압출기 스크류 설계: 유형, 형상 및 성능

압출기 나사란 무엇이며, 그 설계는 무엇을 달성해야 합니까?

압출기 스크류는 배럴 내부에서 회전하는 가공 부품입니다. 열가소성 압출에서는 공급원료를 운반하고, 용융 및 혼합을 지원하며, 재료를 다운스트림 툴링으로 전달합니다. 에이스크류 압출기기계인가;나사 압출과정이다. 나사 부품을 구입한다고 해서 기계의 구동, 가열, 냉각 또는 제어 장치가 대체되는 것은 아닙니다.

격리된 출력 번호보다는 원하는 용융물과 제품을 정의하는 것부터 시작하세요. 유용한 목표는 허용 가능한 재료 균일성, 제품 품질, 처리량 범위 및 작동 한계를 지정합니다. 또한 해당 작업이 미리 혼합된 펠렛을 녹이는 것인지, 성분을 혼합하는 것인지, 분쇄물을 처리하는 것인지, 휘발성 물질을 제거하는 것인지 명시해야 합니다.

기존 기계 변경과 새로운 설계 분리

새로운 기계는 스크류, 배럴, 드라이브 및 공급 시스템을 더욱 자유롭게 조정할 수 있게 해줍니다. 교체품은 설치된 봉투 내에서 작동해야 합니다. 다른 프로파일이 필요한지 결정하기 전에 현재 나사 및 배럴 상태를 기록하십시오. 마모된 부품을 교체하는 것과 부적합한 부품을 재설계하는 것은 서로 다른 엔지니어링 작업입니다.

EJS 용품압출 피드 나사단일 및 이중 나사 응용 분야용. 시작 개요에서는 구성 요소가 어떤 아키텍처 및 처리 임무를 수행해야 하는지 식별해야 합니다.

압출 스크류 유형: 구조와 기능을 별도로 분류

"단일 나사", "배리어 나사" 및 "혼합 나사"는 설계의 다양한 측면을 설명합니다. 세 가지가 상호 배타적인 선택이 아닙니다. 단일 압출 스크류에는 장벽 용융 섹션과 다운스트림 믹서가 모두 포함될 수 있습니다.

싱글과 트윈은 나사 수를 나타냅니다.

이중 나사의 경우 동회전 또는 역회전, 맞물림 또는 비맞물림, 평행 또는 원추형 형상도 설정합니다. "평행"만으로는 공동 회전을 의미하지 않습니다. EJS 목록단일 스크류 배럴그리고평행한 쌍둥이 나사 배럴갈라져; 제품 범주는 전체 사양이 아니라 사양의 시작입니다.

비행 횟수와 모듈식 구성에는 고유한 설명이 필요합니다.

단일 플라이트 나사에는 하나의 나선형 시작이 있습니다. 이는 단순히 단일 스크류 압출기의 또 다른 이름이 아닙니다. 마찬가지로, 이중 나사도 모두 모듈식은 아닙니다. 모듈식 설계에서는 운반 및 혼합 요소가 호환 가능한 샤프트에 조립됩니다. 일체형 설계에서는 작업 프로파일이 나사 본체로 제작됩니다.

압출기 스크류 형상: 치수, 플라이트 및 설계 특징

나사 도면은 각 치수가 적용되는 위치를 정의해야 합니다. 전체 길이, 작업 길이, 배럴 내부 길이는 서로 다른 경계를 나타낼 수 있습니다. 공칭 직경, 로컬 플라이트 직경 및 루트 직경에 대해서도 동일한 주의가 필요합니다.

그만큼Dynisco 압출 프로세서 핸드북, 섹션 4나사 치수와 기존 단일 나사 형상을 보여줍니다. 채널이 깊을수록 더 많은 기하학적 부피를 제공하지만 사용 가능한 출력은 충전, 용융 및 압력 구동 역류에 따라 달라집니다. 얕은 채널은 채널 볼륨을 줄이면서 전단 및 펌핑 동작을 변경합니다. 채널 깊이를 변경할 때 이러한 효과를 함께 검토하십시오.

