Рішення про заміну зносу гвинтового барабана мають значну фінансову вагу для будь-якої операції екструзії листів, однак багато переробників покладаються на припущення, а не на вимірювання, коли визначають, чи закінчився термін служби шнека та барабана. Наслідки такого неправильного різання в обох напрямках: передчасна заміна шнека призводить до втрати капіталу, який можна було відкласти на місяці чи роки, тоді як робота зношеного шнека за функціональний ліміт погіршує вихідну потужність, збільшує питоме споживання енергії та створює аркуш із варіацією калібру, що створює брухт і скарги клієнтів. Зношення контакту гвинт-ствол неминуче — це результат стирання полімеру, ерозії частинок наповнювача та механічного контакту між обертовими гвинтами та нерухомою стінкою барабана. Те, що відрізняє добре керовані операції від решти, полягає в дисципліні вимірювання зносу через регулярні проміжки часу, аналізу даних і прийняття рішень про заміну на основі кількісних критеріїв, а не суб’єктивного судження. Ця вимірювальна дисципліна є наріжним каменем ефективності обслуговування екструзії листів і безпосередньо впливає як на якість продукції, так і на економіку виробництва.
Розуміння процесу зношування в інтерфейсі гвинт-циліндр
Знос не відбувається рівномірно по довжині шнека або стовбура. Малюнок залежить від типу полімеру, завантаження наповнювача, геометрії шнека та умов експлуатації. Розуміння того, де зосереджується знос, допомагає зосередити вимірювання на найбільш важливих зонах.
Секція подачі зазвичай демонструє найменший знос, оскільки полімер тут у твердій формі і ще не розм’якшився до точки агресивного стирання. Секції стиснення та дозування, де полімер повністю розплавлений і знаходиться під тиском, мають найвищий рівень зношування. У цих ділянках штовхальна поверхня шнека — поверхня, яка передає зусилля на розплав полімеру — зношується швидше, ніж задня поверхня через вищий контактний тиск.
Наповнені полімери різко прискорюють зношування. Скловолокно, мінеральні наповнювачі, карбонат кальцію і тальк діють як абразиви, які полірують як гвинтові муфти, так і поверхні стовбура. Під час роботи зі склонаповненим PP або мінеральним PVC швидкість зносу циліндрів шнека може бути в 3–5 разів вищою, ніж при обробці чистої смоли.
Методи вимірювання зазору від польоту до ствола
Найважливішим параметром при оцінці стану стовбура гвинта є радіальний зазор між зовнішнім діаметром гвинта та внутрішнім діаметром стовбура. Цей зазор визначає ефективність перекачування, витік розплаву через польоти та здатність створювати та підтримувати тиск розплаву.
Вимірювання починається з виймання гвинта зі стовбура та очищення від усіх залишків полімеру. Використовуючи зовнішній мікрометр, виміряйте зовнішній діаметр гвинта (OD) у визначених осьових положеннях уздовж довжини гвинта. Стандартною практикою є проведення вимірювань під час кожного польоту — або принаймні через кожні 100 мм уздовж гвинта — записуючи зовнішній вигляд польоту та кутове положення кожного вимірювання. Знос рідко буває ідеально симетричним; гвинт може бути зношений більше з одного боку, ніж з іншого, через контакт із стовбуром під дією сили тяжіння.
Внутрішній діаметр стовбура вимірюється за допомогою калібру або внутрішнього мікрометра у відповідних осьових положеннях. Три-чотири вимірювання з інтервалом 90 градусів у кожній позиції фіксують будь-яку овальність, яка розвинулась. Стовбур, який має абсолютно круглі розміри, коли він новий, може з часом отримати вимірну овальність, особливо в нижній частині отвору, де вага гвинта концентрує контактну силу.
Віднімання зовнішнього діаметра гвинта з внутрішнього діаметра стовбура в кожному осьовому положенні дає радіальний зазор. Порівняйте ці значення з оригінальною специфікацією виробника та максимально допустимим зазором. Як правило, більшість одношнекових екструдерів для виробництва листів працюють із новими зазорами 0,15–0,25 мм, і зазвичай рекомендується заміна, коли зазор досягає нового значення в 2–3 рази або коли продуктивність падає більш ніж на 10–15% нижче базової лінії за стандартних робочих умов.
Критерії заміни поза межами зазору
Вимірювання діаметра та зазору говорять лише частину історії. Кілька додаткових індикаторів інформують про рішення щодо заміни.
Зниження продуктивності є найбільш видимим індикатором. Коли набір гвинтових циліндрів більше не може досягати своєї номінальної продуктивності за стандартних параметрів швидкості шнека та температури, це означає, що знос досяг точки, коли потік витоку через льотки споживає значну частину потужності насоса. Документування продуктивності за стандартизованих умов під час кожного сеансу вимірювання створює дані тенденцій, які співвідносять прогресування зносу з впливом на виробництво.
