螺桿

螺桿

螺桿(拼音:luógǎn,英文:screw):外表面切有螺旋槽的圓柱或者切有錐面螺旋槽的圓錐。螺桿具有不同的頭,像圖片中的頭叫外六角螺桿。還有其他,例如大扁螺桿、內六角螺絲等等。

基本介绍

  • 中文名:螺桿
  • 外文名:screw
  • 長徑比公式:L/D
  • 是否耐高溫:是
  • 耐磨性:高的耐磨性
  • 材質:金屬
對材質的要求,常用材料,熱處理,綜述,螺桿受力情況,其它情況,螺桿的用處,設計原理,翻新工藝,磨損原因,維護注意事項,擠出機螺桿的分段,壓縮比,長徑比L/D,

對材質的要求

由擠出過程可知,螺桿是在高溫、一定腐蝕、強烈磨損、大扭矩下工作的,因此,螺桿必須:
1)耐高溫,高溫下不變形;2)耐磨損,壽命長;3)耐腐蝕,物料具有腐蝕性;4)高強度,可承受大扭矩,高轉速;5)具有良好的切削加工性能;6)熱處理後殘餘應力小,熱變形小等。
螺桿螺桿

常用材料

目前我國常用的螺桿材料有45號鋼、40Cr、氨化鋼、38CrMOAl,高溫合金等。1)45號鋼便宜,加工性能好,但耐磨耐腐蝕性能差。熱處理:調質HB220—270,高頻淬火HRC45--48。2)40Cr的性能優於45號鋼,但往往要鍍上一層鉻,以提高其耐腐蝕耐磨損的能力。但對鍍鉻層要求較高,鍍層太薄易於磨損,太厚則易剝落,剝落後反而加速腐蝕,已較少套用。熱處理:調質HB220—270,鍍硬鉻HRC>553)氮化鋼、38CrMoAl綜合性能比較優異,套用比較廣泛。一般氮化層達 0.4—0.6毫米。但這種材料抵抗氯化氫腐蝕的能力低,且價格較高。4)高溫合金材料優於其它材料,該材料不用鍍層,主要用於注塑機生無鹵螺桿,該材料抗氧化耐腐蝕性能高,熱處理hra55`60.

熱處理

調質HB220—270,滲氮HRC>65國外有用碳化鈦塗層的方法來提高螺桿表面的耐腐蝕能力,但據報導,其耐磨損能力還不夠好。
國外在提高螺桿的耐磨耐腐蝕能力方面採取了一系列措施。一種辦法是採用高度耐磨耐腐蝕合金鋼。如34CrAlNi,、31CrMo12等。還有採取在螺桿表面噴塗Xaloy合金的方法。這種Xaloy合金具有高的耐磨耐蝕性能。
螺桿螺桿

綜述

當螺桿與減速箱主軸用較長的圓柱面配合時,可以將螺桿作一端固定的懸臂樑。螺桿在擠出過程中的受力狀態可簡化如圖所示的情況:

螺桿受力情況

1)自重G;2)克服物料阻力所需的扭矩 M;3)物料壓力產生的軸向力P。
螺桿一般是因長期磨損,螺桿與料筒的間隙過大不能正常擠出而報廢,但也有因設計或操作不當產生的工作應力超過強度極限而破壞的例子。因此,螺桿也應滿足一定的強度要求。4)螺桿的危險斷面一般在加料段螺紋根徑最小處。根據材料力學可知,對塑性材料,複合應力用第三強度理論計算,其強度條件為:
螺桿螺桿

其它情況

1)對於螺桿尾部與減速箱主軸成浮動聯接的情況,由於螺桿在料筒中浮動,螺桿自重引起的彎曲應力等於零,故只按螺桿受壓應力和剪下應力來計算。2)由於螺桿自重引起的彎曲應力很小(螺桿周圍充滿物料),即使在前一種情況下,也可略去不計,因此這兩種方法實際上是一樣的。3)也有按扭矩來估算螺桿直徑的。

螺桿的用處

多用於塑膠成型設備,如塑膠型材擠出機,注塑機等。螺桿和機筒是塑膠成型設備的核心部件。是加熱擠出塑化的部分。是塑膠機械的核心。螺桿廣泛套用於加工中心,CNC機器,數控車床,注塑機,線切割,磨床,銑床,慢走絲,快走絲,PCB鑽孔機,精雕機,雕銑機,火花放電機,咬齒機,刨床,大型立車龍門銑等等
加工中心螺桿加工中心螺桿

