Projeto do parafuso da extrusora: tipos, geometria e desempenho

O que é um parafuso extrusor e o que seu projeto deve alcançar?

Uma rosca extrusora é o componente rotativo de processamento dentro do cilindro. Na extrusão termoplástica, ele transporta a matéria-prima, suporta a fusão e a mistura e entrega o material para as ferramentas posteriores. UMextrusora de parafusoé a máquina;extrusão de parafusoé o processo. A compra do componente parafuso não substitui o acionamento, o aquecimento, o resfriamento ou os controles da máquina.

Comece definindo o fundido e o produto desejados, em vez de um número de saída isolado. Uma meta útil especifica a uniformidade aceitável do material, a qualidade do produto, a faixa de produtividade e os limites operacionais. Deve também indicar se o trabalho consiste em derreter pellets pré-compostos, incorporar ingredientes, processar material reciclado ou remover voláteis.

Separe um novo design de uma alteração na máquina existente

Uma nova máquina oferece mais liberdade para coordenar a rosca, o cilindro, o acionamento e o sistema de alimentação. Uma substituição deve funcionar dentro de um envelope instalado. Registre a condição atual do parafuso e do cilindro antes de decidir se um perfil diferente é necessário: substituir uma peça desgastada e redesenhar uma peça inadequada são tarefas de engenharia diferentes.

Suprimentos EJSparafusos de alimentação de extrusãopara aplicações de parafuso único e duplo. O resumo inicial deve identificar qual arquitetura e tarefa de processamento o componente deve atender.

Tipos de parafusos de extrusão: classifique a arquitetura e a função separadamente

“Parafuso único”, “parafuso de barreira” e “parafuso de mistura” descrevem diferentes aspectos de um projeto. Não são três escolhas mutuamente exclusivas. Uma única rosca de extrusão pode conter uma seção de fusão de barreira e um misturador a jusante.

Simples e duplo descrevem o número de parafusos

Para parafusos duplos, estabeleça também co-rotação ou contra-rotação, entrelaçamento ou não entrelaçamento e geometria paralela ou cônica. “Paralelo” por si só não significa co-rotação. Listas EJSbarris de parafuso únicoebarris de parafuso duplo paraleloseparadamente; a categoria do produto é o início de uma especificação, não a especificação completa.

A contagem de voos e a construção modular precisam de suas próprias descrições

Um parafuso de passo único tem uma partida helicoidal; não é simplesmente outro nome para uma extrusora de parafuso único. Da mesma forma, os parafusos duplos não são todos modulares. Num design modular, os elementos de transporte e mistura são montados em eixos compatíveis. Em um projeto de peça única, o perfil de trabalho é fabricado no corpo do parafuso.

Geometria do parafuso da extrusora: dimensões, voos e características de design

Um desenho de parafuso deve definir onde cada dimensão se aplica. O comprimento total, o comprimento de trabalho e o comprimento dentro do cano podem referir-se a limites diferentes. O mesmo cuidado é necessário para o diâmetro nominal, diâmetro local da haste e diâmetro da raiz.

OManual dos Processadores de Extrusão Dynisco, Seção 4ilustra as dimensões do parafuso e a geometria convencional de parafuso único. Canais mais profundos fornecem mais volume geométrico, mas a produção utilizável também depende do enchimento, da fusão e do refluxo acionado por pressão. Canais mais rasos alteram o comportamento de cisalhamento e bombeamento enquanto reduzem o volume do canal. Revise esses efeitos juntos ao alterar a profundidade do canal.

Uma relação de profundidade é útil apenas com suas suposições

Para uma rosca convencional simples com passo e largura de canal comparáveis, a profundidade de alimentação dividida pela profundidade de medição é uma aproximação comum para a taxa de compressão geométrica. Como cálculo de desenho ilustrativo, D = 60 mm com diâmetros de raiz de 48 mm e 56 mm dá profundidades de 6 mm e 2 mm, respectivamente: uma relação de profundidade de 3:1.

Esse cálculo não prevê um aumento de pressão de 3:1, não prova a fusão completa ou define a compressão de uma barreira ou perfil de passo variável. Pergunte qual definição geométrica o fornecedor usou. Veja o detalhadoguia de taxa de compressão de parafuso de extrusãopara a distinção entre uma relação de profundidade conveniente e uma comparação completa do volume do canal.

