Extruder Screw Design: Mga Uri, Geometry at Performance

Ano ang Extruder Screw, at Ano ang Dapat Makamit ng Disenyo Nito?

Ang isang extruder screw ay ang umiikot na bahagi ng pagproseso sa loob ng bariles. Sa thermoplastic extrusion, naghahatid ito ng feedstock, sumusuporta sa pagtunaw at paghahalo, at naghahatid ng materyal patungo sa downstream tooling. Ascrew extruderay ang makina;pagpapalabas ng tornilyoay ang proseso. Ang pagbili ng bahagi ng tornilyo ay hindi pinapalitan ang drive, pagpainit, pagpapalamig o mga kontrol ng makina.

Magsimula sa pamamagitan ng pagtukoy sa gustong matunaw at produkto, sa halip na isang nakahiwalay na numero ng output. Tinutukoy ng isang kapaki-pakinabang na target ang katanggap-tanggap na pagkakapareho ng materyal, kalidad ng produkto, saklaw ng throughput at mga limitasyon sa pagpapatakbo. Dapat din nitong sabihin kung ang trabaho ay natutunaw ang mga precompounded pellets, nagsasama ng mga sangkap, nagpoproseso ng regrind o nag-aalis ng mga volatiles.

Paghiwalayin ang isang bagong disenyo mula sa isang kasalukuyang pagbabago ng makina

Ang isang bagong makina ay nag-aalok ng higit na kalayaan upang i-coordinate ang turnilyo, bariles, drive at sistema ng pagpapakain. Ang isang kapalit ay dapat gumana sa loob ng isang naka-install na sobre. Itala ang kasalukuyang kondisyon ng tornilyo at bariles bago magpasya kung kailangan ng ibang profile: ang pagpapalit ng pagod na bahagi at muling pagdidisenyo ng hindi angkop na bahagi ay iba't ibang gawain sa engineering.

Mga supply ng EJSextrusion feed screwspara sa single- at twin-screw application. Dapat tukuyin ng panimulang brief kung aling arkitektura at tungkulin sa pagpoproseso ang dapat isilbi ng bahagi.

Mga Uri ng Extrusion Screw: Pag-uri-uriin ang Arkitektura at Pag-andar nang Hiwalay

Ang "single screw," "barrier screw" at "mixing screw" ay naglalarawan ng iba't ibang aspeto ng isang disenyo. Hindi sila tatlong mapagpipiliang eksklusibo. Ang isang solong extrusion screw ay maaaring maglaman ng parehong barrier melting section at downstream mixer.

Ang single at twin ay naglalarawan ng bilang ng mga turnilyo

Para sa twin screws, magtatag din ng co-rotation o counter-rotation, intermeshing o non-intermeshing, at parallel o conical geometry. Ang "parallel" lamang ay hindi nangangahulugan ng co-rotating. Mga listahan ng EJSsolong tornilyo barrelsatparallel twin screw barrelsmagkahiwalay; ang kategorya ng produkto ay ang simula ng isang detalye, hindi ang kumpletong detalye.

Ang bilang ng flight at modular na konstruksyon ay nangangailangan ng kanilang sariling mga paglalarawan

Ang isang single-flight screw ay may isang helical start; ito ay hindi lamang isa pang pangalan para sa isang single-screw extruder. Gayundin, ang mga twin screw ay hindi lahat modular. Sa isang modular na disenyo, ang conveying at mixing elements ay nagsasama-sama sa mga katugmang shaft. Sa isang one-piece na disenyo, ang gumaganang profile ay ginawa sa katawan ng tornilyo.

Extruder Screw Geometry: Mga Dimensyon, Mga Paglipad at Mga Feature ng Disenyo

Dapat tukuyin ng screw drawing kung saan nalalapat ang bawat dimensyon. Ang kabuuang haba, haba ng pagtatrabaho at ang haba sa loob ng bariles ay maaaring sumangguni sa iba't ibang mga hangganan. Ang parehong pag-aalaga ay kailangan para sa nominal diameter, lokal na flight diameter at ugat diameter.

