После двадцати лет проектирования и обслуживания систем износа шнеков экструзионных машин в Азии и Европе я усвоил одну истину: шнек — это сердце вашей линии. Когда он деградирует, страдает все, что находится ниже по течению. Выход падает. Качество расплава становится нестабильным. Энергопотребление растёт. Большинство руководителей заводов замечают, когда ущерб обходится дорого.
В JWELL мы производим одновинтовые соосно-вращающиеся двухшнековые экструзионные линии и высокопроизводительные экструзионные машины для листов ПП, ПС, ПЭТ, ПММА и поликарбоната. Износ ствола шнека — это крупнейшая скрытая стоимость, с которой сталкиваются наши клиенты после пяти-семи лет эксплуатации.
Что вызывает износ винтов экструзионной машины?
Преобладает механическая абразивность. Каждый раз, когда ваш винт вращается, звено приземляется, прижимаясь к стенке ствола. Добавьте в свой рецепт стекловолокно, карбонат кальция или диоксид титана, и вы получите микроскопические режущие инструменты, которые стачивают лопасти шнека. Дальше идет коррозия. Влага из переработанного измельченного материала или кислотные продукты разложения воздействуют на поверхность азотированного винта , вызывая коррозию металла и ускоряя механические потери. Адгезионный износ является третьим фактором. Если смещение опоры ствола или износ упорных подшипников, лопасти винта могут коснуться стенки ствола и вызвать истирание. В конфигурациях вращающимися в одном направлении экструзионных машин с двумя шнеками , , износ также происходит между двумя шнеками.
Как азотированные винты со временем деградируют
Газовое азотирование является отраслевым стандартом для шнеков экструдеров с поверхностной закалкой. Правильно азотированная глубина корпуса от 0,3 до 0,5 мм и твердость поверхности от 950 до 1100 HV обеспечивают превосходную износостойкость при использовании только полимеров.
Как только вы вводите абразивные наполнители, этот твердый нитридный слой становится жертвенным барьером. Мы измерили скорость износа азотированных винтов от 0,01 мм за 1000 часов для чистого полипропиленового листа до более 0,08 мм за 1000 часов для высоконаполненных компаундов.
Деградация следует предсказуемой кривой. В течение первых двух тысяч часов износ минимален. Между двумя тысячами и шестью тысячами часов пики полета постепенно сглаживаются. К восьми тысячам часов агрессивные составы могут проникнуть в более мягкую сердцевину. Тогда износ ускоряется в геометрической прогрессии. Шнек становится свободно закрепленным шнеком, который смещает расплав назад и генерирует избыточное сдвиговое тепло.
Если винт — это сердце, то ствол — это стенка артерии. Замена ствола является событием остановки линии.
Биметаллический ствол изготавливается путем центробежного литья футеровки из износостойкого сплава на стальную опорную трубку. Обычные вкладыши включают Colmonoy на основе железа, сплавы на основе никеля с дисперсиями карбида вольфрама и стеллита на основе кобальта.
Для стандартных линий по производству листов ПП и ПС футеровка Colmonoy на основе железа с твердостью от 58 до 62 HRC обеспечивает превосходный срок службы. Для листов с высоким содержанием наполнителя абразивные наполнители , футеровка из никелевого сплава, пропитанная карбидом вольфрама, является более разумной инвестицией, поскольку она стоит на тридцать-пятьдесят процентов дороже, но часто удваивает срок службы. , в состав которых входят
Большинство покупателей забывают, что твердость гильзы ствола должна быть совместима с твердостью поверхности винта. Хорошо подобранная пара, в которой гильза ствола на десять-пятнадцать пунктов тверже, чем гребни лопастей винта, обеспечивает наиболее сбалансированную пару износа и самую низкую совокупную стоимость владения.
Абразивные наполнители: бесшумный ускоритель повреждений
Не все полимеры одинаково изнашивают винты. Первичный ПММА или GPPS является щадящим. Но как только вы добавляете абразивные наполнители для придания непрозрачности, жесткости или снижения стоимости, уравнение износа полностью меняется.
