Ανάλυση της τεχνολογίας πλαστικής επεξεργασίας - στην μηχανική αρχή της χύτευσης εξώθησης

Μηχανική αρχή

Ο βασικός μηχανισμός εξώθησης είναι απλός - μια βίδα περιστρέφεται στο κύλινδρο και ωθεί το πλαστικό προς τα εμπρός. Η βίδα είναι στην πραγματικότητα μια λοξή ή κλίση που είναι τυλιγμένη γύρω από το κεντρικό στρώμα. Σκοπός του είναι να αυξήσει την πίεση προκειμένου να ξεπεραστεί η μεγάλη αντίσταση. Στην περίπτωση ενός εξωθητήρα, υπάρχουν τρεις τύποι αντίστασης που πρέπει να ξεπεραστούν: η τριβή των στερεών σωματιδίων (τροφοδοσίας) στο τοίχωμα του κυλίνδρου και η αμοιβαία τριβή μεταξύ των πηνίων πριν από την περιστροφή της βίδας (ζώνη τροφοδοσίας ) Προσκόλληση στον τοίχο του βαρελιού. Η εσωτερική αντίσταση της ροής του τήγματος καθώς ωθείται προς τα εμπρός.

Εάν ένα αντικείμενο δεν κινείται προς μια δεδομένη κατεύθυνση, η δύναμη στο αντικείμενο είναι ισορροπημένη προς αυτή την κατεύθυνση. Η βίδα δεν κινείται στην αξονική κατεύθυνση, αν και μπορεί να περιστρέφεται πλευρικά κοντά στην περιφέρεια. Επομένως, η αξονική δύναμη στη βίδα είναι ισορροπημένη και εάν εφαρμόζει μια μεγάλη προώθηση προς τα εμπρός στο πλαστικό τήγμα, εφαρμόζει επίσης μια ίδια ώθηση προς τα πίσω στο αντικείμενο. Εδώ, η ώθηση που εφαρμόζεται είναι το ρουλεμάν που ενεργεί στο ρουλεμάν που έφερε πίσω από τη θύρα τροφοδοσίας.

Οι περισσότερες μεμονωμένες βίδες είναι δεξιά σπειρώματα, όπως βίδες και μπουλόνια που χρησιμοποιούνται σε ξυλουργική και μηχανήματα. Αν κοιτάξουν από την πλάτη, περιστρέφονται προς την αντίθετη κατεύθυνση επειδή προσπαθούν να γυρίσουν το βαρέλι όσο το δυνατόν περισσότερο. Σε μερικούς εξωθητές διπλής βολής, οι δύο βίδες περιστρέφονται σε αντίθετες κατευθύνσεις σε δύο κυλίνδρους και διασχίζουν ο ένας τον άλλον, οπότε κάποιος πρέπει να είναι δεξιός και ο άλλος πρέπει να είναι αριστερός. Σε άλλες δίδυμες βίδες, οι δύο βίδες περιστρέφονται προς την ίδια κατεύθυνση και πρέπει να έχουν τον ίδιο προσανατολισμό. Ωστόσο, και στις δύο περιπτώσεις, υπάρχει μια ώθηση που απορροφά την προς τα πίσω δύναμη και εξακολουθεί να ισχύει η αρχή του Νεύτωνα.

2. Θερμική αρχή

Τα πλαστικά εξώθησης είναι θερμοπλαστικά - λιώνουν όταν θερμαίνονται και στερεοποιούνται ξανά κατά την ψύξη. Από πού προέρχεται η θερμότητα του λιωμένου πλαστικού; Η προθέρμανση τροφοδοσίας και οι θερμαντήρες βαρέλι/μήτρας μπορεί να λειτουργούν και είναι σημαντικές κατά την εκκίνηση, ωστόσο, η ενέργεια εισόδου κινητήρα - η τριβή του κινητήρα ενάντια στο ιξώδες τήγμα - η θερμότητα τριβής που παράγεται στο βαρέλι κατά τη στροφή της βίδας - είναι όλο το μεγαλύτερο μέρος Σημαντική πηγή θερμότητας για πλαστικά, εκτός από μικρά συστήματα, βίδες χαμηλής ταχύτητας, πλαστικά θερμοκρασίας υψηλής τήξης και εφαρμογές επικάλυψης εξώθησης.

