单螺杆挤压膨化机因其设计简单,制造容易,价格便宜等优点而受到厂家的青睐。本文以获得优质面制品膨化产品为目的,以挤出理论为依据,设计制造了单螺杆挤压膨化样机,采用数值模拟和实验的方法研究了结构参数和工艺参数对挤压膨化的影响,具体工作内容如下:1.对螺杆挤出过程和料斗中的颗粒流进行了理论分析,并以此为根据设计并加工了单螺杆挤压膨化样机。利用有限元法对全流道螺杆结构进行了验证,结果表明该螺杆结构可满足挤压膨化所需压力条件和对物料的稳定输送。利用该挤压膨化样机进行了实验研究,结果表明样机可满足工况与性能要求。2.基于有限元方法POLYFLOW软件建立了三维热-流耦合稳态有限元模型,数值模拟了各因素对熔体流场的影响。结果表明,单头螺纹螺杆中物料的挤压和生热情况较好,双头螺纹螺杆对物料的剪切作用更强;螺棱间隙的减小有利于物料的挤压、生热和剪切,但过小的螺棱间隙将导致一些不良现象;物料的剪切速率和生热量与螺杆转速呈正相关,压力场受螺杆转速的影响相对较弱;熔体温度与机头压力呈正相关,剪切速率与其关系不大。3.利用网格重叠和粒子示踪技术模拟分析了各影响因素对熔体流场混合特性的影响,结果表明:单头螺纹螺杆对物料的混合优于双头螺纹螺杆;尽可能小的螺棱间隙有利于物料的混合;螺杆转速的提高有助于物料的剪切混合,但物料的分布混合效果随着螺杆转速的提高而逐渐降低直至不变;在一定范围内,物料的分散与分布效果与机头压力呈正相关,但是当机头压力过大时,物料的分布混合效果与机头压力呈负相关。4.采用单因素实验法和响应面实验法研究了各影响因素对挤压膨化的影响。利用单因素实验法研究了各因素对膨化产品的影响,结果表明,物料水分含量过低则会导致产品发生焦糊和过度降解,过高则会影响产品的膨化、糊化和复水性;随着螺槽宽度的减小,产品的糊化、膨化和复水性均出现先提高后降低的趋势;产品的膨胀度、糊化度和复水性均与前模孔径呈负相关;产品糊化度、水溶性指数和软度会随着物料中糯米粉(支链淀粉)含量的升高而提高,但膨化效果变差,吸水性指数降低,且局部出现糊点。由响应面实验可知,螺杆构型和前模孔径的交互作用对挤压膨化的影响较大;由于单头螺杆会导致产品膨化不均匀,所以应该选用双头螺杆,在保证产品膨胀度和吸水性指数的前提下,最佳工艺条件为:物料含水率24.2%,前模孔径3 mm,螺杆构型介于2#与3#之间,即螺槽宽度为20 mm左右的双头螺纹螺杆。本文的研究为单螺杆挤压膨化面制品机的设计及优化提供了一定的参考,有利于缩短开发时间,节约研发成本。