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螺杆机筒常见材料及强度计算 2017-08-30

螺杆材料


1、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:


1)耐高温,高温下不变形;


2)耐磨损,寿命长;


3)耐腐蚀,物料具有腐蚀性;


4)高强度,可承受大扭矩,高转速;


5)具有良好的切削加工性能;


6)热处理后残余应力小,热变形小等。


2、常用材料及热处理


目前我国常用的螺杆材料有45号钢、40Cr、氨化钢、38CrMOAl等。


1)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


2)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。


热处理:调质HB220—270,镀硬铬HRC>55


3)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


国外有用碳化钛涂层的方法来提高螺杆表面的耐腐蚀能力,但据报道,其耐磨损能力还不够好。近年来国外在提高螺杆的耐磨耐腐蚀能力方面采取了一系列措施。一种办法是采用高度耐磨耐腐蚀合金钢。如34CrAlNi,、31CrMo12等。还有采取在螺杆表面喷涂Xaloy合金的方法。这种Xaloy合金具有高的耐磨耐蚀性能(详见料筒部分)。


螺杆的强度计算


当螺杆与减速箱主轴用较长的圆柱面配合时,可以将螺杆作一端固定的悬臂梁。螺杆在挤出过程中的受力状态可简化如图所示的情况:


1、螺杆受力情况


1)自重G;


2)克服物料阻力所需的扭矩M;


3)物料压力产生的轴向力P。


螺杆一般是因长期磨损,螺杆与料筒的间隙过大不能正常挤出而报废,但也有因设计或操作不当产生的工作应力超过强度极限而破坏的例子。因此,螺杆也应满足一定的强度要求。


4)螺杆的危险断面一般在加料段螺纹根径最小处。


根据材料力学可知,对塑性材料,复合应力用第三强度理论计算,其强度条件为:


2、强度计算


3、其它情况


1)对于螺杆尾部与减速箱主轴成浮动联接的情况,由于螺杆在料筒中浮动,螺杆自重引起的弯曲应力等于零,故只按螺杆受压应力和剪切应力来计算。


2)由于螺杆自重引起的弯曲应力很小(螺杆周围充满物料),即使在前一种情况下,也可略去不计,因此这两种方法实际上是一样的。


3)也有按纯扭来估算螺杆直径的。


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