AngHandbook ng Dynisco Extrusion Processors, Seksyon 4naglalarawan ng mga sukat ng turnilyo at kumbensyonal na single-screw geometry. Ang mas malalalim na channel ay nagbibigay ng mas maraming geometric na volume, ngunit ang magagamit na output ay nakasalalay din sa pagpuno, pagkatunaw at pag-backflow na hinimok ng presyon. Ang mga mas mababaw na channel ay nagbabago ng paggugupit at pag-bomba habang binabawasan ang dami ng channel. Suriin ang mga epektong ito nang magkasama kapag binabago ang lalim ng channel.

Ang isang depth ratio ay kapaki-pakinabang lamang sa mga pagpapalagay nito

Para sa isang simpleng kumbensyonal na turnilyo na may maihahambing na pitch at lapad ng channel, ang feed-depth na hinati sa metering-depth ay isang karaniwang pagtatantya para sa geometric compression ratio. Bilang isang mapaglarawang pagkalkula ng pagguhit, ang D = 60 mm na may diameter ng ugat na 48 mm at 56 mm ay nagbibigay ng lalim na 6 mm at 2 mm, ayon sa pagkakabanggit: isang depth ratio na 3:1.

Hindi hinuhulaan ng kalkulasyong iyon ang pagtaas ng presyon ng 3:1, pinatutunayan ang kumpletong pagkatunaw o tinutukoy ang compression ng isang hadlang o profile ng variable-pitch. Itanong kung aling geometric na kahulugan ang ginamit ng supplier. Tingnan ang detalyadogabay sa extrusion screw compression ratiopara sa pagkakaiba sa pagitan ng isang maginhawang ratio ng lalim at isang buong paghahambing ng dami ng channel.

Paano Magtutulungan ang Feed, Melting at Metering

Ang pamilyar na three-zone na modelo ay naglalarawan ng isang maginoo na plasticating single screw. Ito ay isang kapaki-pakinabang na paliwanag ng mga function ng proseso, ngunit ito ay hindi isang kinakailangan na ang bawat extrusion screw ay may tatlong nakapirming, pantay na haba na mga seksyon.

Ang pagpapakain ay nagsisimula sa materyal na aktwal na inihatid

Ang mga pellets, powder, flakes at hindi regular na regrind ay hindi nagpapakita ng parehong mga kondisyon ng pagpapakain. Ang bulk density, particle consistency, bridging at ang feed throat ay nararapat pansinin. Ang pagbabago ng profile sa ibaba ng agos ay hindi makakatumbas ng mapagkakatiwalaan para sa isang hindi nakokontrol na upstream na materyal na supply.

Ang temperatura ng bariles ay hindi isang pagsukat ng temperatura ng pagkatunaw

Ang paglipat ng init ng bariles at gawaing mekanikal ay parehong nakakaimpluwensya sa kasaysayan ng thermal ng materyal. Ang kanilang mga kontribusyon ay nagbabago sa mga kondisyon ng pagpapatakbo. Gumamit ng naaangkop na pagsukat ng temperatura ng pagkatunaw at lokasyon nito kapag naghahambing ng mga disenyo; Ang pagtutugma ng mga setpoint ng heater lamang ay hindi nagpapakita ng pagtutugma ng mga kondisyon ng pagkatunaw.

Ang presyon at output ay nabibilang sa kumpletong landas ng daloy

Gumagana ang turnilyo laban sa paglaban ng mga screen, adapter, dies at iba pang kagamitan sa ibaba ng agos. Itala ang naka-install na kaayusan kapag nag-diagnose ng mababang output. Ang isang resulta na nakuha gamit ang isang malinis na screen pack at bukas na tooling ay hindi dapat ipakita bilang ang inaasahang rate ng produksyon laban sa isang mas mahigpit na linya.

Ang mga Seksyon ng Barrier, Mixing at Venting ay Lutasin ang Iba't ibang Gawain

Ang isang functional na seksyon ay nangangailangan ng isang nakasaad na trabaho at isang paraan upang suriin kung ang trabahong iyon ay tapos na. Ang "mas mahusay na paghahalo" ay hindi kumpleto maliban kung tinutukoy ng maikling kung ano ang dapat ipamahagi o ikalat, at kung aling pagsukat ng produkto ang magpapakita ng pagpapabuti.

