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所謂常規(guī)全螺紋三段螺桿，是指出現(xiàn)最早、應(yīng)用最廣、整根螺桿由三段組成，其擠出過(guò)程完全依靠全螺紋的形式完成的螺桿。這種螺桿的設(shè)計(jì)包括螺桿型式的確定、螺桿分段及各段參數(shù)的確定、螺桿直徑和長(zhǎng)徑比的確定、螺桿和料筒間隙的確定等，下面分別敘述。
（一）關(guān)于螺桿型式的確定
按照傳統(tǒng)的說(shuō)法，常規(guī)全螺紋三段螺桿分為漸變型螺桿和突變型螺桿。
1、所謂漸變型螺桿是指由加料段較深螺槽向均化段較淺螺槽的過(guò)渡，是在一個(gè)較長(zhǎng)的螺桿軸向距離內(nèi)完成的。特點(diǎn)如下：
1）漸變螺桿大多用于無(wú)定形塑料的加工。如聚***乙烯
2）它對(duì)大多數(shù)物料能夠提供較好的熱傳導(dǎo)，傳熱均勻，效果好。適用于熱敏性塑料，
3）對(duì)物料的剪切作用較小，而且可以控制，其混煉特性不是很高，也可用于結(jié)晶性塑料。
物料在這種螺桿中的熔融過(guò)程正如熔融理論所揭示的那樣。
2、所謂突變型螺桿的指由加料段較深螺槽向均化段較淺螺槽的過(guò)渡是在較短的螺桿軸向距離內(nèi)完成的。特點(diǎn)如下
1）突變螺桿由于具有較短的壓縮段，有的甚至只有（1—2）D。
2）對(duì)物料能產(chǎn)生巨大的剪切，故適用于粘度低、具有突變?nèi)埸c(diǎn)的塑料，如尼龍、聚烯烴，
3）對(duì)于高粘度的塑料容易引起局部過(guò)熱，故不適于聚***乙烯。
物料在這種螺桿中的熔融過(guò)程也符合熔融理論所揭示的規(guī)律。
3、橡膠螺桿有一種等深等距的，熱喂料螺桿
（二）關(guān)于螺桿直徑的確定
螺桿直徑是一個(gè)重要參量，它在一定意義上表征擠出機(jī)擠出量的大小。
1、螺桿直徑已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化
在設(shè)計(jì)螺桿時(shí)。它不能任意確定，因?yàn)槁輻U直徑已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化。我國(guó)擠出機(jī)標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的螺桿直徑系列為：30、45、65、（85）90、（115）120、150、200。一般情況下，確定的螺桿直徑應(yīng)符合此系列。
2、螺桿直徑的確定
螺桿直徑的大小一般根據(jù)所加工制品的斷面尺寸、加工塑料的種類和所要求的生產(chǎn)率來(lái)確定。
制品截面積的大小和螺桿直徑的大小有一個(gè)適當(dāng)?shù)年P(guān)系。一般說(shuō)來(lái)，大截面的制品選大的螺桿直徑，小截面的制品選小的螺桿直徑，這對(duì)制品的質(zhì)量、設(shè)備的利用率和操作比較有利。
（三）關(guān)于螺桿長(zhǎng)徑比的確定
螺桿的長(zhǎng)徑比是螺桿的重要參數(shù)之一。若將它與螺桿轉(zhuǎn)數(shù)聯(lián)系起來(lái)考慮，在一定意義上也表示螺桿的塑化能力和塑化質(zhì)量。
1、發(fā)展趨勢(shì)
單螺桿的長(zhǎng)徑比有一個(gè)由小到大的發(fā)展趨勢(shì)，50年代一般為18—20，60年代為25—28，目前為30左右。
2、大長(zhǎng)徑比的優(yōu)點(diǎn)
1）長(zhǎng)徑比加大后，螺桿的長(zhǎng)度增加，塑料在料筒中停留的時(shí)間長(zhǎng)，塑化得更充分更均勻，故可以保證產(chǎn)品質(zhì)量。
2） 在此前提下，可以提高螺桿的轉(zhuǎn)數(shù)．從而提高擠出量。
3、大長(zhǎng)徑比的缺點(diǎn)
1） 長(zhǎng)徑比加大后，螺桿、料筒的加工和裝配都比較困難和復(fù)雜，成本也相應(yīng)提高，
2） 長(zhǎng)徑比加大后，使擠出機(jī)加長(zhǎng)，增加所占廠房的面積。