Για όλες τις άλλες λειτουργίες, είναι σημαντικό να αναγνωρίσουμε ότι ο θερμαντήρας του βαρελιού δεν είναι η κύρια πηγή θερμότητας σε λειτουργία και επομένως η επίδραση στην εξώθηση είναι μικρότερη από ό, τι αναμενόταν (βλ. Αρχή 11). Η μετα-κυλίνδρος θερμοκρασία μπορεί να εξακολουθεί να είναι σημαντική επειδή επηρεάζει τον ρυθμό μεταφοράς στερεών στα δόντια ή στη ζωοτροφή. Οι θερμοκρασίες μήτρας και μούχλας θα πρέπει γενικά να είναι η επιθυμητή θερμοκρασία τήξης ή κοντά σε αυτή τη θερμοκρασία, εκτός εάν χρησιμοποιούνται για συγκεκριμένο σκοπό όπως η κατανομή των υαλοπινάκων, η κατανομή υγρών ή ο έλεγχος πίεσης.

3. Αρχή επιβράδυνσης

Στους περισσότερους εξωθητές, η μεταβολή της ταχύτητας βιδών επιτυγχάνεται ρυθμίζοντας την ταχύτητα του κινητήρα. Ο κινητήρας περιστρέφεται συνήθως με πλήρη ταχύτητα περίπου 1750 σ.α.λ., αλλά αυτό είναι πολύ γρήγορο για μια βίδα εξωθητήρα. Εάν περιστρέφεται με τόσο γρήγορη ταχύτητα, παράγεται υπερβολική θερμότητα τριβής και ο χρόνος παραμονής του πλαστικού είναι πολύ μικρός για να προετοιμάσει ένα ομοιόμορφο, καλά τεμαχισμένο τήγμα. Οι τυπικοί λόγοι επιβράδυνσης κυμαίνονται από 10: 1 έως 20: 1. Το πρώτο στάδιο μπορεί να είναι είτε ταχύτητα είτε τροχαλία, αλλά το δεύτερο στάδιο χρησιμοποιεί ταχύτητες και η βίδα τοποθετείται στο κέντρο της τελευταίας μεγάλης ταχύτητας.

Σε μερικές βραδείες μηχανές (όπως δίδυμα σκαλοπάτια για UPVC), μπορεί να υπάρχουν 3 στάδια επιβράδυνσης και η μέγιστη ταχύτητα μπορεί να είναι τόσο χαμηλή όσο 30 rpm ή χαμηλότερη (αναλογία έως 60: 1). Στο άλλο άκρο, μερικές πολύ μακρές δίδυμες σκάλες για αναταραχή μπορούν να τρέξουν στις 600 σ.α.λ. ή ταχύτερα, απαιτώντας έτσι πολύ χαμηλό ρυθμό επιβράδυνσης και πολύ βαθιά ψύξη.

Μερικές φορές ο ρυθμός επιβράδυνσης είναι ασταθής με την εργασία - θα υπάρξει υπερβολική ενέργεια για χρήση - και είναι δυνατόν να προστεθεί ένα μπλοκ τροχαλίας μεταξύ του κινητήρα και της πρώτης φάσης επιβράδυνσης που αλλάζει τη μέγιστη ταχύτητα. Αυτό είτε αυξάνει την ταχύτητα βιδών πάνω από το προηγούμενο όριο είτε μειώνει τη μέγιστη ταχύτητα για να επιτρέψει στο σύστημα να λειτουργεί με μεγαλύτερο ποσοστό μέγιστης ταχύτητας. Αυτό θα αυξήσει τη διαθέσιμη ενέργεια, θα μειώσει την ένταση και θα αποφύγει τα προβλήματα κινητήρα. Και στις δύο περιπτώσεις, η παραγωγή μπορεί να αυξηθεί ανάλογα με το υλικό και τις ανάγκες ψύξης.

4. Τροφή ως ψυκτικό

Η εξώθηση μεταφέρει την ενέργεια του κινητήρα, μερικές φορές τον θερμαντήρα, στο κρύο πλαστικό, μετατρέποντάς το από στερεό σε τήξη. Η τροφοδοσία εισόδου είναι πιο δροσερή από το βαρέλι και τις θερμοκρασίες επιφάνειας βιδών στη ζώνη τροφοδοσίας. Ωστόσο, η επιφάνεια του βαρελιού στη ζώνη τροφοδοσίας είναι σχεδόν πάντα πάνω από το εύρος τήξης του πλαστικού. Ψύχεται με επαφή με τα σωματίδια τροφοδοσίας, αλλά η θερμότητα διατηρείται από τη θερμότητα που μεταφέρεται πίσω στο ζεστό εμπρόσθιο άκρο και την ελεγχόμενη θέρμανση. Ακόμη και μετά την παροχή της τρέχουσας θερμότητας από την ιξώδη τριβής και δεν απαιτείται εισροή θερμότητας βαρέλι, μπορεί να απαιτείται ο θερμαντήρας μετά. Η πιο σημαντική εξαίρεση είναι η κασέτα τροφοδοσίας με σχισμές, η οποία είναι σχεδόν αποκλειστικά για HDPE.

