雙螺桿磨損防護

   時間:2014-03-11 23:51:03
雙螺桿磨損防護簡介
    反向旋轉雙螺桿擠壓機用於將硬質PVC干混料加工成各種半成品。更高的產量與越來越多地使用填充物(特別是白堊)和再生料,是螺桿和料筒遭受持續增長的磨損應力作……
雙螺桿磨損防護正文
  反向旋轉雙螺桿擠壓機用於將硬質PVC干混料加工成各種半成品。更高的產量與越來越多地使用填充物(特別是白堊)和再生料,是螺桿和料筒遭受持續增長的磨損應力作用的主要原因。
反向旋轉雙螺桿擠壓機的磨損有三種類型:粘著磨損,磨料磨損和腐蝕磨損,這三種磨損有著根本的區別。粘著磨損
根據運動原理,反向旋轉雙螺桿擠壓機的特徵在於封閉的腔室系統中是採用幾乎完全軸向的物料輸送(標題圖片)。據Menning研究發現,由於系統固有的速度和壓力條件,在流動條件下,壓延機與相應的軋輥對在螺釘的嚙合區域中產生了知名的「壓延效應」。由於螺桿軸僅由機筒壁支撐,被迫拆開后,壓延機在表面壓力作用下流動,從而為固體和熔體輸送區域的粘著磨損創造了條件(見圖1)。這裡的粘著磨損可理解為沒有外邊界的層表面的原子粘附力,在高的表面壓力下該力近似於固體表面的內聚力。磨料磨損
磨料磨損是由磨蝕性填料造成的,尤其是螺桿側面和根部的白堊。螺桿表面的極端侵蝕會發生在這裡(見圖2)。近年來,磨料磨損大大增加了,特別是在管擠壓機中,當處理器使用越來越多的填料時。不僅使用的填料體積很重要,而且更重要的是對磨損來說,填料的種類和顆粒大小也起著至關重要的作用。腐蝕磨損
腐蝕磨損在反向旋轉雙螺桿擠壓機中作用不太明顯。這種類型的磨損主要發生在加工錫穩定的共混物時。由於其高度的粘性趨向,熔體可以粘附於螺桿的表面,隨後開始熱降解。
當PVC燃燒時,就會釋放出鹽酸。鹽酸具有腐蝕作用,會腐蝕鋼材的表面。
為了降低PVC的粘結傾向,與熔體接觸的螺桿和零件採用了硬鉻處理。
隨著硬質PVC中間體產品在各個領域的應用,我們可以觀察到各種不同的磨損值。
這特別反映在加工單元的使用壽命上。
磨損主要受下面幾個因素影響:要加工的材料、擠壓機的輸出、加工單元的長度、螺桿幾何形狀的選擇和工藝參數。
各種應用的特性磨損
型材擠壓主要用於生產窗口主型材和次型材。鑒於對半成品的高品質要求,型材擠壓機以較低的輸出運作,因此與PVC管擠壓機相比,螺桿的轉速也降低了。
跟管擠壓機螺桿相比,一般來說,所有這些會使型材擠壓機螺桿的使用壽命有一個顯著的增長。
管材擠壓出通常採用未修改的配方,從而不得不使用具有相對較高壓縮的螺桿幾何形狀。此外,管擠壓機的輸出大約是型材擠壓機的兩到三倍。另一個問題是,具有非常高的填料含量的材料,在某些地區甚至含有磨蝕性填料,正在越來越廣泛地用於排污管道。
在板材擠壓中使用了改性配方,正如型材擠壓一樣。因此,板材擠壓機螺絲也有相對較低的壓縮值。然而,與型材擠出機相比,由於輸出較高,那麼板材擠壓機螺桿的磨損率也更高。
在造粒過程中,生產了各種各樣的顆粒,始於預拌干混料。範圍從硬質PVC型材,附件配方,到電纜管道配方,用於鞋和電纜行業的大量軟質PVC配方。各種各樣的配方,螺桿幾何形狀,機器配置和工藝參數,都會造成各種不同的磨損機制。
影響磨損的因素
被加工的材料對磨損具有至關重要的影響。反向旋轉雙螺桿擠壓機主要是用於加工PVC干混料。填料含量和填充物的種類在確定磨料磨損中也起到了重要的作用。
除了具有球狀、圓形結構的白堊,具有長方體結構、結構粗糙的石灰石粉和大理石等材料也會用於某些領域(見圖3)。然而,對磨料磨損水平起到主導作用的,是具有「削頂」(D98)特徵的填充物的顆粒尺寸。從以往的經驗我們知道,數值不能超過8微米。除了預混干混料外,粗磨到細磨的PVC再生料和PVC顆粒也要用機器進行處理。使用這些材料也會增加磨損。在這種情況下,螺釘的特定區域採用鍍硬鉻來保護,從而防止其磨損。
使用長的加工單元,那麼整個能量輸入中剪切能量的百分比會減少,同時加熱能量的比例也會增加。這使得具有較低壓縮螺絲的使用成為了可能。除了使生產中機器具有了更大的靈活性,這也有助於提高加工單元的使用壽命。
選擇合適的螺桿幾何形狀,以及幾何形狀和被擠壓材料之間的適度平衡,對磨損行為的影響也是很顯著的。
