Винт экструдера является основным компонентом пластикового экструзионного формовочного оборудования, который выполняет ключевые задачи транспортировки, плавления, пластификации и выравнивания материалов. Его проектная рациональность напрямую влияет на качество экструзии, эффективность производства и уровень потребления энергии. Эта статья будет анализироваться с точки зрения структуры винта, принципа работы, оптимизации дизайна и обслуживания.

Основная структура и классификация винтов

Винты экструдеров обычно состоят изСекция наполнения, секция сжатия (секция плавления), секция измерения (секция выравнивания)Три части состоят из следующих элементов:

1. Раздел наполнения (Feed Zone)
   • функция:: Перевод твердых материалов (например, гранул или порошка) из бункера в секцию сжатия.
   • Особенности проектирования:: Глубина шпильки большая (обычно 15% ~ 20% диаметра винта) для размещения большего количества материала; Ширина спирали более узкая, уменьшая сопротивление трению с материалом.
   • Типичное применение:: Первоначальная транспортировка термопластичных пластмасс, таких как PE и PP.
2. Компрессионная зона (Compression Zone)
   • функция:: Постепенно мелькнуть по глубине шпильки, материал сжимается, срезается и расплавляется, а летучие вещества (например, влага или присадка) выделяются.
   • Особенности проектирования:: Глубина шпильки линейно или нелинейно уменьшается, коэффициент сжатия (отношение объема шпильки в секции наполнения к объему в секции измерения) обычно составляет от 2: 1 до 5: 1.
   • Ключевые параметры:: Угол сжатия (скорость изменения глубины шпильки) влияет на эффективность плавления, чрезмерная конференция приводит к перегреву материала и разложению, слишком малая - недостаточная пластификация.
3. Зона измерения (Metering Zone)
   • функция:: Равномерная подача расплавленного материала в нос, установление стабильного давления и расхода.
   • Особенности проектирования:: Глубина шпильки постоянная и мелкая (обычно от 5% до 10% диаметра винта), ширина шпильки увеличивается для увеличения скорости сдвига.
   • Оптимизация направленияУлучшение эффекта выравнивания путем увеличения длины винта или использования барьерного винта (Barrier Screw).

Тип винтаА.

• Обычный винт: Применяется для большинства общих пластиковых процессов (например, ПВХ, ПЭ).
• Разделительный винт:: Установите вторичную резьбу в измерительном сегменте, отделите расплав от непроплавленного материала, улучшите качество пластификации (обычно используется в инженерных пластмассах, таких как PA, PC).
• Выхлопной винт:: После секции сжатия устанавливается секция выхлопа для обработки летучих материалов (например, рекуперированных материалов).
• двухступенчатый винт:: Сочетание преимуществ одного и двух винтов для материалов с высоким наполнением или высокой вязкостью (например, деревянных пластических композитов).

Принцип работы винта

Процесс экструзии можно разделить на три этапа:

1. Стадия транспортировки твердых веществ
   • Материал в секции наполнения управляется вращением винта и перемещается вперед вдоль желоба, образуя « твердую пробку».
   • Эффективность передачи зависит от скорости вращения винта, глубины болта и коэффициента трения материала и цилиндра.
2. Этап плавления
   • Материал в секции сжатия подвергается двойному действию нагрева цилиндра и винтового сдвига и постепенно переходит из твердого в расплавленное состояние.
   • Скорость плавления зависит от геометрических параметров винта (например, коэффициента сжатия) и технологических условий (например, температуры, скорости вращения).
3. Этап переноса расплава
   • Плавленный материал равномерно транспортируется в носовую часть в измерительном сегменте и формируется в форме требуемого сечения через ротовую модель.
   • Давление подачи регулируется скоростью вращения винта, сопротивлением носа и клапаном противодавления.

