Design delle viti dell'estrusore: tipologie, geometria e prestazioni

Cos'è una vite dell'estrusore e cosa dovrebbe ottenere il suo design?

Una vite dell'estrusore è il componente di lavorazione rotante all'interno del cilindro. Nell'estrusione termoplastica, convoglia la materia prima, supporta la fusione e la miscelazione e fornisce il materiale verso l'attrezzatura a valle. UNestrusore a viteè la macchina;estrusione a viteè il processo. L'acquisto del componente della vite non sostituisce l'azionamento, il riscaldamento, il raffreddamento o i controlli della macchina.

Inizia definendo la fusione e il prodotto desiderati, anziché un numero di output isolato. Un obiettivo utile specifica l'uniformità accettabile del materiale, la qualità del prodotto, l'intervallo di produttività e i limiti operativi. Dovrebbe inoltre indicare se il lavoro consiste nella fusione di pellet precomposto, nell'incorporazione di ingredienti, nella lavorazione del rimacinato o nella rimozione di sostanze volatili.

Separare un nuovo progetto da una modifica della macchina esistente

Una nuova macchina offre maggiore libertà nel coordinare vite, cilindro, azionamento e sistema di alimentazione. Una sostituzione deve funzionare all'interno di un involucro installato. Registrare le condizioni attuali della vite e del cilindro prima di decidere se è necessario un profilo diverso: sostituire una parte usurata e riprogettare una parte non idonea sono compiti ingegneristici diversi.

Forniture EJSviti di alimentazione dell'estrusioneper applicazioni a vite singola e doppia. Il brief iniziale dovrebbe identificare quale architettura e funzione di elaborazione il componente deve svolgere.

Tipi di viti di estrusione: classificare architettura e funzione separatamente

“Vite singola”, “vite barriera” e “vite miscelatrice” descrivono diversi aspetti di un progetto. Non sono tre scelte reciprocamente esclusive. Una singola vite di estrusione può contenere sia una sezione di fusione barriera che un miscelatore a valle.

Singolo e gemello descrivono il numero di viti

Per le viti gemelle, stabilire anche la corotazione o controrotazione, l'ingranamento o il non ingranamento e la geometria parallela o conica. “Parallelo” da solo non significa co-rotante. Elenchi EJScanne a vite singolaEcanne bivite paralleleseparatamente; la categoria del prodotto è l'inizio di una specifica, non la specifica completa.

Il conteggio dei voli e la costruzione modulare necessitano di descrizioni specifiche

Una vite a volo singolo ha un inizio elicoidale; non è semplicemente un altro nome per un estrusore monovite. Allo stesso modo, le viti gemelle non sono tutte modulari. In un design modulare, gli elementi di trasporto e miscelazione si assemblano su alberi compatibili. Nella versione monopezzo il profilo di lavoro è integrato nel corpo della vite.

Geometria della vite dell'estrusore: dimensioni, facchini e caratteristiche di progettazione

Il disegno di una vite dovrebbe definire dove si applica ciascuna dimensione. La lunghezza totale, la lunghezza di lavoro e la lunghezza all'interno della canna possono riferirsi a confini diversi. La stessa attenzione è necessaria per il diametro nominale, il diametro della fuga locale e il diametro della radice.

ILManuale dei processori di estrusione Dynisco, Sezione 4illustra le dimensioni della vite e la geometria convenzionale della vite singola. I canali più profondi forniscono un volume più geometrico, ma la produzione utilizzabile dipende anche dal riempimento, dalla fusione e dal riflusso guidato dalla pressione. I canali meno profondi modificano il comportamento di taglio e pompaggio riducendo al contempo il volume del canale. Rivedi questi effetti insieme quando cambi la profondità del canale.

Un rapporto di profondità è utile solo con i suoi presupposti

Per una vite convenzionale semplice con passo e larghezza del canale comparabili, la profondità di alimentazione divisa per la profondità di dosaggio è un'approssimazione comune per il rapporto di compressione geometrica. Come calcolo illustrativo del disegno, D = 60 mm con diametri della radice di 48 mm e 56 mm dà profondità di 6 mm e 2 mm, rispettivamente: un rapporto di profondità di 3:1.

Tale calcolo non prevede un aumento di pressione di 3:1, non dimostra la fusione completa né definisce la compressione di una barriera o di un profilo a passo variabile. Chiedere quale definizione geometrica ha utilizzato il fornitore. Vedi il dettaglioguida al rapporto di compressione della vite di estrusioneper la distinzione tra un rapporto di profondità conveniente e un confronto completo del volume del canale.