設計原理

銷釘螺桿的主體部分是普通的螺桿,銷釘可設定在螺桿的熔融段或計量段的落槽內或計量段末無螺槽的光滑圓柱形表面。銷釘按一定的排列方式設定,可疏密程度不等,數量不等。圓柱形的銷釘是將銷釘裝配到螺桿的孔中形成的;方形或菱形銷釘是直接在螺桿上銑銷形成的。如果這些銷釘是在設定在熔融區,銷釘可將固體床打碎,破壞兩相流動,把固、液相攪在一起,使末溶固相碎塊與已容物料的接觸面積加大,促進熔融。如果銷釘是設定在熔體輸送區,則其主要作用是分割料流,增加界面,改變料流的方向,使流束重新排列。多次分流、匯合,改變流動方向,使熔體組分與溫度均化。混合段均為設定在普通螺桿均化段末端的向內開槽結構,其外徑與螺桿外徑相等。溝槽分為若干組,每組之間是物料的匯合區。物料被溝槽分割,到匯合區匯會,再分割、匯合,其原理是銷釘式類似的。分離型螺桿的特點是熔融段上除了有原來的一條螺絲紋(稱為主螺桿)外,還附加了一條螺紋(稱為附加螺紋),其外徑略小於主螺紋外徑,主副紋的導程不同,副螺紋自加料段末端開始(並在此與加料段相聯),經過幾個螺紋後,逐漸與均化段的主螺紋相交。這種螺桿的螺槽深度和螺紋導程從加料段開始至均化末端都是逐步變化的,既螺紋導程從寬逐漸變窄,螺槽深度由深度逐漸變淺,可使物料得到最大的壓縮。

翻新工藝

1、 扭斷的螺桿要根據機筒的實際內徑來考慮,按與機筒的正常間隙給出新螺桿的外徑偏差進行製造。2、 磨損螺桿直徑縮小的螺紋表面經處理後,熱噴塗耐磨碳化鎢合金,然後再經磨削加工至尺寸。3、 在磨損螺桿的螺紋部分堆焊耐磨碳化鎢合金。根據螺桿磨損的程度堆焊1~2mm厚,然後磨削加工螺桿至尺寸。這種耐磨碳化鎢合金由C、Cr、Vi、Co、W和B等材料組成,增加螺桿的抗磨損和耐腐蝕的能力。4、 修復螺桿底徑作電鍍硬鉻處理方法,鉻也是耐磨和抗腐蝕的金屬,但硬的鉻層比較容易脫落。

磨損原因

1、每種塑膠,都有一個理想塑化的加工溫度範圍,應該控制料筒加工溫度,使之接近這個溫度範圍。粒狀塑膠從料斗進入料筒,首先會到達加料段,在加料段必然會出現乾性磨擦,當這些塑膠受熱不足,熔融不均時,很易造成料筒內壁及螺桿表面磨損增大。同樣,在壓縮段和均化段,如果塑膠的熔融狀態紊亂不均,也會造成磨損增快。2、轉速應調校得當。由於部分塑膠加有強化劑,如玻璃纖維、礦物質或其他填充料。這些物質對金屬材質的磨擦力往往比熔融塑膠的大得多。在注塑這些塑膠時,如果用高的轉速成,則在提高對塑膠的剪下力的同時,亦將令強化相應地產生更多被撕碎的纖維,被撕碎的纖維含有鋒利末端,令磨損力大為增加。無機礦物質在金屬表面高速滑行時,其刮削作用也不小。所以轉速不宜調得太高。3、螺桿在機筒內轉動,物料與二者的摩擦,使螺桿與機筒的工作表面逐漸磨損:螺桿直徑逐漸縮小,機筒的內孔直徑逐漸加大。這樣,螺桿與機筒的配合直徑間隙,隨著二者的逐漸磨損而一點點加大。可是,由於機筒前面機頭和分流板的阻力沒有改變,這就增加了被擠塑物料前進時的漏流量,即物料從直徑間隙處向進料方向流動量增加。結果使塑膠機械生產量下降。這種現象又使物料在機筒內停留時間增加,造成物料分解。如果是聚氯乙烯,分解產生的氯化氫氣體加強了對螺桿和機筒的腐蝕。4、 物料中如有碳酸鈣和玻璃纖維等填充料,能加快螺桿和機筒的磨損。5、 由於物料沒有塑化均勻,或是有金屬異物混入料中,使螺桿轉動扭矩力突然增加,這種扭矩超出螺桿的強度極限,使螺桿扭斷。這是一種非常規事故損壞。

