Конструкция шнека экструдера: типы, геометрия и производительность

Что такое шнек экструдера и чего должна достигать его конструкция?

Шнек экструдера — это вращающийся обрабатывающий компонент внутри цилиндра. При экструзии термопластов он транспортирует сырье, поддерживает плавление и смешивание, а также подает материал к последующим инструментам. Ашнековый экструдерэто машина;винтовая экструзияэто процесс. Покупка винтового компонента не заменяет привод, нагрев, охлаждение или управление машины.

Начните с определения желаемого расплава и продукта, а не с отдельного номера выпуска. Полезная цель определяет приемлемую однородность материала, качество продукции, диапазон производительности и эксплуатационные пределы. В нем также должно быть указано, заключается ли работа в плавлении предварительно приготовленных гранул, включении ингредиентов, переработке измельчения или удалении летучих веществ.

Отделите новую конструкцию от изменения существующей машины

Новая машина предлагает больше свободы в координации шнека, ствола, привода и системы подачи. Замена должна работать в установленном диапазоне. Запишите текущее состояние шнека и цилиндра, прежде чем решить, нужен ли другой профиль: замена изношенной детали и перепроектирование непригодной детали — это разные инженерные задачи.

Расходные материалы EJSшнеки подачи экструзиидля одно- и двухвинтовых применений. В начальном описании должно быть указано, какую архитектуру и функции обработки должен выполнять компонент.

Типы экструзионных шнеков: классифицируйте архитектуру и функцию отдельно

«Один шнек», «барьерный шнек» и «смесительный шнек» описывают различные аспекты конструкции. Это не три взаимоисключающих варианта. Один экструзионный шнек может содержать как секцию барьерной плавки, так и последующий смеситель.

Одинарные и двойные описывают количество винтов.

Для сдвоенных винтов также определите совместное вращение или встречное вращение, зацепление или незацепление, а также параллельную или коническую геометрию. «Параллельность» сама по себе не означает совместное вращение. списки EJSодновинтовые бочкиипараллельные двухвинтовые стволыотдельно; категория продукта — это начало спецификации, а не полная спецификация.

Количество рейсов и модульная конструкция требуют отдельного описания.

Одновинтовой винт имеет одно винтовое начало; это не просто другое название одношнекового экструдера. Аналогично, не все сдвоенные винты являются модульными. В модульной конструкции элементы транспортировки и смешивания собираются на совместимых валах. В цельной конструкции рабочий профиль изготавливается в корпусе шнека.

Геометрия шнека экструдера: размеры, полет и особенности конструкции

На чертеже винта должно быть указано, где применяется каждый размер. Общая длина, рабочая длина и длина внутри ствола могут относиться к разным границам. Такое же внимание необходимо уделять номинальному диаметру, местному диаметру витка и диаметру корня.

The Справочник по экструзионным процессорам Dynisco, раздел 4иллюстрирует размеры винта и традиционную одновинтовую геометрию. Более глубокие каналы обеспечивают больший геометрический объем, но полезная производительность также зависит от наполнения, плавления и обратного потока, вызванного давлением. Более мелкие каналы изменяют характеристики сдвига и накачки, одновременно уменьшая объем канала. Рассмотрите эти эффекты вместе при изменении глубины канала.

Отношение глубины полезно только с его допущениями.

Для простого обычного шнека с сопоставимым шагом и шириной канала глубина подачи, деленная на глубину измерения, является обычным приближением для геометрической степени сжатия. В качестве наглядного расчета чертежа D = 60 мм с диаметром корня 48 мм и 56 мм дает глубину 6 мм и 2 мм соответственно: соотношение глубин 3:1.

Этот расчет не предсказывает повышение давления 3:1, не доказывает полное плавление и не определяет сжатие барьера или профиля с переменным шагом. Спросите, какое геометрическое определение использовал поставщик. См. подробную информациюРуководство по степени сжатия экструзионного шнекадля различия между удобным соотношением глубины и полным сравнением объема канала.

Как работают вместе подача, плавка и дозирование

Знакомая трехзонная модель описывает обычный одношнековый пластикатор. Это полезное объяснение функций процесса, но оно не является обязательным, чтобы каждый экструзионный шнек имел три фиксированные секции одинаковой длины.

