Ekstruder-skruedesign: typer, geometri og ydeevne

Hvad er en ekstruder-skrue, og hvad skal dens design opnå?

En ekstruderskrue er den roterende proceskomponent inde i cylinderen. Ved termoplastisk ekstrudering transporterer den råmateriale, understøtter smeltning og blanding og leverer materiale mod nedstrømsværktøjet. ENskrueekstruderer maskinen;skrueekstruderinger processen. Køb af skruekomponenten erstatter ikke maskinens drev, opvarmning, køling eller kontrol.

Start med at definere den ønskede smeltemasse og produkt i stedet for et isoleret outputtal. Et nyttigt mål specificerer acceptabel materialeensartethed, produktkvalitet, gennemløbsområde og driftsgrænser. Det skal også angive, om arbejdet er at smelte forsammensatte pellets, inkorporere ingredienser, forarbejde formaling eller fjerne flygtige stoffer.

Adskil et nyt design fra en eksisterende maskinændring

En ny maskine giver mere frihed til at koordinere skrue, tønde, drev og fodersystem. En erstatning skal fungere inden for en installeret konvolut. Registrer den aktuelle skrue- og cylindertilstand, før du beslutter, om en anden profil er nødvendig: udskiftning af en slidt del og redesign af en uegnet del er forskellige tekniske opgaver.

EJS forsyningerekstruderingsfremføringsskruertil enkelt- og dobbeltskrue applikationer. Startopskriften skal identificere, hvilken arkitektur- og behandlingspligt komponenten skal udføre.

Ekstruderingsskruetyper: Klassificer arkitektur og funktion separat

"Enkeltskrue", "barriereskrue" og "blandingsskrue" beskriver forskellige aspekter af et design. De er ikke tre gensidigt udelukkende valg. En enkelt ekstruderingssnekke kan indeholde både en barrieresmeltesektion og en nedstrømsblander.

Enkelt og dobbelt beskriver antallet af skruer

For dobbeltskruer skal du også etablere samdrejning eller moddrejning, indgribende eller ikke-sammengribende og parallel eller konisk geometri. "Parallel" alene betyder ikke samrotation. EJS listerenkeltskruede tønderogparallelle dobbeltskruetønderseparat; produktkategorien er starten på en specifikation, ikke den komplette specifikation.

Flyantal og modulopbygning har brug for deres egne beskrivelser

En enkeltflyvningsskrue har en spiralformet start; det er ikke blot et andet navn for en enkeltskruet ekstruder. Ligeledes er dobbeltskruer ikke alle modulære. I et modulært design samles transport- og blandeelementer på kompatible aksler. I et stykke design er arbejdsprofilen fremstillet i skruelegemet.

Ekstruder-skruegeometri: Dimensioner, flyvninger og designfunktioner

En skruetegning skal definere, hvor hver dimension gælder. Samlet længde, arbejdslængde og længden inde i løbet kan referere til forskellige grænser. Den samme omhu er nødvendig for nominel diameter, lokal flyvediameter og roddiameter.

DeDynisco ekstruderingsprocessorhåndbog, afsnit 4illustrerer skruedimensioner og konventionel enkeltskruegeometri. Dybere kanaler giver mere geometrisk volumen, men brugbart output afhænger også af fyldning, smeltning og trykdrevet tilbagestrømning. Lavvandede kanaler ændrer forskydnings- og pumpeadfærd, mens de reducerer kanalvolumen. Gennemgå disse effekter sammen, når du ændrer kanaldybde.

Et dybdeforhold er kun nyttigt med dets antagelser

For en simpel konventionel skrue med sammenlignelig stigning og kanalbredde er fremføringsdybde divideret med måledybde en almindelig tilnærmelse for geometrisk kompressionsforhold. Som en illustrativ tegningsberegning giver D = 60 mm med roddiametre på 48 mm og 56 mm dybder på henholdsvis 6 mm og 2 mm: et dybdeforhold på 3:1.

Denne beregning forudsiger ikke en trykstigning på 3:1, beviser ikke fuldstændig smeltning eller definerer kompressionen af ​​en barriere eller profil med variabel stigning. Spørg hvilken geometrisk definition leverandøren brugte. Se detaljeretekstrusionsskrue kompressionsforhold guidefor at skelne mellem et bekvemt dybdeforhold og en fuld kanal-lydstyrke sammenligning.

