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某挤出成型3D打印机的机筒设计计算案例

目录

某挤出成型3D打印机的机筒设计计算案例1

1机筒简述1

2机筒设计1

3漏斗设计3

4喷嘴及其组件设计3

4.1喷嘴设计4

4.2喷嘴适配器设计4

1机筒简述

机筒罩在螺杆外的一个薄壁筒，在机筒外侧会安装加热装置供螺杆系统使用,

热量穿过机筒给物料加热，故机筒同样螺杆系统中一个不可缺少的零部件。目前

较为常见的机筒通常为两部分所组成：机筒外壳和内衬。由于机筒的内部会直接同

物料相接触，产生严重的磨损，为了便于更换维修，通常采用内衬式的结构。除此

之外，夕卜壳和内衬的材料也不相同，对于外壳而言，采用机械强度较为普通的金属

即可，而对于内衬来说，选择特殊合金更加合适，将二者装配在一起的方式为过渡

装配。一般会根据挤出机样式从而去设计机筒的结构，大致分为整体式与组合式机

筒。整体式，顾名思义，即整个螺杆安装于同一个整体机筒，组合式，即不同的机

筒根据结构与材料的不同安装于不同区域。对于整体式机筒而言，因为在不同区域,

温度不尽相同，故不同区域外的机筒所要求的热力条件也会不同，寿命也就各不相

同，如果处于温差较大的环境下，机筒则更加容易损坏。组合式机筒，会根据不同

区域不同要求来设计不同机筒，这样设计的好处维修更换更加方便快捷，只需换

掉发生损坏的机筒，其余的机筒可以接着使用。但同样存在一些缺点，即使零件数

量增多了，装置的成本也随之上升。考虑到本装置尺寸结构不算大，所以各区域间

的温差不会特别明显，便可选择一体式机筒设计，机筒整体材料选择为特殊合金。

2机筒设计

(1)材料

对机筒而言，其工作环境相当恶劣，需要同时满足高耐磨性与耐高温性两个条

件，同时强度一定要足帽的高，使得受热变形不会很明显。综上所述，最终考虑使

用38CrMoAlA^种材料，此材料为一种较为常见的氮化钢，在被调质处理加工

后，还需进行氮化处理的步骤才可以被拿来使用。

(1)形状

由于机筒内部为双螺杆结构，故倘若将机筒设计为圆柱体则导致螺杆与机筒内

壁间隙变换过大，且占用无效空间较大，故设计机筒横形状如下图。

图七形状示意图

(2)尺寸设计

机筒与螺杆之间的间隙决定了机筒内径壁。间隙的存在有好处同样也有缺点。

在一方面，机筒内壁与螺杆之间的间隙会使物料停留于机筒里面的时间增长，如果

不止一种材料挤丝，那么间隙的存在还有利于多种材料之间的混合。但间隙不

越大越好，间隙的扩大会导致漏流量增大。根据漏流量公式：

n2D2tgOAP,

Qr=7

*10inhL

通过公式可知，间隙4曾加，漏流量Ql也随之上升，故间隙的大小不可

以随意选择。一般来说，会根据经验公式去设计：

5=(0.003^0.00510,

0.1mm

对于双螺杆机构而言，取间隙均为。得机筒尺寸数据如下图。

图八尺寸示意图

3漏斗设计

在使用设备进行制作时，需要把塑料物料加入设备中进行加工，这一步骤，我

们称为喂料。喂料的方式有两种，一种强制性喂料，另一种自然喂料。两种方

式的区别主要在于物料通过那种动力被送入螺杆挤出设备的。如果采用搅拌器亦

或螺旋推进器等等相类似的外部设备来把物料挤入螺杆挤出设备的话，即为强制

性喂料。相对比来说，不需要通过额外的动力设备，仅仅靠物料自身重力重力就可

以实现喂料，即称之为自然喂料。鉴于本装备采取螺杆鉴直安装的设计，所以并不

需要借助外力，完全可以通过重力实现自然喂料。与此同时为了方便自然喂料，设

计一个漏斗必不可少。

漏斗即存在锥面的物体，在我们的日常生活中随处可见。考虑到喂料的便捷

性，锥角的夹角不可太小，不然的话就可能存在