Ключевые элементы конструкции винта

1. Коэффициент длины (L / D)
   • Определение: отношение эффективной длины винта к диаметру, обычно 20: 1 ~ 36: 1.
   • Влияние: Чем больше отношение длины, чем дольше время пластификации, тем лучше эффект выравнивания, но потребление энергии и затраты увеличиваются.
   • Выбор предложений:
     • Универсальные пластмассы (например, PE, PP): L / D = 20: 1 ~ 25: 1
     • Инженерные пластмассы (например, PA, POM): L / D = 25: 1 ~ 30: 1
     • Материалы с высоким наполнением (например, кальциевые пластмассы): L / D ≥ 30: 1
2. Коэффициент сжатия
   • Определение: отношение объема шпильки в секции наполнения к объему в секции измерения, отражающее степень сжатия материала.
   • Воздействие: Чрезмерное отношение сжатия может легко привести к перегреву и разложению материала, слишком маленькое, а пластификация недостаточна.
   • Типичные значения:
     • Термочувствительные пластмассы (например, ПВХ): коэффициент сжатия = 1.5: 1 ~ 2: 1
     • Кристаллический пластик (например, PE, PP): коэффициент сжатия = 2,5: ~ 3,5: 1
3. Вращение винта
   • Диапазон: обычно 30 ~ 120 rpm, высокоскоростные винты до 300 rpm или выше.
   • Оптимизация направления:
     • Увеличение скорости может увеличить производительность, но требует синхронизации для повышения эффективности охлаждения (например, с использованием цилиндров с воздушным или водяным охлаждением).
     • Избегайте перегрева при сдвиге материала из - за высокой скорости вращения (например, скорость вращения при обработке ПВХ должна быть < 60 rpm).
4. Выбор материала
   • корпус винтаА.
     • Обычный материал: 38CrMoAlA (твердость после нитрирования ≥900HV, отличная износостойкость).
     • Материал: биметаллический винт (основание 42CrMo, спиральная наплавка сплава Stellite, увеличение срока службы в 3 - 5 раз).
   • футеровка цилиндраА.
     • Обычный материал: 45 # сталь (хромированная обработка, шероховатость поверхности Ra 0,4 мкм).
     • Антифрикционные материалы: карбид вольфрама на основе никеля (толщина 0,2 ~ 0,5 мм, подходит для обработки армированных стекловолокном пластмасс).

IV. Сценарий применения винта

1. Трубоэкструзия
   • Требования: высокая урожайность, колебания температуры низкого расплава.
   • Оптимизация схемы: использование барьерного винта + штифтового цилиндра для улучшения однородности пластификации.
2. тонкопленочная экструзия
   • Требования: Высокая прочность расплава, низкое содержание геля.
   • Оптимизация схемы: увеличение длины измерительного сегмента (L / D ≥ 30: 1), использование со статическим смесителем.
3. экструзия профиля
   • Требования: Низкое остаточное напряжение, стабильность высоких размеров.
   • Оптимизация схемы: использование винта с низким коэффициентом сжатия (1.8: 1 ~ 2.2: 1), уменьшение тепла сдвига.
4. Обработка вторсырья
   • Требования: высокая стойкость к износу, сильная выхлопная способность.
   • Оптимизация: двухступенчатая конструкция винта + выхлопного сегмента, твердое хромирование поверхности винта.

V. Обслуживание и оптимизация винтов

1. Повседневное обслуживание
   • Регулярно очищайте поверхность винта от остаточного материала (особенно перед остановкой необходимо промыть полиолефином).
   • Проверьте зазор между винтом и цилиндром (стандартный зазор 0,1 ~ 0,3 мм, после износа необходимо отрегулировать или заменить).
   • Мониторинг тока главного двигателя, аномальное повышение может указывать на износ винта или попадание инородного тела в цилиндр.
2. Диагностика неисправностей
   • Снижение производства:: Проверьте, заблокирован ли участок загрузки или износ винта приводит к снижению эффективности доставки.
   • Недостатки поверхностей продукции:: Например, коксовые пятна, пузырьки могут быть перегретыми или плохо выхлопными в измерительном сегменте.
   • Необычный шум:: трение винта с цилиндром или повреждение подшипника, необходимо немедленно остановить ремонт.
3. Направление модернизации
   • Энергосберегающая реконструкция:: Использование технологии частотной модуляции скорости, динамическая регулировка скорости вращения винта в соответствии с нагрузкой.
   • Интеллектуальное обновление:: Установка датчиков температуры и давления для достижения управления замкнутым контуром процесса экструзии.
   • Модульное проектирование:: Разработка быстросменных винтовых элементов, адаптированных к потребностям производства нескольких сортов.