Hvordan foder, smeltning og dosering virker sammen

Den velkendte tre-zone model beskriver en konventionel plastificerende enkeltskrue. Det er en brugbar forklaring på procesfunktioner, men det er ikke et krav, at hver ekstruderingsskrue har tre faste, lige lange sektioner.

Fodring starter med det faktisk leverede materiale

Pellets, pulver, flager og uregelmæssig formaling giver ikke samme fodringsbetingelser. Bulkdensitet, partikelkonsistens, brodannelse og fødehalsen fortjener alle opmærksomhed. En nedstrøms profilændring kan ikke pålideligt kompensere for en ukontrolleret opstrøms materialeforsyning.

Tøndetemperatur er ikke en måling af smeltetemperatur

Tøndevarmeoverførsel og mekanisk arbejde påvirker begge materialets termiske historie. Deres bidrag ændrer sig med driftsbetingelserne. Brug en passende måling af smeltetemperatur og dens placering, når du sammenligner designs; matchende varmelegemesætpunkter alene viser ikke matchende smelteforhold.

Tryk og output hører til hele strømningsvejen

Skruen virker mod modstanden fra skærme, adaptere, matricer og andet downstream-udstyr. Registrer det installerede arrangement ved diagnosticering af lav output. Et resultat opnået med en ren skærmpakke og åbent værktøj bør ikke præsenteres som den forventede produktionshastighed mod en mere restriktiv linje.

Barriere-, blandings- og udluftningssektioner løser forskellige opgaver

En funktionel sektion har brug for et angivet job og en måde at kontrollere, om jobbet er udført. "Bedre blanding" er ufuldstændig, medmindre vejledningen identificerer, hvad der skal fordeles eller spredes, og hvilken produktmåling der vil vise forbedring.

Blandeanordninger kan udføre både distribuerende og dispersivt arbejde; balancen afhænger af deres geometri og driftsbetingelser. Et designnavn alene er utilstrækkeligt til at rangere ydeevnen. Yderligere begrænsninger kan også ændre smeltetemperatur, trykkrav og rengøringsadfærd.

Udluftning kræver en kompatibel tønde og støtteudstyr. En skrueprofil kan ikke skabe en udluftning gennem en uporteret tønde, og udluftning fjerner ikke automatisk en harpiks tørrebehov. Tjek materialeleverandørens forarbejdningsvejledning.

For nærmere sammenligninger, brug EJS-vejledningerne tilbarriere kontra konventionelle skruerogMaddock, ananas og Saxton skrueblander.

Twin-Screw Profile Design: Elementer, sekvens og blanding

For et modulært dobbeltskruesystem betyder konfiguration at vælge kompatible elementer og placere dem i en bevidst rækkefølge. Det betyder også at kontrollere, hvordan denne sekvens relaterer sig til fodring, væsketilsætning, udluftning og udledningspositioner.

NC State Extensions skruefunktionsguidebeskriver transport, æltning, omvendt og andre elementer, sammen med deres effekter på blanding og flow. Dens diskussion omfatter fødevare- og foderforarbejdning og udstyrsspecifikke elementkoder. Disse principper hjælper med at forklare konfigurationen; dens eksempelkoder er ikke en universel plastskruestandard.

Læs en ælteblok som en del af en sekvens

Skivebredde, forskydningsvinkel, transportretning og bloklængde skal gennemgås sammen med hastighed, gennemløb, lokal fyldning og tilstødende elementer. Undgå universelle regler som "en bredere skive giver altid bedre spredning." Det nyttige spørgsmål er, hvilken materialetilstand og flowadfærd denne særlige sekvens skal frembringe.

Omvendte eller begrænsende elementer kan øge opstrømsfyldnings- og forarbejdningsintensiteten, men de påvirker også trykket og driver efterspørgslen. Tilføjelse af flere begrænsninger er ikke en gratis vej til stærkere blanding.

Bekræft kompatibilitet, før du kopierer en profil

To elementer med samme nominelle udvendige diameter kan have forskellige akselgrænseflader, krav til centerafstand, profiler eller aksiale dimensioner. Angiv OEM- eller tegningskonventionen for hver kode. EJS'erskrueelement produktsidelister transport, blanding og æltning komponenter; dedobbeltskrue element guidedækker deres erstatningstjek mere detaljeret.