3）L/D增大后,因螺桿的下垂度與其長(zhǎng)度的四次方成正比，故會(huì)增加螺桿的彎曲度而造成螺桿與料筒的間隙不均勻，有時(shí)會(huì)使螺桿刮磨料筒而影響擠出機(jī)的壽命。
4）當(dāng)長(zhǎng)徑比加大后，若提高螺桿轉(zhuǎn)數(shù)，其扭矩必然加大，這對(duì)小直徑的螺桿來(lái)說(shuō)，因其加料段的螺紋根徑較小，就要考慮其強(qiáng)度是否滿足要求的問(wèn)題。
例如，直徑45毫米的螺桿，加工 HDPE，當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)數(shù)達(dá)到80轉(zhuǎn)／分時(shí)，達(dá)到強(qiáng)度極限的長(zhǎng)徑比為L(zhǎng)/D=37.5，在轉(zhuǎn)數(shù)為100轉(zhuǎn)／分時(shí)，達(dá)到強(qiáng)度極限的長(zhǎng)徑比限為L(zhǎng)/D=32；當(dāng)加工LDPE或PP時(shí)，長(zhǎng)徑比的極限值L／D＜30。
因此，應(yīng)當(dāng)力求在較小的長(zhǎng)徑比的條件下獲得高產(chǎn)量和高質(zhì)量，才是多快好省的途徑。切不可盲目地加大長(zhǎng)徑比。
（四）螺桿的分段及各段參數(shù)的確定
如前所述，常規(guī)全螺紋三段螺桿一般分為加料段、壓縮段、均化段（計(jì)量段、擠出段）。
由擠出過(guò)程知，物料在這三段中的擠出過(guò)程是不相同的。在設(shè)計(jì)螺桿時(shí)，每一段幾何參數(shù)的選擇，應(yīng)當(dāng)圍繞著該段的作用以及整根螺桿和各段的相互關(guān)系來(lái)考慮。
1、加料段。加料段的作用是輸送物料給壓縮段和均化段。
1)、熔體控制型螺桿 即熔融均化能力低，擠出量主要由壓縮段和均化段的熔融均化速率所決定的螺桿。加料段的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)與壓縮段和均化段相匹配，輸送的物料應(yīng)與后兩段熔融均化速率相一致，使熔體充滿均化段螺槽，過(guò)多或過(guò)少都會(huì)造成擠出的不穩(wěn)定。
2）、加料控制型螺桿 即熔融均化能力很高，擠出量主要取決于加料段的輸送能力的螺桿。加料段應(yīng)當(dāng)輸送盡可能多的物料給后兩個(gè)區(qū)段。當(dāng)然，這時(shí)也有一個(gè)熔融均化能力和加料能力相一致的問(wèn)題，否則會(huì)引起過(guò)熱和塑化不良。
3）加料段的核心問(wèn)題是輸送能力。由固體輸送理論得知，螺桿的輸送能力與螺桿的幾何參數(shù)和固體輸送角有關(guān)。
a.通過(guò)加大加料段的螺槽深度h1來(lái)實(shí)現(xiàn)提高輸送量Qs。
b.通過(guò)在料筒加料段處開縱向溝槽和加工出錐度來(lái)實(shí)現(xiàn)提高輸送量Qs。
c.增加加料段的長(zhǎng)度會(huì)使產(chǎn)量的提高。
d.加料段的長(zhǎng)度與壓力的建立、熔融區(qū)的熔融狀況和波動(dòng)有關(guān)。
e.加料段的長(zhǎng)度一般取(3—10）D，對(duì)于結(jié)晶性塑料，加料段長(zhǎng)度一般取為螺桿全長(zhǎng)的60—65%。
f.螺旋角也是一個(gè)影響輸送能力的因素，由固體輸送理論得知，θb越大；Qs越大。但通常取D=S，即θb=17°40。
g.螺桿表面摩擦系數(shù)越�。贤驳哪Σ料禂�(shù)越大），QS越大。
2、壓縮段。由擠出過(guò)程可知，這一段的作用是壓實(shí)物料，熔融物料。因此，這一段螺桿各參數(shù)的確定應(yīng)以此為主旨。
壓縮段螺桿參數(shù)中有個(gè)重要概念，即壓縮比。
1)壓縮比：它的作用是將物料壓縮，排除氣體，建立必要的壓力，保證物料到達(dá)螺桿末端時(shí)有足夠的致密度。
所謂壓縮比有二，一是幾何壓縮比，一是物理壓縮比。
幾何壓縮比：加料段第一個(gè)螺槽容積與均化段最后一個(gè)螺槽容積之比。
所謂物理壓縮比：物料加工之前的松密度與均化段熔體密度之比。
