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您应该了解的微型挤出螺杆

随着增材制造的发展,非常小的螺丝变得越来越普遍。设计此类螺钉需要平衡其输出要求和扭矩强度。
#最佳做法 #螺丝

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要接收颗粒或什至磨碎的颗粒,非常小的螺丝的进料部分需要成比例地变深—也就是说,压缩比更大—以匹配其余螺丝的输出。这是由于进入螺杆的尺寸受到限制,以及螺杆通道中的颗粒少得多,导致压实率降低。增大进料段中的通道深度自然会降低螺杆的扭矩能力。

在增材制造设备中,已经从热风枪转移到了小型挤出机,热风枪将聚合物长丝供入以供应熔融的聚合物,以供应熔融的聚合物。微型挤出机可提高零件增产率或产量,并降低材料成本。由于聚合物的不良传热,热风枪的输出受到限制,长丝的成本通常是每磅粒料成本的五倍或更多。无论是否用于增材制造设备,微型或超小螺钉的设计都需要在输出要求与扭矩强度之间取得平衡。

对于增材制造挤出机,这可能更为重要,因为许多挤出机无法通过典型的挤出机进行操作,并且冷启动是不可避免的。在此类应用中 螺钉的强度必须超过驱动器可提供的全部扭矩,以便在可能的冷启动期间,驱动器扭矩立即跃升至全部驱动能力,螺钉不会断裂。

和....相比 热风枪,微型挤出机可提高零件增产率或产量,并降低材料成本。

使用完善的机械工程原理进行相对简单的计算可​​以避免螺钉损坏。

来自驱动器的可用扭矩计算如下:

驱动力矩 (in-lb)=(马力× 63025) ÷ Maximum screw speed

例如,我最近 在一台具有2 hp驱动电机,最大转速为1750 rpm的挤出机上工作,该挤出机与10:1齿轮减速器相连,导致最大螺杆转速为175 rpm。

可用扭矩 =(2.0 x 63025)÷(1750/10)= 720英寸磅的扭矩

螺杆扭矩的计算公式为:

螺丝扭矩  = 16T /( πd3)

抗扭强度等于驱动器可用扭矩的16倍除以πd3 其中(d)是最靠近驱动器的螺杆最深部分的根部直径,即进给部分。一个示例是0.625英寸。直径 用0.325英寸的螺丝固定。进料部分的根部直径。

扭矩强度 =(16× 720) ÷ (π × (0.325)3)= 106,820磅/平方英寸

扭转强度从轴中心的零到最大的外表面变化。那’这就是为什么拧紧扭矩故障最初会显示由飞行外径引起的裂纹。向中心延伸。有不同的形状因素来确定抗扭强度 常见的形状(正方形,圆形,三角形等)。这些已经通过实验开发,但是对于螺钉的横截面没有。结果,通常使用螺杆根部的圆形截面,即使该截面小于总抗扭强度。

设计微小的挤压螺丝 随着增材制造技术的发展,微小的挤出机螺杆(与铅笔相比)变得越来越普遍。这里显示的是5/8英寸。直径螺钉的总长度为16.28英寸。照片:Triex LLC-Filabot。 

典型的挤出螺杆用钢的抗拉强度是4140号钢,热处理后的硬度为32 Rc,抗拉强度为145,000 psi。保守地将钢的抗剪强度规定为抗拉强度的0.577%,因此,尽管螺钉螺纹增加了强度的不确定值,但允许的扭转应力为83,655 psi。

这意味着进纸部分为5/8英寸。在全驱动负载下,上面提到的螺钉将承受的应力基本上是最大设计强度的128%。为了获得所需的输出,则必须减小螺钉的深度,并增加最大螺钉速度。可替代地,可以使用诸如H-13的更高强度的钢。在Rc 52的硬度下,其抗张强度为289,000 psi, 其扭转应力将为166,753 psi或远高于所需强度。 H-13工具钢是选择的解决方案,因为聚合物是共聚聚酯,没有腐蚀问题。

关于作者:  吉姆·弗兰克兰 是一位机械工程师,从事各种类型的挤出加工已有40多年的历史。他现在是Frankland Plastics Consulting,LLC的总裁。联系 [email protected] or (724) 651-9196. 

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