깊이 비율은 가정에 대해서만 유용합니다.

비슷한 피치와 채널 폭을 가진 단순한 기존 스크류의 경우 이송 깊이를 측정 깊이로 나눈 것이 기하학적 압축비에 대한 일반적인 근사치입니다. 예시적인 도면 계산으로 루트 직경이 48mm와 56mm인 D = 60mm는 각각 6mm와 2mm의 깊이를 제공합니다. 깊이 비율은 3:1입니다.

이 계산은 3:1 압력 상승을 예측하거나, 완전한 용융을 증명하거나, 장벽 또는 가변 피치 프로파일의 압축을 정의하지 않습니다. 공급자가 어떤 기하학적 정의를 사용했는지 물어보십시오. 자세한 내용을 확인하세요압출 스크류 압축비 가이드편리한 깊이 비율과 전체 채널 볼륨 비교를 구별합니다.

공급, 용해 및 계량이 함께 작동하는 방식

친숙한 3개 구역 모델은 기존의 가소화 단일 나사를 설명합니다. 이는 공정 기능에 대한 유용한 설명이지만 모든 압출 나사에 3개의 고정된 동일한 길이 섹션이 있어야 한다는 요구 사항은 아닙니다.

실제로 전달된 재료부터 공급이 시작됩니다.

펠릿, 분말, 플레이크 및 불규칙한 재분쇄물은 동일한 공급 조건을 나타내지 않습니다. 부피 밀도, 입자 일관성, 브리징 및 피드 스로트 모두 주의를 기울여야 합니다. 하류 프로파일 변경은 통제되지 않은 상류 재료 공급을 안정적으로 보상할 수 없습니다.

배럴 온도는 용융 온도 측정이 아닙니다.

배럴 열 전달과 기계적 작업은 모두 재료의 열 이력에 영향을 미칩니다. 이들의 기여도는 작동 조건에 따라 변경됩니다. 설계를 비교할 때 적절한 용융 온도 측정과 그 위치를 사용하십시오. 히터 설정점만 일치한다고 해서 용융 조건이 일치하는 것은 아닙니다.

압력과 출력은 전체 흐름 경로에 속합니다.

나사는 스크린, 어댑터, 다이 및 기타 다운스트림 장비의 저항에 대해 작동합니다. 저출력 진단시 설치된 배치를 기록해 둔다. 깨끗한 스크린 팩과 개방형 툴링으로 얻은 결과는 더 제한적인 라인에 대한 예상 생산 속도로 제시되어서는 안 됩니다.

배리어, 혼합 및 환기 섹션은 다양한 작업을 해결합니다.

기능 섹션에는 명시된 작업과 해당 작업이 완료되었는지 확인하는 방법이 필요합니다. "더 나은 혼합"은 무엇을 배포 또는 분산해야 하는지, 그리고 어떤 제품 측정이 개선을 보여줄 것인지 간략하게 명시하지 않는 한 불완전합니다.

혼합 장치는 분배 작업과 분산 작업을 모두 수행할 수 있습니다. 저울은 기하학적 구조와 작동 조건에 따라 달라집니다. 디자인 이름만으로는 성능을 평가하기에는 부족합니다. 추가적인 제한으로 인해 용융 온도, 압력 요구 사항 및 세척 동작이 변경될 수도 있습니다.

환기에는 호환되는 배럴과 지원 장비가 필요합니다. 스크류 프로파일은 포트가 없는 배럴을 통해 벤트를 생성할 수 없으며 벤트는 수지의 건조 요구 사항을 자동으로 제거하지 않습니다. 재료 공급업체의 처리 지침을 확인하세요.

더 자세히 비교하려면 EJS 가이드를 사용하세요.배리어 대 기존 나사그리고Maddock, 파인애플 및 Saxton 스크류 믹서.