Match designet til polymer-, fødeformen og forarbejdningsopgaven

"PE-skrue" eller "genbrugsskrue" er for bred til en endelig designbeslutning. Identificer kvalitet, viskositetsoplysninger, additivpakke, foderform og tilstand. Angiv, om fyldstoffer eller fibre kommer i præsammensatte pellets eller skal inkorporeres under ekstrudering; det er forskellige behandlingsopgaver.

Læs offentliggjort geometri inden for dets materielle omfang

Et brugbart eksempel erBASF's Ultramid-ekstruderingsvejledning, side 7. Til Ultramid-filmbehandlingen beskrevet der, beskriver den barriere- eller tresektionsskruer med længder på 24 til 32 D, konstant stigning på 1 D og kompressionsforhold på 3:1 til 3,5:1. Det gør også flyvedybden afhængig af diameter og smelteviskositet.

Ingeniørtimen er forholdet mellem geometri og materialeforhold. Disse tal er ikke acceptgrænser for hver polyamidkvalitet, enhver termoplast eller enhver eksisterende maskine. Indhent behandlingsvejledningen for den faktiske kvalitet, og afhjælp enhver uoverensstemmelse med det installerede udstyr, før du vælger dimensioner.

Design inden for tønde-, drev- og downstream-grænserne

En udskiftningsskrue skal bestå to tests: den skal passe, og den skal behandles med succes. Matchning af den nominelle diameter vedrører kun en lille del af den første test.

• Tønde og grænseflader:bekræfte boringsprofil og tilstand, effektiv længde, drevforbindelse, endegeometri, fremføringsåbning og portplaceringer.
• Mekanisk kuvert:få de tilladte hastigheds-, drejningsmoment-, tryk- og trykgrænser fra den gældende maskininformation. Udled dem ikke ud fra skruens diameter.
• Termisk og nedstrøms kuvert:gennemgå køleevne, temperaturmåling, skærmskift, smeltepumper og værktøj. Identificer, hvilken komponent der begrænser det foreslåede driftspunkt.

Hvordan jeg ville gribe en anmodning om skrueskift an

Denne tilgang holder et redesign fokuseret. Hvis en fejl i fødesystemet forklarer produktionstabet, skal denne fejl rettes, før du behandler en ny skrueprofil som afhjælpning.

Hvordan materialer og ekstruderskrueslid påvirker designydelsen

Geometri og valg af arbejdsflade bør gennemgås sammen. Grundmaterialet udgør skruens strukturelle fundament; overfladen eller den slidstærke konstruktion skal passe til dens kontakt med polymeren, tilsætningsstofferne og den tilhørende tønde.

EJS's feed-screw side viser nitrerede, bimetalliske, hærdede og forkromede muligheder. Det er en række tilgængelige konstruktioner, ikke bevis på, at enhver mulighed passer til enhver opgave. Definer materialebetegnelse, behandlingssted, endelige mål og aftalte inspektionskrav for den aktuelle komponent. DeEJS skrue og tønde materiale guideforklarer udvælgelsesspørgsmålene.

Skelne slidmekanismer fra symptomer

Slibende ingredienser, ætsende forhold og utilsigtet metalkontakt kræver forskellige undersøgelser. Hårdere materiale korrigerer ikke fejljustering eller forkert betjeningsspalte. At matche skruen og cylinderen er også mere nyttigt end at vælge hver arbejdsflade uafhængigt.

Problemer med slitage på ekstruderskruer kan forekomme sammen med faldende output, ændret belastning eller ustabil smelteafgivelse, men ingen af ​​disse symptomer beviser slitage i sig selv. Sammenlign den målte skrue/tønde tilstand med tegningen og en kontrolleret produktionsgrundlinje. Deslidmåling og udskiftningsvejledningdækker inspektionsprocessen.

Kopier ikke en slidt skrues målte udvendige diameter som den nye nominelle dimension. Adskil originale designhensigter, nuværende slitage og enhver foreslået redesign i specifikationen.

Evaluer skrueydelse med sammenlignelige produktionsdata

En retvisende sammenligning kræver et defineret materiale- og produktionsvindue, fælles kvalitetskrav og en klar målegrænse. Hold en baseline ved sammenlignelige forhold, og test derefter det foreslåede design på tværs af det påtænkte driftsområde. Registrer eventuelle indstillinger, der er ændret for at få begge design til at køre med succes.

