Después de veinte años diseñando y dando servicio a sistemas de desgaste de tornillos para máquinas de extrusión de láminas en Asia y Europa, he aprendido una verdad: el tornillo es el corazón de su línea. Cuando se degrada, todo lo que está aguas abajo sufre. La producción cae. La calidad de la masa fundida se vuelve inconsistente. El consumo de energía aumenta. La mayoría de los administradores de plantas se dan cuenta cuando los daños son costosos.
En JWELL fabricamos tornillos co-rotativos de un solo tornillo. líneas de máquinas de extrusión de láminas de doble tornillo y sistemas de máquinas de extrusión de láminas de alto rendimiento para láminas de PP, PS, PET, PMMA y policarbonato. El desgaste del cilindro de tornillo es el mayor costo oculto que enfrentan nuestros clientes después de cinco a siete años de operación.
¿Qué causa el desgaste del tornillo de la máquina de extrusión de láminas?
Predomina la abrasión mecánica. Cada vez que el tornillo gira, la aleta aterriza presionando contra la pared del cañón. Agregue fibra de vidrio, carbonato de calcio o dióxido de titanio a su receta y habrá introducido herramientas de corte microscópicas que muelen los tramos del tornillo. La corrosión viene después. La humedad en el triturado reciclado o los productos de degradación ácidos atacan la superficie de un tornillo nitrurado , picando el metal y acelerando la pérdida mecánica. El desgaste del adhesivo es el tercer factor. Si la alineación del soporte del cañón se desvía o los cojinetes de empuje se desgastan, las paletas del tornillo pueden hacer contacto con la pared del cañón e iniciar el desgaste. En las configuraciones co-rotativo de máquinas de extrusión de láminas de doble tornillo , también se produce desgaste entre los dos tornillos.
Cómo se degradan los tornillos nitrurados con el tiempo
La nitruración con gas es el estándar de la industria para tornillos extrusores de endurecimiento superficial. Una profundidad de caja adecuadamente nitrurada de 0,3 a 0,5 milímetros y una dureza superficial de 950 a 1100 HV brindan una excelente resistencia al desgaste contra aplicaciones que solo contienen polímeros.
Una vez que se introducen rellenos abrasivos, esa capa dura de nitruro se convierte en una barrera de sacrificio. Hemos medido tasas de desgaste de tornillos nitrurados desde 0,01 mm por 1000 horas para láminas de PP limpias hasta más de 0,08 mm por 1000 horas para compuestos con alto contenido de relleno.
La degradación sigue una curva predecible. Durante las primeras dos mil horas el desgaste es mínimo. Entre dos mil y seis mil horas, las crestas de vuelo se van redondeando poco a poco. A las ocho mil horas, las formulaciones agresivas pueden penetrar hasta el núcleo más blando. Entonces el desgaste se acelera exponencialmente. El tornillo se convierte en una barrena suelta que se desliza hacia atrás y genera un exceso de calor cortante.
Si el tornillo es el corazón, el barril es la pared de la arteria. Reemplazar un barril es un evento de cierre de línea.
Un barril bimetálico se fabrica fundiendo centrífugamente un revestimiento de aleación resistente al desgaste sobre un tubo base de acero. Los revestimientos comunes incluyen Colmonoy a base de hierro, aleaciones a base de níquel con dispersiones de carburo de tungsteno y Stellite a base de cobalto.
Para las líneas de láminas estándar de PP y PS, un revestimiento Colmonoy a base de hierro con una dureza de entre 58 y 62 HRC ofrece una excelente vida útil. Para láminas con mucho relleno donde los rellenos abrasivos son parte de la receta, un revestimiento de aleación de níquel impregnado con carburo de tungsteno es la inversión más inteligente, ya que cuesta entre un treinta y un cincuenta por ciento más por adelantado pero a menudo duplica la vida útil.
La mayoría de los compradores pasan por alto que la dureza del revestimiento del cilindro debe ser compatible con la dureza de la superficie del tornillo. Un par bien combinado, con el revestimiento del cañón entre diez y quince puntos HRC más duro que las crestas del tornillo, proporciona el par de desgaste más equilibrado y el coste total de propiedad más bajo.
Masillas abrasivas: el acelerador silencioso del daño
No todos los polímeros desgastan los tornillos por igual. Virgin PMMA o GPPS es suave. Pero en el momento en que se agregan rellenos abrasivos para lograr opacidad, rigidez o reducción de costos, la ecuación del desgaste cambia por completo.
