Extruderskruvdesign: typer, geometri och prestanda

Vad är en extruderskruv och vad bör dess design uppnå?

En extruderskruv är den roterande bearbetningskomponenten inuti cylindern. Vid termoplastisk extrudering transporterar den råmaterial, stödjer smältning och blandning och levererar material mot nedströmsverktyget. Askruvextruderär maskinen;skruvextruderingär processen. Att köpa skruvkomponenten ersätter inte maskinens drivning, värme, kyla eller kontroller.

Börja med att definiera önskad smälta och produkt, snarare än ett isolerat utgångsnummer. Ett användbart mål specificerar acceptabel materiallikformighet, produktkvalitet, genomströmningsområde och driftsgränser. Det bör också ange om jobbet är att smälta förberedda pellets, införliva ingredienser, bearbeta ommalning eller ta bort flyktiga ämnen.

Separera en ny design från en befintlig maskinbyte

En ny maskin ger mer frihet att koordinera skruv, pipa, drivning och matningssystem. En ersättning måste fungera inom ett installerat kuvert. Registrera det aktuella skruv- och cylindertillståndet innan du bestämmer dig för om en annan profil behövs: att byta ut en sliten del och designa om en olämplig del är olika tekniska uppgifter.

EJS levererarextruderingsmatningsskruvarför enkel- och dubbelskruvsapplikationer. Startinstruktionen bör identifiera vilken arkitektur och bearbetningsuppgift som komponenten måste tjäna.

Extruderingsskruvtyper: Klassificera arkitektur och funktion separat

"Enkelskruv", "spärrskruv" och "blandningsskruv" beskriver olika aspekter av en design. De är inte tre ömsesidigt uteslutande val. En enkel extruderingsskruv kan innehålla både en barriärsmältningssektion och en nedströmsblandare.

Enkel och tvilling beskriver antalet skruvar

För dubbla skruvar, upprätta även samrotation eller motrotation, ingripande eller icke-ingripande, och parallell eller konisk geometri. Enbart "Parallell" betyder inte samroterande. EJS listorenskruvade fatochparallella dubbelskruvarseparat; produktkategorin är början på en specifikation, inte den fullständiga specifikationen.

Antal flygningar och moduluppbyggnad behöver sina egna beskrivningar

En engångsskruv har en spiralformad start; det är inte bara ett annat namn för en extruder med en skruv. Likaså är tvillingskruvar inte alla modulära. I en modulär design monteras transport- och blandningselement på kompatibla axlar. I en konstruktion i ett stycke är arbetsprofilen tillverkad i skruvkroppen.

Extruder Screw Geometry: Dimensioner, flygningar och designfunktioner

En skruvritning ska definiera var varje dimension gäller. Total längd, arbetslängd och längden inuti pipan kan referera till olika gränser. Samma försiktighet behövs för nominell diameter, lokal flygdiameter och rotdiameter.

DeDynisco Extrusion Processors Handbook, Avsnitt 4illustrerar skruvdimensioner och konventionell enkelskruvsgeometri. Djupare kanaler ger mer geometrisk volym, men användbar effekt beror också på fyllning, smältning och tryckdrivet återflöde. Grundare kanaler ändrar skjuvning och pumpbeteende samtidigt som kanalvolymen minskas. Granska dessa effekter tillsammans när du ändrar kanaldjup.

Ett djupförhållande är användbart endast med dess antaganden

För en enkel konventionell skruv med jämförbar stigning och kanalbredd är matningsdjup dividerat med doseringsdjup en vanlig approximation för geometriskt kompressionsförhållande. Som en illustrativ ritningsberäkning ger D = 60 mm med rotdiametrar på 48 mm och 56 mm djup på 6 mm respektive 2 mm: ett djupförhållande på 3:1.

Den beräkningen förutsäger inte en tryckökning på 3:1, bevisar inte fullständig smältning eller definierar kompressionen av en barriär eller profil med variabel stigning. Fråga vilken geometrisk definition leverantören använde. Se detaljeradstyrning av strängpressningsskruvens kompressionsförhållandeför skillnaden mellan ett bekvämt djupförhållande och en jämförelse med full kanal-volym.

