螺桿和機筒磨損對擠出機性能的影響

馬靜怡　編譯

螺桿和機筒磨損對擠出機性能的影響

馬靜怡編譯

擠出機中的螺桿和機筒磨損會對產(chǎn)品的質(zhì)量造成影響。為提高其耐磨損性，可在螺桿和機筒上覆蓋鉻化硼合金和銅鋁合金，這樣可延長使用壽命，延遲維修更換的時間。

螺桿；機筒；磨損；鉻化硼合金；銅鋁合金

0　前　言

螺桿和機筒的磨損會大大影響生產(chǎn)效率和擠出產(chǎn)品的質(zhì)量。影響的程度取決于4個關(guān)鍵因素：螺桿和機筒部件的磨損量、聚合物的黏度、機頭壓力和螺桿轉(zhuǎn)速。

1　結(jié)構(gòu)材料

摩擦和腐蝕會導(dǎo)致磨損的發(fā)生。為從這兩方面降低磨損，可以有多種選擇。通常耐摩擦和腐蝕螺桿由以下材料制成：

（1）鎳/鉻/硼合金Colmonoy56：含2%碳、13%鉻、2.7%硼，4%硅，4%鐵，少量鎳；

（2）鎳/鉻/硼合金Colmonoy83：含2%碳、20%鉻、1%硼，1.4%硅，1.4%鐵，34%鎢，少量鎳。

耐磨損機筒通常是：

（1）Xaloy102（美國Nordson Xaloy公司產(chǎn)品）：洛氏硬度為58～66的硼/鐵合金（鐵、硼、鎳、鉻以及硅）；

（2）Xaloy800（美國Nordson Xaloy公司產(chǎn)品）洛氏硬度為58～68且含有55%～85%碳化鎢的鎳合金（含11%～17%鉻、4%～4.5%鐵、3.25%～4.25%硅、2.5%～3.5%硼、少量鎳）。

抗腐蝕機筒通常選擇：

Xaloy306（美國Nordson Xaloy公司產(chǎn)品）：洛氏硬度為50～59的鎳基合金，含有不高于0.5%的鐵（含3%～4%硼，4.5%～5.5%硅，6.5%～7.5%鉻，少量鎳）。

2　發(fā)展歷程

理想的標(biāo)準(zhǔn)組合是Colmonoy56螺桿與Xaloy102機筒的組合。此外，還采用Colmonoy83螺桿與Xaloy102機筒組合，以及Colmonoy56螺桿與Xaloy800機筒組合，但是在薄弱部位，其有時會出現(xiàn)加速磨損現(xiàn)象。最佳配置是采用碳化鎢螺桿（Colmonoy83）裝配在碳化鎢機筒（Xaloy800）中。

為提高Colmonoy56螺桿的耐磨損性，American Kuhne 公司在4.5 in（1in=25.4 mm）及更大尺寸螺桿上加裝2個卡口，以減少對4140鋼的磨損，并提高耐磨性保護的程度。Colmonoy83使用在單螺桿上效果較好。

此外，全幅使用C o l m o n o y 5 6 或Colmonoy83也十分重要，以此最大程度地提供對螺紋邊緣易損部位的保護。許多供應(yīng)商不在螺紋邊緣使用鎳/鉻/硼合金，不會也不愿意在螺紋邊緣加入增強材料。按工業(yè)領(lǐng)域的經(jīng)驗法則來說，通常機筒的壽命是螺桿壽命的2～3倍（加入耐磨材料后）。此外，與普通材料相比，加入碳化鎢可以提高機筒壽命50%～200%。當(dāng)然，螺桿和機筒的每次使用都有不同的加工因素，例如材料黏度的高低、機頭壓力的高低、機器是否達(dá)到最大輸出（或只達(dá)到50%的輸出能力）、下步的冷卻能否耐受更高的熔化溫度、是否已經(jīng)達(dá)到了極限都不一樣。

