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      防止機筒螺桿損壞的方法

    2. 發布日期:2016-06-23
    3. 摘要:

         隨著人們需求的增加,塑膠原料的種類的繁多,螺桿機筒的使用壽命越來越短,歸根結底:螺桿機筒被腐蝕和耐高溫樹脂損害是因為沒有選擇好合適的材質制作螺桿和機筒以及沒有建立好預防性的維護方案.

      圖1 常規4140HT鋼制成的進料螺桿,其表面的點腐蝕是因為加工高度腐蝕性聚合物造成的

        腐蝕性、磨蝕性和耐高溫的樹脂有可能在不知不覺中損害螺桿和機筒。例如,部分工程材料、熱塑性彈性體和生物高分子材料,有時會形成一種腐蝕性環境。另外,增強材料(如玻璃纖維、玻璃球等)、某些填料以及添加劑,都具有磨蝕性。
        為避免影響生產效率和產品質量,加工商必須密切監測這些材料可能會對設備造成的危害。為了保持較高的加工標準,建立一種預防性的維護方案(以下簡稱“PM方案”)非常必要。在需要的時候,應該對機筒螺桿進行檢查和測量,并將螺桿拉出來,重新進行安裝或更換,因為極小的磨損也會影響產品質量。

      保護設備免遭腐蝕性和磨蝕性樹脂的損害,最好的辦法是選擇合適的材料來制造螺桿和機筒。為應對腐蝕性、磨損性和耐高溫的熔體而制造耐耗損機筒和螺桿,其加工成本超過標準的聚烯烴用螺桿約3~4倍。這是因為耐耗損合金的價格比較昂貴,并且很難加工。但它們能提供更長的使用壽命,并且維修的間隔可以更長。

      耐耗損材料

        在加工過程中,當金屬受到能溶解氧化物涂層的酸性液體(或氣體)攻擊時,就會發生腐蝕性磨損,如機筒和螺桿表面的點腐蝕。腐蝕性很強的聚合物,包括產生鹽酸的聚氯乙烯、產生甲酸的縮醛以及產生氫氟酸的含氟聚合物,而其他腐蝕性熔體中,一般含有阻燃劑和發泡劑。復合鋼、氮化鋼或工具鋼制成的標準機筒,可以在很短的時間內被含氟聚合物嚴重損壞。
      通常,樹脂制造商會為改進加工設備提供一些建議。杜邦公司指出,當加工Teflon含氟聚合物時,擠出設備中所有接觸到該熔體的部件必須使用特殊的耐腐蝕材料制造,材料可以選用不受酸影響的鎳基合金。
      另外,杜邦公司還指出,加工含氟聚合物可以使用硬化鍍鎳板,但不建議使用鍍鉻機筒和螺桿,同時需注意,鍍鎳板中的小孔、缺口或裂紋會影響產品的性能。
      NatureWorks公司是Ingeo生物塑料的制造商,該公司建議對所有的加工設備使用不銹鋼,以盡量減少腐蝕。同時,該公司指出,PLA(聚乳酸)不應該在熔融溫度下,被長時間放在擠出機、高分子過濾器、傳輸線或擠出系統的其他部分中。

       

