ปริมาณงานเป็นพารามิเตอร์ที่กำหนดความสามารถเชิงพาณิชย์ของสายการผลิตการอัดรีดแผ่น ความสามารถในการอัดขึ้นรูปที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางของสกรู เกี่ยวข้องกับการพิจารณาเฉพาะที่แตกต่างจากกระบวนการอัดขึ้นรูปทั่วไป น้อยเกินไป และอุปกรณ์ปลายน้ำทำงานต่ำกว่ากำลังการผลิต ซึ่งทำให้ขอบสึกหรอ มากเกินไป และม้วนทำความเย็นไม่สามารถทำให้แผ่นแข็งตัวได้เร็วเพียงพอ ส่งผลให้ความเร็วของเส้นลดลง จุดศูนย์กลางของการคำนวณนี้คือเส้นผ่านศูนย์กลางของสกรูเครื่องอัดรีด ซึ่งเป็นตัวแปรเดียวที่จำกัดปริมาณโพลีเมอร์ที่เครื่องจักรสามารถดำเนินการได้โดยตรงมากที่สุดต่อชั่วโมง ความสามารถในการอัดรีดเส้นผ่านศูนย์กลางของสกรูไม่ใช่จำนวนคงที่ ขึ้นอยู่กับความเร็วของสกรู คุณสมบัติของโพลีเมอร์ รูปทรงของสกรู และแรงดันใช้งาน ความสัมพันธ์ระหว่างตัวแปรเหล่านี้อธิบายไว้ในสมการการไหลพื้นฐานของการอัดขึ้นรูปด้วยสกรูเดี่ยว ซึ่งแยกเอาท์พุตทั้งหมดออกเป็นองค์ประกอบการไหลแบบลาก การไหลของแรงดัน และการไหลของการรั่วไหล บทความนี้จะอธิบายทฤษฎีเบื้องหลังการคำนวณความสามารถในการอัดขึ้นรูป ให้สูตรที่เป็นประโยชน์ และนำเสนอข้อมูลปริมาณงานอ้างอิงสำหรับโพลีเมอร์อัดขึ้นรูปแผ่นทั่วไป สำหรับบริบทกระบวนการอัดขึ้นรูปที่กว้างขึ้น โปรดดูคำแนะนำใน เทคโนโลยีการอัดขึ้นรูปแผ่น.
ฟิสิกส์ของเอาท์พุตของเครื่องอัดรีด: การไหลแบบลาก การไหลของแรงดัน และการไหลของการรั่วไหล
ผลลัพธ์ของเครื่องอัดรีดแบบสกรูเดี่ยวคือผลลัพธ์สุทธิของกลไกการไหลสามแบบ การไหลแบบลากคือการลำเลียงไปข้างหน้าที่เกิดจากการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ระหว่างสกรูและกระบอก โดยเป็นสัดส่วนกับความเร็วของสกรู ความลึกของช่อง และเส้นผ่านศูนย์กลางของสกรู และแสดงถึงผลลัพธ์ทางทฤษฎีสูงสุด
การไหลของแรงดันกระทำในทิศทางตรงกันข้าม แม่พิมพ์ที่ส่วนท้ายของเครื่องอัดรีดจะสร้างความต้านทานต่อการไหล ทำให้เกิดการไล่ระดับความดันที่ขับเคลื่อนการไหลย้อนกลับจากปลายแม่พิมพ์แรงดันสูงไปยังปลายป้อนแรงดันต่ำ การไหลของแรงดันเป็นสัดส่วนกับการไล่ระดับความดันและลูกบาศก์ของความลึกของช่อง การรั่วไหลเกิดขึ้นผ่านช่องว่างเล็กๆ ระหว่างปลายขั้นบันไดของสกรูกับผนังกระบอกสูบ โดยทั่วไปจะอยู่ที่ 0.1 ถึง 0.15 เปอร์เซ็นต์ของเส้นผ่านศูนย์กลางของสกรู และโดยปกติจะมีสัดส่วนน้อยกว่า 5 เปอร์เซ็นต์ของเอาต์พุตทั้งหมด
