Конструкція шнека екструдера: типи, геометрія та продуктивність

Що таке шнек екструдера і чого повинен досягати його дизайн?

Шнек екструдера — це обертовий технологічний компонент усередині стовбура. Під час екструзії термопластів він транспортує вихідну сировину, підтримує плавлення та змішування, а також доставляє матеріал до наступного інструменту. Ашнековий екструдерце машина;шнекова екструзіяце процес. Купівля гвинтового компонента не замінює привід, нагрівання, охолодження чи керування машиною.

Почніть із визначення бажаного розплаву та продукту, а не окремого вихідного числа. Корисна ціль визначає прийнятну однорідність матеріалу, якість продукції, діапазон пропускної здатності та робочі межі. У ньому також має бути зазначено, чи робота полягає в плавленні попередньо змішаних гранул, додаванні інгредієнтів, переробці перемеленого або видаленні летких речовин.

Відокремте новий дизайн від зміни існуючої машини

Нова машина пропонує більше свободи для координації шнека, ствола, приводу та системи подачі. Заміна повинна працювати в межах встановленого конверта. Запишіть поточний стан шнека та стовбура, перш ніж вирішити, чи потрібен інший профіль: заміна зношеної частини та переробка непридатної частини — це різні інженерні завдання.

Поставки EJSшнеки екструзіїдля одно- та двошнекових застосувань. Початковий опис має визначити, яку архітектуру та функції обробки повинен виконувати компонент.

Типи екструзійних шнеків: класифікуйте архітектуру та функції окремо

«Один гвинт», «бар’єрний гвинт» і «змішувальний гвинт» описують різні аспекти конструкції. Це не три взаємовиключні варіанти. Один екструзійний шнек може містити як бар’єрну секцію плавлення, так і наступний змішувач.

Одинарний і подвійний описують кількість гвинтів

Для подвійних гвинтів також установіть спів- або протилежне обертання, взаємозачеплення або непереплетення, а також паралельну або конічну геометрію. Одне «паралельне» не означає обертання разом. Списки EJSодногвинтові бочкиіпаралельні двогвинтові бочкиокремо; категорія продукту є початком специфікації, а не повною специфікацією.

Кількість польотів і модульна конструкція потребують власних описів

Однорейковий гвинт має один спіральний початок; це не просто інша назва одношнекового екструдера. Подібним чином подвійні гвинти не є модульними. У модульній конструкції елементи транспортування та змішування зібрані на сумісних валах. У цілісній конструкції робочий профіль виготовлений у корпусі гвинта.

Геометрія шнека екструдера: розміри, прольоти та конструктивні особливості

Креслення гвинта має визначати, де застосовується кожен розмір. Загальна довжина, робоча довжина та довжина всередині стовбура можуть стосуватися різних меж. Така ж увага необхідна для номінального діаметра, локального діаметра льотка та діаметра кореня.

TheДовідник із екструзійних процесорів Dynisco, Розділ 4ілюструє розміри гвинтів і звичайну одношнекову геометрію. Більш глибокі канали забезпечують більший геометричний об’єм, але корисний вихід також залежить від наповнення, плавлення та зворотного потоку, що керується тиском. Більш дрібні канали змінюють поведінку зсуву та накачування, одночасно зменшуючи об’єм каналу. Перегляньте ці ефекти разом під час зміни глибини каналу.

Коефіцієнт глибини корисний лише з його припущеннями

Для простого звичайного шнека з порівнянним кроком і шириною каналу глибина подачі, поділена на глибину вимірювання, є загальним наближенням для коефіцієнта геометричного стиснення. Як ілюстративний розрахунок креслення, D = 60 мм з діаметром кореня 48 мм і 56 мм дає глибину 6 мм і 2 мм відповідно: співвідношення глибин 3:1.

Цей розрахунок не передбачає зростання тиску 3:1, не доводить повного танення або не визначає стиснення бар’єру чи профілю зі змінним кроком. Запитайте, яке геометричне визначення використав постачальник. Дивіться детальноЕкструзійний гвинтовий коефіцієнт стисненнядля різниці між зручним співвідношенням глибини та повним порівнянням об’єму каналу.

Як подача, плавлення та дозування працюють разом

Знайома тризонна модель описує звичайний пластичний один гвинт. Це корисне пояснення функцій процесу, але не обов’язково, щоб кожен екструзійний шнек мав три фіксовані секції однакової довжини.