트윈 스크류 프로파일 디자인: 요소, 순서 및 혼합

모듈식 트윈 스크류 시스템의 경우 구성이란 호환 가능한 요소를 선택하고 의도적인 순서로 배치하는 것을 의미합니다. 이는 또한 해당 순서가 공급, 액체 추가, 배출 및 배출 위치와 어떻게 관련되는지 확인하는 것을 의미합니다.

NC State Extension의 나사 기능 가이드전달, 반죽, 역전 및 기타 요소를 혼합 및 흐름에 미치는 영향과 함께 설명합니다. 여기에는 식품 및 사료 가공과 장비별 요소 코드가 포함됩니다. 이러한 원칙은 구성을 설명하는 데 도움이 됩니다. 예제 코드는 범용 플라스틱 나사 표준이 아닙니다.

시퀀스의 일부로 반죽 블록 읽기

디스크 폭, 엇갈림 각도, 운반 방향 및 블록 길이를 속도, 처리량, 로컬 충진 및 인접 요소와 함께 검토해야 합니다. "더 넓은 디스크는 항상 더 나은 분산을 제공합니다"와 같은 보편적인 규칙을 피하십시오. 유용한 질문은 이 특정 시퀀스가 ​​어떤 재료 상태와 흐름 동작을 생성해야 하는지입니다.

역방향 또는 제한적 요소는 업스트림 충진 및 처리 강도를 증가시킬 수 있지만 압력과 수요 증가에도 영향을 미칩니다. 더 많은 제한을 추가하는 것은 더 강력한 믹싱을 위한 자유로운 경로가 아닙니다.

프로필을 복사하기 전에 호환성을 확인하세요

공칭 외경이 동일한 두 요소는 샤프트 인터페이스, 중심 거리 요구 사항, 프로파일 또는 축 치수가 다를 수 있습니다. 모든 코드에 대해 OEM 또는 도면 규칙을 명시하십시오. EJS의나사 요소 제품 페이지운반, 혼합 ​​및 반죽 구성 요소를 나열합니다. 그만큼트윈 스크류 요소 가이드교체 수표를 더 자세히 다룹니다.

폴리머, 공급 형태 및 가공 작업에 맞게 설계를 일치시키세요.

"PE 나사" 또는 "재활용 나사"는 최종 설계 결정을 내리기에는 너무 광범위합니다. 등급, 점도 정보, 첨가제 패키지, 공급 형태 및 상태를 식별합니다. 충전제 또는 섬유가 사전 혼합된 펠릿으로 도착하는지 아니면 압출 중에 통합되어야 하는지 명시합니다. 이는 서로 다른 처리 작업입니다.

재료 범위 내에서 게시된 형상 읽기

유용한 예는 다음과 같습니다.BASF Ultramid 압출 가공 가이드, 7페이지. 여기에서 논의된 Ultramid 필름 가공의 경우 길이 24~32D, 일정한 피치 1D, 압축률 3:1~3.5:1의 배리어 또는 3섹션 나사에 대해 설명합니다. 또한 직경과 용융 점도에 따라 비행 깊이가 달라집니다.

엔지니어링 수업은 기하학과 재료 조건 간의 관계입니다. 이러한 수치는 모든 폴리아미드 등급, 모든 열가소성 수지 또는 모든 기존 기계에 대한 허용 한계가 아닙니다. 치수를 선택하기 전에 실제 등급에 대한 가공 지침을 얻고 설치된 장비와의 불일치를 해결하십시오.

배럴, 드라이브 및 다운스트림 한계 내에서 설계

교체용 나사는 두 가지 테스트를 통과해야 합니다. 나사가 잘 맞아야 하고, 나사가 성공적으로 가공되어야 합니다. 공칭 직경 일치는 첫 번째 테스트의 작은 부분만을 다룹니다.