เอาท์พุตปริมาตรรวมคือการไหลของการลากลบด้วยการไหลของแรงดันและการไหลของการรั่วไหล ในรูปแบบที่เรียบง่าย: Q = Q_drag - Q_pressure - Q_leakage ความหมายโดยนัยในทางปฏิบัติคือเอาต์พุตของเครื่องอัดรีดไม่ใช่ตัวเลขเดียว แต่เป็นหน้าที่ของสภาพการทำงาน ที่ความเร็วของสกรูที่กำหนด เอาท์พุตจะลดลงเมื่อแรงดันดายเพิ่มขึ้น สกรูช่องตื้นมีลักษณะโค้งแบนกว่า ซึ่งหมายความว่าเอาท์พุตมีความไวต่อการเปลี่ยนแปลงแรงดันดายน้อยกว่า สกรูช่องลึกจะมีเอาต์พุตสูงกว่าที่แรงดันต่ำ แต่จะตกลงอย่างรวดเร็วมากขึ้นเมื่อแรงดันเพิ่มขึ้น
เส้นผ่านศูนย์กลางของสกรูและกฎหมายมาตราส่วนปริมาณงาน
เส้นผ่านศูนย์กลางของสกรูส่งผลต่อเอาท์พุตผ่านระยะการลาก ซึ่งเป็นสัดส่วนกับกำลังสองของเส้นผ่านศูนย์กลาง การเพิ่มเส้นผ่านศูนย์กลางของสกรูเป็นสองเท่าจะเพิ่มผลผลิตทางทฤษฎีเป็นสี่เท่า สกรูขนาด 150 มม. สามารถประมวลผลได้ประมาณ 2.25 เท่าของเอาท์พุตของสกรูขนาด 100 มม. ที่ความเร็วสกรูเท่ากัน มาตราส่วนไม่ได้เป็นกำลังสองอย่างสมบูรณ์ เนื่องจากความลึกของช่อง อัตราส่วน L/D และความเร็วของสกรูที่อนุญาตจะเปลี่ยนไปตามเส้นผ่านศูนย์กลางด้วย โดยทั่วไปแล้วสกรูขนาดใหญ่จะทำงานที่ RPM ต่ำลงเพื่อรักษาความเร็วของทิปเท่าเดิม ซึ่งถูกจำกัดด้วยความไวเฉือนของโพลีเมอร์
ปริมาณงานที่ใช้งานได้จริงตลอดช่วงเส้นผ่านศูนย์กลางทั่วไปจะเป็นแนวทางในการกำหนดขนาดคร่าวๆ เครื่องอัดรีดแบบสกรูเดี่ยว PP ขนาด 65 มม. สามารถผลิตได้ 150-250 กก./ชม. เครื่องจักรขนาด 90 มม.: 350-500 กก./ชม. เครื่องจักร 120 มม.: 800-1,200 กก./ชม. เครื่องจักร 150 มม.: 1,200-1,800 กก./ชม. ที่ การออกแบบสกรูอัดขึ้นรูป อัตราส่วน LD มีอิทธิพลต่อเพดานปริมาณงานที่ใช้งานได้จริง: L/D ที่ยาวขึ้นจะให้ความสามารถในการหลอมละลายมากขึ้น ช่วยให้ความเร็วของสกรูสูงขึ้นก่อนที่การหลอมจะไม่สมบูรณ์
ตารางปริมาณงานที่ใช้งานได้จริงสำหรับแผ่นโพลีเมอร์ทั่วไป
ช่วงปริมาณงานต่อไปนี้แสดงถึงประสิทธิภาพโดยทั่วไปสำหรับเครื่องอัดรีดแบบสกรูเดี่ยวที่ออกแบบมาอย่างดีในการประมวลผลแผ่นโพลีเมอร์ทั่วไปที่ 28:1 ถึง 33:1 L/D ค่านี้จะถือว่าการออกแบบสกรูที่สมดุลโดยมีอัตราส่วนการอัดและส่วนการผสมที่เหมาะสมสำหรับโพลีเมอร์ที่เหมาะสม