Карбонат кальция в концентрации от двадцати до сорока процентов часто встречается в листах ПП. Тальк и сульфат бария действуют по схожей схеме. Каждая частица действует как микроабразив между шнеком и стенкой цилиндра. Чем меньше размер частиц, тем агрессивнее износ, поскольку мелкие частицы проникают в дефекты поверхности и действуют как притирочная паста. Стекловолокно хуже. Пятнадцатипроцентный состав ПК или ПЭТ со стеклонаполнением может сократить срок службы винта на шестьдесят процентов и более. Стеклянные нити прорезают канавки и обнажают более мягкую сердцевину. Как только сердечник обнажен, износ становится неконтролируемым процессом. Диоксид титана удивительно абразивен при высоких нагрузках. Мы видели, как клиенты обвиняли в износе винтов полимер, хотя виновником была маточная смесь с высоким содержанием TiO2 и коэффициентом снижения от восьми до десяти процентов.
Методы измерения зазора, которые действительно работают
Вы не можете управлять тем, что не измеряете. Измерение зазора между винтом и цилиндром является наиболее важным диагностическим инструментом для прогнозирования оставшегося срока службы. Однако многие заводы игнорируют это, полагаясь на субъективные показатели, такие как дрейф нагрузки двигателя. К тому времени ущерб уже нанесен.
Базовый радиальный зазор для нового шнека и цилиндра экструдера обычно составляет от 0,001 до 0,0015 дюйма на дюйм диаметра шнека. Для винта диаметром 150 мм это означает от 0,15 до 0,23 мм в новом состоянии. Когда этот зазор увеличивается вдвое, производительность заметно падает. Когда оно утроится, у вас будет время взаймы.
Есть три практических метода. В методе с использованием подводящей проволоки используется мягкая проволока, зажатая между витками винта и стволом. Метод циферблатного индикатора измеряет биение кончика винта при его медленном вращении. Самый точный метод — измерение диаметра отверстия после снятия винта. Мы рекомендуем проводить проверку измерения зазора каждые две тысячи часов для наполненных составов и каждые четыре тысячи часов для ненаполненных полимеров.
Когда заменять или ремонтировать винтовые цилиндры?
В конце концов, каждый винт изнашивается сверх допустимых пределов. Вопрос в том, ремонтировать, перекрашивать или полностью заменять.
Незначительный износ, при котором гребни скребков закруглены, но диаметр сердечника все еще находится в пределах допуска, иногда можно устранить с помощью сварки и повторной механической обработки. Сварка PTA с наплавкой карбида вольфрама с последующим повторным азотированием может восстановить винт до почти нового состояния, если геометрия не устарела и ствол все еще в хорошем состоянии.
Однако есть пределы. Если винт подвергался сварке и повторной механической обработке несколько раз, материал сердечника мог подвергнуться деградации зоны термического влияния, и прямолинейность может быть нарушена. В таких случаях новый винт — более безопасная инвестиция. Если гильза ствола изношена до основного металла, единственным возможным вариантом является замена гильзы или полная замена.
Для критически важных линий экструзионных машин с высокой производительностью держите запасной шнековый узел на полке. Замените изношенный комплект во время планового останова и отправьте его на ремонт без производственного давления.
Профилактическое обслуживание высокопроизводительных линий экструзионного оборудования для производства листового проката
Профилактика дешевле лечения. Для любой высокопроизводительной экструзионной машины, работающей двадцать четыре часа в сутки, строгая профилактическая программа окупается в течение первого года.
Начните с контроля материалов. Держите измельчитель чистым и сухим. Влага не только вызывает гидролиз и коррозию, но также создает паровые карманы, которые дестабилизируют пленку расплава между шнеком и цилиндром. Отфильтруйте измельченный материал, чтобы удалить металлические фрагменты. Один кусок металла может повредить гильзу ствола, не подлежащую ремонту, за считанные секунды.
Следите за рабочей температурой. Перегрев ускоряет деградацию полимера, а деградированный полимер часто бывает кислым или сшитым. Поддерживайте в зонах ствола минимальную температуру, необходимую для хорошего качества плавки. Ежегодно проверяйте выравнивание. Смещение опоры ствола, износ упорного подшипника и несоосность муфты — все это создает боковые нагрузки, которые вызывают локальные износы. Упорный подшипник редуктора должен быть правильно смазан, а охлаждение хвостовика винта должно поддерживать постоянный поток воды. Запускайте программу измерения зазора по расписанию.