Mål acceptabelt produktoutput adskilt fra bruttogennemløb. Inkluder faktisk smeltetemperatur, tryk og variation, drivbelastning, afvisninger og produkttjek, der motiverede ændringen. Registrer sensorplaceringer, stabiliseringsreglen, prøvetagningsinterval og forsøgsvarighed, så en anden ingeniør kan fortolke resultaterne.

Et godt eksempel: mere produktion er ikke automatisk lavere specifik energi

Hvis jeg stod i spidsen for en skrue-redesign-evaluering, ville jeg blive enige om materialet, kvalitetskravene, registreringsvinduet og den elektriske målegrænse før forsøget. Ellers kan to attraktive datasæt beskrive forskellige jobs.

Overvej en illustrativ, stabilt kørende sammenligning. Design A er i gennemsnit 80 kW elektrisk input og 200 kg/h acceptabelt produkt. Design B er i gennemsnit 96 kW og 240 kg/h ved samme målegrænse og kvalitetskrav. Disse er forudsatte værdier for beregningen.

Begge designs forbruger 0,40 kWh pr. kg acceptabelt produkt inden for denne grænse. Jeg vil beskrive resultatet som øget produktion, ikke en energibesparelse på 20 %. For et registreringsvindue målt i timer er den ækvivalente beregning samlet elektrisk energi i kWh divideret med acceptabel masse i kg.

Jeg ville så tjekke den faktiske smeltetemperatur, trykvariation, drivbelastning og skrot. Et højere udgangspunkt, der overstiger en aftalt termisk eller mekanisk grænse, passerer ikke, blot fordi massehastigheden er højere. Hvis energimåleren inkluderer tøndevarmere, køling eller hjælpemidler, identificer disse belastninger; ommærk ikke resultatet som skrue-aksel mekanisk energi.

Hvad offentliggjort test kan fastslå

Kelly, Brown og Coates studerede tre enkeltskrue geometrier, der behandler kommerciel LDPE ved forskellige hastigheder iEffekten af ​​skruegeometri på smeltetemperaturprofil i enkeltskrueekstrudering. Abstraktet rapporterer, at geometri havde en større indflydelse på smeltetemperaturfelter ved højere gennemstrømning, og at en barriere-flugtskrue med en Maddock-blander opnåede bedre smeltning end enkeltflyvningsskruerne under undersøgelsesbetingelserne.

Det understøtter evaluering af geometri sammen med driftspunktet. Det etablerer ikke en universel forbedringsprocent eller beviser det samme resultat for en anden polymer eller maskine. Simulering og publicerede undersøgelser hjælper med at danne et designforslag; den aftalte produktionstest afgør, om det leverede design opfylder den konkrete opgave.

Gør designhensigten til en brief, som producenten kan bruge

En nyttig forespørgsel lader producenten forklare både den foreslåede ændring, og hvordan den vil blive kontrolleret. Send en pakke, der forbinder materiale, maskine, geometri og acceptkriterier.

1. Materiale og foder:kvalitet, formulering, foderform, relevant præparat og tilladt variabilitet.
2. Behandlingsmål:acceptabelt outputområde, produktkrav, observerede defekter og aktuelle driftsregistreringer.
3. Maskine og installerede dele:arkitektur, OEM/model, tilgængelige tegninger, boringsmål, interfaces, porte og verificerede driftsgrænser.
4. Foreslået profil:arbejdslængdegrænser, dimensionerede funktionssektioner, lokale dybder, flyvegeometri og hver enkelt frihøjdekonvention.
5. Materialer og fremstilling:aftalt stålbetegnelse, arbejdsfladekonstruktion, behandlingssteder, slutmål og inspektionsplan.
6. Verifikation:tegningsrevision, komponentinspektionsjournaler og en produktions-afprøvningsplan med målinger og bestået/ikke bestået kriterier.

Adskil komponentaccept fra produktionsvalidering

Et materialecertifikat og dimensionsrapport giver svar på, om komponenten opfylder sine specificerede materiale- og tegningskrav. De beviser ikke i sig selv produktionshastighed, energiforbrug eller produktkvalitet. Omvendt erstatter én vellykket produktionskørsel ikke de aftalte komponentinspektioner.

Af EJS's produktinformation fremgår det, at de leverede skruetønder indeholder en kontrolrapport og materialecertifikat. Aftal den relevante tegningsrevision og rapportindhold for de bestilte dele. Enhver yderligere prøveudtagning, laboratorietestning eller procesaccept hører under det skriftlige omfang.

Ofte stillede spørgsmål