Η επιφάνεια της ρίζας της βίδας ψύχεται επίσης από την τροφοδοσία και είναι μονωμένη από το τοίχωμα του βαρελιού από τα πλαστικά σωματίδια τροφοδοσίας (και τον αέρα μεταξύ των σωματιδίων). Εάν η βίδα σταματήσει ξαφνικά, η τροφοδοσία σταματά επίσης και καθώς η θερμότητα κινείται πίσω από το θερμότερο εμπρόσθιο άκρο, η επιφάνεια του κοχλία γίνεται θερμότερη στη ζώνη τροφοδοσίας. Αυτό μπορεί να προκαλέσει προσκόλληση ή γεφύρωση των σωματιδίων στις ρίζες.

5. Στην περιοχή τροφοδοσίας, κολλήστε στον κύλινδρο και γλιστρήστε πάνω στη βίδα

Προκειμένου να μεγιστοποιηθεί η ποσότητα των στερεών που μεταφέρονται στη ζώνη τροφοδοσίας ομαλής βαρελιού ενός εξωθητήρα βιδών, τα σωματίδια πρέπει να κολλήσουν στο βαρέλι και να γλιστρήσουν πάνω στη βίδα. Εάν τα σωματίδια κολλήσουν στη ρίζα της βίδας, τίποτα δεν τα τραβάει. Ο όγκος του περάσματος και η ποσότητα των στερεών μειώνονται. Ένας άλλος λόγος για την κακή προσκόλληση στις ρίζες είναι ότι το πλαστικό μπορεί να θερμαίνεται εδώ και να παράγει πηκτώματα και παρόμοια μολυσμένα σωματίδια ή να τηρεί διαλείπουσα και να σπάσει με αλλαγές στην ταχύτητα εξόδου.

Τα περισσότερα πλαστικά γλιστρούν φυσικά στις ρίζες επειδή είναι κρύα όταν εισέρχονται και η τριβή δεν θερμαίνει τις ρίζες τόσο ζεστές όσο οι τοίχοι. Ορισμένα υλικά είναι πιο πιθανό να προσκολληθούν από άλλα: εξαιρετικά πλαστικοποιημένα PVC, άμορφο κατοικίδιο ζώο και μερικά συμπολυμερή με βάση την πολυολεφίνη με συγκολλητικές ιδιότητες που επιθυμούν για τελική χρήση.

Για το βαρέλι, είναι απαραίτητο το πλαστικό να προσκολληθεί εδώ, έτσι ώστε να αποξένωσε και να ωθείται προς τα εμπρός από το βιδωτό νήμα. Θα πρέπει να υπάρχει ένας υψηλός συντελεστής τριβής μεταξύ των κόκκων και του βαρέλι και ο συντελεστής τριβής επηρεάζεται με τη σειρά του έντονα από τη θερμοκρασία του πίσω βαρελιού. Εάν τα σωματίδια δεν κολλήσουν, απλά περιστρέφονται στη θέση τους χωρίς να προχωρούν προς τα εμπρός - γι 'αυτό η ομαλή σίτιση δεν είναι καλή.

Η τριβή της επιφάνειας δεν είναι ο μόνος παράγοντας που επηρεάζει την τροφοδοσία. Πολλά σωματίδια δεν αγγίζουν ποτέ το βαρέλι ή τη ρίζα της βίδας, οπότε πρέπει να υπάρχουν δεσμοί τριβής και μηχανικών και ιξώδους μέσα στα σωματίδια.

