Советы и методы
Износ винта (шнека):
Понимание причин, воздействия и решения
Как же выяснить, что случилось с Вашим винтом (шнеком) и что с этим делать.
Износ ходового винта и ствола – это серьезный вопрос для обслуживания и инженерных отделов, как в экструзии, так и в литье под давлением, и это обосновано.
Износ ходового винта и ствола – это серьезный вопрос для обслуживания и инженерных отделов, как в экструзии, так и в литье под давлением, и это обосновано. Чрезмерный износ в данном пластифицирующем блоке представляет собой длительный перечень из проблем неоднородной выработки ( производительности), которые напрямую влияют на стоимость и общее качество производимой продукции. В статье, появившейся в Plastics Technology за февралья 2018 года на вопрос: «Что ваш экструдер пытается рассказать вам?», авторы Вэс Хобсон и Майк Рутковски из компании The Dow Chemical Company продемонстрировали потребность в базовых данных и мониторинге износа, чтобы избежать чрезмерной потери производительности.
Изображение 1 Чрезмерный износ винта, преимущественно на отправочной стороне пластин, влечет за собой сильное измельчение свариваемой вставки твердой поверхности.
Хобсон и Рутковски проделали большую работу, демонстрируя как диагностировать избыточный износ ходового винта посредством контроля качества и проблем производительности. Теперь, когда у нас есть представление о том, что экструдеры «рассказывают нам», с точки зрения процессинга, и следующий шаг — исследовать, что происходит с винтом и что можно с этим сделать. В этой статье мы рассмотрим, как износ ходового винта влияет на снижение качества и экономической эффективности ремонта в сравнении с заменой изношенного оборудования.
ТИПИЧНЫЙ ИЗНОС ХОДОВОГО ВИНТА (шнека)
Износ ходового винта в экструзии и литье под давлением может быть схожим: в большинстве случаев износ происходит в областях с высоким давлением, в частности, в переходном участке и в последних нескольких витках. Технологи и поставщики обычно теоретизируют, что износ в этих областях обусловлен контактом металла с металлом между ставом OD и идентификатором гильзы из-за сгибания винта при высоких давлениях. Эта теория маловероятна, поскольку внутреннее давление, как правило, одинаково по всей длине винта.
Большая часть износа происходит в районах с высоким давлением, в частности переходном участке и последние нескольких витках.
Перепад давления необходим для создания давления в определенной зоне, а не для общего высокого давления расплава во всем шнеке. Контакт металла с металлом-может произойти, но это результат механических состояний и является симптомом потенциально больших проблем: отклонение от оси, повреждение редуктора, изогнутый винт, изогнутый цилиндр, неправильная установка на поверхности, и т. д. Абразивное тестирование, проведенное во многих отраслях, показывает, что повышенное давление и температура приводят к увеличению трения. Поскольку участок перехода и последние несколько витков измерительной секции как правило, испытывают самые высокие давления и температуры, мы можем предсказать, что именно здесь происходит основная часть износа OD. Это верно эмпирически после осмотра и восстановления тысяч винтов.
Как и при потере витка OD, износ основания обычно наиболее тяжелый в этих районах высокого давления. Износ сильнее проявляется на лицевой (фронтальной) стороне витка, чем на задней стороне. Степень износа основания сильно подвержена воздействию обработанных смолы или смол. При обработке абразивных наполнителей, таких как стекловолокно или карбонат кальция, можно увидеть сильный износ в секции подачи, из-за давления, выработанного передней стороной витка, с ограниченной смазкой обеспечиваемой нерасплавленными гранулами. Количество присутствующего наполнителя и форма частиц сильно влияют на интенсивность износа. Больше частицы с более острыми углами имеют тенденцию носить больший износ, чем меньшие круглые частицы. К сожалению, желаемые физические свойства формованной детали определяют, какой наполнитель использовать. Поскольку износ более типичен для наполнителей, то их следует добавлять ниже по потоку, где полимер уже расплавлен, чтобы обеспечить лучшую смазку.
Смесевые секции и барьерные витки также имеют тенденцию к износу, поскольку их функция требует, чтобы расплав тек точно по геометрии их витка. Дисперсионно-смешанные конструкции включают в себя некоторую форму геометрии «подрез»а, которая обеспечивает подачу расплава сильным сдвиговым усилиям для повышения изотермического расплава и равномерного цвета (те общей гомогенизации расплава). По мере того как изнашивается смесевая конструкция, происходит потеря адекватной дисперсии. Подобно диспергирующим смесям, барьерные витки выбиты, чтобы отделить рабочую зону расплава (между витками) от сплошного слоя (непосредственно на витках). По мере износа специальных участков смешивания — барьерные конструкции могут потерять плавность подачи и эффективность смешивания.
ПРОБЛЕМЫ С ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬЮ
Износ винта — это, как правило, медленный процесс, который может остаться незамеченным до тех пор, пока производительность значительно не уменьшиться. Малый износ будет слабо влиять на общую производительность, так как параметры машины можно настроить для поддержания производительности. Когда радиальный зазор между винтами и стенкой ствола увеличивается, падения давления и правильных проход расплава через витки неизбежен. Оператор обычно видит снижение пропускной способности и повышение температуры расплава, что приводит к увеличению оборотов и потреблению энергии для поддержания желаемой скорости. При увеличении радиального зазора винт не может выработать необходимое давление подачи для поддержания необходимого выхода продукции.