El carbonato de calcio con una carga del veinte al cuarenta por ciento es común en las láminas de PP. El talco y el sulfato de bario siguen patrones similares. Cada partícula actúa como un microabrasivo entre la hélice y la pared del cilindro. Cuanto más pequeño es el tamaño de las partículas, más agresivo es el desgaste, porque las partículas finas penetran las imperfecciones de la superficie y actúan como compuesto de pulido. La fibra de vidrio es peor. Una formulación de PC o PET rellena de vidrio al quince por ciento puede reducir la vida útil del tornillo en un sesenta por ciento o más. Los filamentos de vidrio cortan ranuras y exponen el núcleo más blando. Una vez que el núcleo queda expuesto, el desgaste se convierte en un proceso desbocado. El dióxido de titanio es sorprendentemente abrasivo con cargas elevadas. Hemos visto a clientes culpar al polímero por el desgaste del tornillo cuando el culpable era un masterbatch con alto contenido de TiO2 con una proporción de reducción del ocho al diez por ciento.
Técnicas de medición de holguras que realmente funcionan
No se puede gestionar lo que no se mide. La medición del espacio libre entre el tornillo y el cilindro es la herramienta de diagnóstico más importante para predecir la vida útil restante. Sin embargo, muchas plantas lo omiten, basándose en indicadores subjetivos como la deriva de la carga del motor. Para entonces, el daño ya está hecho.
La holgura radial de referencia para un nuevo tornillo y cilindro de extrusor es típicamente de 0,001 a 0,0015 pulgadas por pulgada de diámetro del tornillo. Para un tornillo de 150 mm, eso significa de 0,15 a 0,23 mm cuando es nuevo. Cuando esta autorización se duplica, la producción cae considerablemente. Cuando se triplica, tienes tiempo prestado.
Hay tres métodos prácticos. La técnica del alambre conductor utiliza alambre blando aplastado entre las paletas del tornillo y el cilindro. El método del indicador de cuadrante mide el descentramiento de la punta del tornillo a medida que lo gira lentamente. El método más preciso es la medición del diámetro interior después de retirar el tornillo. Recomendamos una auditoría de medición de la autorización cada dos mil horas para formulaciones llenas y cada cuatro mil horas para polímeros sin carga.
Cuándo reemplazar o reparar los conjuntos de tornillo-cilindro
Con el tiempo, cada tornillo se desgasta más allá de los límites aceptables. La pregunta es si reparar, renovar o reemplazar por completo.
El desgaste menor, donde las crestas de las alas se han redondeado pero el diámetro del núcleo todavía está dentro de la tolerancia, a veces se puede solucionar mediante soldadura y remecanizado. La soldadura PTA con acumulación de carburo de tungsteno seguida de renitruración puede restaurar un tornillo a una condición casi nueva si la geometría no está obsoleta y el cilindro aún está en buenas condiciones.
Sin embargo, existen límites. Si el tornillo ha sido soldado y remecanizado varias veces, el material del núcleo puede haber sufrido una degradación de la zona afectada por el calor y la rectitud puede verse comprometida. En esos casos, un tornillo nuevo es la inversión más segura. Si el revestimiento del cañón se ha desgastado hasta el metal base, el único camino viable es cambiar el revestimiento o reemplazarlo por completo.
Para líneas críticas de máquinas de extrusión de láminas de alto rendimiento , mantenga un conjunto de cilindro de tornillo de repuesto en el estante. Cambie el conjunto desgastado durante una parada planificada y envíelo a renovar sin presión de producción.
Mantenimiento preventivo para líneas de máquinas de extrusión de láminas de alto rendimiento
Prevenir es más barato que curar. Para cualquier máquina extrusora de láminas de alto rendimiento que funcione las veinticuatro horas del día, un programa preventivo disciplinado se amortiza durante el primer año.
Comience con el control de materiales. Mantenga su triturado limpio y seco. La humedad no sólo causa hidrólisis y corrosión, sino que también crea bolsas de vapor que desestabilizan la película fundida entre el tornillo y el cilindro. Filtre su triturado para eliminar fragmentos de metal. Una sola pieza de metal atrapado puede dañar el revestimiento de un cañón sin posibilidad de reparación en segundos.
Controle sus temperaturas de funcionamiento. El sobrecalentamiento acelera la degradación del polímero, y el polímero degradado suele ser ácido o reticulado. Haga funcionar las zonas del barril a la temperatura mínima necesaria para una buena calidad del fundido. Verifique la alineación anualmente. El desplazamiento del soporte del cilindro, el desgaste de los cojinetes de empuje y la desalineación del acoplamiento crean cargas laterales que causan bandas de desgaste localizadas. El cojinete de empuje de la caja de cambios debe lubricarse adecuadamente y el enfriamiento del vástago del tornillo debe mantener un flujo de agua constante. Ejecute su programa de medición de espacio libre a tiempo.
