Design șurub extruder: tipuri, geometrie și performanță

Ce este un șurub extruder și ce ar trebui să realizeze designul său?

Un șurub extruder este componenta rotativă de procesare din interiorul cilindrului. În extrudarea termoplastică, acesta transportă materia primă, sprijină topirea și amestecarea și furnizează materialul către sculele din aval. Oextruder cu șurubeste mașina;extrudare cu șuruburieste procesul. Achiziționarea componentei șuruburilor nu înlocuiește antrenarea, încălzirea, răcirea sau comenzile mașinii.

Începeți prin a defini topitura și produsul dorit, mai degrabă decât un număr izolat de ieșire. O țintă utilă specifică uniformitatea materialului acceptabil, calitatea produsului, intervalul de producție și limitele de operare. De asemenea, ar trebui să precizeze dacă lucrarea constă în topirea peletelor precompuse, încorporarea ingredientelor, procesarea macinării sau îndepărtarea substanțelor volatile.

Separați un design nou de o schimbare a mașinii existente

O mașină nouă oferă mai multă libertate de a coordona șurubul, cilindrul, sistemul de antrenare și de alimentare. Un înlocuitor trebuie să funcționeze într-un plic instalat. Înregistrați starea actuală a șurubului și a cilindrului înainte de a decide dacă este necesar un alt profil: înlocuirea unei piese uzate și reproiectarea unei piese necorespunzătoare sunt sarcini de inginerie diferite.

consumabile EJSșuruburi de alimentare prin extrudarepentru aplicații cu un singur și dublu șurub. Brieful de început ar trebui să identifice ce arhitectură și sarcina de procesare trebuie să servească componenta.

Tipuri de șuruburi de extrudare: Clasificați arhitectura și funcția separat

„Șurub unic”, „șurub de barieră” și „șurub de amestecare” descriu diferite aspecte ale unui design. Nu sunt trei alegeri care se exclud reciproc. Un singur șurub de extrudare poate conține atât o secțiune barieră de topire, cât și un amestecător în aval.

Single și dublu descriu numărul de șuruburi

Pentru șuruburi duble, stabiliți, de asemenea, co-rotația sau contra-rotația, întrepătrunderea sau neîmpletirea și geometria paralelă sau conică. Numai „paralel” nu înseamnă co-rotare. liste EJSbutoaie cu un singur șurubşibutoaie paralele cu două șuruburiseparat; categoria de produs este începutul unei specificații, nu specificația completă.

Numărul de zboruri și construcția modulară au nevoie de propriile descrieri

Un șurub cu un singur pas are o pornire elicoidală; nu este pur și simplu un alt nume pentru un extruder cu un singur șurub. La fel, șuruburile duble nu sunt toate modulare. Într-un design modular, elementele de transport și amestecare sunt asamblate pe arbori compatibili. Într-un design dintr-o singură piesă, profilul de lucru este fabricat în corpul șurubului.

Geometria șurubului extruderului: dimensiuni, șuruburi și caracteristici de proiectare

Un desen cu șurub ar trebui să definească unde se aplică fiecare dimensiune. Lungimea totală, lungimea de lucru și lungimea din interiorul butoiului se pot referi la diferite limite. Aceeași grijă este necesară pentru diametrul nominal, diametrul de zbor local și diametrul rădăcinii.

TheManualul procesoarelor de extrudare Dynisco, secțiunea 4ilustrează dimensiunile șuruburilor și geometria convențională a unui singur șurub. Canalele mai adânci oferă un volum geometric mai mare, dar puterea utilizabilă depinde și de umplere, topire și reflux determinat de presiune. Canalele mai puțin adânci schimbă comportamentul de forfecare și pompare reducând în același timp volumul canalului. Examinați împreună aceste efecte când schimbați adâncimea canalului.

Un raport de adâncime este util doar cu ipotezele sale

Pentru un șurub convențional simplu cu pas și lățime de canal comparabile, adâncimea de avans împărțită la adâncimea de măsurare este o aproximare comună pentru raportul de compresie geometrică. Ca un calcul ilustrativ al desenului, D = 60 mm cu diametrele rădăcinii de 48 mm și 56 mm oferă adâncimi de 6 mm și respectiv 2 mm: un raport de adâncime de 3:1.

Acest calcul nu prezice o creștere a presiunii 3:1, nu dovedește o topire completă sau nu definește compresia unei bariere sau a unui profil cu pas variabil. Întrebați ce definiție geometrică a folosit furnizorul. Vezi detaliatghid de raport de compresie șurub de extrudarepentru distincția dintre un raport convenabil de adâncime și o comparație între canal și volum.