2)設(shè)計(jì)原則
應(yīng)使幾何壓縮比大于物理壓縮比。
壓縮比與物料的性質(zhì)、制品的情況等有關(guān)。它可用試驗(yàn)決定。目前多根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取，因而即使加工同一種塑料和同一種制品，各廠也會(huì)采取不盡相同的壓縮比。
3）獲得壓縮比的方法，可采用等距變深螺槽、等深不等距螺槽、不等深不等距螺槽、錐形螺桿等方法。其中等距不等深螺槽的辦法易于進(jìn)行機(jī)械加工，故多采用。
4) 壓縮比的確定：熱喂料螺桿1.3—1.5
冷喂料螺桿1.7—2.1
塑料螺桿一般根據(jù)塑料種類不同取2--5
5）壓縮段的長(zhǎng)度，目前國(guó)內(nèi)多以經(jīng)驗(yàn)方法確定。
根據(jù)一般經(jīng)驗(yàn)。對(duì)非結(jié)晶型塑料，壓縮段約占整個(gè)螺桿長(zhǎng)度的55—65%；而對(duì)于結(jié)晶性塑料，則取（1—4）D不等。
3、均化段。由擠出過(guò)程知，該段的作用是將來(lái)自壓縮段的已熔物料定壓定量定溫地?cái)D到機(jī)頭中去。
均化段的螺槽深度和長(zhǎng)度是兩個(gè)重要參量。
1）螺槽深度 應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)得使該段的計(jì)量能力與壓縮段的熔融能力相匹配，以適當(dāng)?shù)乜刂泼恳晦D(zhuǎn)的擠出量。
a.如果該段螺槽深度過(guò)大，使其潛在的熔體輸送能力大于熔體熔融能力，壓縮段未熔融的物料會(huì)進(jìn)入該段，殘留的固相碎片若得不到進(jìn)一步均勻塑化而擠入機(jī)頭，會(huì)影響制品質(zhì)量。
b.如果螺槽太淺，產(chǎn)量就會(huì)降低，而且熔體會(huì)受到過(guò)大的剪切，熔體的溫度會(huì)變得過(guò)高，非但不能獲得低溫?cái)D出，甚至?xí)疬^(guò)熱分解。
c.另外，均化段螺槽深度的選擇還應(yīng)當(dāng)與使用的機(jī)頭相匹配：若想獲得高的擠出量，高壓機(jī)頭應(yīng)當(dāng)與淺的均化段螺槽的螺桿相匹配，低壓機(jī)頭應(yīng)當(dāng)與均化段螺槽深的螺桿相匹配。
d. 均化段螺槽深度h3的確定比較復(fù)雜，目前仍以經(jīng)驗(yàn)方法確定。
h3=（0.02—0.06）D
螺桿直徑較小者，h3取大值，反之，取小值。
2) 該段的長(zhǎng)度L3是均化段的另一個(gè)重要參數(shù)。
a. L3長(zhǎng)一些，可以使物料得到相對(duì)長(zhǎng)一些的均化時(shí)間，也可以減少壓力、產(chǎn)量、溫度的波動(dòng)。
b.但L3不能過(guò)長(zhǎng)，否則會(huì)使壓縮段和加料段在螺桿全長(zhǎng)中占的比例變小，不利于物料的熔融，或使螺桿加長(zhǎng)。
c. 均化段的長(zhǎng)度也多憑經(jīng)驗(yàn)確定。對(duì)于非結(jié)晶性塑料，均化段長(zhǎng)度約占螺桿全長(zhǎng)的22—25%；對(duì)結(jié)晶性塑料，均化段長(zhǎng)度約占螺桿全長(zhǎng)的25～35%。
3) 對(duì)于某種給定的物料，有一個(gè)最佳的均化段螺槽深度和均化段長(zhǎng)度。均化段的尺寸決定了它的均化能力。
有實(shí)驗(yàn)證明，在其它條件不變的情況下，均化段螺槽深度稍為增加（如螺桿直徑為φ45，h3由3毫米增加至3．5毫米）就使均化質(zhì)量大大下降；相反，h3稍為減少（螺桿直徑不變，h3由3毫米減少到2毫米），產(chǎn)量會(huì)大大減少（約50%）。而均化段的長(zhǎng)度由 9D減少至6D，同樣也會(huì)引起塑化質(zhì)量的下降。
4） 附帶說(shuō)明一下：有一種習(xí)慣的計(jì)算方法，當(dāng)壓縮比ε和均化段槽深h3決定后，h1可以用下式計(jì)算：
h1=0.5{D一[D2一4εh3（D—h3）]1/2 }
