在單螺桿塑料擠出機(jī)中，正確的螺桿尺寸是影響擠出產(chǎn)品的質(zhì)量和成本的一個(gè)非常重要的因素。設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)其進(jìn)行一些必要的假定和簡(jiǎn)化是可行的，大多數(shù)的設(shè)備制造企業(yè)在設(shè)計(jì)具有某種特定用途的擠出機(jī)時(shí)，一般都會(huì)有一定的技術(shù)竅門，并通過(guò)對(duì)新的設(shè)計(jì)方法的研究而得以進(jìn)一步的發(fā)展。
　　
　　螺桿設(shè)計(jì)的目標(biāo)是定義螺桿適當(dāng)?shù)膸缀涡螤?、給定產(chǎn)量所需的螺桿轉(zhuǎn)速、所需的加熱能力。特定的設(shè)計(jì)一般都是擠出機(jī)、模頭和材料三者的結(jié)合。即使不考慮高產(chǎn)，我們?cè)谠O(shè)計(jì)過(guò)程中也要考慮zui低損耗、高質(zhì)量的混合均勻性和較低的能耗。
　　
　　混煉元件是用來(lái)使材料混合均勻、破碎固體床、熔融殘余顆粒和保證*混合的。根據(jù)特定的要求，螺桿的設(shè)計(jì)是要選擇適合于破碎材料或施加剪切應(yīng)力的螺桿。若給混合質(zhì)量定義一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)是很困難的。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)混煉段的入口和出口溫度分布的比較，可以作為熱混合影響的一個(gè)度量。如果再加上表面積、混煉段的每*束的剪切力或變形，我們可以獲得度量混煉元件的機(jī)械分散能力或破碎效率的方法。各種不同的材料和加工過(guò)程導(dǎo)致我們要設(shè)計(jì)各種不同的可能的幾何形狀的螺桿。由于對(duì)產(chǎn)品多樣性對(duì)設(shè)備安裝的要求，越來(lái)越多的使用一種能夠?qū)Χ喾N原料進(jìn)行均勻的混合和高質(zhì)量的加工的螺桿，然而，這樣為了特定的目的而設(shè)計(jì)的螺桿并沒(méi)有發(fā)揮出其潛在的高產(chǎn)量和高質(zhì)量。
　　
　　1、材料的特性對(duì)加工過(guò)程的影響
　　
　　在擠出加工過(guò)程中，加工的材料的特性對(duì)加工過(guò)程有重要的影響。材料的加熱和熔融很大程度上是由壓力、體積、溫度以及材料的熱屬性決定的。在輸送段，顆粒在機(jī)筒內(nèi)壁和螺桿之間摩擦，這種摩擦影響輸送特征和過(guò)渡段的行為。這主要依賴于以下的一些因素：
　　
　　{C}<!--[if!supportLists]-->（1）<!--[endif]-->局部壓力
　　
　　{C}<!--[if!supportLists]-->（2）<!--[endif]-->溫度
　　
　　{C}<!--[if!supportLists]-->（3）<!--[endif]-->速度
　　
　　{C}（4）摩擦副
　　
　　摩擦副是由螺桿與顆?；蝾w粒與機(jī)筒之間構(gòu)成的。與機(jī)筒內(nèi)壁有較高的摩擦系數(shù)和與螺桿螺槽根部有較低的摩擦系數(shù)都有有利于產(chǎn)量的影響。研究中發(fā)現(xiàn)，即使顆粒形狀的微小區(qū)別都會(huì)對(duì)輸送行為產(chǎn)生重要的影響。
　　
　　依賴于剪切速率和溫度的流變學(xué)特性除了對(duì)輸送部分有影響外，還影響擠出加工的其它部分在過(guò)渡段和均化段，固體相和熔融相的同時(shí)存在給加工過(guò)程的研究增加了很大的困難。
　　
　　2、開(kāi)槽機(jī)筒和屏障螺桿
　　
　　目前，對(duì)于傳統(tǒng)的三區(qū)域螺桿的幾何形狀的設(shè)計(jì)有多種變化形式，開(kāi)槽機(jī)筒和屏障螺桿就是其中的兩個(gè)例子。對(duì)于開(kāi)槽機(jī)筒之間的摩擦，可以產(chǎn)生線性輸送特性，這意味著在zui大限度范圍內(nèi)，熔體流量不依賴于口模的壓力而依賴于擠出機(jī)的擠出速度（熔體流量與擠出機(jī)的擠出速度幾乎成線性關(guān)系）。開(kāi)槽機(jī)筒擠出機(jī)的缺點(diǎn)就是能量消耗比較大和對(duì)材料所施以的剪切應(yīng)力較大。為了提高顆粒的熔融速率，可以使用屏障螺桿，這樣所有的流量必須通過(guò)屏障螺桿的屏障間隙來(lái)實(shí)現(xiàn)，屏障螺桿是把雙棱螺桿分為固體槽部分和熔融槽部分。在屏障間隙處，熔融部分和沒(méi)有熔融部分都受到很高的剪切作用，在屏障間隙的分散可以保證*的熔融。屏障螺桿和開(kāi)槽機(jī)筒擠出機(jī)由于其高產(chǎn)量和高質(zhì)量的性能，單螺桿擠出機(jī)的應(yīng)用在很大范圍內(nèi)已經(jīng)被帶有屏障螺桿和開(kāi)槽機(jī)筒的擠出機(jī)所取代。