Ένας αυλακωμένος κύλινδρος είναι μια ειδική περίπτωση. Το κατώτατο σημείο βρίσκεται στη ζώνη τροφοδοσίας και η ζώνη τροφοδοσίας είναι θερμικά μονωμένη από το υπόλοιπο βαρέλι και είναι βαθιά νερό ψύχεται. Το νήμα σπρώχνει τα σωματίδια στο αυλάκι και δημιουργεί μια πολύ υψηλή πίεση σε σχετικά μικρή απόσταση. Αυτό αυξάνει την ανοχή του δαγκώματος της χαμηλότερης εξόδου της ίδιας βίδας στην ίδια έξοδο, έτσι ώστε η θερμότητα τριβής που παράγεται στο μπροστινό μέρος να μειώνεται και η θερμοκρασία τήγματος να είναι χαμηλότερη. Αυτό μπορεί να σημαίνει ταχύτερη παραγωγή σε γραμμές ταινιών που έχουν περιοριστεί από την ψύξη. Η δεξαμενή είναι ιδιαίτερα κατάλληλη για το HDPE, το οποίο είναι το ομαλό κοινό πλαστικό εκτός από τα φθοριωμένα πλαστικά.

6. Το πιο ακριβό υλικό

Σε ορισμένες περιπτώσεις, το κόστος των υλικών μπορεί να αντιπροσωπεύει το 80% του κόστους της παραγωγής-more από όλους τους άλλους παράγοντες-εκτός από τα προϊόντα που είναι ιδιαίτερα σημαντικά στην ποιότητα και τη συσκευασία, όπως οι ιατρικοί καθετήρες. Αυτή η αρχή οδηγεί φυσικά σε δύο συμπεράσματα: οι επεξεργαστές θα πρέπει να επαναχρησιμοποιούν τα θραύσματα και τα θραύσματα όσο το δυνατόν περισσότερο στη θέση των πρώτων υλών και να τηρούν αυστηρά τις ανοχές όσο το δυνατόν περισσότερο για να αποφευχθούν οι αποκλίσεις από το πάχος στόχου και τα προβλήματα προϊόντων.

7. Το ενεργειακό κόστος είναι σχετικά ασήμαντο

Αν και η ελκυστικότητα και τα πραγματικά προβλήματα ενός εργοστασίου βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο με το αυξανόμενο ενεργειακό κόστος, η ενέργεια που απαιτείται για την εκτέλεση ενός εξωθητήρα εξακολουθεί να είναι ένα μικρό κλάσμα του συνολικού κόστους παραγωγής. Αυτό συμβαίνει πάντα επειδή το κόστος των υλικών είναι πολύ υψηλό και ο εξωθητής είναι ένα αποτελεσματικό σύστημα. Εάν εισαχθεί υπερβολική ενέργεια, το πλαστικό θα γίνει γρήγορα τόσο ζεστό ώστε να μην μπορεί να επεξεργαστεί σωστά.

8. Η πίεση στο τέλος της βίδας είναι πολύ σημαντική

Αυτή η πίεση αντικατοπτρίζει την αντίσταση όλων των αντικειμένων κατάντη της βίδας: την οθόνη του φίλτρου και τη μολυσμένη πλάκα τεμαχισμού, τον σωλήνα μεταφοράς προσαρμογέα, τον σταθερό αναδευτήρα (εάν υπάρχει) και το ίδιο το καλούπι. Εξαρτάται όχι μόνο από τη γεωμετρία αυτών των εξαρτημάτων αλλά και από τη θερμοκρασία στο σύστημα, η οποία με τη σειρά του επηρεάζει το ιξώδες της ρητίνης και τη διακίνηση. Δεν εξαρτάται από το σχέδιο βιδών, εκτός από το πότε επηρεάζει τη θερμοκρασία, το ιξώδες και την απόδοση. Για λόγους ασφαλείας, η μέτρηση της θερμοκρασίας είναι σημαντική - εάν είναι πολύ υψηλή, η μήτρα και η μούχλα μπορούν να εκραγούν και να βλάψουν τους κοντινούς ανθρώπους ή μηχανήματα.

Η πίεση είναι επωφελής για την ανάδευση, ειδικά στην τελευταία ζώνη του συστήματος ενός βιδωτού (ζώνη μέτρησης). Ωστόσο, η υψηλή πίεση σημαίνει επίσης ότι ο κινητήρας πρέπει να εξάγει περισσότερη ενέργεια - και έτσι η θερμοκρασία τήγματος είναι υψηλότερη - η οποία μπορεί να υπαγορεύσει το όριο πίεσης. Σε μια δίδυμη βίδα, η δέσμευση των δύο βιδών μεταξύ τους είναι ένας πιο αποτελεσματικός αναδευτήρας, επομένως δεν απαιτείται πίεση για το σκοπό αυτό.