Выбор подходящих запасных частей для экструзионной машины
Когда приходит время покупать запасные компоненты, искушение приобрести недорогие запасные части для экструзионных машин у поставщиков, не являющихся OEM-производителями. возникает Не поддавайтесь этому, если только вы не проверили металлургическую совместимость и прослеживаемость размеров.
Винт – это не просто вал со спиралью. Геометрия лопасти, степень сжатия, конструкция секции смешивания и особенности вентиляции настраиваются в соответствии с вашим конкретным полимером, производительностью и диапазоном толщины листа. Стандартный сменный винт может подойти физически, но работать будет плохо. Смещаются профили температуры плавления, ухудшается стабильность выпуска, появляются дефекты листа.
В JWELL мы ведем проектные записи для каждого поставляемого нами экструдера. Когда клиент заказывает сменный шнек или цилиндр, мы производим его в соответствии с исходной спецификацией или в обновленной конструкции, основанной на текущих требованиях к рецептуре. Мы также предлагаем модернизированную обработку поверхности, в том числе винты с наплавкой, сваренные PTA, и винты из инструментальной стали с вакуумной термообработкой.
Запасной цилиндр должен соответствовать исходному расстоянию между зонами нагрева, расположению портов термопары и геометрии порта подачи. Небольшие отклонения влияют на теплообмен и структуру потока материала. Инвестируйте в правильные запасные части для экструзионных машин , и вы защитите производительность всей линии.
Часто задаваемые вопросы
Как долго должен работать шнек для экструзии листов?
Для чистых, ненаполненных полимеров, таких как GPPS или PMMA, азотированный шнек в стандартном биметаллическом цилиндре может прослужить пятнадцать-двадцать тысяч часов. Для наполненных составов со стекловолокном или высоким содержанием карбоната кальция ожидаемый срок службы составляет от шести до десяти тысяч часов. Высокоабразивные соединения ДПК могут нуждаться в замене каждые четыре-шесть тысяч часов.
Каковы первые признаки износа винтов?
Снижение производительности при постоянной скорости шнека, рост нагрузки на двигатель, увеличение колебаний температуры расплава и непостоянство толщины листа. К тому времени, когда вы увидите линии штампа, износ будет от умеренного до сильного.
Можно ли продлить срок службы винта без замены ствола?
Иногда. Если гильза ствола все еще в хорошем состоянии и зазор приемлемый, восстановление поверхности винта с помощью наплавки и повторного азотирования может восстановить его производительность. Но если ствол также изношен, новый винт сам по себе будет быстро изнашиваться от поврежденной поверхности. Прежде чем принять решение, измерьте оба компонента.
Является ли двухшнековая экструзионная машина более или менее подвержена износу, чем одношнековая линия?
Это зависит. Взаимозацепляющиеся двухвинтовые системы имеют дополнительные поверхности износа между двумя винтами, что может увеличить потребность в техническом обслуживании. Однако двухшнековые машины часто работают при более низких скоростях сдвига при той же производительности и более эффективно обрабатывают высоконаполненные составы. Профиль износа другой, но не обязательно хуже.
Как узнать, нужна ли мне модернизация биметаллического ствола?
Если ваш стандартный ствол требует замены футеровки или замены менее чем через восемь тысяч часов работы или если вы переходите на более абразивный состав, биметаллический ствол из высококачественного сплава станет разумной инвестицией. Увеличенный срок службы и сокращение времени простоя обеспечивают значительную прибыль.
Как лучше всего запланировать замену винтов?
Используйте данные измерения зазора, чтобы спрогнозировать, когда радиальный зазор достигнет порога обслуживания, обычно вдвое превышающего исходное значение. Запланируйте замену во время планового отключения. Держите запасной винт на месте.
Износ шнеков листовой экструзионной машины не является загадкой. Это измеримый, предсказуемый процесс, зависящий от свойств материала, условий эксплуатации и дисциплины технического обслуживания. Поймите механизмы, измерьте прогресс и спланируйте свое вмешательство.