Ang mga kagamitan sa paghahalo ay maaaring magsagawa ng parehong distributive at dispersive na gawain; ang balanse ay depende sa kanilang geometry at mga kondisyon ng operating. Ang isang pangalan ng disenyo lamang ay hindi sapat upang ranggo ang pagganap. Ang mga karagdagang paghihigpit ay maaari ring magbago ng temperatura ng pagkatunaw, pangangailangan ng presyon at pag-uugali sa paglilinis.

Ang pag-vent ay nangangailangan ng katugmang bariles at kagamitang pansuporta. Ang isang profile ng tornilyo ay hindi maaaring lumikha ng isang vent sa pamamagitan ng isang hindi naka-port na bariles, at ang pagbubuhos ay hindi awtomatikong nag-aalis ng kinakailangan sa pagpapatuyo ng resin. Suriin ang mga tagubilin sa pagproseso ng materyal na supplier.

Para sa mas malapit na paghahambing, gamitin ang mga gabay ng EJS sahadlang laban sa mga maginoo na turnilyoatMaddock, pineapple at Saxton screw mixer.

Disenyo ng Profile ng Twin-Screw: Mga Elemento, Pagkakasunud-sunod at Paghahalo

Para sa isang modular twin-screw system, ang pagsasaayos ay nangangahulugan ng pagpili ng mga katugmang elemento at paglalagay ng mga ito sa isang sadyang pagkakasunud-sunod. Nangangahulugan din ito ng pagsuri kung paano nauugnay ang pagkakasunud-sunod na iyon sa mga posisyon ng pagpapakain, pagdaragdag ng likido, pag-vent at paglabas.

Gabay sa pagpapagana ng turnilyo ng NC State Extensionnaglalarawan ng conveying, kneading, reverse at iba pang mga elemento, kasama ang kanilang mga epekto sa paghahalo at daloy. Kasama sa talakayan nito ang pagproseso ng pagkain at feed at mga code ng elementong partikular sa kagamitan. Tumutulong ang mga prinsipyong iyon na ipaliwanag ang pagsasaayos; ang mga halimbawang code nito ay hindi isang universal plastics screw standard.

Basahin ang isang bloke ng pagmamasa bilang bahagi ng isang pagkakasunud-sunod

Ang lapad ng disc, anggulo ng stagger, direksyon ng paghahatid at haba ng bloke ay kailangang suriin kasama ng bilis, throughput, lokal na pagpuno at mga katabing elemento. Iwasan ang mga pangkalahatang tuntunin tulad ng "ang isang mas malawak na disc ay palaging nagbibigay ng mas mahusay na pagpapakalat." Ang kapaki-pakinabang na tanong ay kung ano ang materyal na estado at pag-uugali ng daloy na dapat gawin ng partikular na pagkakasunud-sunod na ito.

Ang mga reverse o restrictive na elemento ay maaaring tumaas sa upstream na pagpuno at pagpoproseso ng intensity, ngunit nakakaapekto rin ang mga ito sa pressure at humimok ng demand. Ang pagdaragdag ng higit pang mga paghihigpit ay hindi isang libreng ruta sa mas malakas na paghahalo.

Kumpirmahin ang pagiging tugma bago kopyahin ang isang profile

Ang dalawang elemento na may parehong nominal na diameter sa labas ay maaaring may magkaibang mga interface ng baras, mga kinakailangan sa gitnang distansya, mga profile o mga sukat ng ehe. Sabihin ang OEM o drawing convention para sa bawat code. ng EJSpahina ng produkto ng elemento ng turnilyonaglilista ng mga bahagi ng conveying, paghahalo at pagmamasa; anggabay ng elemento ng twin-screwsumasaklaw sa kanilang mga kapalit na tseke nang mas detalyado.