維護注意事項

1、螺桿未達到預調溫度時,切勿啟動機器。2、防止金屬碎片及雜物落入料斗,若加工回收料,便需加上磁性料斗以防止鐵屑等進入料筒。3、使用防涎時要確定料筒內塑膠完全熔融,以免螺桿後退時損壞傳動系統零件。4、使用新塑膠時,應把螺桿的余料清洗乾淨。5、當熔融塑膠溫度正常但又不斷發現熔融塑膠出現黑點或變色時,應檢查膠螺.6、在加工時,儘量使物料塑化均勻,不要讓金屬異物混入料中,減少螺桿轉動扭矩力。

擠出機螺桿的分段

物料在擠出機螺桿中的運動是分為三段研究的,因而螺桿的設計也往往分段進行。由於各段是連續通道,所以在實際生產中,只要能滿足要求,並不是非把螺桿分成三段不可,實際上有的螺桿只有兩段,有的還不分段。例如擠出尼龍這一類結晶性好的材料時,只有加料段和均化段,一般的螺桿擠出軟聚氯乙烯塑膠的螺桿,可以採用全部壓縮段,而不必分成加料段和均化段。螺桿的分段式從經驗得到的,主要決定於物料的性質。加料段長度可以從0至占螺桿全長的75%,大體說來擠出結晶性聚合物時最長,硬性無定型聚合物次之,軟性無定型聚合物最短。壓縮段長度通常占螺桿全長的50%,當然象上述尼龍和軟聚氯乙烯塑膠例外。擠出聚乙烯時均化段長度可取全長的20一25%。但對某些熱敏性材料(如聚氯乙烯),物料在這一段不宜停留過長,可以不要均化段。有些高速擠出機均化段長度竟取50%。

壓縮比

各種塑膠所要求的擠出機壓縮比並不是固定不變的,可以有一個範圍。原料不同,要求的壓縮比也不一樣。例如擠出軟聚氯乙烯塑膠時,如果是粒狀料,螺桿壓縮比常取2.5-3,如果是粉狀混合料,壓縮比可取4 ~ 5。螺桿壓縮比的選擇,可參考表4。壓縮比的取得,可以用以下幾種方法得到:(1)螺距變化(等深不等距)。這種結構的優點在於壓縮比較大時不影響螺桿強度,缺點是螺桿加工困難,接近螺桿端部時螺旋角太小使料流不能暢通,容易產生窩料。(2)螺槽深度變化(等距不等深)。它的優點是加工製造容易,物料與機筒接觸面積大,傳熱效果好。缺點是強度削弱大,在使用長螺桿和大壓縮比時特別要注意。(3)螺距和螺槽深度都變化(不等距不等深)。如果設計得當,這種螺桿可以獲得最大的優點和最小的缺點。 實際生產中主要從加工製造方便考慮,等距不等深螺桿套用最多。

長徑比L/D

塑膠擠出機擠出成型用塑膠品種較多,一根螺桿不可能成型所有的塑膠。應根據原料特性,並儘可能考慮各種原料的共性來設計螺桿,使一根螺桿能同時擠出幾種塑膠,這在工業生產上是有經濟意義的。螺桿後端的反螺紋起防止漏料的作用。
螺桿長徑比L/D,螺桿直徑D指螺桿螺紋的外徑。螺桿有效長度L指螺桿工作部分長度,如圖3-14所示。有效長度和螺桿總長不同。長徑比就是螺桿有效長與直徑的比值。早期的拚出機螺桿的一長徑比較小,只有12-16。隨著塑膠成型加工工業的發展,擠出機螺桿的長徑比逐漸增大,目前常用的為15、20、25,最大可達43。
增加長徑比有如下好處,1.螺桿加壓充分,製品的物理機械性能均可提高。2.物料塑化好,製品外觀質量較好。3.擠出量提高20-40%。同時,長徑比大的螺桿特性曲線斜率小,較平坦,擠出量穩定。4.有利於粉料成型,如聚氯乙烯粉料擠管。但增加長徑比使螺桿的製造和螺桿與機筒的裝配變得困難。因此,長徑比不能無限制增大。

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