Como a alimentação, a fusão e a dosagem funcionam juntas

O familiar modelo de três zonas descreve um parafuso único de plastificação convencional. É uma explicação útil das funções do processo, mas não é um requisito que cada parafuso de extrusão tenha três seções fixas de comprimento igual.

A alimentação começa com o material efetivamente entregue

Pellets, pó, flocos e moídos irregulares não apresentam as mesmas condições de alimentação. A densidade aparente, a consistência das partículas, a formação de pontes e a garganta de alimentação merecem atenção. Uma alteração do perfil a jusante não pode compensar de forma confiável um fornecimento descontrolado de material a montante.

A temperatura do barril não é uma medição da temperatura de fusão

A transferência de calor do barril e o trabalho mecânico influenciam a história térmica do material. Suas contribuições mudam com as condições operacionais. Use uma medição apropriada da temperatura de fusão e sua localização ao comparar projetos; a correspondência dos pontos de ajuste do aquecedor por si só não demonstra condições de fusão correspondentes.

A pressão e a saída pertencem ao caminho completo do fluxo

O parafuso opera contra a resistência de telas, adaptadores, matrizes e outros equipamentos posteriores. Registre o arranjo instalado ao diagnosticar baixa saída. Um resultado obtido com um conjunto de telas limpas e ferramentas abertas não deve ser apresentado como a taxa de produção esperada em relação a uma linha mais restritiva.

Seções de barreira, mistura e ventilação resolvem diferentes tarefas

Uma seção funcional precisa de uma tarefa declarada e de uma forma de verificar se essa tarefa foi realizada. “Melhor mistura” está incompleto, a menos que o briefing identifique o que deve ser distribuído ou dispersado e qual medição do produto mostrará melhoria.

Os dispositivos de mistura podem realizar trabalhos distributivos e dispersivos; o equilíbrio depende de sua geometria e condições de operação. O nome do design por si só não é suficiente para classificar o desempenho. Restrições adicionais também podem alterar a temperatura do fundido, a demanda de pressão e o comportamento de limpeza.

A ventilação requer um cano compatível e equipamento de suporte. Um perfil de parafuso não pode criar uma ventilação através de um cilindro não portado, e a ventilação não elimina automaticamente a necessidade de secagem da resina. Verifique as instruções de processamento do fornecedor do material.

Para comparações mais próximas, use os guias EJS parabarreira versus parafusos convencionaiseMisturadores de parafuso Maddock, abacaxi e Saxton.

Projeto de perfil de parafuso duplo: elementos, sequência e mistura

Para um sistema modular de parafuso duplo, configuração significa selecionar elementos compatíveis e colocá-los em uma sequência deliberada. Significa também verificar como essa sequência se relaciona com as posições de alimentação, adição de líquido, ventilação e descarga.

Guia de funcionalidade de parafuso da NC State Extensiondescreve transporte, amassamento, reversão e outros elementos, juntamente com seus efeitos na mistura e no fluxo. Sua discussão inclui processamento de alimentos e rações e códigos de elementos específicos de equipamentos. Esses princípios ajudam a explicar a configuração; seus códigos de exemplo não são um padrão universal de parafusos para plásticos.

Leia um bloco de amassar como parte de uma sequência

A largura do disco, o ângulo de escalonamento, a direção de transporte e o comprimento do bloco precisam ser revisados ​​juntamente com a velocidade, o rendimento, o preenchimento local e os elementos adjacentes. Evite regras universais como “um disco mais largo sempre proporciona melhor dispersão”. A questão útil é qual estado material e comportamento de fluxo esta sequência específica deve produzir.

Elementos reversos ou restritivos podem aumentar o enchimento a montante e a intensidade de processamento, mas também afetam a pressão e impulsionam a demanda. Adicionar mais restrições não é um caminho livre para uma mixagem mais forte.

Confirme a compatibilidade antes de copiar um perfil

Dois elementos com o mesmo diâmetro externo nominal podem ter diferentes interfaces de eixo, requisitos de distância central, perfis ou dimensões axiais. Indique o OEM ou a convenção de desenho para cada código. EJSpágina de produto do elemento de parafusolista componentes de transporte, mistura e amassamento; oguia de elemento de parafuso duplocobre seus cheques de substituição com mais detalhes.