Itugma ang Disenyo sa Polymer, Feed Form at Trabaho sa Pagproseso

Ang "PE screw" o "recycling screw" ay masyadong malawak para sa isang panghuling desisyon sa disenyo. Tukuyin ang grado, impormasyon ng lagkit, additive package, feed form at kundisyon. Sabihin kung ang mga filler o fibers ay dumating sa mga precompounded pellets o dapat na isama sa panahon ng extrusion; ito ay iba't ibang mga gawain sa pagproseso.

Basahin ang nai-publish na geometry sa loob ng materyal na saklaw nito

Ang isang kapaki-pakinabang na halimbawa ayGabay sa pagproseso ng Ultramid extrusion ng BASF, pahina 7. Para sa pagpoproseso ng Ultramid film na tinalakay doon, inilalarawan nito ang mga hadlang o tatlong-section na turnilyo na may haba na 24 hanggang 32 D, pare-pareho ang pitch na 1 D, at mga ratio ng compression na 3:1 hanggang 3.5:1. Ginagawa rin nitong nakadepende ang lalim ng paglipad sa diameter at natutunaw na lagkit.

Ang aralin sa engineering ay ang kaugnayan sa pagitan ng geometry at materyal na kondisyon. Ang mga bilang na iyon ay hindi mga limitasyon sa pagtanggap para sa bawat polyamide grade, bawat thermoplastic o bawat umiiral na makina. Kunin ang gabay sa pagproseso para sa aktwal na grado at lutasin ang anumang hindi pagkakatugma sa naka-install na kagamitan bago pumili ng mga sukat.

Disenyo sa loob ng mga Limitasyon ng Barrel, Drive at Downstream

Ang isang kapalit na turnilyo ay may dalawang pagsubok na dapat ipasa: dapat itong magkasya, at dapat itong matagumpay na maproseso. Ang pagtutugma ng nominal na diameter ay tumutugon lamang sa isang maliit na bahagi ng unang pagsubok.

• Barrel at mga interface:kumpirmahin ang profile at kondisyon ng bore, epektibong haba, koneksyon sa drive, geometry ng pagtatapos, pagbubukas ng feed at mga lokasyon ng port.
• Mechanical na sobre:makuha ang pinahihintulutang bilis, torque, thrust at mga limitasyon ng presyon mula sa naaangkop na impormasyon ng makina. Huwag ipahiwatig ang mga ito mula sa diameter ng tornilyo.
• Thermal at downstream na sobre:suriin ang kakayahan sa paglamig, pagsukat ng temperatura, pagpapalit ng screen, pagtunaw ng mga bomba at tooling. Tukuyin kung aling bahagi ang pumipigil sa iminungkahing operating point.

Paano ko lalapitan ang isang kahilingan sa pagpapalit ng tornilyo

Ang diskarte na ito ay nagpapanatili ng isang muling pagdidisenyo na nakatutok. Kung ang isang feed-system fault ay nagpapaliwanag sa pagkawala ng produksyon, itama ang fault na iyon bago ituring ang isang bagong screw profile bilang ang remedyo.

Paano Nakakaapekto ang Mga Materyal at Extruder Screw sa Pagganap ng Disenyo

Ang geometry at working-surface na pagpili ay dapat na suriin nang magkasama. Ang batayang materyal ay nagbibigay ng istrukturang pundasyon ng tornilyo; ang ibabaw o wear-resistant construction ay dapat na angkop sa pakikipag-ugnay nito sa polimer, mga additives at mating barrel.

Ang page ng feed-screw ng EJS ay naglilista ng mga opsyon na nitrided, bimetallic, hardened at chrome-plated. Iyon ay isang hanay ng mga magagamit na konstruksyon, hindi katibayan na ang bawat opsyon ay nababagay sa bawat tungkulin. Tukuyin ang pagtatalaga ng materyal, lokasyon ng paggamot, panghuling sukat at napagkasunduang mga kinakailangan sa inspeksyon para sa aktwal na bahagi. AngGabay sa mga materyales sa tornilyo at bariles ng EJSnagpapaliwanag ng mga tanong sa pagpili.