Годування починається з фактично доставленого матеріалу

Гранули, порошок, пластівці та нерівномірний подрібнений корм відрізняються від умов годування. Об’ємна щільність, консистенція частинок, з’єднання та живильна горловина заслуговують на увагу. Зміна профілю нижче за течією не може надійно компенсувати неконтрольовану подачу матеріалу догори.

Температура стовбура не є вимірюванням температури плавлення

Теплопередача бочки та механічна робота впливають на теплову історію матеріалу. Їх внесок змінюється залежно від умов експлуатації. Використовуйте відповідне вимірювання температури плавлення та його розташування під час порівняння конструкцій; збіг установок нагрівача сам по собі не демонструє збіг умов плавлення.

Тиск і вихід належать до повного шляху потоку

Гвинт працює проти опору екранів, адаптерів, матриць та іншого наступного обладнання. Запишіть встановлене розташування під час діагностики низької потужності. Результат, отриманий із чистим пакетом сит і відкритим інструментом, не повинен представлятися як очікувана продуктивність порівняно з більш обмеженою лінією.

Загороджувальні, змішувальні та вентиляційні секції вирішують різні завдання

Для функціонального розділу потрібна заявлена ​​робота та спосіб перевірити, чи ця робота виконана. «Краще змішування» є неповним, якщо в технічному завданні не визначено, що має бути розподілено або дисперговано, і вимірювання якого продукту покаже покращення.

Змішувальні пристрої можуть виконувати як розподільну, так і дисперсійну роботу; баланс залежить від їх геометрії та умов експлуатації. Лише назви дизайну недостатньо для оцінки ефективності. Додаткові обмеження також можуть змінити температуру розплаву, потребу в тиску та поведінку при очищенні.

Для вентиляції потрібен сумісний ствол і допоміжне обладнання. Гвинтовий профіль не може створити вентиляційний отвір через нероз’єднаний ствол, а вентиляція не знімає автоматично вимогу висихання смоли. Перевірте інструкції з обробки постачальника матеріалу.

Для більш детального порівняння скористайтеся посібниками EJSбар'єр порівняно зі звичайними гвинтамиіШнекові змішувачі Maddock, Pineapple і Saxton.

Конструкція двогвинтового профілю: елементи, послідовність і змішування

Для модульної двогвинтової системи конфігурація означає вибір сумісних елементів і розміщення їх у продуманій послідовності. Це також означає перевірку того, як ця послідовність пов’язана з положеннями годування, додавання рідини, вентиляції та розвантаження.

Посібник із роботи гвинта NC State Extensionописує транспортування, замішування, реверс та інші елементи, а також їхній вплив на змішування та потік. Його обговорення включає переробку харчових продуктів і кормів, а також коди елементів, що стосуються обладнання. Ці принципи допомагають пояснити конфігурацію; його приклади кодів не є універсальним стандартом пластикових гвинтів.

Прочитайте блок замішування як частину послідовності

Ширину диска, кут нахилу, напрямок транспортування та довжину блоку необхідно переглянути разом із швидкістю, пропускною спроможністю, місцевим заповненням та суміжними елементами. Уникайте універсальних правил, таких як «ширший диск завжди дає кращу дисперсію». Корисне запитання полягає в тому, який стан матеріалу та поведінку течії має створити ця конкретна послідовність.

Зворотні або обмежувальні елементи можуть підвищити інтенсивність наповнення та обробки, але вони також впливають на тиск і стимулюють попит. Додавання додаткових обмежень не є безкоштовним шляхом до посилення змішування.

Перед копіюванням профілю перевірте сумісність

Два елементи з однаковим номінальним зовнішнім діаметром можуть мати різні межі з’єднання валів, вимоги міжцентрової відстані, профілі або осьові розміри. Для кожного коду вкажіть назву OEM або креслення. EJSсторінка продукту гвинтового елементаперераховує компоненти транспортування, змішування та замішування; вдвогвинтова напрямна елементабільш детально охоплює перевірки їх заміни.