與材料最佳匹配的幾何形狀和擠壓機適當的操作參數,會使螺絲在整個長度方向上受到近乎均勻的磨損,因此加工單元也就具有了更長的使用壽命。
工藝參數:螺桿負荷,即與機筒溫度控制相關聯的具體產量,也在螺桿的磨損行為方面發揮了重要作用。
磨損分析
對加工單元的定期檢測與定期維修機器一樣重要。對於某些配方,擠出機的磨損是不可避免的。因此KraussMaffeiBerstorff提供了磨損測量服務,在測量后客戶會得到磨損圖表,顯示了螺桿的實際磨損(見圖4)、機筒直徑和可能的最大磨損。這使得長期、及時和符合成本效益的備件計劃成為可能,並且可以顯著降低成本密集型機器的停機(預測性維護)。如果在加工單元的測量過程中發現存在上述的平均磨損率,那麼就需要檢查運行參數和螺桿的幾何形狀。由於加工單元過早失效而造成的更多的技術和資金損失,一般來說也可以因此而避免。
減少磨損的措施
加長加工單元能大大降低螺桿和機筒的磨損。然而,只有當正確安裝了與螺桿扭矩和螺桿長度相配的設備電源,這一點才能實現。過去加長加工單元的唯一目的就是提高輸出,而現在則更注重提高雙螺桿擠壓機加工過程中的靈活性。剪切能、熱能,以及擠出機合適的操作參數之間的平衡比率,是加工單元的使用壽命儘可能長的基本前提條件。
如前面所述,每個反向旋轉雙螺桿擠壓機的粘著磨損是系統固有的。除了被擠壓的材料,操作參數和零部件的幾何形狀、摩擦配件(螺桿和機筒)的正確選擇對加工單元的使用壽命也起著主要作用。
螺桿的整個周邊都會發生磨損,然而機筒只會在單面發生局部的表面磨損。對加工單元提出了甚至更高的要求。除了在維持螺桿直徑的同時提高輸出,正在使用的填料的含量也要不斷提高。為了進一步降低成本,回收使用的百分比也在穩步增加。有了高性能的擠壓機,現如今對螺桿螺紋進行塗覆也成為了一種必然。基於鉬合金的飛行器表面保護
作為標準的抗磨損保護,KraussMaffeiBerstorff給飛行器外邊緣的所有並聯和錐形雙螺桿進行了等離子粉末堆焊(PTA表面塗層),螺桿直徑範圍從43~184毫米,並且螺桿採用鉬含量高達50%的MoNiFe合金(見圖5)。一種特殊的Ni鋼被用作機筒的材質,也被用作摩擦配件的材質。所使用的鍛件的化學組成、晶粒尺寸和減速比,都根據KraussMaffeiBerstorff標準進行了精確的定義。機筒內表面的氮化深度達0.5毫米。經過對焊接參數大量的分析和隨後的修改,如與外徑和/或磁軌寬度有關的安培數,不同工作步驟下零件相應的熱量輸入等,得到了實用的具有低稀釋度的無裂紋PTA鉬塗層,尤其是在焊縫的邊緣區域(見圖6)。這種改進的焊接技術使得使用壽命顯著增加,改善了流程中的可用性,並且消除了諸如局部斷裂這樣的輕微損壞。基於碳化鎢的飛行器表面保護
飛行器外邊緣塗層使用碳化鎢已經有很多年了。PTAWC焊接技術能夠以同樣的方式製作鉬塗層,確定各自的外徑和/或軌道寬度的焊接電流強度,以及各個工作步驟中的熱輸入,另外再選擇一種合適的WC焊劑。所有測試系列採用顯微硬度測量,並以圖像的方式記錄下來,然後對其適用性進行評估。在NiCrBSi基體中焊接金屬的WC含量高達70%(見圖7)。一種基於鎳鉻硅的,且硬度值為HRC58~66的氣缸內襯被用作並聯雙螺桿的摩擦配件。有了這一技術,就有可能生產出直徑範圍為75毫米至164毫米的帶有WC塗層的雙螺桿。在與高性能的機筒塗層結合之後,這些螺桿可作為一種高耐磨的摩擦系統來使用,特別是應用於高粘著磨損,例如針對裝飾型材的WPC加工。WC塗層獲得的使用壽命介於6000和20,000小時之間,根據規範,這取決於配方以及假定的機器操作。在某些情況下,具有鉬塗層的加工單元僅在工作了幾百個小時后就出現了過早失效,而對使用壽命因素進行比較或預測是不可能的,因為在此加工應用中鉬塗層不是很經濟划算。即使頻繁地使用大於50份的高填料含量和平均填充材料尺寸大於10微米的PVC配方,越來越多的雙螺桿擠壓機配備了具有WC塗層的螺桿,目的是穩步地達到所需要的使用壽命,使其達到12,000~18,000小時。

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