Cum funcționează împreună hrana, topirea și dozarea

Modelul familiar cu trei zone descrie un singur șurub de plastificare convențional. Este o explicație utilă a funcțiilor procesului, dar nu este o cerință ca fiecare șurub de extrudare să aibă trei secțiuni fixe, de lungime egală.

Hrănirea începe cu materialul livrat efectiv

Peleții, pulberea, fulgii și măcinarea neregulată nu prezintă aceleași condiții de alimentare. Densitatea în vrac, consistența particulelor, puntea și gâtul de alimentare merită atenție. O modificare a profilului în aval nu poate compensa în mod fiabil o aprovizionare necontrolată de material în amonte.

Temperatura butoiului nu este o măsurătoare a temperaturii de topire

Transferul de căldură în butoi și lucrul mecanic influențează ambele istoria termică a materialului. Contribuțiile lor se modifică în funcție de condițiile de funcționare. Utilizați o măsurătoare adecvată a temperaturii de topire și locația acesteia atunci când comparați modelele; Numai potrivirea punctelor de referință ale încălzitorului nu demonstrează condițiile de topire potrivite.

Presiunea și puterea aparțin traseului complet al curgerii

Șurubul funcționează împotriva rezistenței ecranelor, adaptoarelor, matrițelor și a altor echipamente din aval. Înregistrați aranjamentul instalat când diagnosticați puterea scăzută. Un rezultat obținut cu un pachet de ecran curat și unelte deschise nu trebuie prezentat ca rata de producție așteptată față de o linie mai restrictivă.

Secțiunile de barieră, amestecare și aerisire rezolvă sarcini diferite

O secțiune funcțională are nevoie de o lucrare declarată și de o modalitate de a verifica dacă acea lucrare a fost realizată. „O amestecare mai bună” este incompletă, cu excepția cazului în care brief-ul identifică ceea ce trebuie distribuit sau dispersat și măsurarea produsului va arăta îmbunătățiri.

Dispozitivele de amestecare pot efectua atât lucru distributiv, cât și dispersiv; echilibrul depinde de geometria și condițiile de funcționare ale acestora. Numai un nume de design este insuficient pentru a clasifica performanța. Restricții suplimentare pot modifica, de asemenea, temperatura de topire, cererea de presiune și comportamentul de curățare.

Aerisirea necesită un butoi compatibil și un echipament de susținere. Un profil cu șurub nu poate crea un aerisire printr-un butoi neport, iar aerisirea nu elimină automat cerința de uscare a rășinii. Verificați instrucțiunile de prelucrare ale furnizorului de materiale.

Pentru comparații mai detaliate, utilizați ghidurile EJS pentrubarieră față de șuruburi convenționaleşiMixere cu șurub Maddock, ananas și Saxton.

Design profil cu două șuruburi: elemente, secvență și amestecare

Pentru un sistem modular cu două șuruburi, configurarea înseamnă selectarea elementelor compatibile și plasarea lor într-o secvență deliberată. Înseamnă, de asemenea, verificarea modului în care acea secvență se referă la pozițiile de alimentare, adăugare de lichid, ventilare și descărcare.

Ghidul de funcționalitate al șuruburilor NC State Extensiondescrie transportul, frământarea, inversarea și alte elemente, împreună cu efectele acestora asupra amestecării și curgerii. Discuția sa include procesarea alimentelor și furajelor și codurile elementelor specifice echipamentelor. Aceste principii ajută la explicarea configurației; codurile sale exemple nu sunt un standard universal pentru șuruburi din plastic.

Citiți un bloc de frământare ca parte a unei secvențe

Lățimea discului, unghiul de eșalonare, direcția de transport și lungimea blocului trebuie revizuite împreună cu viteza, debitul, umplerea locală și elementele adiacente. Evitați regulile universale precum „un disc mai larg oferă întotdeauna o dispersie mai bună”. Întrebarea utilă este ce stare materială și comportamentul curgerii trebuie să producă această secvență specială.

Elementele inverse sau restrictive pot crește intensitatea de umplere și procesare în amonte, dar afectează și presiunea și antrenează cererea. Adăugarea mai multor restricții nu este o cale gratuită către o amestecare mai puternică.

Confirmați compatibilitatea înainte de a copia un profil

Două elemente cu același diametru exterior nominal pot avea interfețe ale arborelui, cerințe de distanță centrală, profile sau dimensiuni axiale diferite. Indicați OEM sau convenția de desen pentru fiecare cod. EJSpagina produsului element șurublistează componentele de transport, amestecare și frământare; celghidaj element cu două șuruburiacoperă verificările lor de înlocuire mai detaliat.

