• a)压缩比：它的作用是将物料压缩，排除气体，建
立必要的压力，保证物料到达螺杆末端时有足够的 致密度。压缩比有二，一是几何压缩比，一是物理 压缩比。
• 所谓几何压缩比：加料段第一个螺槽容积与均化段
最后一个螺槽容积之比。
• 所谓物理压缩比：均化段熔体密度与物料加工之前
的松密度之比。
• b)设计原则 • 应使几何压缩比大于物理压缩比。 • c）获得压缩比的方法，可采用等距变深螺槽、等
• 1、关于螺杆型式的确定
按照传统的说法，常规全螺纹三段螺杆分为渐变型螺 杆和突变型螺杆。
2、螺杆的分段及各段参数的确定
• 如前所述，常规全螺纹三段螺杆一般分为加
料段、压缩段、均化段（计量段、挤出段）。
• 由挤出过程知，物料在这三段中的挤出过程
是不相同的。在设计螺杆时，每一段几何参 数的选择，应当围绕着该段的作用以及整根 螺杆和各段的相互关系来考虑。
• 出于机械加工的方便，一般取D=S，
θ=17°40’。
• b、螺纹的头数i
螺杆螺纹可以是单头的，也可以是双头的。多头螺纹 用得较少，这是因为物料在多头螺纹中不易均匀充满， 易造成波动。
• c、螺纹棱部宽度e • a）e太小会使漏流增加，而导致产量降低，特别是对
低粘度的熔体来说更是如此。
• b）e太大会增加螺棱上的动力消耗，有局部过热的危
• 常用来挤出粘度较大、导热性不良或有较为明显熔
点的塑料。
• 6、螺纹断面形状
常见螺杆螺纹的断面形状有三种。
• a、矩形。在螺槽根部有一个很小的圆角半径，它有
最大的装填体积，而且机械加工比较容易，适用于 加料段
• b、锯齿形。改善了塑料的流动情况，有利于搅拌
塑化，也避免了物料的滞留。适用于压缩段和均化 段。
第一章 挤出机
第三节 常规螺杆设计
• 螺杆和料筒组成了挤出机的挤压系统。为说
明挤压系统的重要性，人们通常称之为挤出 机的心脏。
• 塑料(橡胶)正是在这一部分由玻璃态转变为粘
流态，然后通过口模、辅机而被做成各种制 品的。
• 如果就螺杆和料筒相比，螺杆更显得居于关
键地位。这是因为一台挤出机的生产率、塑 化质量、填加物的分散性、熔体温度、动力 消耗等，主要决定于螺杆的性能。
• c)均化段的长度也多凭经验确定。对于非结晶性塑
料，均化段长度约占螺杆全长的22—25%；对结晶性 塑料，均化段长度约占螺杆全长的25～35%。
• 3、螺杆与料筒间隙的确定 • a、间隙δ选取所考虑的因素：
a）被加工物料的性质。（如热敏性与非热敏型物料）
b）机头阻力情况。
c）螺杆料筒的材质及其热处理情况
深不等距螺槽、不等深不等距螺槽、锥形螺杆等方 法。
• 其中等距不等深螺槽的办法易于进行机械加工，故
多采用。
• d) 压缩比的确定： • 热喂料橡胶螺杆1.3—1.5 • 冷喂料橡胶螺杆1.7—2.1 • 塑料螺杆一般根据塑料种类不同取2--5 • e）压缩段的长度
目前国内多以经验方法确定。根据一般经验。对非结 晶型塑料，压缩段约占整个螺杆长度的55—65%；而 对于结晶性塑料，则取（1—4）D不等。
热处理：调质HB220—270，镀硬铬HRC＞55
• c）氮化钢、38CrMoAl综合性能比较优异，
应用比较广泛。一般氮化层达 0.4—0.6毫米。
但这种材料抵抗氯化氢腐蚀的能力低，且价格 较高。
热处理：调质HB220—270，渗氮HRC＞65。
• c、斜切截锥体的螺杆头 • 其端部有一个椭圆平面，当螺杆转动时，它能使料流
搅动，物料不易因滞流而分解。
• d、锥部带螺纹的螺杆头 • 能使物料借助螺纹的作用而运动，主要用于电缆行业
• e、鱼雷头螺杆头 • 与料筒之间的间隙通常小于它前面的螺槽深度。有
的鱼雷头表面上开有沟槽或加工出特殊花纹。“它 有良好的混合剪切作用，能增大流体的压力和消除 波动现象”。
• 250大螺杆
• 锥双压片
• 锥形双螺杆
• 常规全螺纹三段螺杆的设计 • 所谓常规全螺纹三段螺杆，是指出现最早、应用最
广、整根螺杆由三段组成，其挤出过程完全依靠全 螺纹的形式完成的螺杆。这种螺杆的设计包括螺杆 型式的确定、螺杆分段及各段参数的确定、螺杆直 径和长径比的确定、螺杆和料筒间隙的确定等，下 面分别叙述。