Підберіть дизайн до полімеру, форми подачі та роботи з обробки

«ПЕ гвинт» або «переробний гвинт» є занадто широким для остаточного рішення щодо дизайну. Визначте сорт, інформацію про в’язкість, пакет добавок, форму корму та стан. Вкажіть, чи надходять наповнювачі чи волокна в попередньо змішані гранули чи їх необхідно додати під час екструзії; це різні завдання обробки.

Прочитайте опубліковану геометрію в межах її матеріального обсягу

Корисний прикладПосібник BASF з екструзії Ultramid, сторінка 7. Для обробки плівки Ultramid, описаної там, описуються бар’єрні або трисекційні гвинти довжиною від 24 до 32 D, постійним кроком 1 D і коефіцієнтом стиснення від 3:1 до 3,5:1. Це також робить глибину польоту залежною від діаметра та в'язкості розплаву.

Урок інженерії - це зв'язок між геометрією та матеріальними умовами. Ці цифри не є допустимими межами для кожного сорту поліаміду, кожного термопластику чи будь-якої існуючої машини. Отримайте вказівки щодо обробки для фактичного класу та усуньте будь-які невідповідності встановленому обладнанню перед вибором розмірів.

Конструкція в межах стовбура, приводу та низхідної течії

Гвинт для заміни має пройти два тести: він має підходити та має бути успішно оброблений. Зіставлення номінального діаметра стосується лише невеликої частини першого випробування.

• Стовбур і інтерфейси:підтвердити профіль і стан отвору, ефективну довжину, з’єднання приводу, геометрію кінців, отвір подачі та розташування портів.
• Механічний конверт:отримати дозволені обмеження швидкості, крутного моменту, тяги та тиску з відповідної інформації про машину. Не визначайте їх за діаметром гвинта.
• Тепловий і вихідний контур:Перегляньте можливості охолодження, вимірювання температури, зміну сита, насоси для розплаву та інструменти. Визначте, який компонент обмежує запропоновану робочу точку.

Як я підходжу до запиту на заміну гвинтів

Цей підхід зосереджує увагу на редизайні. Якщо несправність системи подачі пояснює втрату продуктивності, виправте цю несправність перед тим, як використовувати новий профіль шнека.

Як матеріали та знос шнека екструдера впливають на продуктивність конструкції

Вибір геометрії та робочої поверхні слід переглядати разом. Основний матеріал забезпечує структурну основу гвинта; поверхня або зносостійка конструкція повинна відповідати її контакту з полімером, добавками та сполучною стовбуром.

На сторінці подаючого гвинта EJS перераховані азотовані, біметалічні, загартовані та хромовані варіанти. Це діапазон доступних конструкцій, а не доказ того, що кожен варіант підходить для будь-якого завдання. Визначте позначення матеріалу, місце обробки, остаточні розміри та узгоджені вимоги до перевірки фактичного компонента. TheПосібник з матеріалів для шнеків і бочок EJSпояснює питання вибору.

Відрізнити механізми зносу від симптомів

Абразивні інгредієнти, корозійні умови та ненавмисний контакт з металом вимагають різних досліджень. Більш твердий матеріал не виправляє зміщення або неправильний робочий зазор. Зібрати гвинт і стовбур також корисніше, ніж вибирати кожну робочу поверхню окремо.

Проблеми зношення шнека екструдера можуть виникати разом зі зниженням продуктивності, зміною навантаження або нестабільною подачею розплаву, але жоден із цих симптомів не свідчить про зношення сам по собі. Порівняйте виміряний стан шнека/ствола з кресленням і базовою лінією контрольованого виробництва. Theпосібник з вимірювання зносу та заміниохоплює процес перевірки.

Не копіюйте виміряний зовнішній діаметр зношеного гвинта як новий номінальний розмір. Окремо вкажіть у специфікації оригінальний дизайн, поточний знос і будь-який запропонований редизайн.

Оцініть продуктивність шнека за допомогою порівнянних виробничих даних

Справедливе порівняння потребує певного матеріалу та вікна виробництва, спільних вимог до якості та чітких меж вимірювання. Зберігайте базову лінію в порівнянних умовах, а потім протестуйте запропоновану конструкцію в запланованому робочому діапазоні. Запишіть будь-які параметри, змінені для успішного виконання будь-якого дизайну.