Come alimentazione, fusione e dosaggio funzionano insieme

Il familiare modello a tre zone descrive una vite singola di plastificazione convenzionale. Si tratta di un'utile spiegazione delle funzioni del processo, ma non è un requisito che ogni vite di estrusione abbia tre sezioni fisse di uguale lunghezza.

L'alimentazione inizia dal materiale effettivamente consegnato

Pellets, polvere, scaglie e macinato irregolare non presentano le stesse condizioni di alimentazione. La densità apparente, la consistenza delle particelle, i ponti e la gola di alimentazione meritano tutti attenzione. Una modifica del profilo a valle non può compensare in modo affidabile un'alimentazione incontrollata di materiale a monte.

La temperatura del barile non è una misurazione della temperatura di fusione

Il trasferimento di calore del barile e il lavoro meccanico influenzano entrambi la storia termica del materiale. I loro contributi cambiano con le condizioni operative. Utilizzare una misurazione adeguata della temperatura di fusione e la sua posizione quando si confrontano i progetti; la sola corrispondenza dei punti di regolazione del riscaldatore non dimostra la corrispondenza delle condizioni di fusione.

La pressione e l'uscita appartengono al percorso completo del flusso

La vite funziona contro la resistenza di schermi, adattatori, matrici e altre apparecchiature a valle. Registrare la disposizione installata durante la diagnosi di bassa potenza. Un risultato ottenuto con un pacchetto filtri pulito e utensili aperti non deve essere presentato come il tasso di produzione previsto rispetto a una linea più restrittiva.

Le sezioni Barriera, Miscelazione e Sfiato risolvono compiti diversi

Una sezione funzionale necessita di un lavoro dichiarato e di un modo per verificare se quel lavoro è stato svolto. Una “migliore miscelazione” è incompleta a meno che il brief non identifichi cosa deve essere distribuito o disperso e quale misurazione del prodotto mostrerà un miglioramento.

I dispositivi di miscelazione possono eseguire sia lavoro distributivo che dispersivo; l'equilibrio dipende dalla loro geometria e dalle condizioni operative. Il solo nome del progetto non è sufficiente per classificare le prestazioni. Ulteriori restrizioni possono anche modificare la temperatura di fusione, la richiesta di pressione e il comportamento di pulizia.

Lo sfiato richiede una canna compatibile e un'attrezzatura di supporto. Un profilo a vite non può creare uno sfiato attraverso un cilindro privo di porte e lo sfiato non elimina automaticamente il requisito di asciugatura della resina. Controllare le istruzioni di lavorazione del fornitore del materiale.

Per confronti più ravvicinati, utilizzare le guide EJSbarriera rispetto alle viti convenzionaliEMiscelatori a vite Maddock, ananas e Saxton.

Design del profilo a doppia vite: elementi, sequenza e miscelazione

Per un sistema modulare a doppia vite, configurazione significa selezionare elementi compatibili e posizionarli in una sequenza deliberata. Significa anche verificare come tale sequenza si collega alle posizioni di alimentazione, aggiunta di liquido, sfiato e scarico.

Guida alla funzionalità delle viti di NC State Extensiondescrive il trasporto, l'impasto, il reverse e altri elementi, insieme ai loro effetti sulla miscelazione e sul flusso. La sua discussione include la lavorazione di alimenti e mangimi e codici di elementi specifici delle apparecchiature. Questi principi aiutano a spiegare la configurazione; i suoi codici di esempio non sono uno standard universale per le viti in plastica.

Leggi un blocco di impasto come parte di una sequenza

La larghezza del disco, l'angolo di sfalsamento, la direzione di trasporto e la lunghezza del blocco devono essere rivisti insieme alla velocità, alla produttività, al riempimento locale e agli elementi adiacenti. Evita regole universali come “un disco più largo dà sempre una migliore dispersione”. La domanda utile è quale stato materiale e comportamento del flusso deve produrre questa particolare sequenza.

Elementi inversi o restrittivi possono aumentare l’intensità del riempimento e della lavorazione a monte, ma influenzano anche la pressione e stimolano la domanda. L'aggiunta di ulteriori restrizioni non è una strada libera verso una miscelazione più forte.

Conferma la compatibilità prima di copiare un profilo

Due elementi con lo stesso diametro esterno nominale possono avere diverse interfacce albero, requisiti di interasse, profili o dimensioni assiali. Indicare l'OEM o la convenzione di disegno per ciascun codice. EJSpagina del prodotto dell'elemento a viteelenca i componenti di trasporto, miscelazione e impasto; ILguida dell'elemento a doppia vitecopre i loro assegni sostitutivi in ​​modo più dettagliato.