• 배럴 및 인터페이스:보어 프로파일 및 상태, 유효 길이, 드라이브 연결, 끝 형상, 피드 개구부 및 포트 위치를 확인합니다.
• 기계적 봉투:해당 기계 정보에서 허용 속도, 토크, 추력 및 압력 제한을 얻습니다. 나사 직경으로 추론하지 마십시오.
• 열 및 다운스트림 엔벨로프:냉각 기능, 온도 측정, 스크린 교체, 용융 펌프 및 툴링을 검토합니다. 제안된 작동 지점을 제한하는 구성 요소를 식별합니다.

나사 변경 요청에 접근하는 방법

이 접근 방식을 사용하면 재설계에 집중할 수 있습니다. 공급 시스템 결함으로 인해 생산 손실이 발생하는 경우 새 나사 프로파일을 해결책으로 취급하기 전에 해당 결함을 수정하십시오.

재료 및 압출기 나사 마모가 설계 성능에 미치는 영향

형상과 작업 표면 선택을 함께 검토해야 합니다. 기본 재료는 나사의 구조적 기초를 제공합니다. 표면 또는 내마모성 구조는 폴리머, 첨가제 및 결합 배럴과의 접촉에 적합해야 합니다.

EJS의 피드 스크류 페이지에는 질화, 바이메탈, 경화 및 크롬 도금 옵션이 나열되어 있습니다. 이는 사용 가능한 구성의 범위일 뿐 모든 옵션이 모든 의무에 적합하다는 증거는 아닙니다. 실제 부품에 대한 재료 지정, 처리 위치, 최종 치수 및 합의된 검사 요구 사항을 정의합니다. 그만큼EJS 나사 및 배럴 재료 가이드선택 질문에 대해 설명합니다.

증상과 마모 메커니즘 구별

연마 성분, 부식성 조건 및 의도하지 않은 금속 접촉은 다양한 조사를 요구합니다. 더 단단한 재료는 오정렬이나 잘못된 작동 간격을 수정하지 않습니다. 나사와 배럴을 일치시키는 것이 각 작업 표면을 독립적으로 선택하는 것보다 더 유용합니다.

압출기 스크류 마모 문제는 생산량 감소, 부하 변화 또는 불안정한 용융 공급과 함께 나타날 수 있지만 이러한 증상 중 어느 것도 그 자체로 마모를 입증하지는 않습니다. 측정된 스크류/배럴 상태를 도면 및 통제된 생산 기준선과 비교하십시오. 그만큼마모 측정 및 교체 가이드검사 과정을 다룹니다.

마모된 나사의 측정된 외경을 새 공칭 치수로 복사하지 마십시오. 원래 설계 의도, 현재 마모 및 제안된 재설계를 사양에서 분리하세요.

비교 가능한 생산 데이터로 스크류 성능 평가

공정한 비교를 위해서는 정의된 자재 및 생산 기간, 공통 품질 요구 사항, 명확한 측정 경계가 필요합니다. 비슷한 조건에서 기준선을 유지한 다음 의도한 작동 범위에서 제안된 설계를 테스트합니다. 디자인이 성공적으로 실행되도록 변경된 모든 설정을 기록하십시오.

총 처리량과 별도로 허용 가능한 제품 생산량을 측정합니다. 실제 용융 온도, 압력 및 변동, 구동 부하, 불량품 및 변경 동기를 부여한 제품 점검을 포함합니다. 다른 엔지니어가 결과를 해석할 수 있도록 센서 위치, 안정화 규칙, 샘플링 간격 및 시험 기간을 기록합니다.

실제 사례: 더 많은 생산량이 자동으로 비에너지를 낮추는 것은 아닙니다.

내가 나사 재설계 평가를 주도한다면 시험 전에 재료, 품질 요구 사항, 기록 창 및 전기 측정 경계에 동의할 것입니다. 그렇지 않으면 두 개의 매력적인 데이터 세트가 서로 다른 작업을 설명할 수 있습니다.

예시적인 꾸준한 실행 비교를 고려하십시오. 설계 A는 평균 80kW의 전기 입력과 200kg/h의 허용 제품을 제공합니다. 디자인 B는 동일한 측정 경계 및 품질 요구 사항에서 평균 96kW 및 240kg/h입니다. 이는 계산을 위해 가정된 값입니다.