應(yīng)當(dāng)指出，這僅是一個(gè)幾何關(guān)系。壓縮比ε不應(yīng)作為決定加料段螺槽深度的標(biāo)準(zhǔn)。
（五）螺桿與料筒間隙的確定
螺桿與料筒間隙δ是一個(gè)螺桿與料筒相互關(guān)系的參量。
1、間隙δ選區(qū)所考慮的因素：
1）被加工物料的性質(zhì)。（如熱敏性與非熱敏型物料）
2）機(jī)頭阻力情況。阻力越大間隙越小。
3）螺桿料筒的材質(zhì)及其熱處理情況
4）機(jī)械加工條件
5）螺桿直徑的大小來(lái)選取。一般說(shuō)來(lái)，螺桿直徑越大，δ的絕對(duì)值應(yīng)選得越大，螺桿直徑越小，δ的絕對(duì)值應(yīng)選得越小。
螺桿和料筒的間隙δ的選取是一個(gè)綜合性的問(wèn)題，必須結(jié)合各方面的因素綜合考慮。
2、選取
我國(guó)已由擠出機(jī)系列的直徑間隙值，可根據(jù)情況選取。
δ＝（0.003—0.005）D 直徑大者取小值，小者取大值。
（六）螺桿其它參數(shù)的確定
1、螺旋升角θ：
實(shí)驗(yàn)證明，物料形狀不同，對(duì)加料段的螺紋升角要求也不一樣。
1）θ=30 °左右適于粉料，
2）θ=l7°左右適于圓柱料，
3）θ=15°左右適于方塊料。
出于機(jī)械加工的方便，一般取D=S，θ=17°40’。
2、 螺紋的頭數(shù)i
螺桿螺紋可以是單頭的，也可以是雙頭的。多頭螺紋用得較少，這是因?yàn)槲锪显诙囝^螺紋中不易均勻充滿，易造成波動(dòng)。
3、螺紋棱部寬度e
1）e太小會(huì)使漏流增加，而導(dǎo)致產(chǎn)量降低，特別是對(duì)低粘度的熔體來(lái)說(shuō)更是如此。
2）e太大會(huì)增加螺棱上的動(dòng)力消耗，有局部過(guò)熱的危險(xiǎn)。
3）一般取e=（0.08-0.12）D。
（七）螺桿頭部結(jié)構(gòu)
當(dāng)塑料熔體從螺旋槽進(jìn)入機(jī)頭流道時(shí)，其料流形式急劇改變，由螺旋帶狀的流動(dòng)變成直線流動(dòng)。為得到較好的擠出質(zhì)量。要求物料盡可能平穩(wěn)地從螺桿進(jìn)入機(jī)頭，盡可能避免局部受熱時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而產(chǎn)生熱分解現(xiàn)象。這與螺桿頭部形狀、螺桿末端螺紋的形狀以及 機(jī)頭體中流道的設(shè)計(jì)和分流板的設(shè)計(jì)等有密切關(guān)系。
根據(jù)常用的螺桿頭的形狀，分成以下幾類：
1、鈍的螺桿頭
總有因物料在螺桿頭前面停滯而分解的危險(xiǎn)，即使稍有曲面和錐面的螺桿頭通常也不足以防止這一點(diǎn)，對(duì)以上形式的螺桿頭一般要求裝分流板。
2、帶有較長(zhǎng)錐面的螺桿頭，
也難免在螺桿的端點(diǎn)因停滯物料被燒焦的現(xiàn)象。
3、斜切截錐體的螺桿頭．
其端部有一個(gè)橢圓平面，當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，它能使料流攪動(dòng)，物料不易因滯流而分解。
4、錐部帶螺紋的螺桿頭，
能使物料借助螺紋的作用而運(yùn)動(dòng)，主要用于電纜行業(yè)。
5、魚雷頭螺桿頭
與料筒之間的間隙通常小于它前面的螺槽深度。有的魚雷頭表面上開有溝槽或加工出特殊花紋。“它有良好的混合剪切作用，能增大流體的壓力和消除波動(dòng)現(xiàn)象，常用來(lái)擠出粘度較大、導(dǎo)熱性不良或有較為明顯熔點(diǎn)的塑料。
（八）螺紋斷面形狀
常見螺桿螺紋的斷面形狀有兩種。
1、一種是矩形。在螺槽根部有一個(gè)很小的圓角半徑，它有最大的裝填體積，而且機(jī)械加工比較容易，適用于加料段
2、另一種是鋸齒形。改善了塑料的流動(dòng)情況，有利于攪拌塑化，也避免了物料的滯留。適用于壓縮段和均化段。
3、第三種雙楔形。輸送物料穩(wěn)定，提高塑化效果，提高產(chǎn)量30—50%。
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