Abbina il progetto al polimero, alla forma di alimentazione e al lavoro di lavorazione

“Vite PE” o “vite di riciclaggio” è un termine troppo ampio per una decisione progettuale finale. Identificare il grado, le informazioni sulla viscosità, il pacchetto di additivi, la forma e le condizioni del mangime. Indicare se i riempitivi o le fibre arrivano in pellet precomposto o devono essere incorporati durante l'estrusione; si tratta di attività di elaborazione diverse.

Leggere la geometria pubblicata nell'ambito del suo ambito materiale

Un esempio utile èGuida al processo di estrusione Ultramid di BASF, pagina 7. Per lo sviluppo della pellicola Ultramid qui discusso, descrive viti a barriera o a tre sezioni con lunghezze da 24 a 32 D, passo costante di 1 D e rapporti di compressione da 3:1 a 3,5:1. Inoltre, la profondità di volo dipende dal diametro e dalla viscosità del fuso.

La lezione di ingegneria è la relazione tra geometria e condizioni dei materiali. Tali cifre non rappresentano limiti di accettazione per ogni tipo di poliammide, ogni materiale termoplastico o ogni macchina esistente. Ottenere la guida alla lavorazione per il grado effettivo e risolvere eventuali discrepanze con l'apparecchiatura installata prima di scegliere le dimensioni.

Progettazione entro i limiti del cilindro, della trasmissione e del downstream

Una vite sostitutiva deve superare due test: deve adattarsi e deve essere lavorata correttamente. La corrispondenza del diametro nominale riguarda solo una piccola parte del primo test.

• Canna e interfacce:confermare il profilo e le condizioni del foro, la lunghezza effettiva, il collegamento della trasmissione, la geometria dell'estremità, l'apertura di alimentazione e le posizioni delle porte.
• Inviluppo meccanico:ottenere i limiti di velocità, coppia, spinta e pressione consentiti dalle informazioni applicabili sulla macchina. Non dedurli dal diametro della vite.
• Inviluppo termico e a valle:rivedere la capacità di raffreddamento, la misurazione della temperatura, il cambio del filtro, le pompe di fusione e gli strumenti. Identificare quale componente vincola il punto operativo proposto.

Come affronterei una richiesta di cambio vite

Questo approccio mantiene focalizzata la riprogettazione. Se un guasto del sistema di alimentazione spiega la perdita di produzione, correggere il guasto prima di considerare come rimedio un nuovo profilo della vite.

In che modo i materiali e l'usura delle viti dell'estrusore influiscono sulle prestazioni di progettazione

La geometria e la scelta della superficie di lavoro dovrebbero essere riviste insieme. Il materiale di base fornisce il fondamento strutturale della vite; la superficie o la struttura resistente all'usura devono adattarsi al contatto con il polimero, gli additivi e il cilindro di accoppiamento.

La pagina della vite di alimentazione di EJS elenca le opzioni nitrurate, bimetalliche, temprate e cromate. Si tratta di una gamma di costruzioni disponibili, non di una prova che ogni opzione sia adatta a ogni compito. Definire la designazione del materiale, il luogo del trattamento, le dimensioni finali e i requisiti di ispezione concordati per il componente reale. ILGuida ai materiali per viti e cilindri EJSspiega le domande di selezione.

Distinguere i meccanismi di usura dai sintomi

Gli ingredienti abrasivi, le condizioni corrosive e il contatto involontario con i metalli richiedono indagini diverse. Il materiale più duro non corregge il disallineamento o uno spazio operativo errato. Anche abbinare vite e cilindro è più utile che selezionare ciascuna superficie di lavoro in modo indipendente.

I problemi di usura delle viti dell'estrusore possono comparire insieme al calo della produzione, alla variazione del carico o all'erogazione instabile del materiale fuso, ma nessuno di questi sintomi dimostra di per sé l'usura. Confrontare le condizioni misurate della vite/del cilindro con il disegno e una linea di base di produzione controllata. ILguida alla misurazione e alla sostituzione dell'usuracopre il processo di ispezione.

Non copiare il diametro esterno misurato di una vite usurata come nuova dimensione nominale. Separare l'intento progettuale originale, l'usura attuale e qualsiasi riprogettazione proposta nelle specifiche.

Valutare le prestazioni delle viti con dati di produzione comparabili

Un confronto equo richiede una finestra di materiale e di produzione definita, requisiti di qualità comuni e un confine di misurazione chiaro. Mantenere una linea di riferimento a condizioni comparabili, quindi testare il progetto proposto nell'intervallo operativo previsto. Registrare eventuali impostazioni modificate per far sì che uno dei due progetti venga eseguito correttamente.