Подача начинается с фактической подачи материала

Гранулы, порошок, хлопья и неравномерный помол представляют собой разные условия подачи. Объемная плотность, консистенция частиц, образование мостиков и подающее отверстие — все это заслуживает внимания. Изменение профиля на выходе не может надежно компенсировать неконтролируемую подачу материала на входе.

Температура ствола не является показателем температуры плавления.

Теплопередача ствола и механическая работа влияют на тепловую историю материала. Их вклад меняется в зависимости от условий эксплуатации. Используйте соответствующее измерение температуры плавления и его местоположение при сравнении конструкций; совпадение уставок нагревателя само по себе не является подтверждением соответствия условий плавления.

Давление и производительность относятся к всему пути потока

Шнек работает против сопротивления сит, адаптеров, матриц и другого последующего оборудования. Запишите установленное устройство при диагностике низкой мощности. Результат, полученный с использованием чистого сита и открытой оснастки, не следует представлять как ожидаемую производительность по сравнению с более строгой линией.

Барьерные, смесительные и вентиляционные секции решают разные задачи

Функциональному разделу требуется указанное задание и способ проверить, выполнена ли эта работа. «Лучшее смешивание» будет неполным, если в кратком описании не будет указано, что необходимо распределить или рассредоточить и какие измерения продукта покажут улучшение.

Смесительные устройства могут выполнять как распределительную, так и диспергирующую работу; баланс зависит от их геометрии и условий эксплуатации. Одного названия дизайна недостаточно для оценки производительности. Дополнительные ограничения могут также изменить температуру расплава, требуемое давление и поведение при очистке.

Для вентиляции требуется совместимый ствол и вспомогательное оборудование. Винтовой профиль не может создать вентиляционное отверстие через цилиндр без портов, а вентиляция не устраняет автоматически необходимость высыхания смолы. Ознакомьтесь с инструкциями по обработке поставщика материала.

Для более детального сравнения используйте руководства EJS, чтобыбарьер по сравнению с обычными винтамииШнековые смесители Maddock, ананас и Saxton.

Конструкция двухшнекового профиля: элементы, последовательность и смешивание

Для модульной двухвинтовой системы конфигурация означает выбор совместимых элементов и их размещение в определенной последовательности. Это также означает проверку того, как эта последовательность связана с положениями подачи, добавления жидкости, вентиляции и разгрузки.

Руководство по функциональности винтов NC State Extensionописывает транспортировку, замешивание, реверс и другие элементы, а также их влияние на смешивание и поток. Его обсуждение включает в себя переработку продуктов питания и кормов, а также коды элементов для конкретного оборудования. Эти принципы помогают объяснить конфигурацию; его примеры кодов не являются универсальным стандартом пластиковых винтов.

Прочитайте блок замешивания как часть последовательности

Ширина диска, угол смещения, направление транспортировки и длина блока должны учитываться вместе со скоростью, пропускной способностью, местным заполнением и прилегающими элементами. Избегайте универсальных правил, таких как «более широкий диск всегда дает лучшую дисперсию». Полезный вопрос заключается в том, какое материальное состояние и поведение потока должна создавать эта конкретная последовательность.

Обратные или ограничительные элементы могут увеличить интенсивность наполнения и обработки на входе, но они также влияют на давление и потребность в приводе. Добавление дополнительных ограничений не является свободным путем к более сильному смешиванию.

Подтвердите совместимость перед копированием профиля

Два элемента с одинаковым номинальным наружным диаметром могут иметь разные поверхности сопряжения валов, требования к межосевым расстояниям, профили или осевые размеры. Укажите OEM или соглашение о чертежах для каждого кода. EJSСтраница продукта с винтовым элементомперечисляет компоненты транспортировки, смешивания и замешивания; тотдвухвинтовая направляющая элементаболее подробно описывает их замену.

Сопоставьте дизайн с полимером, формой подачи и заданием по переработке

«Винт из полиэтилена» или «шнек для переработки» слишком широк для окончательного проектного решения. Укажите марку, информацию о вязкости, пакет присадок, форму и состояние сырья. Укажите, поступают ли наполнители или волокна в виде предварительно приготовленных гранул или их необходимо добавлять во время экструзии; это разные задачи обработки.

