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高手進階：如何設計注塑機螺桿

2018-2-24 9:23:50

為了實現喂料、熔融和計量之間的平衡，有必要在每一段的設計中，使用經過驗證的計算和測試經驗數據。只是在一段或另一段中改變幾個尺寸，可能會導致意想不到的結果。
這包括一些如熔融開始、在機筒軸向各個位置的壓力發展、熔融物料的黏度和溫度的信息，以及機筒壁的厚度﹑熱電偶放置和機筒內壁的溫度等信息。熔化速率的計算還需要各種溫度下完整的聚合物黏度數據﹑熱傳導性和比熱曲線冪律和一致性指數以及熔化熱。
筆者曾經進行過“簡化”的熔化速率計算，完成分析需要近100個數據。這一計算結合了聚合物中黏性熱的產生﹑聚合物的輸送﹑壓力的發展，以及刮壁熱交換器熱力學的幾個計算。
對于喂料段，面臨的挑戰就更大了。所需的數據很少公布，因而很難獲得，也很難把它們應用于喂料的基本體積計算中。進行一個基本分析需要一些數據，比如平均粒徑﹑堆積﹑聚合物顆粒之間的摩擦﹑聚合物顆粒與螺桿和機筒之間的摩擦，以及進料喉和機筒的內壁溫度。因此，喂料分析幾乎完全是經驗性的，如果沒有大量的儀器儀表及檢測，這些數據中的許多幾乎是不可能獲得的。
不幸的是，“壓縮比”的概念往往是喂料分析中的唯一要素。這是一個冒險且不準確的方法，因為壓縮比僅考慮喂料段相對輸送段的體積，而所有其他影響喂料速率的方面都被忽略了。此外，壓縮比通常會影響熔化速率，可能會引入一些意想不到的后果。
當螺桿的這些不同功能處于不平衡狀態時，各種負面的性能問題就會產生。其中一個最常見的問題是不穩定或波動。過度喂料可能會導致不穩定﹑螺桿/機筒的高磨損﹑高的熔體溫度﹑過多的電力消耗以及非均勻的熔體;缺料則可能會導致不穩定﹑熔化速率不高和較低的輸出。
同樣的問題也影響熔化速率：過度進料可能會導致料道堵塞和由此產生的不穩定性、螺桿高磨損、電動機高負載和熔體均勻度差;反之，缺料可能會導致不良的熔化速率和差的熔體均勻度。
擠出段與前一段的匹配同樣重要。擠出段設計不足或過度設計會影響擠出量、熔體溫度、熔體穩定性和熔體均勻性。
每一個連續加工段取決于前一段的輸出。不幸的是，無論計算和計算機分析多么精妙，第一段最難預測。很少有設計是在第一組計算中完成，并且通常至少有一個段必須進行調整，以達到平衡。
如果涉及混合段，需添加另一段以匹配前一段，并采用一組不同的計算，以確定混合器的有效性和輸送能力。
綜上所述，不考慮螺桿/機筒段之間所需的平衡而只改變幾個個別的尺寸，這種做法可能會導致更多的問題需要解決。單螺桿擠出機盡管是一種相對簡單的機械裝置，但當把聚合物從固體加工到熔體時，其行為就變得比較復雜了。

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