Ще одним діагностичним сигналом є питома витрата енергії. У міру збільшення зазору екструдер повинен працювати більше, щоб перекачати той самий об’єм полімеру. Сила струму двигуна при заданій пропускній здатності збільшується в міру зношування. Екструдер споживає на 15-20% більше струму, ніж у новому — за тієї самої швидкості шнека та продуктивності — працює зі значно зниженою ефективністю.
Стан поверхні також має значення. Глибокі подряпини або жолобки на отворі стовбура вказують на те, що контакт гвинта спричиняє механічні пошкодження, що перевищують нормальне стирання. Поверхні з подряпинами прискорюють зношування гвинтів і утворюють частинки забруднення, які з’являються як дефекти готового листа.
Вибір матеріалу під час початкової покупки або заміни значно впливає на швидкість зносу та термін служби. The Матеріали стовбура гвинта азотовані та біметалічні варіанти стовбура, доступні від виробників, пропонують суттєво різні характеристики зносостійкості, з біметалевими вкладишами, що містять карбід вольфраму або нікелеві сплави, що забезпечує в 3-5 разів термін служби стандартної азотованої сталі в абразивних застосуваннях.
Коли замінювати гвинт, ствол або обидва
Рішення про заміну окремого гвинта, окремого стовбура або обох одночасно залежить від характеру зносу та відносного стану кожного компонента. Заміна нового гвинта в сильно зношеному стовбурі є марнотратною — нові гвинтові рейки швидко пристосуються до зношеного профілю стовбура, і очікуваний термін служби нового гвинта буде набагато коротшим, ніж його номінальний термін служби. Навпаки, встановлення нового вкладиша стовбура на сильно зношений гвинт зосереджує весь зазор у інтерфейсі польоту зі стовбуром, потенційно спричиняючи перешкоди та механічні пошкодження.
Найкраща практика полягає в тому, щоб оцінити обидва компоненти разом і замінити як комплект, коли будь-який компонент наближається до межі зносу. Якщо стовбур демонструє мінімальний знос, але термін служби гвинта закінчився, замінний гвинт можна встановити в наявний стовбур, але лише якщо вимірювання стовбура підтвердять, що діаметр стовбура залишається в межах нових специфікацій. The документація щодо зносу циліндрів гвинта машини повинна включати парні вимірювання для обох компонентів, що дозволяє групі технічного обслуговування приймати обґрунтовані рішення щодо заміни на основі загального стану, а не оцінки окремого компонента.
Зношування шнека та стовбура прогресує поступово, але експоненціально прискорюється після перевищення критичних зазорів, що робить періодичне вимірювання необхідним для планування заміни до того, як продуктивність і якість погіршаться. JWELL пропонує послуги вимірювання гвинтів і стовбурів, які документують зазор між стовбурами в стандартизованих осьових положеннях за допомогою калібрів і мікрометричних вимірювань, надаючи дані тенденцій, які дають змогу переробникам проектувати графіки заміни та планувати зміни гвинтів під час запланованих зупинок, а не в аварійних ситуаціях.
Часті запитання
Як часто слід вимірювати знос гвинта та стовбура?
Частота вимірювань залежить від абразивності матеріалів, що обробляються, і критичності застосування. Для акуратного екструзування листів смоли зазвичай достатньо вимірювання кожні півроку. Для наповнених або армованих склом полімерів бажано щоквартальне вимірювання. Нові установки мають отримати базові вимірювання під час введення в експлуатацію, а потім вимірювання з 3-місячними інтервалами протягом першого року, щоб визначити тенденцію зносу.
Який типовий термін служби шнека екструдера та стовбура?
Термін служби сильно залежить від полімеру, вмісту наповнювача та умов експлуатації. Набір гвинтів, що обробляє чистий лист PP або PE може прослужити 5-8 років у безперервній експлуатації. Цей же набір для обробки склонаповнених інженерних компаундів може потребувати заміни через 12-18 місяців. Біметалічні вкладиші стовбурів із загартованим гвинтовим покриттям можуть подовжити ці терміни в 2-3 рази в абразивних застосуваннях.
Чи можна замінити зношений ствол замість заміни?
Так, зношені стволи можна замінити за допомогою біметалічної втулки, запресованої в наявну оболонку ствола, або канал ствола можна відточити більшого розміру та оснастити його тонкостінним вкладишем. Заміна футеровки зазвичай коштує 40-60% вартості нового ствола та повертає канал ствола до початкових розмірів. Однак заміна футеровки не завжди можлива, якщо сам корпус стовбура зазнав пошкоджень або якщо вихідна товщина стінки стовбура не забезпечує достатньої міцності конструкції для процесу розточування та втулки.
Чи однаково впливає знос гвинтів на всі властивості листа?
Ні. Найбільш чутливі властивості залежать від тиску розплаву та однорідності температури. Варіація калібру, оздоблення поверхні та оптична прозорість прозорого листа є першими показниками якості, на які впливає знос гвинта. Механічні властивості, такі як міцність на розрив і ударостійкість, є менш чутливими, оскільки вони більше залежать від сорту полімеру та умов охолодження, ніж від стану гвинта, хоча вони також з часом погіршаться, оскільки однорідність розплаву погіршується.