Читать опубликованную геометрию в пределах ее материального объема.

Полезным примером являетсяРуководство BASF по экструзионному производству Ultramid, стр. 7. Для обсуждаемой здесь обработки пленки Ultramid описываются барьерные или трехсекционные шнеки длиной от 24 до 32 D, постоянным шагом 1 D и степенью сжатия от 3: 1 до 3,5: 1. Это также делает глубину полета зависимой от диаметра и вязкости расплава.

Инженерный урок – это взаимосвязь между геометрией и материальными условиями. Эти цифры не являются пределами приемлемости для каждого сорта полиамида, каждого термопластика или каждого существующего оборудования. Прежде чем выбирать размеры, получите руководство по обработке фактического сорта и устраните любые несоответствия с установленным оборудованием.

Проектирование в рамках ограничений ствола, привода и переработки

Сменный винт должен пройти два испытания: он должен подойти и успешно приработаться. Соответствие номинальному диаметру касается лишь небольшой части первого испытания.

• Корпус и интерфейсы:Подтвердите профиль и состояние отверстия, эффективную длину, приводное соединение, геометрию конца, отверстие подачи и расположение портов.
• Механический конверт:Получите допустимые пределы скорости, крутящего момента, тяги и давления из соответствующей информации о машине. Не делайте выводов о них по диаметру винта.
• Тепловая и выходная оболочка:проверьте возможности охлаждения, измерения температуры, замены сеток, насосов расплава и инструментов. Определите, какой компонент ограничивает предлагаемую рабочую точку.

Как бы я подошел к запросу на замену винта

Такой подход сохраняет целенаправленность редизайна. Если причиной производственных потерь является неисправность системы подачи, устраните эту неисправность, прежде чем использовать новый профиль шнека в качестве средства устранения проблемы.

Как материалы и износ шнеков экструдера влияют на производительность конструкции

Геометрию и выбор рабочей поверхности следует рассматривать вместе. Базовый материал обеспечивает структурную основу винта; поверхность или износостойкая конструкция должны подходить для контакта с полимером, добавками и сопрягаемым стволом.

На странице EJS, посвященной подающим винтам, перечислены азотированные, биметаллические, закаленные и хромированные варианты. Это целый ряд доступных конструкций, а не свидетельство того, что каждый вариант подходит для каждой задачи. Определите обозначение материала, место обработки, окончательные размеры и согласованные требования к проверке фактического компонента.Руководство по материалам винтов и цилиндров EJSобъясняет вопросы выбора.

Отличить механизмы износа от симптомов

Абразивные ингредиенты, коррозионные условия и непреднамеренный контакт с металлом требуют различных исследований. Более твердый материал не исправляет перекос или неправильный рабочий зазор. Согласование шнека и ствола также полезнее, чем выбор каждой рабочей поверхности по отдельности.

Проблемы с износом шнеков экструдера могут возникать наряду со снижением производительности, изменением нагрузки или нестабильной подачей расплава, но ни один из этих симптомов сам по себе не свидетельствует об износе. Сравните измеренное состояние шнека/цилиндра с чертежом и контролируемой базовой линией производства.руководство по измерению износа и заменеохватывает процесс проверки.

Не копируйте измеренный внешний диаметр изношенного винта в качестве нового номинального размера. В спецификации отдельно укажите первоначальный замысел проекта, текущий износ и любые предлагаемые изменения конструкции.

Оцените производительность шнека с помощью сопоставимых производственных данных

Для справедливого сравнения необходимы определенные материалы и производственное окно, общие требования к качеству и четкие границы измерений. Сохраните базовый уровень при сопоставимых условиях, а затем протестируйте предлагаемую конструкцию в предполагаемом рабочем диапазоне. Запишите все изменения настроек, чтобы обеспечить успешную работу любого проекта.

Измеряйте приемлемый выпуск продукции отдельно от валового выпуска. Включите фактическую температуру расплава, давление и отклонения, нагрузку привода, брак и проверки продукта, которые послужили причиной изменения. Запишите расположение датчиков, правило стабилизации, интервал отбора проб и продолжительность испытаний, чтобы другой инженер мог интерпретировать результаты.