두 설계 모두 해당 경계 내에서 허용 가능한 제품 1kg당 0.40kWh를 소비합니다. 나는 그 결과를 20%의 에너지 절약이 아니라 생산량 증가로 설명하고 싶습니다. 시간 단위로 측정된 기록 창의 경우 등가 계산은 총 전기 에너지(kWh)를 허용 가능한 질량(kg)으로 나눈 것입니다.

그런 다음 실제 용융 온도, 압력 변화, 구동 부하 및 스크랩을 확인합니다. 합의된 열적 또는 기계적 한계를 초과하는 더 높은 출력 지점은 단순히 질량 비율이 더 높다는 이유만으로 통과되지 않습니다. 에너지 측정기에 배럴 히터, 냉각 또는 보조 장치가 포함된 경우 해당 부하를 식별합니다. 결과를 나사축 기계적 에너지로 다시 표시하지 마십시오.

공개된 테스트에서 확인할 수 있는 것

Kelly, Brown 및 Coates는 상업용 LDPE를 다양한 속도로 처리하는 세 가지 단일 나사 형상을 연구했습니다.단일 스크류 압출의 용융 온도 프로파일에 대한 스크류 형상의 영향. 요약에서는 형상이 더 높은 처리량에서 용융 온도 장에 더 큰 영향을 미치고 Maddock 믹서를 갖춘 배리어 플라이트 스크류가 연구 조건에서 단일 플라이트 스크류보다 더 나은 용융을 달성했다고 보고합니다.

이는 작동점과 함께 형상 평가를 지원합니다. 이는 보편적인 개선 비율을 설정하거나 다른 폴리머 또는 기계에 대해 동일한 결과를 입증하지 않습니다. 시뮬레이션 및 출판된 연구는 설계 제안서를 작성하는 데 도움이 됩니다. 합의된 생산 테스트는 제공된 디자인이 특정 작업을 충족하는지 여부를 결정합니다.

설계 의도를 제조업체가 사용할 수 있는 개요로 전환

유용한 문의를 통해 제조업체는 제안된 변경 사항과 이를 확인하는 방법을 모두 설명할 수 있습니다. 재료, 기계, 형상 및 합격 기준을 연결하는 패키지를 보냅니다.

1. 재료 및 사료:등급, 제제, 사료 형태, 관련 준비 및 허용되는 가변성.
2. 처리 대상:허용 가능한 출력 범위, 제품 요구 사항, 관찰된 결함 및 현재 작동 기록.
3. 기계 및 설치된 부품:아키텍처, OEM/모델, 사용 가능한 도면, 보어 측정, 인터페이스, 포트 및 검증된 작동 제한.
4. 제안된 프로필:작업 길이 경계, 치수가 지정된 기능 섹션, 로컬 깊이, 비행 기하학 및 각 여유 공간 규칙.
5. 재료 및 제조:강철 지정, 작업 표면 구성, 처리 위치, 최종 상태 치수 및 검사 계획이 합의되었습니다.
6. 확인:도면 수정, 부품 검사 기록, 측정 및 합격/불합격 기준이 포함된 생산 시험 계획.

생산 검증과 별도의 구성품 승인

재료 인증서와 치수 보고서는 구성 요소가 지정된 재료 및 도면 요구 사항을 충족하는지 여부에 대한 답변을 제공합니다. 그 자체로는 생산율, 에너지 사용 또는 제품 품질을 입증하지 못합니다. 반대로, 한 번의 성공적인 생산 실행이 합의된 구성 요소 검사를 대체하지 않습니다.

EJS의 제품 정보에는 공급된 스크류 배럴에 검사 보고서와 재료 인증서가 포함되어 있다고 명시되어 있습니다. 주문한 부품에 대해 해당 도면 개정 및 내용 보고에 동의합니다. 추가 샘플링, 실험실 테스트 또는 프로세스 승인은 서면 범위에 속합니다.

자주 묻는 질문