Hur foder, smältning och mätning fungerar tillsammans

Den välbekanta trezonsmodellen beskriver en konventionell plastande enkelskruv. Det är en användbar förklaring av processfunktioner, men det är inte ett krav att varje extruderingsskruv har tre fasta, lika långa sektioner.

Utfodringen börjar med det material som faktiskt levereras

Pellets, pulver, flingor och oregelbunden ommalning har inte samma utfodringsförhållanden. Bulkdensitet, partikelkonsistens, bryggbildning och matarstrupen förtjänar alla uppmärksamhet. En nedströms profiländring kan inte tillförlitligt kompensera för en okontrollerad uppströms materialförsörjning.

Fattemperaturen är inte en smälttemperaturmätning

Fatvärmeöverföring och mekaniskt arbete påverkar båda materialets termiska historia. Deras bidrag förändras med driftsförhållandena. Använd en lämplig smälttemperaturmätning och dess placering när du jämför konstruktioner; Enbart matchande värmarbörvärden visar inte matchande smältförhållanden.

Tryck och effekt tillhör hela flödesvägen

Skruven arbetar mot motståndet från skärmar, adaptrar, stansar och annan nedströmsutrustning. Registrera det installerade arrangemanget vid diagnos av låg effekt. Ett resultat som erhållits med en ren skärm och öppna verktyg bör inte presenteras som den förväntade produktionshastigheten mot en mer restriktiv linje.

Barriär-, blandnings- och ventilationssektioner löser olika uppgifter

En funktionell sektion behöver ett angivet jobb och ett sätt att kontrollera om det jobbet har gjorts. "Bättre blandning" är ofullständig om inte instruktionen identifierar vad som måste distribueras eller spridas, och vilken produktmätning som kommer att visa förbättring.

Blandningsanordningar kan utföra både fördelande och dispersivt arbete; balansen beror på deras geometri och driftsförhållanden. Enbart ett designnamn är otillräckligt för att rangordna prestanda. Ytterligare restriktioner kan också ändra smälttemperatur, tryckbehov och rengöringsbeteende.

Ventilation kräver en kompatibel pipa och stödutrustning. En skruvprofil kan inte skapa en ventil genom en opporterad cylinder, och ventilering tar inte automatiskt bort ett hartss torkningsbehov. Kontrollera materialleverantörens bearbetningsinstruktioner.

För närmare jämförelser, använd EJS-guiderna för attbarriär kontra konventionella skruvarochMaddock, ananas och Saxton skruvblandare.

Twin-Screw Profile Design: Element, sekvens och blandning

För ett modulärt dubbelskruvsystem innebär konfiguration att man väljer kompatibla element och placerar dem i en avsiktlig sekvens. Det innebär också att kontrollera hur den sekvensen relaterar till matnings-, vätsketillsats-, ventilerings- och utloppspositioner.

NC State Extensions skruvfunktionsguidebeskriver transport, knådning, reversering och andra element, tillsammans med deras effekter på blandning och flyt. Diskussionen inkluderar livsmedels- och foderbearbetning och utrustningsspecifika elementkoder. Dessa principer hjälper till att förklara konfigurationen; dess exempelkoder är inte en universell plastskruvstandard.

Läs ett knådningsblock som en del av en sekvens

Skivbredd, förskjutningsvinkel, transportriktning och blocklängd behöver ses över tillsammans med hastighet, genomströmning, lokal fyllning och intilliggande element. Undvik universella regler som "en bredare skiva ger alltid bättre spridning." Den användbara frågan är vilket materialtillstånd och flödesbeteende denna speciella sekvens måste producera.

Omvända eller begränsande element kan öka fyllnings- och bearbetningsintensiteten uppströms, men de påverkar också trycket och driver efterfrågan. Att lägga till fler restriktioner är inte en gratis väg till starkare blandning.

Bekräfta kompatibiliteten innan du kopierar en profil

Två element med samma nominella ytterdiameter kan ha olika axelgränssnitt, krav på centrumavstånd, profiler eller axiella dimensioner. Ange OEM eller ritningskonvention för varje kod. EJSskruvelement produktsidalistar komponenter för transport, blandning och knådning; dedubbelskruvselementstyrningtäcker deras ersättningskontroller mer i detalj.

