押出機螺桿與套筒指南：類型、設計、材質與更換時機

押出機螺桿與套筒（料管）是押出機裡負責主要工作的一組零件。塑膠的輸送、熔融、混合，以及把熔膠推進模頭的壓力，都靠它們完成。這組零件表現好不好，關鍵在一個很小的尺寸，也就是螺牙與套筒內壁之間的間隙。

螺桿與套筒磨耗後，這個間隙會越來越大。熔膠開始從螺牙上方往回流，螺桿每轉的產量下降、熔膠溫度上升，而且往往在拆出螺桿之前就已經發生。所以一開始就要依原料選對配置、幾何與材質，並保留新品的檢測報告。之後每次檢查磨耗，都拿量測值和新品尺寸比較；比產出率下降、熔膠溫度上升，就是該停機量測的訊號。

押出機螺桿與套筒的作用

押出機的螺桿在加熱的套筒內旋轉，它把塑膠粒或粉料往前送，靠剪切與套筒加熱讓原料熔融、混合，再把熔膠送進模頭。

一般單螺桿把這些工作分成三段，螺槽一段比一段淺：

• 進料段：把固態塑膠粒或粉料從入料斗往前送。
• 壓縮段：螺槽變淺，把原料壓實並熔融。
• 計量段：以穩定的壓力把熔膠送進模頭。

輸送、熔融與建壓都由螺桿與套筒負責，所以有三件事是後段設備補救不了的：每轉產量、熔膠到模頭時的溫度與均勻度，以及這樣的表現能維持多久。磨耗會讓這三項一起變差。螺桿磨耗後螺牙外徑變小，套筒磨耗後內孔變大。兩者之間的間隙擴大，熔膠就從螺牙上方往後漏，而不是往前走。

我們自己製造螺桿與套筒，連驅動它們的齒輪箱也是自製。我們的押出機螺桿與套筒採用德國或日本進口的合金鋼加工。套筒內孔先以專用深孔加工機定位，再以電腦數值控制（CNC）車床精修，讓每一支螺桿都和自己的套筒精準配對。至於螺桿套筒怎麼製造、日後怎麼檢查，要先看一個問題：這台押出機用的是一支螺桿，還是兩支？

螺桿的螺牙在我們自己的廠內，以 CNC 螺桿銑牙機加工。

單螺桿與雙螺桿套筒一覽

單螺桿押出機是一支螺桿裝在圓形內孔的套筒裡；雙螺桿套筒則是 8 字形內孔，容納兩支相互嚙合的螺桿。內孔形狀不同，磨耗出現的位置就不同，要量幾個點才找得到磨耗也不一樣。

一組平行雙螺桿與它的雙孔套筒，8 字形內孔同時容納兩支螺桿。

雙螺桿還分旋轉方向：同向雙螺桿兩支朝同一方向轉，異向雙螺桿則朝相反方向轉。我們的平行異向雙螺桿押出機，專為硬質聚氯乙烯（Polyvinyl Chloride, PVC）型材、PVC 管材與木塑複合材料（Wood-Plastic Composite, WPC）板材設計。這幾種配置的差異遠不只內孔，詳細比較請見我們的雙螺桿押出機類型指南。不論哪一種配置，原料怎麼熔融，都取決於螺桿的幾何設計。

螺桿幾何：長徑比、壓縮比與槽深

押出機螺桿的表現取決於五個設計參數：直徑、長徑比（Length-to-Diameter Ratio, L/D）、壓縮比、槽深與螺距。每一項都會影響螺桿如何輸送、熔融與建壓：