Ibahin ang mga mekanismo ng pagsusuot sa mga sintomas

Ang mga abrasive na sangkap, kinakaing unti-unti at hindi sinasadyang pakikipag-ugnay sa metal ay tumatawag para sa iba't ibang pagsisiyasat. Hindi itinatama ng mas mahirap na materyal ang misalignment o hindi tamang operating gap. Ang pagtutugma ng tornilyo at bariles ay mas kapaki-pakinabang din kaysa sa pagpili ng bawat gumaganang ibabaw nang nakapag-iisa.

Maaaring lumitaw ang mga isyu sa pagkasuot ng extruder screw kasabay ng pagbaba ng output, pagbabago ng load o hindi matatag na paghahatid ng pagkatunaw, ngunit wala sa mga sintomas na iyon ang nagpapatunay ng pagkasira ng sarili nito. Ihambing ang sinusukat na kondisyon ng tornilyo/barrel sa drawing at isang kinokontrol na baseline ng produksyon. Angpagsukat ng pagsukat at pagpapalit na gabaysumasaklaw sa proseso ng inspeksyon.

Huwag kopyahin ang pagod na tornilyo na sinusukat sa labas ng diameter bilang bagong nominal na dimensyon. Paghiwalayin ang orihinal na layunin ng disenyo, kasalukuyang pagsusuot at anumang iminungkahing muling disenyo sa detalye.

Suriin ang Pagganap ng Screw gamit ang Maihahambing na Data ng Produksyon

Ang isang patas na paghahambing ay nangangailangan ng isang tinukoy na materyal at window ng produksyon, karaniwang mga kinakailangan sa kalidad at isang malinaw na hangganan ng pagsukat. Panatilihin ang isang baseline sa maihahambing na mga kundisyon, pagkatapos ay subukan ang iminungkahing disenyo sa inilaan na hanay ng pagpapatakbo. Itala ang anumang mga setting na binago upang matagumpay na tumakbo ang alinman sa disenyo.

Sukatin ang katanggap-tanggap na output ng produkto nang hiwalay sa gross throughput. Isama ang aktwal na temperatura ng pagkatunaw, presyon at pagkakaiba-iba, pag-load ng drive, mga pagtanggi at mga pagsusuri sa produkto na nag-udyok sa pagbabago. Itala ang mga lokasyon ng sensor, ang panuntunan sa pag-stabilize, agwat ng sampling at tagal ng pagsubok para mabigyang-kahulugan ng ibang engineer ang mga resulta.

Isang nagtrabahong halimbawa: ang mas maraming produksyon ay hindi awtomatikong mas mababa ang partikular na enerhiya

Kung mangunguna ako sa pagsusuri ng muling pagdidisenyo ng tornilyo, sasang-ayon ako sa materyal, mga kinakailangan sa kalidad, window ng pag-record at hangganan ng pagsukat ng kuryente bago ang pagsubok. Kung hindi, maaaring ilarawan ng dalawang kaakit-akit na dataset ang magkaibang mga trabaho.

Isaalang-alang ang isang mapaglarawang tuluy-tuloy na paghahambing. Ang Design A ay may average na 80 kW ng electrical input at 200 kg/h ng katanggap-tanggap na produkto. Ang disenyo B ay may average na 96 kW at 240 kg/h sa parehong hangganan ng pagsukat at mga kinakailangan sa kalidad. Ito ay mga ipinapalagay na halaga para sa pagkalkula.

Ang parehong mga disenyo ay kumonsumo ng 0.40 kWh bawat kilo ng katanggap-tanggap na produkto sa loob ng hangganang iyon. Ilalarawan ko ang resulta bilang tumaas na produksyon, hindi isang 20% ​​na pagtitipid sa enerhiya. Para sa isang window ng pagre-record na sinusukat sa mga oras, ang katumbas na pagkalkula ay ang kabuuang enerhiyang elektrikal sa kWh na hinati sa katanggap-tanggap na masa sa kg.

Susuriin ko pagkatapos ang aktwal na temperatura ng pagkatunaw, pagkakaiba-iba ng presyon, pag-load ng drive at scrap. Ang isang mas mataas na punto ng output na lumampas sa isang napagkasunduang thermal o mekanikal na limitasyon ay hindi pumasa dahil lamang sa mass rate ay mas mataas. Kung ang metro ng enerhiya ay may kasamang mga pampainit ng bariles, pagpapalamig o mga auxiliary, tukuyin ang mga pagkarga; huwag relabel ang resulta bilang screw-shaft mechanical energy.