Очевидно, что величина радиального зазора является ключевой переменной при расчетах утечки. Обычное «эмпирическое правило» рассматривает зазор витка в четыре раза выше первоначального допуска, который является точкой отсечки для замены винтов, но важно учитывать текучесть полимера. Полимер с более высокой вязкостью обеспечит меньшую потерю мощности, чем полимеры с более низкой вязкостью с одинаковым радиальным зазором. Эти эмпирические правила следует рассматривать только в качестве методических рекомендаций.
Чтобы лучше спрогнозировать влияние диаметрального износа, вы можете рассчитать расход утечки, учитывая общий зазор, ширину витка, прочность, давление напора, вязкость и плотность расплава. Эти вычисления могут стать довольно громоздкими при попытке точно спрогнозировать пропускную способность; но также могут быть получены достаточно точные оценки, которые предскажут потенциальную потерю скорости. Чтобы помочь технологам и отделам технического обслуживания предсказать эту потерю производительности, автор разработал калькулятор потери скорости, который оценивает потенциальную потерю скорости из-за износа винта. Этот инструмент помогает концептуализировать тяжесть износа и помогает командам разрабатывать план замены или ремонта винтов.
Важно следить за изнашиванием винта до того, как вероятность поломки и потребление энергии стремительно повыситься.
Этот инструмент использовался для генерации результатов, показанных в таблицах 1 и 2, которые показывают предполагаемую потерю скорости для PP и PE при тех же условиях. Обратите внимание, что более вязкий PE дает меньше потерь в скорости, чем PP. При обработке других чувствительных к изменению конструкции полимеров, таких как ПВХ и ПК, минимальный износ может отрицательно сказаться на качестве из-за повышения температуры расплава от чрезмерного износа.
По мере того, как полимер течет над витками, материал испытывает чрезмерные скорости перемещения. Это повышает температуру расплава, что усугубляется более высокими оборотами, необходимыми для поддержания производительности, как отмечалось ранее. Более высокие температуры расплава могут привести к серьезным проблемам с качеством, поскольку при этих чрезмерных температурах значительно снижаются физические свойства формованных деталей. При обработке аморфных полимеров эти сильные сдвиговые силы могут легко сжигать и деградировать экструдат.
Основной износ обычно создает карманы и участки для материала, для приостановки и плавления. Это выглядит как черные включения в формованных деталях. Постепенное ухудшение свойств материала может стать серьезной проблемой при обработке полимеров, таких как жесткий ПВХ. ПВХ имеет тенденцию к образованию соляной кислоты при повышенных температурах, что приводит к чрезмерному коррозионному износу оборудования. В экстремальных случаях износа основные стороны витков могут быть размыты, оставляя небольшой субстрат для поддержки сварного вкладыша с твердым покрытием, как видно на изображении 1.
Без поддержки хрупкий материал наплавки твёрдым сплавом легко обрывается, оставляя грубые края, уменьшенную ширину витка, загрязненный экструдат и потенциальное повреждение нижестоящих компонентов.
Изображение 2 Шнек номер 56 покрытие поверхности более твёрдым металлом, нанесенным на став OD после повторной сварки во время процесса восстановления винтов.
Изображение 5: Винт OD является окончательным основанием для первоначальных допусков OEM после процедуры покрытия поверхности более твёрдым металлом
ЗАМЕНА ИЛИ ПЕРЕСТРОЙКА?
Как соглашаются многие технологи, время простоя является врагом успешного производства. Многие экструзионные и литьевые установки редко, если вообще когда-либо, останавливают машины для записи износа. Тесные графики производства и осложнения, связанные с техническим обслуживанием, могут заставить компании выжимать максимум с существующего оборудования. Клише: «Не трогай, пока работает», приходит на ум.
Проблема в том, что эти варианты могут поставить технолога в ситуацию, когда износ винта уже нельзя игнорировать. Помните: винтовой износ — это постепенный процесс, который может остаться незамеченным до тех пор, пока не появятся спайки, потребление энергии и, в крайних случаях, катастрофические неудовлетворительные результаты работы. Чтобы сэкономить время простоя и затраты, связанные с покупкой и установкой нового оборудования, многие технологи тратят целое состояние на скрытие затрат на увеличение потребления энергии и материальных отходов. Когда
винт окончательно вытягивается для осмотра, он не может быть спасен, что приводит к увеличению времени простоя в ожидании нового оборудования.