• 直徑決定產量規模。螺桿越大，每轉送出的料越多。
• 長徑比是螺桿有螺牙部分的長度除以直徑。螺桿越長，原料到模頭前就有越長的距離可以熔融、混合與排氣。
• 壓縮比是進料段槽深與計量段槽深的比值。它只是比例，所以壓縮比相同的兩支螺桿，實際槽深與各段長度仍可能不同。
• 槽深是螺牙頂端到螺桿根部的距離。螺槽越淺，原料受到的剪切越大。在進料段，槽深也決定粉料能不能順利進料。我們的異向雙螺桿押出機，進料段槽深就是為了防止硬質 PVC 粉料架橋而設計。
• 螺距是相鄰兩道螺牙之間的距離。螺牙間隙則是螺牙頂端與套筒內孔之間的空隙，也就是磨耗會改變的那個尺寸。

從我們的 TSE 系列平行異向雙螺桿押出機可以看出，長徑比相同時，螺桿直徑越大，產量越高：

我們會依原料與用途調整螺距、槽深、長徑比與壓縮比，並以自有的實驗工廠為特定製程建議螺桿幾何。不過幾何只是影響產出品質的因素之一，配方、套筒溫度設定與進料速率也同樣重要，詳見〈影響 PVC 押出機產出品質的因素〉。在異向雙螺桿上，幾何設計還會影響螺桿對套筒與齒輪箱施加的力。

螺距、槽深與牙型，依每種配方指定的幾何加工。

異向雙螺桿：受力與磨耗位置

異向雙螺桿押出機運轉時，熔膠被擠進兩支螺桿之間的壓延間隙（Calender Gap），產生很大的分離力，把螺桿推向套筒內壁。因此套筒不是平均磨耗，而是集中在固定的位置。加工硬質 PVC 的套筒，最嚴重的磨耗通常出現在每個內孔距垂直方向 30° 到 60° 處，大約是 10 點鐘與 2 點鐘方向。大型押出機的螺桿較重，這條磨耗帶可能再往外偏一些。

異向雙孔套筒的磨耗帶位於每個內孔距垂直方向 30° 到 60° 處，只量內孔頂部與底部可能會漏掉它。

同樣的熔膠壓力也會把螺桿往後推，這股力量由齒輪箱輸出軸上的推力軸承承受。雙螺桿押出機兩軸靠得很近，留給軸承的空間有限；異向雙螺桿轉速低，也讓軸承的工作條件更吃緊。

我們的平行異向雙螺桿押出機，螺桿、套筒與齒輪箱都是自製，齒輪箱採用 INA 推力軸承。每一組都由資深工程師在廠內加工與調校。受力決定磨耗發生在哪裡，材質則決定磨耗來得多快。

螺桿與套筒材質：氮化、雙金屬與表面塗層

押出機螺桿與套筒的材質和表面處理，決定它們能維持間隙多久。該怎麼選，要看造成損傷的是腐蝕、磨耗，還是兩者都有。大多數情況可以從以下四種做法中選擇：

我們的標準氮化螺桿與套筒，依照以下公開規格製造：

• 鋼材：符合日本工業標準（Japanese Industrial Standards, JIS）SACM 645 或德國標準化學會（Deutsches Institut für Normung, DIN）34CrAlNi7 的氮化鋼。
• 處理：長時間氣體氮化或離子氮化。
• 表面硬度：洛氏硬度（Rockwell C Hardness, HRC）65 以上，相當於維氏硬度（Vickers Hardness, HV）900 以上。
• 硬化深度：0.6 mm 以上。
• 表面粗度（Ra）：螺桿 0.8 µm 以下，套筒內孔 0.4 µm 以下。
• 真直度：0.05 mm 以下。

上方規格背後的搪孔、硬度、粗度與真直度檢查。

工況更嚴苛時，我們也製作雙金屬螺桿與套筒，以鎳基或鎢鉻基合金結合在基材鋼上。依我們的數據，壽命可延長 2 到 3 倍，加工玻纖強化或填充配方時效果尤其明顯。哪一種最適合您的產線，取決於您加工的原料。