Вимірюйте прийнятний вихід продукту окремо від валової пропускної здатності. Включіть фактичну температуру розплаву, тиск і варіацію, навантаження приводу, відбраковування та перевірки продукту, які спонукали до зміни. Запишіть розташування датчиків, правило стабілізації, інтервал вибірки та тривалість випробування, щоб інший інженер міг інтерпретувати результати.

Спрацьований приклад: більше виробництво не означає автоматично зниження питомої енергії

Якби я очолював оцінку модифікації гвинта, я б погодив матеріал, вимоги до якості, вікно запису та межі електричних вимірювань перед випробуванням. В іншому випадку два привабливі набори даних можуть описувати різні роботи.

Розглянемо ілюстративне порівняння стабільного режиму. Конструкція А в середньому становить 80 кВт споживаної електроенергії та 200 кг/год прийнятного продукту. Модель B становить у середньому 96 кВт і 240 кг/год за тих самих меж вимірювання та вимог до якості. Це припущені значення для розрахунку.

Обидві моделі споживають 0,40 кВт/год на кілограм прийнятного продукту в межах цієї межі. Я б описав результат як збільшення виробництва, а не 20% економії енергії. Для вікна запису, виміряного в годинах, еквівалентним обчисленням є загальна електрична енергія в кВт/год, поділена на прийнятну масу в кг.

Потім я б перевірив фактичну температуру розплаву, коливання тиску, навантаження приводу та брухт. Вища вихідна точка, яка перевищує узгоджену температурну або механічну межу, не проходить просто тому, що швидкість маси вища. Якщо лічильник енергії містить бочкові нагрівачі, охолодження або допоміжні пристрої, ідентифікуйте ці навантаження; не позначайте результат як механічну енергію гвинтового вала.

Що може встановити опубліковане тестування

Келлі, Браун і Коутс досліджували три одногвинтові геометрії для обробки комерційного ПЕНЩ з різною швидкістюВплив геометрії шнека на профіль температури розплаву при одношнековій екструзії. У анотації повідомляється, що геометрія мала більший вплив на поля температури плавлення при вищій пропускній здатності, і що шнек із бар’єрним шнеком із змішувачем Меддока досяг кращого плавлення, ніж шнеки з одним шнеком за умов дослідження.

Це підтримує оцінку геометрії разом із робочою точкою. Він не встановлює універсальний відсоток покращення або не підтверджує той самий результат для іншого полімеру чи машини. Моделювання та опубліковані дослідження допомагають сформувати проектну пропозицію; узгоджене виробниче випробування визначає, чи відповідає поставлена ​​конструкція конкретному завданню.

Перетворіть план дизайну на бриф, який виробник може використовувати

Корисний запит дозволяє виробнику пояснити як запропоновану зміну, так і спосіб її перевірки. Надішліть пакет із зазначенням матеріалу, машини, геометрії та критеріїв прийому.

1. Матеріал і корм:сорт, рецептура, форма корму, відповідний препарат і дозволена варіативність.
2. Ціль обробки:прийнятний діапазон продуктивності, вимоги до продукції, спостережувані дефекти та поточні робочі записи.
3. Машина та встановлені частини:архітектура, OEM/модель, доступні креслення, розміри отвору, інтерфейси, порти та перевірені робочі обмеження.
4. Пропонований профіль:межі робочої довжини, функціональні секції з розмірами, місцеві глибини, геометрія польоту та кожне умовне положення про зазор.
5. Матеріали та виготовлення:узгоджене призначення сталі, конструкція робочої поверхні, місця обробки, розміри кінцевого стану та план перевірки.
6. Перевірка:перегляд креслень, протоколи перевірки компонентів і план виробничих випробувань із вимірюваннями та критеріями проходження/відмови.

Відокремте приймання компонентів від перевірки виробництва

Сертифікат матеріалу та звіт про розміри відповідають, чи відповідає компонент визначеним вимогам до матеріалу та креслення. Самі по собі вони не підтверджують швидкість виробництва, споживання енергії чи якість продукції. І навпаки, один успішний виробничий цикл не замінює погоджені перевірки компонентів.

В інформації про продукцію EJS зазначено, що гвинтові бочки, що постачаються, містять звіт про перевірку та сертифікат матеріалу. Узгодьте відповідну редакцію креслення та повідомте про вміст замовлених деталей. Будь-який додатковий відбір зразків, лабораторні випробування або приймання процесу належать до письмового обсягу.

Часті запитання