Matcha designen med polymeren, matningsformen och bearbetningsjobbet

"PE-skruv" eller "återvinningsskruv" är för bred för ett slutgiltigt designbeslut. Identifiera kvalitet, viskositetsinformation, tillsatsförpackning, foderform och skick. Ange om fyllmedel eller fibrer kommer i förberedda pellets eller måste införlivas under extrudering; detta är olika bearbetningsuppgifter.

Läs publicerad geometri inom dess materiella omfång

Ett användbart exempel ärBASF:s Ultramid-extruderingsbearbetningsguide, sida 7. För Ultramid-filmbehandlingen som diskuteras där, beskriver den barriär- eller tresektionsskruvar med längder på 24 till 32 D, konstant stigning på 1 D och kompressionsförhållanden på 3:1 till 3,5:1. Det gör också flygdjupet beroende av diameter och smältviskositet.

Tekniklektionen är förhållandet mellan geometri och materialförhållanden. Dessa siffror är inte acceptansgränser för varje polyamidkvalitet, varje termoplast eller varje befintlig maskin. Skaffa bearbetningsvägledning för den faktiska graden och åtgärda eventuella missförhållanden med den installerade utrustningen innan du väljer dimensioner.

Design inom gränserna för fat, drivning och nedströms

En ersättningsskruv har två test att klara: den måste passa och den måste bearbetas framgångsrikt. Att matcha den nominella diametern adresserar endast en liten del av det första testet.

• Fat och gränssnitt:bekräfta hålets profil och tillstånd, effektiv längd, drivanslutning, ändgeometri, matningsöppning och portplatser.
• Mekaniskt kuvert:erhålla tillåtna hastigheter, vridmoment, dragkraft och tryckgränser från tillämplig maskininformation. Dra inte slutledning om dem från skruvdiametern.
• Termiskt och nedströms hölje:se över kylförmåga, temperaturmätning, skärmbyte, smältpumpar och verktyg. Identifiera vilken komponent som begränsar den föreslagna driftpunkten.

Hur jag skulle ställa mig till en begäran om skruvbyte

Detta tillvägagångssätt håller en omdesign fokuserad. Om ett fel i matningssystemet förklarar produktionsbortfallet, korrigera det felet innan du behandlar en ny skruvprofil som åtgärd.

Hur material och slitage på extruderskruvar påverkar designprestanda

Geometri och val av arbetsyta bör ses över tillsammans. Basmaterialet utgör skruvens strukturella fundament; ytan eller den slitstarka konstruktionen måste passa dess kontakt med polymeren, tillsatser och passande cylinder.

EJS:s sida med matningsskruvar listar nitrerade, bimetalliska, härdade och förkromade alternativ. Det är en rad tillgängliga konstruktioner, inte bevis på att varje alternativ passar alla uppgifter. Definiera materialbeteckning, behandlingsplats, slutmått och överenskomna kontrollkrav för den aktuella komponenten. DeEJS skruv- och fatmaterialguideförklarar urvalsfrågorna.

Skilj slitagemekanismer från symtom

Slipande ingredienser, korrosiva förhållanden och oavsiktlig metallkontakt kräver olika undersökningar. Hårdare material korrigerar inte förskjutning eller ett felaktigt arbetsgap. Att matcha skruven och cylindern är också mer användbart än att välja varje arbetsyta oberoende av varandra.

Slitageproblem i extruderskruvar kan uppstå tillsammans med minskande produktion, ändrad belastning eller instabil smälttillförsel, men inget av dessa symtom bevisar slitage i sig. Jämför uppmätt skruv/pipa tillstånd med ritningen och en kontrollerad produktionsbaslinje. Deslitagemätning och bytesguidetäcker inspektionsprocessen.

Kopiera inte en sliten skruvs uppmätta ytterdiameter som den nya nominella dimensionen. Separera originaldesignens syfte, nuvarande slitage och eventuell föreslagen omdesign i specifikationen.

Utvärdera skruvprestanda med jämförbara produktionsdata

En rättvis jämförelse kräver ett definierat material- och produktionsfönster, gemensamma kvalitetskrav och en tydlig mätgräns. Håll en baslinje vid jämförbara förhållanden och testa sedan den föreslagna designen över det avsedda driftsområdet. Registrera eventuella inställningar som ändrats för att båda designen ska köras framgångsrikt.

