如何優化螺桿和機筒的有效壽命？


提高擠出機螺桿機筒的有效使用壽命，這個話題一直以來都備受關注。


物料在螺桿內停留時間的減少會導致物料混煉塑化不均，物料經受過度剪切可能造成物料急驟升溫和熱分解，擠出穩定性控制困難會造成擠出物大小的變化，相關的輔助裝置和控制系統的精度必須提高，螺桿與機筒的磨損加劇需要采用高耐磨及超高耐磨材質，減速器與軸承在高速運轉的情況下如何提高其壽命等問題都需要解決。


在競爭激烈的全球市場上，塑料加工業者可以通過將一些相對簡單的做法融入到他們的操作中來獲得優勢。在擠出過程中，螺桿和機筒應設計成在機筒壁內徑與螺棱外徑之間的原始間隙處提供最大的熔化效率。這些間隙通常是極小的，達到良好的傳熱和剪切速率。


一旦螺桿開始在機筒內旋轉，就產生了磨損。磨損既可能發生在螺棱或機筒表面，也可能兩者兼而有之。無論是正在加工的聚合物中的研磨填料，還是不屬于熔體流的“流浪”金屬顆粒，被加工的材料越硬，則磨損越快，原始間隙就會增加。隨著間隙的增加，熔化效率會隨之降低。隨著熔化效率在原來的設置之下降低，許多操作人員傾向于通過提高螺桿速度、調整機筒溫度、增加背壓、或將這些調整組合起來，以做出補償性調整。


做出這些調整，可幫助操作人員試圖避免更長的周期、未熔化的材料、更高的熔體溫度或更高的廢料率。通常，這些變化是漸進的，不易被注意到，直到它們顯著影響到制品質量或生產效率。


當塑化率、生產率或廢料率達到不可接受的水平時，工藝工程師將會開始尋找原因。不過，在這一點上可能無法做到快速檢修，除非在邊上就有備用的螺桿或機筒。如果有備用零件可用，可以在一天左右的時間完成更換。如果沒有，則必須停機或以降低效率的方式運行，直到備用零件能夠被定位和安裝好為止。


那么，如何走出螺桿機筒磨損的困境呢？我們首先需要認識三種類型的磨損


01、附著磨損


當金屬表面（螺棱表面和機筒內表面）接觸時，就會發生這種情況。當表面短暫接觸并焊接在一起，然后破裂時，會產生極高的應力。附著磨損的證據可以是螺棱末端的毛刺，也可以是堆焊材料被劃痕或者從螺棱頂部消失了。此外，還應檢查機筒是否在機筒內螺桿的受損點處被劃傷或出現磨損。


02、研磨磨損


這是塑料機械中十分常見的磨損類型。在未填充或加工低粘度聚合物的情況下，研磨磨損可能非常小。當膠粒沿螺桿被輸送并在機筒壁上被擠壓時，剪切作用會對螺棱和機筒壁造成一定程度的磨損。當加工含有填料、添加劑或污染物的樹脂，甚至當加工高粘度聚合物時，研磨磨損就可能變得明顯了。硬質材料傾向于從較軟的表面去除材料，因此，螺棱表面材料通常是堅硬的耐磨合金。玻璃和礦物填充樹脂也可能導致螺桿根部的磨損，通常在膠料通道的后部，在添加劑被浸濕、與熔融塑料混合之前。


03、腐蝕性磨損


腐蝕是通過化學侵襲，對材料進行逐步的破壞。同一金屬表面上的大部分原子被氧化，破壞了整個表面。一旦金屬表面被侵蝕，更容易受到機械磨損作用的影響。當擠出加工PVC或氟聚合物時，腐蝕是最為常見的，且會強烈攻擊以鐵為主要基材的部件。


讓我們再深入探討一些主要的磨損原因。


?直線度、同心度和校準：在準備翻新或安裝新的螺桿時，應仔細檢查螺桿的直線度和同心度。如果要將螺桿安裝在一個新的機筒中（或者現有的機筒是可用且干凈的），將螺桿滑動到機筒中，用手旋轉（如果可能的話），以確保直線度和同心度。螺桿應在機筒內自由旋轉，不受干擾。在擠出機上，在加工新部件之前，機器應該提前校準。在檢查時，僅有很少的機器不需要做校準。


?螺桿設計不佳：當螺桿熔化段的容量小于進料輸送的未熔化材料的數量時，會導致通道被未熔化材料堵塞。所產生的壓力實際上迫使螺桿在對側頂在機筒上，造成螺棱以及機筒表面的磨損和損壞。這種情況通常被稱為固體楔入。當最初設計用于加工特定樹脂的螺桿在不同的聚合物上以不同的熔融速率運行時，通常會發生固體楔入。


?不相容的金屬：一般來說，較軟的材料在接觸較硬的材料時有更大的磨損傾向。因此，考慮螺桿材料以及螺棱堆焊材料及其與機筒內襯材料的相容性是非常重要的。這可能更容易應用到碳化鎢含量較低的合金，但毫不奇怪，其提供的耐磨性較弱。它們也有更大的磨損傾向，特別是當運用一些高硬度的筒襯材料時。雙金屬工藝是近年來較常用的一種耐腐蝕、耐磨性極好的工藝，采用HVOF高速噴涂設備，對螺桿表面進行熔射噴涂，得到結構致密的雙金屬螺桿；而雙金屬機筒采用熔鑄的辦法，把碳化鎢含量高的合金與筒體鑄成一體，運用特殊加工技術，精密成型。


?研磨填料、添加劑和外來物料：隨著塑料的應用變得更加專業化，研磨填料和添加劑需要更好地防止磨損和腐蝕。含有玻璃纖維、礦物、阻燃劑、穩定劑和其他添加劑的樹脂，需要考慮它們對研磨磨損的影響，在擠出這些材料時也需要適當考慮它們的腐蝕性磨損。一些最具侵略性的填料可能降低螺桿/機筒的使用壽命達50%或更長。如果制造螺桿和機筒時有適當的保護，磨損壽命可以延長，而研磨磨損程度可以大大減輕。


螺桿和機筒被磨損和損壞的另一個常見原因是外來材料——從螺絲刀到磨床刀片，再到螺母和螺栓，似乎它們都找到了進入塑機料斗的門道。如果沒有被篩除或磁吸掉，那么這些材料會對螺桿機筒造成嚴重損壞。在合金沒有被正確粘結或出現裂紋和斷裂松動的情況下，堆焊合金從螺棱表面斷裂或脫層，當它們沿螺桿移動時也會出現問題。


如果沒有被篩除或磁吸掉，那么外來材料會對螺桿機筒造成嚴重損壞


未來，通過數字化，我們希望能夠用傳感器準確地測量螺桿和機筒的磨損，然后預測什么時候應該翻新或更換零件，以保持最佳生產力。在該技術達成完善之前，塑料加工業者可以通過將生產效率與螺桿和機筒的測量聯系起來，繪制與螺桿和機筒磨損有關的性能圖表。


不過，定期測量螺桿和機筒可能是不實際的，尤其是在較大的機器上。然而，如果對操作參數的調整被記錄下來，并根據生產效率的變化繪制圖表，則可以建立參考點，其中螺桿和機筒上的磨損通過與輸出、控制器設定點、能耗和最終產品質量的關系來表示。


有了良好的記錄保存，可以相對準確地預測螺桿和機筒的變化�？梢詢灮�組件的壽命，避免“一直撐到出故障”以及非計劃的停機時間。