Combine o design com o polímero, a forma de alimentação e o trabalho de processamento

“Parafuso PE” ou “parafuso de reciclagem” é muito amplo para uma decisão final de projeto. Identifique o grau, as informações de viscosidade, o pacote de aditivos, a forma e a condição da alimentação. Informar se as cargas ou fibras chegam em pellets pré-compostos ou devem ser incorporadas durante a extrusão; essas são tarefas de processamento diferentes.

Leia a geometria publicada dentro de seu escopo material

Um exemplo útil éGuia de processamento de extrusão Ultramid da BASF, página 7. Para o processamento de filme Ultramid discutido ali, ele descreve parafusos de barreira ou de três seções com comprimentos de 24 a 32 D, passo constante de 1 D e taxas de compressão de 3:1 a 3,5:1. Também torna a profundidade do voo dependente do diâmetro e da viscosidade do fundido.

A lição de engenharia é a relação entre geometria e condições materiais. Esses números não são limites de aceitação para todos os tipos de poliamida, todos os termoplásticos ou todas as máquinas existentes. Obtenha as orientações de processamento para a classe real e resolva qualquer incompatibilidade com o equipamento instalado antes de escolher as dimensões.

Projete dentro dos limites de barril, acionamento e downstream

Um parafuso de substituição tem que passar em dois testes: ele deve encaixar e deve ser processado com sucesso. A correspondência do diâmetro nominal aborda apenas uma pequena parte do primeiro teste.

• Barril e interfaces:confirme o perfil e a condição do furo, o comprimento efetivo, a conexão do acionamento, a geometria da extremidade, a abertura de alimentação e a localização das portas.
• Envelope mecânico:obtenha os limites permitidos de velocidade, torque, empuxo e pressão nas informações aplicáveis ​​da máquina. Não os deduza do diâmetro do parafuso.
• Envelope térmico e a jusante:revise a capacidade de resfriamento, medição de temperatura, troca de tela, bombas de derretimento e ferramentas. Identifique qual componente restringe o ponto operacional proposto.

Como eu abordaria uma solicitação de troca de parafuso

Essa abordagem mantém o foco no redesenho. Se uma falha no sistema de alimentação explicar a perda de produção, corrija essa falha antes de tratar um novo perfil de parafuso como solução.

Como o desgaste dos materiais e do parafuso da extrusora afeta o desempenho do projeto

A geometria e a seleção da superfície de trabalho devem ser revisadas em conjunto. O material base fornece a base estrutural do parafuso; a superfície ou construção resistente ao desgaste deve ser adequada ao seu contato com o polímero, aditivos e corpo correspondente.

A página de parafuso de alimentação da EJS lista opções nitretadas, bimetálicas, endurecidas e cromadas. Esta é uma gama de construções disponíveis, e não uma evidência de que cada opção se adequa a cada tarefa. Defina a designação do material, local de tratamento, dimensões finais e requisitos de inspeção acordados para o componente real. OGuia de materiais de parafuso e cilindro EJSexplica as questões de seleção.

Distinguir mecanismos de desgaste de sintomas

Ingredientes abrasivos, condições corrosivas e contato não intencional com metal exigem diferentes investigações. Material mais duro não corrige o desalinhamento ou uma folga operacional incorreta. Combinar o parafuso e o cilindro também é mais útil do que selecionar cada superfície de trabalho de forma independente.

Problemas de desgaste da rosca da extrusora podem aparecer juntamente com o declínio da produção, alteração da carga ou entrega instável do fundido, mas nenhum desses sintomas prova desgaste por si só. Compare a condição medida do parafuso/cano com o desenho e uma linha de base de produção controlada. Omedição de desgaste e guia de substituiçãoabrange o processo de inspeção.

Não copie o diâmetro externo medido de um parafuso desgastado como a nova dimensão nominal. Separe a intenção do projeto original, o desgaste atual e qualquer redesenho proposto na especificação.

Avalie o desempenho do parafuso com dados de produção comparáveis

Uma comparação justa requer uma janela de material e produção definida, requisitos de qualidade comuns e limites de medição claros. Mantenha uma linha de base em condições comparáveis ​​e, em seguida, teste o projeto proposto em toda a faixa operacional pretendida. Registre todas as configurações alteradas para que qualquer projeto seja executado com êxito.