Potriviți designul cu polimerul, forma de alimentare și lucrarea de procesare

„Șurub PE” sau „șurub de reciclare” este prea larg pentru o decizie finală de proiectare. Identificați calitatea, informațiile despre vâscozitate, pachetul de aditivi, forma și starea furajului. Indicați dacă materialele de umplutură sau fibrele ajung în pelete precompuse sau trebuie încorporate în timpul extrudarii; acestea sunt sarcini de procesare diferite.

Citiți geometria publicată în domeniul său material

Un exemplu util esteGhidul de procesare a extrudarii Ultramid de la BASF, pagina 7. Pentru procesarea filmului Ultramid discutată acolo, descrie șuruburi barieră sau cu trei secțiuni cu lungimi de 24 până la 32 D, pas constant de 1 D și rapoarte de compresie de 3:1 până la 3,5:1. De asemenea, face ca adâncimea zborului să depindă de diametru și de vâscozitatea topiturii.

Lecția de inginerie este relația dintre geometrie și condițiile materiale. Aceste cifre nu sunt limite de acceptare pentru fiecare grad de poliamidă, pentru fiecare termoplastic sau pentru fiecare mașină existentă. Obțineți ghidul de procesare pentru gradul real și rezolvați orice nepotrivire cu echipamentul instalat înainte de a alege dimensiunile.

Proiectare în limitele barilului, ale conducerii și din aval

Un șurub de înlocuire trebuie să treacă două teste: trebuie să se potrivească și trebuie să fie procesat cu succes. Potrivirea diametrului nominal abordează doar o mică parte din primul test.

• Cilindru și interfețe:confirmați profilul și starea alezajului, lungimea efectivă, conexiunea de antrenare, geometria capătului, deschiderea de alimentare și locațiile portului.
• Înveliș mecanic:obțineți limitele permise de viteză, cuplu, forță și presiune din informațiile aplicabile ale mașinii. Nu le deduceți din diametrul șurubului.
• Înveliș termic și în aval:revizuiți capacitatea de răcire, măsurarea temperaturii, schimbarea ecranului, pompele de topire și sculele. Identificați ce componentă constrânge punctul de operare propus.

Cum aș aborda o cerere de schimbare a șuruburilor

Această abordare menține o reproiectare concentrată. Dacă o defecțiune a sistemului de alimentare explică pierderea producției, corectați acea defecțiune înainte de a trata un nou profil de șurub ca remediu.

Cum afectează materialele și uzura șuruburilor extruderului performanța de proiectare

Geometria și selecția suprafeței de lucru ar trebui revizuite împreună. Materialul de bază asigură fundația structurală a șurubului; suprafața sau construcția rezistentă la uzură trebuie să se potrivească contactului său cu polimerul, aditivii și cilindrul de împerechere.

Pagina EJS cu șuruburi de alimentare listează opțiunile nitrurate, bimetalice, întărite și cromate. Aceasta este o gamă de construcții disponibile, nu o dovadă că fiecare opțiune se potrivește fiecărei sarcini. Definiți denumirea materialului, locul de tratare, dimensiunile finale și cerințele de inspecție convenite pentru componenta reală. TheGhid de materiale pentru șuruburi și butoi EJSexplică întrebările de selecție.

Distingeți mecanismele de uzură de simptome

Ingredientele abrazive, condițiile corozive și contactul neintenționat cu metalul necesită investigații diferite. Materialul mai dur nu corectează alinierea greșită sau un spațiu de funcționare incorect. Potrivirea șurubului și a cilindrului este, de asemenea, mai utilă decât selectarea fiecărei suprafețe de lucru în mod independent.

Problemele de uzură ale șuruburilor extruderului pot apărea alături de scăderea producției, schimbarea sarcinii sau livrarea instabilă a topiturii, dar niciunul dintre aceste simptome nu dovedește uzura de la sine. Comparați starea măsurată a șurubului/cilindrului cu desenul și cu o linie de bază controlată de producție. Theghid de măsurare a uzurii și înlocuireacoperă procesul de inspecție.

Nu copiați diametrul exterior măsurat al unui șurub uzat ca noua dimensiune nominală. Separați intenția de proiectare originală, uzura prezentă și orice reproiectare propusă în specificație.

Evaluați performanța șurubului cu date de producție comparabile

O comparație corectă necesită un material definit și o fereastră de producție, cerințe comune de calitate și o limită clară de măsurare. Păstrați o linie de bază în condiții comparabile, apoi testați designul propus în intervalul de funcționare prevăzut. Înregistrați toate setările modificate pentru ca oricare dintre modele să ruleze cu succes.