依加工材料選擇螺桿與套筒材質：PVC、填充料、WPC 與回收料

選材時，先找出配方中最主要的損傷來源。硬質 PVC 是典型的腐蝕問題，因為 PVC 裂解時會釋出氯化氫（Hydrogen Chloride, HCl）。填充料與玻纖則會磨損螺牙與內孔。

如果配方的填充比例很高，選材前請先告訴供應商填充料的種類與比例，這會影響哪一種做法才合適。想進一步了解雙螺桿押出機如何加工 PVC，請參考〈PVC 雙螺桿押出機入門〉。即使選對材質，螺桿與套筒終究會磨耗，接下來的問題是：怎麼判斷它們已經到了極限？

押出機螺桿與套筒的更換時機

螺桿與套筒該不該修補或更換，要先拿新品尺寸比較磨耗程度。磨耗造成的產量與品質損失一旦高過修補成本，就該處理。沒有一個數字適用所有產線，但有兩個製程訊號會提醒你該量測了。

磨耗的初期徵兆是比產出率下降、出料溫度上升。比產出率（Specific Rate）是押出機產量除以螺桿轉速。在怪罪螺桿之前，先排除症狀相同的其他原因：換了原料批次或配方、加熱圈故障，或進料不穩定。

量測需要兩種量具。螺桿部分，以外徑棒式分厘卡逐道量測螺牙外徑（Outside Diameter, OD）。沿螺桿放一條捲尺，讓每筆讀數都對得上位置。量測前請用黃銅工具與銅絲網清潔螺牙，並等螺桿降到室溫。

套筒部分，以裝在滑座上的電子量測儀讀取內徑（Inside Diameter, ID），通常沿內孔每隔一個 L/D 量一次。雙孔套筒的兩個內孔要分開量；異向雙螺桿套筒還要量到前面提到的 30° 至 60° 磨耗帶。

每一筆讀數，都要與檢測報告或原始圖面上的新品尺寸比較。常見的判斷依據如下：

門檻要訂在哪裡，取決於用途。波紋管這類非關鍵產品，即使螺桿磨耗嚴重，仍可能做出合格品；醫療製程則可能磨耗不多就得換新。螺桿在設計上也比套筒磨得快，因為螺桿比較容易更換。

達到門檻，不一定就要買新零件。磨耗的螺桿通常可以重新堆焊硬面層修補，但同一支螺桿最多翻修三次。每次重新焊接都會讓基材劣化，也會提高硬面層剝落的風險。磨耗的套筒則通常可以更換襯套。

手邊備一支螺桿，修補期間產線就不必停機。我們為客戶保有螺桿組庫存，可省下約兩個月的交期；維修服務也涵蓋重新研磨、更換襯套與翻修。

螺桿與套筒能用多久，取決於加工什麼。我們為電纜線槽生產打造的一條 TW-90 型材押出線，前後經歷兩任機主，已運轉約 28 年。這段期間，螺桿與套筒只換過一次。2023 年磨耗開始影響產品品質，現任機主回頭向我們訂購一組新的螺桿套筒與一組備品，詳見這個服務案例。

這類案例說明了新品尺寸為什麼重要：少了它，沒有人能判斷螺桿套筒磨耗了多少，也不知道新品該照什麼尺寸做。

如何挑選螺桿套筒供應商

購買押出機或替換螺桿套筒時，最重要的兩個問題是：螺桿、套筒與齒輪箱由誰製造？對方多快能供應配對好的備品？

買押出機前該問的 6 件事

比價之前，先問供應商這六個問題。答案會決定這台押出機日後要花多少錢維持運轉：

• 螺桿、套筒與齒輪箱由誰製造？三者都自己加工的廠商，才能掌握它們的配合精度，多年後也能供應相符的替換件。
• 有哪些材質與表面處理可選？要看到明確的硬度、氮化深度與雙金屬選項，而不只是一句「耐磨」。
• 螺桿幾何能否依您的配方調整？為某種配方設計的螺桿，用在另一種配方上可能表現不佳。
• 每一組螺桿與套筒出貨時，是否附檢測報告？這份尺寸與同心度紀錄，就是日後每次磨耗檢查的新品基準。
• 是否有備用螺桿組庫存？交期多久？架上有沒有備品，決定了換件是按計畫進行，還是產線被迫停擺。
• 舊機型還買得到零件嗎？押出機常常比第一任機主用得更久，零件也要跟得上。