Калькулятор оценивает потерю скорости из-за винта
Общая износостойкость: 0,016 дюйма
(Средняя радиальная бочкообразная гильза + средний радиальный шнек)
Номинальный винт OD: 3,5 дюйма
Ширина витка: 0,3125 дюйма
Винт: Обычно равный номинальный винтовой OD не включает запятые 3,5 дюйма
Давление в головке: 2000 фунтов на квадратный дюйм
Материал: Полипропилен
Индекс расплава: от поставщика материалов 26 г / 10 мин
Испытательная нагрузка расплава: 2,16 кг
Плотность расплава материала: От поставщика материалов от поставщика материалов
0,7 г / куб.См
Оценочная потеря скорости: 21,22 фунта / час
Общая износостойкость: 0,016 дюйма (Средняя радиальная бочкообразная гильза + средний радиальный шнек)
Номинальный винт OD: 3,5 дюйма
Ширина витка: 0,3125 дюйма
Винт: Обычно равный номинальный винтовой OD не включает запятые 3,5 дюйма
Давление в головке: 2000 фунтов на квадратный дюйм
Материал: Полипропилен
Индекс расплава: от поставщика материалов 20 г / 10 мин
Испытательная нагрузка расплава: 2,16 кг
Плотность расплава материала: От поставщика материалов от поставщика материалов
0,7 г / куб.См
Оценочная потеря скорости: 16.323 фунта / час
Благодаря базовым данным, процедурам контроля износа и пониманию того, что происходит с винтовыми, техническими и техническими отделами, можно значительно сократить время простоя и увеличить их прибыль. Замена высокопроизводительных питающих шнеков может быть дорогостоящей, но опытный производитель шнеков может привести изношенные шнеки в новое состояние за небольшую стоимость за меньшее время. Когда вы хотите восстановить изношенный винт, задайте себе следующие вопросы:
1. Насколько серьезен общий износ?
2. Каковы характеристики износа?
3. Может ли текущий дизайн винта быть значительно улучшен?
4. Можно ли улучшить обработку поверхности?
Если при тщательном мониторинге износ игнорируется, износ ШНЕКА может быть настолько экстремальным, что его трудно или даже невозможно надежно отремонтировать. Как правило, стоимость восстановления шнека зависит от тяжести износа и объема требуемой работы. Опытный производитель шнеков может привести изношенное оборудование и производственное состояние, чтобы определить, стоит ли разрабатывать текущий проект. В некоторых случаях новый, оптимизированный шнек может значительно повысить общую рентабельность. Часто изнашиваемый винт можно даже отрезать, улучшив производительность, вместо того, чтобы ломать старый винт. Для улучшения абразивной и коррозионной износостойкости можно улучшить наплавку и обработку поверхности, чтобы увеличить общий срок службы винта.
Многие авторитетные поставщики винтов заявляют, что шнек можно восстанавливать только три-четыре раза. Размер винта и ряд факторов, которые влияют на тяжесть износа, могут сильно повлиять на срок службы винта, но опытному производителю винтов нередко приходится перестраивать винт еще много раз. Благодаря высококачественной сварке, тщательному рассмотрению металлургических аспектов производства винтов и правильному ремонту рабочего профиля, автор увидел, что винты перестраиваются до шести-восьми раз.
После того, как винт обрабатывается до равномерного диаметра витков, витки должны быть снова скомпонованы для использования сплавов на твердой плавке с более высокой твердостью, которые обеспечивают максимальную износостойкость (рис.2). После наплавки винт OD должен быть обработан до первоначальных допусков (рис.3). Оставшийся нависающий сварной шов должен быть профильным, чтобы обеспечить минимальные потери в витке. Во многих случаях плохая практика снижает эффективную ширину витка во время этого процесса, потенциально влияя на производительность винтов и усложняя потенциал будущего восстановления. Чтобы облегчить эти осложнения, некоторые производители винтов предпочитают уменьшать ширину сварного шва. Когда эти винты заземлены до первоначальных допусков, сварная жесткая поверхность не охватывает полную ширину поверхности. Это отрицательно влияет на характеристики износа благодаря воздействию более мягкого базового материала.
РАЗРАБОТАТЬ ПЛАН
Благодаря надлежащим базовым данным и процедурам контроля износа, а также пониманию того, что происходит с винтовыми, техническими и инженерными отделами, можно разработать качественную программу технического обслуживания, чтобы значительно сократить время простоя и повысить рентабельность. Важно следить за изнашиванием винта до того, как вероятность поломки и потребление энергии вырастут в проблему. Не слишком быстро выбрасывайте изношенное оборудование. Консультация с опытным производителем шнеков о возможности восстановления поможет не только сократить время простоя, но и затраты на восстановление, и, как правило, составляют часть стоимости нового шнека. Хорошие методы восстановления должны позволять сохранять шнеки , что позволит значительно сократить расходы на техническое обслуживание. Успешная
плановая программа технического обслуживания, основанная на базовых данных, мониторинге износа и базовое понимание износа шнеков намного лучше, чем срочное техническое обслуживание.
ОБ АВТОРЕ: Стивен Сёрли (Stephen Surley) — инженер по продажам в Техасе
R. Dray Mfg. Inc., был нанят президентом компании и известным дизайнером Винном Робертом Дрейем. Сёрли провел большую часть своего времени, работая в тесном контакте с клиентами как в области литья под давлением, так и в экструзии, для разработки специальных решений для улучшения качества и эффективности формования.