แผ่นโพลีโพรพีลีน (PP):
65 มม.: 150-220 กก./ชม
90 มม.: 320-480 กก./ชม
120 มม.: 750-1,100 กก./ชม
150 มม.: 1,100-1,700 กก./ชม
แผ่นโพลีเอทิลีน (HDPE/LDPE):
65 มม.: 130-200 กก./ชม
90 มม.: 300-450 กก./ชม
120 มม.: 700-1,050 กก./ชม
150 มม.: 1,050-1,600 กก./ชม
แผ่น PET:
ปริมาณงาน PET ต่ำกว่า PP ที่เส้นผ่านศูนย์กลางสกรูเท่ากัน เนื่องจากมีหน้าต่างการประมวลผลที่แคบกว่าและการออกแบบสกรูระบายอากาศแบบสองขั้นตอน
แผ่นโพลีสไตรีน (PS):
65 มม.: 140-210 กก./ชม
90 มม.: 310-460 กก./ชม
120 มม.: 720-1,080 กก./ชม
150 มม.: 1,080-1,650 กก./ชม
ช่วงเหล่านี้เป็นจุดเริ่มต้นสำหรับการกำหนดขนาดเส้น ปริมาณงานจริงควรได้รับการตรวจสอบโดยการทดลองการอัดขึ้นรูปหรือการคำนวณทางวิศวกรรมโดยละเอียด
บทบาทของปั๊มหลอมเหลวต่อความสามารถในการอัดขึ้นรูป
ปั๊มหลอมเหลวซึ่งเป็นปั๊มเกียร์แบบแทนที่เชิงบวกที่ติดตั้งระหว่างเครื่องอัดรีดและแม่พิมพ์ จะแยกเอาต์พุตของเครื่องอัดรีดออกจากแรงดันแม่พิมพ์ เครื่องอัดรีดป้อนปั๊มหลอมเหลวในอัตราที่สูงกว่าจุดที่ตั้งไว้ของปั๊มเล็กน้อย โดยรักษาแรงดันขาเข้าให้คงที่ ปั๊มจะสูบจ่ายเอาต์พุตเชิงปริมาตรที่แม่นยำไปยังแม่พิมพ์ โดยไม่คำนึงถึงความผันผวนของแรงดันแม่พิมพ์หรือการโหลดชุดตะแกรง
ด้วยปั๊มหลอมเหลว เครื่องอัดรีดจะทำงานโดยมีแรงดันย้อนกลับคงที่และต่ำกว่า และปั๊มจะทำหน้าที่สร้างแรงดัน ซึ่งช่วยให้สกรูได้รับการออกแบบเพื่อประสิทธิภาพการหลอมมากกว่าการสร้างแรงดัน เอาท์พุตของปั๊มแทบไม่ขึ้นอยู่กับแรงดัน ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงของความต้านทานของดายจึงไม่ส่งผลต่ออัตราการไหลของมวลที่ไปยังดาย ผลลัพธ์ที่ได้คือความหนาของแผ่นสม่ำเสมอมากขึ้น โดยเฉพาะในระหว่างการเริ่มต้นและการเปลี่ยนกระบวนการ สำหรับสายการผลิตที่มีปั๊มหลอม โดยทั่วไปเครื่องอัดรีดจะมีขนาดเพื่อให้ผลผลิตมากกว่ากำลังการผลิตปกติของปั๊มถึง 10-15 เปอร์เซ็นต์ ที่ การเลือกไดรฟ์ อัดรีดมอเตอร์มาตรฐานของเซอร์โวมอเตอร์ สำหรับเครื่องอัดรีดและปั๊มหลอมส่งผลต่อทั้งความแม่นยำของการควบคุมความเร็วและประสิทธิภาพการใช้พลังงานของสายการผลิต
การจับคู่เส้นผ่านศูนย์กลางของสกรูกับอุปกรณ์ดาวน์สตรีม