磨損通常在生產(chǎn)線上被監(jiān)控，不同的機筒內(nèi)襯及螺桿涂層的壽命既決定了其適用性和重復(fù)性，使用同一材料修復(fù)螺桿及機筒的置換，也決定了改善的預(yù)期和額外的資金投資。通常采用Colmonoy56螺桿作為標(biāo)準(zhǔn)焊件，Colmonoy83螺桿則作為備選。一般采用Xaloy102（或類似產(chǎn)品）機筒，碳化鎢機筒（Xaloy800）則作為備選。

3　加工問題

與傳統(tǒng)樹脂相比，改善了物理性能的高性能樹脂能供給部件更好的耐磨性。遇下列情況時，則更傾向于選擇碳化鎢材料：

■ 混入部分熔融的 HDPE、LLDPE、RPVC w/TiO2及不同種類的茂金屬填料的比例＞50%；

■ 螺桿速度高于50 r/min；

■ 比一般設(shè)定的機筒溫度低；

■ ?？壮隹诮菈毫Υ笥?000psi

（1 psi=6.89 kPa）。

當(dāng)磨損發(fā)生時，工藝工程師和操作人員的自然反應(yīng)是簡單地提高擠出螺桿轉(zhuǎn)速，從而抵消產(chǎn)量下降的損失。這樣能在短期內(nèi)成功地恢復(fù)產(chǎn)能。但螺桿轉(zhuǎn)速的增大將導(dǎo)致熔融溫度的明顯提高，引起產(chǎn)品的冷卻和定型問題，從而導(dǎo)致產(chǎn)品的質(zhì)量問題。特別因浪涌會導(dǎo)致產(chǎn)品尺寸的不穩(wěn)定。

4　討　論

磨損會造成螺桿和筒體尺寸的改變，此外低產(chǎn)出和高熔融溫度、熔融質(zhì)量等潛在因素也經(jīng)常會產(chǎn)生負(fù)面影響。即使擠出機處于最佳工作狀態(tài)，高產(chǎn)出和低熔融溫度的狀態(tài)下，任何磨損也都會減少設(shè)備的使用壽命。當(dāng)然，螺桿直徑上0.020 in的磨損都會適度降低轉(zhuǎn)速（可能10%），大多數(shù)生產(chǎn)商會容許螺桿的損耗在0.050～0.070 in范圍，允許低生產(chǎn)率或高熔融溫度的存在（導(dǎo)致生產(chǎn)能力和質(zhì)量下降）。在復(fù)合擠出應(yīng)用中，某些產(chǎn)品不需擠出機達(dá)到最大的轉(zhuǎn)速，因此那些設(shè)備允許存在一定的磨損，只需簡單地提高螺桿速度來克服生產(chǎn)效率的下降。被擠出的聚合物黏度越高，存在的磨損也越大。然而，在產(chǎn)出和質(zhì)量沒有明顯降低的情況下，嚴(yán)重的磨損是被允許存在的。螺桿的極限壓力越大，可接受的磨損也越少（需要最大的泵送效率）。

5　結(jié)　論［1］

高黏度現(xiàn)代工程樹脂（包括茂金屬）的出現(xiàn)，導(dǎo)致額外磨損很晚才被發(fā)現(xiàn)，對改善螺桿和機筒耐磨性提出了更高的要求。從使用Colmonoy56升級到Colmonoy83的成本近幾年明顯降低，因此，許多擠出設(shè)備在螺桿及機筒部件上使用了碳化鎢，從而達(dá)到最大的使用壽命。新增的前期投入通常被更高的產(chǎn)品性能及質(zhì)量所抵消，同時，也延遲了機筒和螺桿維修更換的時間。

考慮到混合物、模具和運轉(zhuǎn)條件的多樣性，很難精確計算磨損率及其對生產(chǎn)力的影響。不管怎樣，應(yīng)及時檢查螺桿和機筒，測定出明顯的磨損。當(dāng)磨損達(dá)到0.020～0.040 in時，則表明其會對產(chǎn)量或質(zhì)量造成缺陷。

在正常時間間隔內(nèi)，記錄下基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)用于比較，以便對產(chǎn)量的減少及熔融溫度的增長進行評估。

［1］Ed Steward， Kevin Slusarz. Effects of Screw and Barrel Wear on Extruder Performance［J］. Rubber World， 2015 252（2）：26-27.

［責(zé)任編輯：翁小兵］

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2016-02-10