　　
　　3、單螺桿擠出機(jī)的計(jì)算方法
　　
　　在設(shè)計(jì)擠出機(jī)螺桿的時(shí)候有多種方法，設(shè)計(jì)參數(shù)可以通過(guò)近似方程來(lái)確定，對(duì)幾何形狀簡(jiǎn)單的螺桿在忽略許多影響因素的情況下才是可能的，但這樣獲得的設(shè)計(jì)參數(shù)不適合用來(lái)估計(jì)現(xiàn)代螺桿的擠出過(guò)程。
　　
　　另外一種方法是模型理論，在實(shí)驗(yàn)中確定的一些條件可以被運(yùn)用于批量生產(chǎn)的擠出機(jī)上，然而這具有相當(dāng)?shù)南拗?，需要?fù)雜的、實(shí)驗(yàn)室規(guī)模實(shí)驗(yàn)。更為重要的是，實(shí)驗(yàn)室模型和生產(chǎn)用的機(jī)器的尺寸比率也不一定很大。用模擬的方法我們可以增加要考慮參數(shù)的數(shù)目。通過(guò)模擬我們可以獲得一些重要的有關(guān)材料的關(guān)鍵性數(shù)據(jù)。
　　
　　由于材料和邊界條件的建模困難，使得用標(biāo)準(zhǔn)有限元程序來(lái)模擬輸送段、過(guò)渡段和均化段是非常復(fù)雜的。擠出機(jī)的各個(gè)部分都可以用標(biāo)準(zhǔn)的有限元來(lái)模擬，涉及到幾何建模、邊界條件和材料屬性方面的工作量是很大的。這意味著，因?yàn)槌杀镜脑?，?biāo)準(zhǔn)有限元在螺桿的設(shè)計(jì)中可以運(yùn)用的程度是有限的。一種新的方法是邊界元素法，此種方法簡(jiǎn)化網(wǎng)格劃分、縮短計(jì)算時(shí)間，它也能夠預(yù)測(cè)流動(dòng)速率，剪切應(yīng)力，流線和全部幾何模擬上的壓力分布。用邊界元素法的計(jì)算是在等溫的條件下進(jìn)行的。zui近已經(jīng)被證明能成功的對(duì)混煉段中的材料混合進(jìn)行模擬。
　　
　　對(duì)模擬的結(jié)果的正確分析很重要的，因?yàn)槌绦虻挠?jì)算數(shù)據(jù)只是定性上正確，但就定量而言，并不總是足夠。特別是，其結(jié)果的度取決于現(xiàn)有材料數(shù)據(jù)的精度。另一個(gè)對(duì)結(jié)果準(zhǔn)確性有影響的因素在于一開(kāi)始模擬程序是否能考慮影響模擬螺桿的所有相關(guān)因素。模擬和分析螺桿的困難使得大多數(shù)生產(chǎn)企業(yè)仍然使用他們自己的近似計(jì)算，輔以實(shí)驗(yàn)嘗試和程序模擬。現(xiàn)實(shí)中的螺桿設(shè)計(jì)仍基于設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)，模擬程序允許工程師在較短時(shí)間內(nèi)檢查各種幾何形狀和加工參數(shù)。這意味，在現(xiàn)代擠出機(jī)行業(yè)的創(chuàng)造中，他們的確起了重要的作用。將來(lái)，更復(fù)雜的模擬程序?qū)⒛軌蚶L制大量而且的參數(shù)。在單螺桿擠出機(jī)的開(kāi)發(fā)中，模擬加工將繼續(xù)扮演一個(gè)比較重要的角色。
　　
　　4、單螺桿擠出機(jī)的發(fā)展方向
　　
　　隨著螺桿、機(jī)筒材料性能的提升，加工質(zhì)量的優(yōu)化，在單螺桿擠出機(jī)的設(shè)計(jì)中，小直徑螺桿通過(guò)加長(zhǎng)長(zhǎng)徑比的屏障加混煉設(shè)計(jì)，提高螺桿轉(zhuǎn)速，再配備優(yōu)化的開(kāi)槽機(jī)筒設(shè)計(jì)，就能實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)量、高質(zhì)量和較低的能耗。所以超長(zhǎng)長(zhǎng)徑比的小直徑單螺桿擠出機(jī)是未來(lái)的發(fā)展方向之一。
　　
　　大口徑塑料管道，近幾年發(fā)展迅猛，特別是大口徑高密度聚乙烯管材，外徑將達(dá)到Φ2000～Φ2500mm,壁厚將達(dá)到100mm以上，單位米重達(dá)到600kg以上。為了適應(yīng)這種變化，高密度聚乙烯產(chǎn)量達(dá)到1500kg/h～2000kg/h,甚至超過(guò)2000kg/h的單螺桿擠出機(jī)將得到廣泛的應(yīng)用。
　　
　　鑒于成本和能耗的因素，螺桿直徑超過(guò)150mm的單螺桿擠出機(jī)也將逐步淡出市場(chǎng)，取而代之的將是更加優(yōu)化和設(shè)計(jì)的小直徑螺桿、機(jī)筒組合元件。
　　
　　在加工不同的原料過(guò)程中，一般需要不同結(jié)構(gòu)的螺桿。隨著人工成本的不斷提高，更換螺桿需要更多的成本，所以使用一種能夠?qū)Χ喾N原料進(jìn)行均勻的混合和高質(zhì)量的加工的螺桿尤為重要，這也是單螺桿擠出機(jī)未來(lái)的發(fā)展方向之一。