อุปกรณ์ปลายน้ำ ได้แก่ แท่นรีด เกจวัดความหนา และสถานีม้วนหรือตัด จะต้องมีขนาดเพื่อรองรับเอาต์พุตของเครื่องอัดรีดที่ความเร็วระดับเป้าหมาย สำหรับความกว้าง ความหนา และความหนาแน่นของโพลีเมอร์ของแผ่นที่กำหนด ความเร็วของเส้นที่ต้องการคือเอาต์พุตของเครื่องอัดรีดหารด้วยพื้นที่หน้าตัดของแผ่นและความหนาแน่นของหลอมเหลว หากความเร็วของสายการผลิตที่คำนวณได้เกินความเร็วสูงสุดของม้วนคาเลนเดอร์หรือเครื่องกรอ แสดงว่าเครื่องอัดรีดมีขนาดใหญ่เกินไป หากความเร็วของสายการผลิตต่ำกว่าความเร็วคงที่ขั้นต่ำของอุปกรณ์ดาวน์สตรีม เครื่องอัดรีดจะมีขนาดไม่ใหญ่นัก
ความสามารถในการทำความเย็นของม้วนปฏิทินเป็นอีกข้อจำกัดหนึ่ง ความร้อนที่ต้องกำจัดออกจากแผ่นเป็นผลคูณของปริมาณงาน ความร้อนจำเพาะของโพลีเมอร์ และอุณหภูมิที่ลดลงจากการหลอมละลายสู่สถานะของแข็ง หากระบบทำความเย็นแบบลูกกลิ้งไม่สามารถขจัดความร้อนนี้ได้ในอัตราที่ต้องการ แผ่นงานจะออกจากเครื่องรีดเหนือจุดอ่อนตัว ทำให้เกิดการเกาะติดหรือเสียรูป
การเลือกเส้นผ่านศูนย์กลางของสกรูที่ถูกต้องสำหรับเป้าหมายปริมาณงานที่กำหนด จะช่วยหลีกเลี่ยงข้อผิดพลาดทั่วไปในการลดขนาดหรือขนาดใหญ่เกินไปของไลน์การอัดขึ้นรูป JWELL ให้การคำนวณปริมาณงานโดยละเอียดและการประมาณการกำลังการผลิตในระหว่างขั้นตอนข้อมูลจำเพาะของสายการผลิต ช่วยให้ลูกค้าเลือกเส้นผ่านศูนย์กลางของสกรูตั้งแต่ 65 มม. ถึง 200 มม. ขึ้นอยู่กับประเภทของโพลีเมอร์ ผลลัพธ์เป้าหมาย และข้อกำหนดการประมวลผลขั้นปลายน้ำ ซึ่งเป็นวิธีการให้คำปรึกษาที่ช่วยให้มั่นใจว่าอุปกรณ์ที่เลือกจะตรงตามทั้งความต้องการการผลิตในปัจจุบันและเป้าหมายการเติบโตในอนาคต
คำถามที่พบบ่อย
ความสามารถในการอัดรีดคำนวณจากเส้นผ่านศูนย์กลางของสกรูอย่างไร
ผลลัพธ์ทางทฤษฎีของเครื่องอัดรีดแบบสกรูเดี่ยวคำนวณจากสมการการไหลแบบลาก: Q = (1/2) * pi^2 * D^2 * N * H * sin(phi) * cos(phi) โดยที่ D คือเส้นผ่านศูนย์กลางของสกรู N คือความเร็วของสกรูในหน่วยรอบต่อวินาที H คือความลึกของช่องสัญญาณในเขตการวัดแสง และ phi คือมุมเกลียวของการเคลื่อนที่ของสกรู อัตราเอาท์พุตที่แท้จริงคืออัตราการไหลลากตามทฤษฎีลบด้วยการไหลของแรงดันและการไหลของการรั่วไหล ซึ่งขึ้นอยู่กับแรงดันแม่พิมพ์ ความหนืดของของเหลวหลอมเหลว และระยะห่างจากชั้นลอย
ความสัมพันธ์ระหว่างความเร็วของสกรูและเอาท์พุตคืออะไร?