Misurare la produzione accettabile del prodotto separatamente dalla produttività lorda. Includere la temperatura effettiva della fusione, la pressione e la variazione, il carico di azionamento, gli scarti e i controlli del prodotto che hanno motivato il cambiamento. Registra le posizioni dei sensori, la regola di stabilizzazione, l'intervallo di campionamento e la durata della prova in modo che un altro tecnico possa interpretare i risultati.

Un esempio pratico: una maggiore produzione non significa automaticamente una minore energia specifica

Se dovessi condurre una valutazione sulla riprogettazione delle viti, prima della prova concorderei il materiale, i requisiti di qualità, la finestra di registrazione e il limite di misurazione elettrica. Altrimenti, due set di dati interessanti potrebbero descrivere lavori diversi.

Consideriamo un confronto illustrativo costante. Il progetto A ha una media di 80 kW di input elettrico e 200 kg/h di prodotto accettabile. Il progetto B ha una media di 96 kW e 240 kg/h con gli stessi limiti di misurazione e requisiti di qualità. Questi sono i valori presunti per il calcolo.

Entrambi i modelli consumano 0,40 kWh per chilogrammo di prodotto accettabile entro tale limite. Descriverei il risultato come un aumento della produzione, non un risparmio energetico del 20%. Per una finestra di registrazione misurata in ore, il calcolo equivalente è l'energia elettrica totale in kWh divisa per la massa accettabile in kg.

Successivamente controllerei la temperatura effettiva del materiale fuso, la variazione di pressione, il carico di azionamento e gli scarti. Un punto di uscita più elevato che supera un limite termico o meccanico concordato non viene superato semplicemente perché il tasso di massa è più elevato. Se il contatore di energia include riscaldatori a botte, raffreddamento o ausiliari, identificare tali carichi; non rietichettare il risultato come energia meccanica dell'albero della vite.

Cosa possono stabilire i test pubblicati

Kelly, Brown e Coates hanno studiato tre geometrie a vite singola che lavorano LDPE commerciale a velocità diverseL'effetto della geometria della vite sul profilo della temperatura di fusione nell'estrusione a vite singola. L'abstract riporta che la geometria ha avuto una maggiore influenza sui campi della temperatura di fusione a una produttività più elevata e che una vite con volo a barriera con un miscelatore Maddock ha ottenuto una migliore fusione rispetto alle viti a volo singolo nelle condizioni di studio.

Ciò supporta la valutazione della geometria insieme al punto operativo. Non stabilisce una percentuale di miglioramento universale né dimostra lo stesso risultato per un altro polimero o macchina. La simulazione e gli studi pubblicati aiutano a formare una proposta di progettazione; il test di produzione concordato determina se il progetto fornito soddisfa il lavoro specifico.

Trasforma l'intento progettuale in un brief che il produttore può utilizzare

Un'utile richiesta consente al produttore di spiegare sia la modifica proposta sia come verrà verificata. Invia un pacchetto che collega materiale, macchina, geometria e criteri di accettazione.

1. Materiale e mangime:qualità, formulazione, forma del mangime, preparazione pertinente e variabilità consentita.
2. Obiettivo del trattamento:intervallo di output accettabile, requisiti del prodotto, difetti osservati e registrazioni operative correnti.
3. Macchina e parti installate:architettura, OEM/modello, disegni disponibili, misure del foro, interfacce, porte e limiti operativi verificati.
4. Profilo proposto:limiti della lunghezza di lavoro, sezioni funzionali quotate, profondità locali, geometria del volo e ciascuna convenzione di sicurezza.
5. Materiali e lavorazione:designazione concordata dell'acciaio, struttura della superficie di lavoro, luoghi di trattamento, dimensioni delle condizioni finali e piano di ispezione.
6. Verifica:revisione dei disegni, registrazioni delle ispezioni dei componenti e un piano di prove di produzione con misurazioni e criteri di superamento/fallimento.

Accettazione separata dei componenti dalla validazione della produzione

Un certificato del materiale e un rapporto dimensionale indicano se il componente soddisfa i requisiti di materiale e disegno specificati. Da soli non dimostrano il tasso di produzione, il consumo di energia o la qualità del prodotto. Al contrario, un ciclo di produzione riuscito non sostituisce le ispezioni concordate dei componenti.

Le informazioni sul prodotto di EJS indicano che i cilindri a vite forniti includono un rapporto di ispezione e un certificato del materiale. Concordare la revisione del disegno rilevante e riportare i contenuti per le parti ordinate. Qualsiasi ulteriore campionamento, test di laboratorio o accettazione del processo rientra nell'ambito scritto.

Domande frequenti