• b、常用材料及热处理
目前我国常用的螺杆材料有45号钢、40Cr、氮化钢、 38CrMOAl等。
• a）45号钢便宜，加工性能好，但耐磨耐腐蚀性能差。
热处理：调质HB220—270，高频淬火HRC45—48
• b）40Cr的性能优于45号钢，但往往要镀上一层铬，
以提高其耐腐蚀耐磨损的能力。但对镀铬层要求较高， 镀层太薄易于磨损，太厚则易剥落，剥落后反而加速 腐蚀，目前已较少应用。
• b)如果螺槽太浅，产量就会降低，而且熔体会受到
过大的剪切，熔体的温度会变得过高，非但不能获 得低温挤出，甚至会引起过热分解。
• c)均化段螺槽深度的选择还应当与使用的机头相匹
配：若想获得高的挤出量，高压机头应当与浅的均 化段螺槽的螺杆相匹配，低压机头应当与均化段螺 槽深的螺杆相匹配。
• d)均化段螺槽深度h3的确定比较复杂，目前仍以经
• c、均化段。由挤出过程知，该段的作用是将来自压
缩段的已熔物料定压定量定温地挤到机头中去。
均化段的螺槽深度和长度是两个重要参量。
• 螺槽深度 应当设计的使该段的计量能力与压缩段的
熔融能力相匹配，以适当地控制每一转的挤出量。
• a)如果该段螺槽深度过大，使其潜在的熔体输送能
力大于熔体熔融能力，压缩段未熔融的物料会进入 该段，残留的固相碎片若得不到进一步均匀塑化而 挤入机头，会影响制品质量。
料段长度一般取为螺杆全长的60—65%。
• 螺旋角也是一个影响输送能力的因素，由固体输送理
论 得 知 ， θb 越 大 ； Qs 越 大 。 但 通 常 取 D=S ， 即 θb=17°40。
• 螺越大杆。表面摩擦系数越小（料筒的摩擦系数越大），QS
• b、压缩段。压实物料，熔融物料。
压缩段螺杆参数中有个重要概念，即压缩比。
d）机械加工条件
e）螺杆直径的大小。螺杆直径越大，δ的绝对值应选 得越大，螺杆直径越小，δ的绝对值应选得越小。
• b、选取 • 我国已有挤出机系列标准的直径间隙值，可根据情况
选取。δ＝（0.003—0.005）D, 直径大者取小值，小者 取大值。
• 4、螺杆其它参数的确定 • a、螺旋升角θ：
实验证明，物料形状不同，对加料段的螺纹 升角要求也不一样。
体中流道的设计和分流板的设计等有密切关系。
• 根据常用的螺杆头的形状，分成以下几类：
• a、钝的螺杆头 • 总有因物料在螺杆头前面停滞而分解的危险，即使
稍有曲面和锥面的螺杆头通常也不足以防止这一点， 对以上形式的螺杆头一般要求装分流板。
• b、带有较长锥面的螺杆头 • 也难免在螺杆的端点因停滞物料被烧焦的现象。
• a、加料段。输送物料给压缩段和均化段。加料段的
核心问题是输送能力。
• 通过加大加料段的螺槽深度h1来实现提高输送量Qs。 • 通过在料筒加料段处开纵向沟槽和加工出锥度来实现
提高输送量Qs。
• 增加加料段的长度会使产量的提高。加料段的长度与
压力的建立、熔融区的熔融状况和波动有关。
• 加料段的长度一般取(3—10）D，对于结晶性塑料，加
险。
• 一般取e=（0.08-0.12）D。
• 5、螺杆头部结构 • 当塑料熔体从螺旋槽进入机头流道时，其料流形式
急剧改变，由螺旋带状的流动变成直线流动。
• 为得到较好的挤出质量。要求物料尽可能平稳地从
螺杆进入机头，尽可能避免局部受热时间过长而产 生热分解现象。
• 这与螺杆头部形状、螺杆末端螺纹的形状以及机头
• c、双楔形。输送物料稳定，提高塑化效果。
• 7、螺杆材料 • a、对材质的要求 • 由挤出过程可知，螺杆是在高温、一定腐蚀、强烈磨
损、大扭矩下工作的，因此，螺杆必须：
--耐高温，高温下不变形； --耐磨损，寿命长； --耐腐蚀，物料具有腐蚀性； --高强度，可承受大扭矩，高转速； --具有良好的切削加工性能； --热处理后残余应力小，热变形小等。
验方法确定。
h3=（0.02—0.06）D
• 螺杆直径较小者，h3取大值，反之，取小值。
• 均化段长度L3是另一个重要参数。
• a)、温度的波动。
• b)但L3不能过长，否则会使压缩段和加料段在螺杆
全长中占的比例变小，不利于物料的熔融，或使螺 杆加长。