Elegir las piezas de repuesto adecuadas para la máquina de extrusión de láminas
Cuando llega el momento de comprar componentes de repuesto, la tentación de obtener repuestos de bajo costo para máquinas de extrusión de láminas de proveedores que no sean OEM es real. Resístelo, a menos que hayas verificado la compatibilidad metalúrgica y la trazabilidad dimensional.
Un tornillo no es sólo un eje con una hélice. La geometría de la paleta, la relación de compresión, el diseño de la sección de mezcla y las características de ventilación se ajustan a su polímero, tasa de salida y rango de calibre de lámina específicos. Un tornillo de repuesto genérico puede encajar físicamente pero funcionar mal. Los perfiles de temperatura de fusión cambian, la estabilidad de la salida se degrada y aparecen defectos en las hojas.
En JWELL, mantenemos registros de diseño para cada extrusora que enviamos. Cuando un cliente solicita un tornillo o cilindro de repuesto, lo producimos según las especificaciones originales o según un diseño actualizado según los requisitos de formulación actuales. También ofrecemos tratamientos de superficie mejorados, incluidos tornillos de cara dura soldados con PTA y tornillos de acero para herramientas con tratamiento térmico al vacío.
Un cilindro de reemplazo debe coincidir con el espaciado de la zona de calentamiento, las ubicaciones de los puertos del termopar y la geometría del puerto de alimentación originales. Pequeñas desviaciones afectan la transferencia de calor y los patrones de flujo de material. Invierta en los repuestos adecuados para la máquina de extrusión de láminas y protegerá la productividad de toda la línea.
Preguntas frecuentes
¿Cuánto tiempo debe durar un tornillo de extrusión de láminas?
Para polímeros limpios y sin carga, como GPPS o PMMA, un tornillo nitrurado con gas en un cilindro bimetálico estándar puede durar de quince a veinte mil horas. Para formulaciones cargadas con fibra de vidrio o altas cargas de carbonato de calcio, espere entre seis y diez mil horas. Es posible que sea necesario reemplazar los compuestos de WPC altamente abrasivos cada cuatro a seis mil horas.
¿Cuáles son los primeros signos de desgaste de los tornillos?
Disminución de la producción a velocidad constante del tornillo, aumento de la carga del motor, aumento de la variación de la temperatura de fusión e inconsistencia en el espesor de la lámina. Cuando vea las líneas del troquel, el desgaste es de moderado a severo.
¿Puedo prolongar la vida útil del tornillo sin reemplazar el cilindro?
A veces. Si el revestimiento del cañón todavía está en buenas condiciones y la holgura es aceptable, repasar el tornillo con revestimiento duro y volver a nitrurar puede restaurar el rendimiento. Pero si el cañón también está desgastado, un tornillo nuevo por sí solo se desgastará rápidamente contra la superficie dañada. Mida ambos componentes antes de decidir.
¿Es una máquina extrusora de láminas de doble tornillo más o menos propensa al desgaste que una línea de un solo tornillo?
Eso depende. Los sistemas de doble tornillo entrelazados tienen superficies de desgaste adicionales entre los dos tornillos, lo que puede aumentar las necesidades de mantenimiento. Sin embargo, las máquinas de doble tornillo a menudo funcionan a velocidades de corte más bajas para obtener el mismo resultado y manejan formulaciones muy llenas de manera más eficiente. El perfil de desgaste es diferente, no necesariamente peor.
¿Cómo sé si necesito una mejora del cañón bimetálico?
Si su cañón estándar requiere un nuevo revestimiento o reemplazo después de menos de ocho mil horas, o si está cambiando a una formulación más abrasiva, un cañón bimetálico de aleación premium es una buena inversión. La vida útil extendida y el tiempo de inactividad reducido brindan un fuerte retorno.
¿Cuál es la mejor manera de programar el reemplazo de tornillos?
Utilice sus datos de medición del espacio libre para proyectar cuándo el espacio libre radial alcanzará su umbral de mantenimiento, generalmente el doble del valor original. Programe el reemplazo durante una parada planificada. Mantenga un tornillo de repuesto en el lugar.
El desgaste de los tornillos de las máquinas de extrusión de láminas no es un misterio. Es un proceso medible y predecible impulsado por las propiedades de los materiales, las condiciones de operación y la disciplina de mantenimiento. Comprenda los mecanismos, mida el progreso y planifique su intervención.