Măsurați producția acceptabilă de produs separat de producția brută. Includeți temperatura reală de topire, presiunea și variația, sarcina de antrenare, rebuturile și verificările produsului care au motivat schimbarea. Înregistrați locațiile senzorilor, regula de stabilizare, intervalul de eșantionare și durata încercării, astfel încât un alt inginer să poată interpreta rezultatele.

Un exemplu lucrat: mai multă producție nu înseamnă automat mai puțină energie specifică

Dacă aș conduce o evaluare a reproiectării șurubului, aș fi de acord cu materialul, cerințele de calitate, fereastra de înregistrare și limita de măsurare electrică înainte de încercare. În caz contrar, două seturi de date atractive pot descrie locuri de muncă diferite.

Luați în considerare o comparație ilustrativă cu funcționare constantă. Design A are o putere medie de 80 kW de energie electrică și 200 kg/h de produs acceptabil. Designul B are o medie de 96 kW și 240 kg/h la aceeași limită de măsurare și cerințe de calitate. Acestea sunt valori presupuse pentru calcul.

Ambele modele consumă 0,40 kWh per kilogram de produs acceptabil în limita respectivă. Aș descrie rezultatul ca producție crescută, nu o economie de energie de 20%. Pentru o fereastră de înregistrare măsurată în ore, calculul echivalent este energia electrică totală în kWh împărțită la masa acceptabilă în kg.

Apoi aș verifica temperatura reală de topire, variația presiunii, sarcina de antrenare și deșeurile. Un punct de ieșire mai mare care depășește o limită termică sau mecanică convenită nu trece doar pentru că rata de masă este mai mare. Dacă contorul de energie include încălzitoare cu baril, răcire sau auxiliare, identificați acele sarcini; nu reetichetați rezultatul ca energie mecanică a șurubului.

Ce pot stabili testele publicate

Kelly, Brown și Coates au studiat trei geometrii cu un singur șurub procesând LDPE comercial la viteze diferite înEfectul geometriei șurubului asupra profilului temperaturii topiturii în extrudarea cu un singur șurub. Rezumatul raportează că geometria a avut o influență mai mare asupra câmpurilor de temperatură de topire la un debit mai mare și că un șurub cu barieră de zbor cu un mixer Maddock a realizat o topire mai bună decât șuruburile cu un singur zbor în condițiile de studiu.

Aceasta permite evaluarea geometriei împreună cu punctul de operare. Nu stabilește un procent de îmbunătățire universal și nu dovedește același rezultat pentru un alt polimer sau mașină. Simularea și studiile publicate ajută la formarea unei propuneri de proiectare; testul de producție convenit determină dacă proiectul furnizat corespunde sarcinii specifice.

Transformați intenția de proiectare într-un brief pe care producătorul îl poate folosi

O întrebare utilă permite producătorului să explice atât modificarea propusă, cât și modul în care va fi verificată. Trimiteți un pachet care conectează materialul, mașina, geometria și criteriile de acceptare.

1. Material și furaj:calitatea, formularea, forma furajului, preparatul relevant și variabilitatea permisă.
2. Țintă de procesare:intervalul de ieșire acceptabil, cerințele produsului, defecte observate și înregistrările curente de funcționare.
3. Mașină și piese instalate:arhitectură, OEM/model, desene disponibile, măsurători ale alezajului, interfețe, porturi și limite de operare verificate.
4. Profilul propus:limitele lungimii de lucru, secțiunile funcționale dimensionate, adâncimile locale, geometria zborului și fiecare convenție de degajare.
5. Materiale si fabricatie:desemnarea oțelului convenită, construcția suprafeței de lucru, locațiile de tratare, dimensiunile pentru starea finală și planul de inspecție.
6. Verificare:Revizuirea desenelor, înregistrările de inspecție a componentelor și un plan de producție-probă cu măsurători și criterii de trecere/renunțare.

Separați acceptarea componentelor de validarea producției

Un certificat de material și un raport dimensional răspund dacă componenta îndeplinește cerințele specificate de material și desen. Ele nu dovedesc, prin ele însele, rata de producție, utilizarea energiei sau calitatea produsului. În schimb, un ciclu de producție reușit nu înlocuiește inspecțiile de componente convenite.

Informațiile despre produs EJS afirmă că butoaiele cu șurub furnizate includ un raport de inspecție și un certificat de material. Acordați revizuirea desenului relevant și conținutul raportului pentru piesele comandate. Orice eșantionare suplimentară, testare de laborator sau acceptare a procesului aparține domeniului de aplicare scris.

Întrebări frecvente