Рабочий пример: увеличение производства не означает автоматического снижения удельной энергии.

Если бы я руководил оценкой конструкции винта, я бы согласовал материал, требования к качеству, окно регистрации и границы электрических измерений до начала испытаний. В противном случае два привлекательных набора данных могут описывать разные вакансии.

Рассмотрим иллюстративное устойчивое сравнение. Конструкция А требует в среднем 80 кВт потребляемой электроэнергии и 200 кг/ч приемлемого продукта. Конструкция B имеет среднюю производительность 96 кВт и 240 кг/ч при тех же границах измерения и требованиях к качеству. Это предполагаемые значения для расчета.

Обе конструкции потребляют 0,40 кВтч на килограмм приемлемого продукта в пределах этой границы. Я бы охарактеризовал результат как увеличение производительности, а не как 20-процентную экономию энергии. Для окна записи, измеряемого часами, эквивалентный расчет представляет собой общую электрическую энергию в кВтч, разделенную на приемлемую массу в кг.

Затем я проверял фактическую температуру расплава, изменение давления, нагрузку привода и количество отходов. Более высокая выходная точка, превышающая согласованный тепловой или механический предел, не проходит просто потому, что массовая скорость выше. Если счетчик энергии включает в себя нагреватели, охлаждение или вспомогательные устройства, определите эти нагрузки; не переобозначайте результат как механическую энергию винтового вала.

Что могут установить опубликованные тесты

Келли, Браун и Коутс изучили три одношнековые конфигурации, перерабатывающие коммерческий ПЭВД на разных скоростях вВлияние геометрии шнека на профиль температуры расплава при одношнековой экструзии. В реферате сообщается, что геометрия оказывает большее влияние на поля температуры плавления при более высокой производительности и что шнек с барьерным шнеком со смесителем Мэддока обеспечивает лучшее плавление, чем однозаходные шнеки в условиях исследования.

Это поддерживает оценку геометрии вместе с рабочей точкой. Он не устанавливает универсальный процент улучшения и не доказывает тот же результат для другого полимера или машины. Моделирование и опубликованные исследования помогают сформировать проектное предложение; согласованные производственные испытания определяют, соответствует ли поставляемая конструкция конкретной работе.

Превратите замысел проекта в краткое описание, которое сможет использовать производитель

Полезный запрос позволяет производителю объяснить предлагаемое изменение и то, как оно будет проверяться. Отправьте пакет, в котором указаны материал, станок, геометрия и критерии приемки.

1. Материал и корм:сорт, рецептура, форма корма, соответствующий препарат и допустимая вариабельность.
2. Цель обработки:допустимый диапазон выходной мощности, требования к продукции, наблюдаемые дефекты и текущие эксплуатационные записи.
3. Машина и установленные детали:архитектура, OEM/модель, доступные чертежи, размеры отверстий, интерфейсы, порты и проверенные эксплуатационные ограничения.
4. Предлагаемый профиль:границы рабочей длины, размерные функциональные сечения, локальные глубины, геометрия полета и каждое соглашение о зазорах.
5. Материалы и изготовление:согласованное обозначение стали, конструкция рабочей поверхности, места обработки, размеры конечного состояния и план контроля.
6. Проверка:доработка чертежей, протоколы проверки компонентов и план производственных испытаний с измерениями и критериями «прошел/не прошел».

Отдельная приемка компонентов от проверки производства

Сертификат материала и отчет о размерах отвечают на вопрос, соответствует ли компонент указанным требованиям к материалу и чертежам. Сами по себе они не доказывают производительность, потребление энергии или качество продукции. И наоборот, один успешный производственный цикл не заменяет согласованные проверки компонентов.

В информации о продукции EJS указано, что поставляемые шнековые цилиндры включают отчет о проверке и сертификат на материал. Согласуйте соответствующую редакцию чертежа и сообщите содержание заказанных деталей. Любой дополнительный отбор проб, лабораторные испытания или приемка процесса входят в объем письменной документации.

Часто задаваемые вопросы