      圖2 如果機筒和螺桿的熱膨脹系數存在差異,就會產生咬合現象,這會對螺紋造成嚴重損害

        耐腐蝕材料具有比標準鋼更低的熱膨脹系數(CTE),這可能會在加工高溫樹脂(如含氟聚合物)的過程中產生麻煩。當機筒的熱膨脹系數與螺桿不同時,螺桿與機筒的間隙會發生變化,最終產生螺桿咬合和機筒損壞的問題。因此,保持螺桿和機筒的匹配很重要。螺桿和機筒的制造商可以在選配這些部件時,提供專業知識的建議。
        堅韌的增強材料和其他硬質顆粒對機筒和螺桿表面產生的磨損,可以通過使用堅硬的耐磨損合金和涂層來減輕。例如,用于機筒內襯和螺桿硬化表面的鎢合金可以提供極好的保護。
      碳含量會影響合金的硬度。對于螺桿,中碳熱處理鋼通常被用來作為底層,將其硬化表面與螺紋頂部焊接起來。
      螺桿常常用硬化鈷或鎳基焊件進行表面處理,也可以使用表面硬化或貫穿硬化的工具鋼制造。Colmonoy 56是一種鎳/鉻/硼合金,通常用于防止螺桿免遭輕度腐蝕性和輕度磨損樹脂的損傷。Colmonoy 83表面硬化可以提供更多的保護,但同時價格也更高。
        耐磨合金的雙金屬機筒內襯可在各種磨損情況下提供保護,并提供一系列的成本/性能選項,其中在耐腐蝕方面,性能最好的是用于注塑和擠塑的熱等靜壓機筒(以下簡稱“HIP機筒”)。甚至是含氟聚合物都對該類機筒沒有威脅。該類機筒上有一層富含鎳的硼合金保護層,同時在該保護層中,含有鉬以及硼化物和碳化物的基體。

       

      圖3 高度拋光的FTXC-4000雙金屬螺桿,帶有整體碳化鉻涂層

      據稱,當使用耐腐蝕螺桿時,HIP機筒大大減少了從機筒內腔中吸收的鐵粒子數量。當然,這種級別的保護需要更高的價格。只要機筒出料端用鉻/鎳/鐵合金(以下簡稱“Inconel”)澆鑄,并且換能器孔和凸緣的表面也用Inconel制造,就可以使用鎳/鉻合金和鎢制造機筒。同時,這些機筒的價格要比HIP機筒的價格低。
      預防性維護
        過度磨損會給加工商帶來很嚴重的損失。螺桿螺紋和機筒表面之間過多的間隙,會影響機器的性能、效率和能源消耗。在擠塑中,磨損的發生可能會使擠出量更低,因此需要更高的螺桿轉速和能源用量。同時,這也通常伴隨著更高的熔融溫度以及更多的質量問題。
      通過良好的PM計劃,對關鍵的螺桿/機筒間隙進行仔細檢測,可以確保最大化的加工擠出量,同時,也不會有非計劃的停機時間。當生產對質量要求很高的部件時,PM計劃變得更加重要,例如生產用于醫療器械的醫用導管和組件。
        檢測的過程是,將螺桿拉出并進行徹底清洗,同時趁熱檢查螺紋的外徑(OD)和機筒的內徑(ID)。螺桿和機筒表面上的塑料材料,可以用鋼絲刷和銅絲網去掉。精密磨損測量儀器可實現準確測量并易于使用,并且有各種規格和功能可供選擇。

      圖4 這根螺桿表面受到的嚴重侵蝕是由機筒和螺桿不匹配造成的

      首先,將機筒中的塑料清除,然后將一個電子孔徑計插入機筒,在每一個測量位置上讀取ID數據。螺桿的螺紋直徑和深度可以通過螺紋測微計進行測量,同時該數字型號的測試器提供液晶讀數,將數據記錄到計算機中。
      為了能夠預測螺桿或機筒將何時需要更換或修理,并把停機安排在一個有利的時間,需要進行定期測量。對尺寸為5.08cm的一對新的螺桿和機筒來說,推薦的間隙范圍為0.01016~0.01524cm。
        有一條經驗法則是,螺桿與機筒的合理間隙一般是尺寸的1/1000。當超過允許的最大間隙時,應重新組裝螺桿。相對于完全更換,維修服務能夠以更低的成本使磨損部件重新投入使用。另外,注塑機筒在磨損部分,可以重新更換襯套,而擠出機機筒通常是將整個襯套換掉,所以維修費用更加昂貴,從而不具有成本效益。
      一旦螺桿在某一點被磨損,熔體就會回到螺紋,導致螺桿和機筒的磨損進一步加快。嚴重的磨損會導致大量的樹脂被浪費,并使生產率降低。但是,通過定期的PM檢測,可以防止嚴重磨損的發生。最好的維護策略,就是使螺桿/機筒間隙一直保持在合理的范圍之內。

       
       

      標簽: 螺桿修復(19) 機筒螺桿(19)

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