;螺杄结构;设计
中图分类号:TH122文献标识码:A文章编号:1001-3539(2012)04-0048-05
Screw Design of the Conical Twin Screw Extruder
Guangdong Industry Technical College, Guangdong Macromolecular Materials Processing Engineering Technology Development Center
Guangzhou 510300, China y
Abstract: The main parameters and the design basis of parameters of each functional zones of the conical twin-screw extruder
screw were systematically described, then the screw of SJSZ-35 conical twin-screw extruder was optimally designed, and the
method and results could be applied to direct the same type screw design
Keywords: conical twin-screw screw structure design
锥形双螺杆挤出机是…一种高效的混炼挤出设锥形螺杆规格一般用小端直径表示,小端直径通
备,它是在完全啮合平行向外异向旋转双螺杆挤出常在25~92mm,需根据挤出量确定。本设计中
机的基础上发展起来的一种机型,与平行啮合异向的SJSZ-35锥形双螺杆挤出机的螺杆直径为35
双螺杄挤出机相比,锥形双螺杆的结构特点决定了/70mm,其中,小端直径为35mm,大端直径为
封闭、物料强制输送、物料停留时70mm,为增加挤出机的产量,设计为双锥型螺杆。
间分布窄、自浩性好、适于粉料加工等共同的优点1.2螺杆长径比
外,还具有如下独特优点12:(1)加料段直径大
锥形双螺杆的长径比(L/D。)定义为螺杆有效
螺槽容积大,加料量大;(2)加料段与压缩段螺杆表长度L与平均直径D。之比。一般L/D。在12
面积比较大,利于物料的剪切升温;(3)螺杆强度高,16,个别接近18。平均直径为
系统刚度大,可以配置比较大的扭矩分配器与变速
Dっ。=(Dn+D)/
箱,传动系统安全可靠;(4)挤出段螺杆直径小,表式中:Dn一螺杆平均直径,mm;
面积比较小,可以有效防止剪切热量过剩造成的熔
螺杄小端直径,mm;
体温度过高而发生分解,热损伤的危险性小,适于热
Dm螺杆大端直径,mm。
稳定性差的物料的加T.。
在本设计中,D=35mm,Dn=70mm。则
螺杄是挤出机的心脏,螺杅参数设计的正确与由式(1)可得:D。=52.5mm。L=716m,则L/
否直接影响到挤出机性能。笔者对SJSZ-35锥形Dn=13.64。
双螺杆挤出机的螺杄进行了优化设计。
1.3螺杅锥角和螺槽深度
锥形螺杄的基本参数设
双锥型锥形双螺杄的特点是螺槽深度沿螺杄
目前有关锥形双螺杆设计的有关理论计算方长度渐变,外圆锥和内圆锥是两个锥角不等的锥面,
法还不是很完善,因此螺杄的参数确定仍然采取经
*广东省白然科学碁金项目(101510300070000)、广东轻工职
验类比和实际生产相结合的方法
业技术学院自然科学基金项目(KY200802)
1.1螺杄直径D
联系人:何亮,讲师,主要从事塑料机械和模具设计研究
锥形螺杄有小端直径和大端直径两个值,但
收稿日期:2012-02-08
何亮:锥形双螺杄挤岀机螺杄的优化设计
外锥角大于内锥角。本设计中外锥角。取1.4,内渐减小,以实现物料连续压缩,但増加了加工难度。
锥角ξ取0.9°
从易于加工方面考虑,本设计采用加料段螺纹导程
螺杄头部的螺槽深度一般为小端直径的1/5S1恒定不变。
4.小端直径为35mm,螺杆头部螺槽深度
加料段螺纹头数影响物料在加料段的升温
hmn的选择范围为7~8.75mm,取hm。-8mm
效果。螺纹头数多,螺杆传热表面积大,有利于冷料
锥形螺杆沿螺杄轴向任一位置的螺槽深度为:的升温。但螺纹头数增多时,一方面加工复杂,且螺
h,=(l-z)(tane-tanc
(2)棱窄,强度削弱;另一方面,由于螺槽窄而深,会出
式中:L螺杄有效长度;
现加料困难。一般螺纹头数取1~3,根据锥形双
Z一沿螺杄轴向任一位置的距离,最大端面螺杅实际应用的情况,此处取i-2。
处Z=0
加料段长度L1原则上取决于被加工物料的熔
螺杄外锥角
融特性以及螺杄的有效长度。为了适应不同物料或
螺杄内锥角.
配方的加工要求,实际生产中加料段长度相对较长,
由式(2)可得:螺杆大端螺榑深度んm。为一般为螺杆有效长度的35%~40%。本研究中螺杄
14.25mm。
有效长度为716mm,所以L1在250~286mm之
1.4螺杆轴线中心距a
间选取,取L1=280mm
通常情况下,螺杄中心距指的是螺杆小端的中
锥形双螺杄挤出机的挤出量可用公式(4)计
心距,是机筒设计必不可少的参数,也是决定两螺杆算
啮合径向间隙的重要参数。
O=2ivnpj
(4)
炳根螺杆啮合后轴线中心距为
式中:Q挤出产量,kg
a=D-h+δ
一两螺杅啮合后C形螺槽容积,mm2;
式中:
螺杆轴线中心距,mm
m—螺杅转速,r/min;
h一螺槽深度,mm
p一物料松密度,kg/m3
6一径向间隙,mm,此处取δ.-=0.5mm。
i一螺纹头数
由式(3)可得
厂一输送效率
最小中心距am=Dnmn-hmn+6.=25m;
C形螺槽容积可用式(5)计算4
最大中心距anm=Dn-hm+6。=56.25mm
V=ID 2(d-a)
a all-(a/D
arccos
1.5维型螺杄转速
2π(D-a
月前,锥形双螺杄挤出机主要用于PVC和木塑
D-a)
材料的加工,过大的剪切会导致物料过热分解受损
或木粉烧焦。因此,螺杆最大转速受到一定限制,维式中:一两螺杆啮合后C形螺槽容积,mm
形双螺杅的最大转速一般低于50r/min,大型机在
D一螺杆直径,mm;
35r/min左右,中型机在40r/min左右,小型机为