Mät acceptabel produktproduktion separat från bruttogenomströmning. Inkludera faktisk smälttemperatur, tryck och variation, drivlast, avfall och produktkontrollerna som motiverade förändringen. Registrera sensorplatser, stabiliseringsregeln, provtagningsintervall och försökslängd så att en annan ingenjör kan tolka resultaten.

Ett fungerat exempel: mer produktion är inte automatiskt lägre specifik energi

Om jag ledde en utvärdering av skruvomkonstruktion skulle jag komma överens om material, kvalitetskrav, registreringsfönster och elektrisk mätgräns innan försöket. Annars kan två attraktiva datamängder beskriva olika jobb.

Tänk på en illustrativ jämnföring. Konstruktion A är i genomsnitt 80 kW elektrisk effekt och 200 kg/h acceptabel produkt. Design B är i genomsnitt 96 kW och 240 kg/h vid samma mätgräns och kvalitetskrav. Dessa är antagna värden för beräkningen.

Båda designerna förbrukar 0,40 kWh per kilogram godtagbar produkt inom den gränsen. Jag skulle beskriva resultatet som ökad produktion, inte 20% energibesparing. För ett registreringsfönster mätt i timmar är den ekvivalenta beräkningen total elektrisk energi i kWh dividerat med acceptabel massa i kg.

Jag skulle sedan kontrollera faktisk smälttemperatur, tryckvariation, drivlast och skrot. En högre utgångspunkt som överstiger en överenskommen termisk eller mekanisk gräns passerar inte bara för att masshastigheten är högre. Om energimätaren inkluderar fatvärmare, kylning eller hjälpmedel, identifiera dessa laster; märk inte om resultatet som skruv-axel mekanisk energi.

Vad publicerade tester kan fastställa

Kelly, Brown och Coates studerade tre enkelskruvsgeometrier som bearbetade kommersiell LDPE vid olika hastigheter iEffekten av skruvgeometri på smälttemperaturprofilen vid extrudering med en skruv. Sammanfattningen rapporterar att geometrin hade ett större inflytande på smälttemperaturfält vid högre genomströmning, och att en barriär-flygskruv med en Maddock-blandare uppnådde bättre smältning än de enkelflygande skruvarna under studieförhållandena.

Det stöder utvärdering av geometri tillsammans med arbetspunkten. Det fastställer inte en universell förbättringsprocent eller bevisar samma resultat för en annan polymer eller maskin. Simulering och publicerade studier hjälper till att forma ett designförslag; det överenskomna produktionstestet avgör om den levererade designen uppfyller det specifika jobbet.

Förvandla designintentionen till en kort som tillverkaren kan använda

En användbar förfrågan låter tillverkaren förklara både den föreslagna ändringen och hur den kommer att kontrolleras. Skicka ett paket som kopplar samman material, maskin, geometri och acceptanskriterier.

1. Material och foder:kvalitet, formulering, foderform, relevant beredning och tillåten variation.
2. Bearbetningsmål:acceptabelt effektområde, produktkrav, observerade defekter och aktuella driftuppgifter.
3. Maskin och installerade delar:arkitektur, OEM/modell, tillgängliga ritningar, borrningsmått, gränssnitt, portar och verifierade driftgränser.
4. Föreslagen profil:arbetslängdsgränser, dimensionerade funktionssektioner, lokala djup, flyggeometri och varje frigångskonvention.
5. Material och tillverkning:överenskommen stålbeteckning, arbetsytas konstruktion, behandlingsplatser, slutskickmått och inspektionsplan.
6. Kontroll:ritningsrevision, komponentinspektionsprotokoll och en produktionsprovplan med mätningar och godkänd/underkänd kriterier.

Separat komponentacceptans från produktionsvalidering

Ett materialcertifikat och måttrapport svarar på om komponenten uppfyller sina specificerade material- och ritningskrav. De bevisar inte i sig produktionstakt, energianvändning eller produktkvalitet. Omvänt ersätter inte en framgångsrik produktionskörning de överenskomna komponentinspektionerna.

I EJS produktinformation framgår att till levererade skruvtunnor ingår kontrollrapport och materialintyg. Kom överens om relevant ritningsrevision och rapportera innehållet för de beställda delarna. Eventuell ytterligare provtagning, laboratorietestning eller processacceptans hör till den skriftliga omfattningen.

Vanliga frågor