ตามทฤษฎีแล้ว ผลลัพธ์ของเครื่องอัดรีดจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความเร็วของสกรู ในทางปฏิบัติ ความสัมพันธ์จะเป็นเส้นตรงโดยประมาณแต่ไม่ได้สัดส่วนอย่างสมบูรณ์ ที่ความเร็วของสกรูต่ำมาก ส่วนประกอบการไหลของแรงดันจะมีสัดส่วนมากกว่าของการไหลแบบลาก และเอาท์พุตจะต่ำกว่าเส้นโครงเชิงเส้น ที่ความเร็วของสกรูที่สูงมาก ความสามารถในการป้อนของสกรูอาจจำกัดปริมาณวัสดุที่เข้าสู่กระบอกสูบ และผลผลิตอาจอยู่ในระดับสูงหรือลดลงด้วยซ้ำ ภายในช่วงการทำงานปกติที่ 30-80 เปอร์เซ็นต์ของ RPM สูงสุด เอาท์พุตจะเป็นเส้นตรงโดยประมาณด้วยความเร็วของสกรู
เส้นผ่านศูนย์กลางของสกรูที่ใหญ่กว่าหมายถึงกำลังงานที่สูงกว่าเสมอหรือไม่
ใช่ เอาท์พุตจะเพิ่มขึ้นตามเส้นผ่านศูนย์กลางของสกรู ประมาณเท่ากับกำลังสองของเส้นผ่านศูนย์กลาง อย่างไรก็ตาม ปริมาณงานในทางปฏิบัติสูงสุดยังถูกจำกัดด้วยความสามารถในการหลอมเหลวของสกรู ความสามารถในการทำความเย็นของอุปกรณ์ปลายน้ำ และความเร็วสูงสุดของสายการผลิตของเครื่องคาเลนเดอร์และเครื่องหมุน เส้นผ่านศูนย์กลางของสกรูที่ใหญ่ขึ้นจะส่งผลให้ได้ผลผลิตที่สูงขึ้นก็ต่อเมื่อสายการผลิตทั้งหมดมีขนาดเพื่อรองรับปริมาณงานที่เพิ่มขึ้น
ความหนาแน่นของหลอมเหลวส่งผลต่อการคำนวณผลลัพธ์อย่างไร
เอาต์พุตเชิงปริมาตรที่คำนวณจากสมการกระแสลากจะต้องถูกแปลงเป็นเอาต์พุตมวลโดยใช้ความหนาแน่นหลอมเหลวของโพลีเมอร์ที่อุณหภูมิในการประมวลผล ความหนาแน่นหลอมเหลวต่ำกว่าความหนาแน่นของของแข็งเนื่องจากการขยายตัวทางความร้อน สำหรับ PP ความหนาแน่นหลอมละลายที่ 230 องศาเซลเซียสจะอยู่ที่ประมาณ 0.75 กรัม/ลูกบาศก์เซนติเมตร เทียบกับความหนาแน่นของของแข็งที่ 0.90 กรัม/ลูกบาศก์เซนติเมตร การใช้ความหนาแน่นของของแข็งแทนความหนาแน่นของของเหลวจะประเมินค่ามวลที่ส่งออกไปสูงประมาณ 20 เปอร์เซ็นต์ ค่าความหนาแน่นของหลอมเหลวที่แม่นยำที่อุณหภูมิการประมวลผลถือเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการคำนวณปริมาณงานที่ถูกต้อง