訂製替換螺桿套筒要準備的資料

替換用的螺桿與套筒，資料齊全才做得對。詢價前請準備以下資料：

• 機台：押出機的廠牌、型號與年份。
• 配置：單螺桿或雙螺桿；雙螺桿請註明平行或錐形、同向或異向。
• 尺寸：螺桿直徑與長徑比。
• 原料：加工的樹脂，以及填充料的種類與含量。
• 參考依據：原始圖面；沒有圖面的話，提供磨耗的舊螺桿。
• 磨耗數據：最近一次量測的螺牙外徑與內孔內徑。
• 製程數據：目前的產量、螺桿轉速與熔膠溫度，以及新品時的數據。

有了這些資料，供應商就能確認尺寸、建議材質，並告訴您能不能修補。我們依訂單製作單螺桿與雙螺桿押出機的螺桿與套筒，每一組出貨都附檢測報告。有幾個問題幾乎每張訂單都會遇到，以下整理最常見的幾題。

螺桿套筒常見問題

以下是採購與保養人員最常問的押出機螺桿與套筒問題：

Q1：押出機的套筒是什麼？

押出機套筒是包覆螺桿的加熱鋼製圓筒。它配置加熱區、承受熔膠壓力，並和螺桿的螺牙一起形成間隙，這個間隙決定押出機的輸送效率。

Q2：押出機螺桿有哪些類型？

押出機螺桿分為單螺桿與雙螺桿。雙螺桿有平行與錐形兩種配置，旋轉方向分為同向與異向。套筒內孔依螺桿配置而定：單螺桿是圓形內孔，雙螺桿是 8 字形內孔。

Q3：螺桿套筒的主要用途是什麼？

螺桿套筒在塑膠或橡膠進入模頭之前，負責輸送、熔融、混合與建壓。我們的螺桿與套筒應用於塑膠押出、混煉、射出成型與橡膠加工。

Q4：押出機螺桿的長徑比是什麼意思？

押出機螺桿的長徑比（L/D）是螺桿有螺牙部分的長度除以直徑。長徑比越高，原料就有越長的距離可以熔融、混合與排氣。我們 TSE 系列平行異向雙螺桿押出機的四個機型都採用 25:1。

Q5：押出機螺桿與套筒能用多久？

只要兩者的間隙還在製程可容許的範圍內，押出機螺桿與套筒就能繼續使用。使用壽命取決於加工的原料、填充含量與表面處理。我們的一條 TW-90 型材押出線，用了約 28 年只換過一次螺桿與套筒。

Q6：磨耗的押出機螺桿可以修補嗎？

只要基材狀況良好，磨耗的押出機螺桿通常可以重新堆焊螺牙上的硬面層來修補，同一支螺桿最多翻修三次。磨耗的套筒通常也可以更換襯套，不必整支換新。

為您的產線選對螺桿與套筒

適合的螺桿與套筒，取決於一般指南看不到的細節：您加工的配方、需要的產量，以及既有產線的螺桿套筒已經磨耗到什麼程度。如果是新產線，請告訴我們產品、配方與目標產量，我們會建議螺桿幾何與材質。

如果是替換，請透過聯絡表單提供上方清單中的資料。在留言欄寫下機台廠牌與型號、螺桿直徑與長徑比、加工原料與填充含量，以及手上已有的螺牙與內孔量測數據。我們的工程師會告訴您適合修補、更換襯套還是換新，以及該怎麼訂規格。