Meça a produção aceitável do produto separadamente da produção bruta. Inclua a temperatura, pressão e variação reais do fundido, carga de acionamento, rejeições e verificações do produto que motivaram a mudança. Registre as localizações dos sensores, a regra de estabilização, o intervalo de amostragem e a duração do teste para que outro engenheiro possa interpretar os resultados.

Um exemplo prático: mais produção não significa automaticamente menor energia específica

Se eu estivesse liderando uma avaliação de redesenho de parafuso, concordaria com o material, os requisitos de qualidade, a janela de gravação e o limite de medição elétrica antes do teste. Caso contrário, dois conjuntos de dados atraentes poderão descrever trabalhos diferentes.

Considere uma comparação ilustrativa e estável. O Projeto A tem em média 80 kW de consumo elétrico e 200 kg/h de produto aceitável. O Projeto B tem média de 96 kW e 240 kg/h no mesmo limite de medição e requisitos de qualidade. Estes são valores assumidos para o cálculo.

Ambos os projetos consomem 0,40 kWh por quilograma de produto aceitável dentro desse limite. Eu descreveria o resultado como um aumento de produção e não uma poupança de energia de 20%. Para uma janela de registro medida em horas, o cálculo equivalente é a energia elétrica total em kWh dividida pela massa aceitável em kg.

Eu verificaria então a temperatura real do fundido, a variação de pressão, a carga de acionamento e a sucata. Um ponto de saída mais alto que exceda um limite térmico ou mecânico acordado não passa simplesmente porque a taxa de massa é maior. Se o medidor de energia incluir aquecedores de barril, refrigeração ou auxiliares, identificar essas cargas; não rotule novamente o resultado como energia mecânica do eixo do parafuso.

O que os testes publicados podem estabelecer

Kelly, Brown e Coates estudaram três geometrias de parafuso único processando LDPE comercial em diferentes velocidades emO efeito da geometria do parafuso no perfil de temperatura de fusão na extrusão de parafuso único. O resumo relata que a geometria teve uma influência maior nos campos de temperatura de fusão em maior rendimento, e que um parafuso de passagem de barreira com um misturador Maddock alcançou melhor fusão do que os parafusos de passagem única nas condições do estudo.

Isso suporta a avaliação da geometria juntamente com o ponto operacional. Não estabelece um percentual de melhoria universal nem prova o mesmo resultado para outro polímero ou máquina. Simulação e estudos publicados ajudam a formar uma proposta de design; o teste de produção acordado determina se o projeto fornecido atende ao trabalho específico.

Transforme a intenção do projeto em um resumo que o fabricante possa usar

Uma consulta útil permite ao fabricante explicar a alteração proposta e como ela será verificada. Envie um pacote que conecte o material, a máquina, a geometria e os critérios de aceitação.

1. Material e alimentação:grau, formulação, forma de alimentação, preparação relevante e variabilidade permitida.
2. Destino de processamento:faixa de saída aceitável, requisitos do produto, defeitos observados e registros operacionais atuais.
3. Máquina e peças instaladas:arquitetura, OEM/modelo, desenhos disponíveis, medições de diâmetro interno, interfaces, portas e limites operacionais verificados.
4. Perfil proposto:limites de comprimento de trabalho, seções funcionais dimensionadas, profundidades locais, geometria de voo e cada convenção de folga.
5. Materiais e fabricação:designação de aço acordada, construção da superfície de trabalho, locais de tratamento, dimensões da condição final e plano de inspeção.
6. Verificação:revisão de desenhos, registros de inspeção de componentes e um plano de teste de produção com medições e critérios de aprovação/reprovação.

Separe a aceitação de componentes da validação de produção

Um certificado de material e um relatório dimensional respondem se o componente atende aos requisitos especificados de material e desenho. Eles não comprovam, por si só, a taxa de produção, o uso de energia ou a qualidade do produto. Por outro lado, uma execução de produção bem-sucedida não substitui as inspeções de componentes acordadas.

As informações do produto da EJS afirmam que os cilindros de parafuso fornecidos incluem um relatório de inspeção e um certificado de material. Combine a revisão do desenho relevante e o conteúdo do relatório para as peças encomendadas. Qualquer amostragem adicional, teste laboratorial ou aceitação de processo pertence ao escopo escrito.

Perguntas frequentes