Ano ang maaaring itatag ng nai-publish na pagsubok

Pinag-aralan nina Kelly, Brown at Coates ang tatlong single-screw geometries na nagpoproseso ng komersyal na LDPE sa iba't ibang bilisAng epekto ng geometry ng tornilyo sa profile ng temperatura ng matunaw sa solong extrusion ng turnilyo. Ang abstract ay nag-uulat na ang geometry ay may mas malaking impluwensya sa natutunaw na mga patlang sa mas mataas na throughput, at na ang isang barrier-flight screw na may Maddock mixer ay nakakamit ng mas mahusay na pagkatunaw kaysa sa mga single-flighted screw sa ilalim ng mga kondisyon ng pag-aaral.

Sinusuportahan nito ang pagsusuri ng geometry kasama ang operating point. Hindi ito nagtatag ng isang pangkalahatang porsyento ng pagpapabuti o nagpapatunay ng parehong resulta para sa isa pang polimer o makina. Ang simulation at nai-publish na mga pag-aaral ay tumutulong sa pagbuo ng isang panukala sa disenyo; ang napagkasunduang pagsubok sa produksyon ay tumutukoy kung ang ibinigay na disenyo ay nakakatugon sa partikular na trabaho.

Gawing Brief ang Layunin ng Disenyo na Magagamit ng Manufacturer

Ang isang kapaki-pakinabang na pagtatanong ay nagbibigay-daan sa tagagawa na ipaliwanag ang parehong iminungkahing pagbabago at kung paano ito susuriin. Magpadala ng package na nag-uugnay sa materyal, makina, geometry at pamantayan sa pagtanggap.

1. Materyal at feed:grade, formulation, feed form, nauugnay na paghahanda at pinapayagang pagkakaiba-iba.
2. Pinoproseso ang target:katanggap-tanggap na hanay ng output, mga kinakailangan sa produkto, naobserbahang mga depekto at kasalukuyang mga talaan ng pagpapatakbo.
3. Makina at naka-install na mga bahagi:arkitektura, OEM/modelo, mga available na drawing, mga sukat ng bore, mga interface, mga port at na-verify na mga limitasyon sa pagpapatakbo.
4. Iminungkahing profile:working-length boundaries, dimensioned functional sections, local depth, flight geometry at bawat clearance convention.
5. Mga materyales at paggawa:napagkasunduang pagtatalaga ng bakal, paggawa sa ibabaw ng trabaho, mga lokasyon ng paggamot, mga sukat ng panghuling kondisyon at plano ng inspeksyon.
6. Pagpapatunay:rebisyon sa pagguhit, mga rekord ng inspeksyon ng bahagi at isang plano sa pagsubok ng produksyon na may mga sukat at pamantayan sa pagpasa/pagkabigo.

Paghiwalayin ang pagtanggap ng bahagi mula sa pagpapatunay ng produksyon

Ang isang materyal na sertipiko at dimensional na ulat ay sumasagot kung ang bahagi ay nakakatugon sa tinukoy na materyal at mga kinakailangan sa pagguhit. Hindi nila, sa kanilang sarili, nagpapatunay ng rate ng produksyon, paggamit ng enerhiya o kalidad ng produkto. Sa kabaligtaran, hindi pinapalitan ng isang matagumpay na pagpapatakbo ng produksyon ang napagkasunduang inspeksyon ng bahagi.

Ang impormasyon ng produkto ng EJS ay nagsasaad na ang mga ibinigay na screw barrel ay may kasamang ulat ng inspeksyon at materyal na sertipiko. Sumang-ayon sa nauugnay na rebisyon sa pagguhit at mag-ulat ng mga nilalaman para sa mga iniutos na bahagi. Ang anumang karagdagang sampling, pagsubok sa laboratoryo o pagtanggap ng proseso ay kabilang sa nakasulat na saklaw.

Mga Madalas Itanong