Στην κατασκευή κοίλων εξαρτημάτων, όπως σωλήνες που κατασκευάζονται από καλούπια αράχνης με επίκεντρο την αράχνη χρησιμοποιώντας αγκύλες, πρέπει να δημιουργηθεί η υψηλή πίεση μέσα στο καλούπι για να βοηθήσει στον ανασυνδυασμό των ξεχωριστών ρευμάτων. Διαφορετικά, το προϊόν κατά μήκος της γραμμής συγκόλλησης μπορεί να είναι αδύναμο και τα προβλήματα μπορεί να προκύψουν κατά τη χρήση.

9. Έξοδος = Μετατόπιση της τελευταίας ροής και διαρροής πίεσης / -

Η μετατόπιση του τελευταίου νήματος ονομάζεται θετική ροή και εξαρτάται μόνο από τη γεωμετρία της βίδας, την ταχύτητα της βίδας και την πυκνότητα τήγματος. Ρυθμίζεται από το ρεύμα πίεσης και περιλαμβάνει στην πραγματικότητα ένα αποτέλεσμα οπισθέλκουσας που μειώνει την έξοδο (που υποδεικνύεται από την υψηλότερη πίεση) και οποιοδήποτε φαινόμενο υπερπλήρωσης στην τροφοδοσία που αυξάνει την έξοδο. Η διαρροή στο νήμα μπορεί να είναι σε μία από τις δύο κατευθύνσεις.

Είναι επίσης χρήσιμο να υπολογίσετε την έξοδο ανά rpm (περιστροφή), καθώς αυτό αντιπροσωπεύει οποιαδήποτε πτώση στην ικανότητα άντλησης της βίδας κάθε φορά. Ένας άλλος σχετικός υπολογισμός είναι η έξοδος ανά ιπποδύναμη ή το κιλοβάτ που χρησιμοποιείται. Αυτό αντιπροσωπεύει την αποτελεσματικότητα και είναι σε θέση να εκτιμήσει την παραγωγική ικανότητα ενός δεδομένου κινητήρα και κίνησης.

10. Ο ρυθμός διάτμησης παίζει σημαντικό ρόλο στο ιξώδες

Όλα τα κοινά πλαστικά έχουν ιδιότητες μείωσης της διάτμησης, πράγμα που σημαίνει ότι το ιξώδες γίνεται χαμηλότερο καθώς το πλαστικό κινείται γρηγορότερα και ταχύτερα. Αυτή η επίδραση ορισμένων πλαστικών είναι ιδιαίτερα αισθητή. Για παράδειγμα, ορισμένα PVCs αυξάνουν τον ρυθμό ροής κατά 10 ή περισσότερο όταν διπλασιαστεί η ώθηση. Αντίθετα, η δύναμη διάτμησης LLDPE δεν μειώνεται πάρα πολύ και ο ρυθμός ροής αυξάνεται μόνο κατά 3 έως 4 φορές όταν διπλασιάζεται η συλλογιστική. Η μειωμένη επίδραση μείωσης της διάτμησης σημαίνει υψηλό ιξώδες υπό συνθήκες εξώθησης, πράγμα που με τη σειρά του σημαίνει ότι απαιτείται περισσότερη ισχύς κινητήρα. Αυτό μπορεί να εξηγήσει γιατί το LLDPE λειτουργεί σε υψηλότερη θερμοκρασία από το LDPE. Ο ρυθμός ροής εκφράζεται σε ρυθμό διάτμησης, περίπου 100 s-1 στο κανάλι βιδών, μεταξύ 100 και 100 s-1 στα περισσότερα προφίλ μήτρας και μεγαλύτερη από 100 s-1 στο χάσμα μεταξύ των νημάτων και του τοίχου και μερικών μικρών Die Gaps. Ο συντελεστής τήξης είναι ένα συνήθως χρησιμοποιούμενο μέτρο ιξώδους αλλά αντιστρέφεται (π.χ. ροή/ώθηση παρά ώθηση/ροή). Δυστυχώς, η μέτρηση δεν αποτελεί πραγματική μέτρηση σε έναν εξωθητήρα με ρυθμό διάτμησης 10 S-1 ή λιγότερο και έναν πολύ γρήγορο ρυθμό ροής τήξης.

11. Ο κινητήρας είναι απέναντι από τον κύλινδρο και ο κύλινδρος είναι αντίθετος με τον κινητήρα.

Γιατί το αποτέλεσμα ελέγχου του κυλίνδρου δεν είναι πάντα το ίδιο όπως αναμενόταν, ειδικά στην περιοχή μέτρησης; Εάν ο κύλινδρος θερμαίνεται, ο κύλινδρος