雙螺桿幾何參數(shù)設計(1) - 基礎篇

2017-03-25 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

由于雙螺桿擠出機具有良好的混煉塑化性能和自潔作用可以消除物料輸送過程中產(chǎn)生的死角,避免了聚合物因為停滯、停留時間不均而產(chǎn)生的分解,因而在聚合物擠出、泵送、傳質和傳熱以及聚合反應鄰域得到日益廣泛的應用。對于雙螺桿擠出機的開發(fā)設計來說,其核心問題之一是螺桿參數(shù)的選擇,因而掌握雙螺桿幾何學知識對于設計開發(fā)人員來說相當重要。隨著計算機技術的普及和發(fā)展,可以借助計算機三維造型技術實現(xiàn)在加工制造之前的設計參數(shù)檢驗,檢驗兩螺桿的嚙合情況,并獲取所需要的幾何參數(shù)。

一、雙螺桿擠出機的分類

根據(jù)兩螺桿之間是否嚙合或部分嚙合、螺桿旋轉方向是同向或是異向、流道在縱向和橫向上是敞開還是密閉的,從理論上將雙螺桿擠出機分成12種情況,如圖1。

所謂縱向敞開,即沿著流動方向,自加料口至機頭有一開放的通道,此時物料能從一根螺桿流向另一根螺桿,可沿螺槽進行物料交換;而縱向密閉的螺桿系統(tǒng),螺紋在縱向上每隔一定距離就封閉起來。而所謂橫向敞開,指的是垂直于螺棱方向,物料能越過螺棱,在同一根螺桿的各螺槽之間進行物料交換;若橫向密閉,則沒有可能進行這種物料交換。在不考慮加工間隙的前提下,螺桿在縱向或橫向是否敞開,是否有一個緊閉的幾何空間,對物料的輸送、混合和建壓能力都有直接的關系。

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圖1雙螺桿擠出機分類

非嚙合系統(tǒng),無論是同向還是異向旋轉,在縱向和橫向上總是敞開的,見圖1中的類型11和類型12。只有完全嚙合的異向旋轉系統(tǒng)在縱向和橫向上是完全密閉的(類型1),每根螺桿的每個腔室中形成一個獨立的互不聯(lián)系的封閉室,也就是常說的C形室。螺桿旋轉一圈,C形室內物料被強制著向前輸送一個導程,其輸送機理與螺桿泵類似?？v向和橫向都封閉的緊密嚙合同向旋轉系統(tǒng),在理論上是行不通的;縱向敞開和橫向封閉的異向旋轉系統(tǒng),在理論上也是不可能的。

另一方面,緊密嚙合同向旋轉神螺桿由于兩根螺桿在嚙合處的螺紋走向相反,螺槽中的物料可以通過嚙合區(qū)螺紋間的通道進入另外一根螺桿的螺槽中,因而是縱向敞開系統(tǒng)。采用普通螺紋時會使橫向封閉(類型4),但用捏合盤時,螺桿就橫向敞開(類型6)。

對于部分嚙合型螺桿,異向旋轉的有縱向敞開橫向封閉的系統(tǒng)(類型7),也有縱向和橫向都敞開的系統(tǒng)(類型9);而對于同向旋轉的螺桿,若縱向開放其橫向也必然是開放的,因此類型10是常見的,而類型8是不存在的。

實際制造的同向旋轉雙螺桿擠出機大多是類型4和類型6,也有用類型10的綜合設計;嚙合式異向旋轉雙螺桿擠出機總是把類型1與類型9的特點結合起來。

二、旋轉方向與輸送方向關系

如果從螺桿的上面觀察,異向旋轉雙螺桿的旋轉方向可以是對向向內旋轉的,也可以是背向向外旋轉的,但由于異向向內旋轉時兩螺桿間的壓延作用會帶來螺桿變形和磨損,這種向內旋轉的方式很少采用;同向旋轉雙螺桿可逆時針旋轉也可以順時針旋轉。在分析和設計雙螺桿擠出機時,為了確保物料從加料口加入后能夠正確地往機頭方向輸送,在螺桿旋轉方向、螺紋旋向(左旋螺紋或右旋螺紋)以及物料輸送方向之間,必須保持一定的相互關系。