要高產(chǎn)量還是要生產(chǎn)靈活性？
型材的雙螺桿擠出生產(chǎn)
本文摘自德國(guó) Kunststoffe plast europe雜志
作者為德國(guó)Christian Stuetzinger
成本壓力以及對(duì)生產(chǎn)質(zhì)量和產(chǎn)量越來越高的要求促進(jìn)了高產(chǎn)量擠出機(jī)和各種特殊設(shè)計(jì)的發(fā)展。在改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)提高速度的目的已經(jīng)達(dá)到了。
在過去十年里，雙螺桿擠出機(jī)的產(chǎn)量幾乎已經(jīng)翻番，而螺軸間距并未改變。在模頭和定徑系統(tǒng)的開發(fā)中，產(chǎn)量的提高更為引人注目。而同時(shí)，可能的操作速度翻了三倍。是通過以下措施實(shí)現(xiàn)這些產(chǎn)量增長(zhǎng)的:
◆ 用更為強(qiáng)勁的驅(qū)動(dòng)提高轉(zhuǎn)矩。
◆ 加長(zhǎng)加工裝置（螺桿和套筒）。
◆ 提高特定產(chǎn)量。
◆ 修整常見的螺桿形狀。
◆ 提高螺桿直徑，并保持螺軸間距不變。
在較小面積上施加更大的轉(zhuǎn)矩由新的驅(qū)動(dòng)概念，轉(zhuǎn)矩能在速度不變的情況下提高25-50%。由此，可以不用提高螺桿速度而提高擠出機(jī)的特定產(chǎn)量。所以周邊螺桿速度與以前常見的機(jī)型的速度保持相同。
除了較大的轉(zhuǎn)矩以外，新的驅(qū)動(dòng)概念使驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)明顯縮短。驅(qū)動(dòng)的安裝總長(zhǎng)度和整臺(tái)機(jī)器的占地面積被大大降低。類似占地面積這樣的因素經(jīng)常在擠出機(jī)的采購中起著重要的作用。通過更為緊湊的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)，較高的產(chǎn)量能在較小的機(jī)器尺寸的情況下獲得。
必須特別關(guān)注于確保材料被盡可能均勻和柔和地塑化。用L/D比值達(dá)27的先進(jìn)加工裝置，可以非常精細(xì)地塑化材料。通過螺桿施加到被塑化材料上的轉(zhuǎn)距，以及套筒加熱系統(tǒng)，獲得了所要求的輸入熱量。為確保塑化盡可能的均勻，由螺桿冷卻系統(tǒng)向排料段的前一區(qū)段供熱也是很有幫助的。在這種情況下，積極向熔化塑料供熱的死循環(huán)內(nèi)部冷卻系統(tǒng)是特別適用的。
加工裝置的拉長(zhǎng)自然也使螺桿形狀的修改成為可能。對(duì)于短的加工裝置，主要是通過機(jī)械能來塑化PVC。在長(zhǎng)的加工裝置中，熱量不必主要由剪切來提供，因?yàn)檩^大的套筒表面可用于加熱。通過提高進(jìn)料段的螺距，加長(zhǎng)預(yù)熱段是解決方法。排出段和計(jì)量段的長(zhǎng)度與22D設(shè)計(jì)的長(zhǎng)度保持一樣。
如果在螺桿設(shè)計(jì)中，短裝置的螺距和間隙(螺桿間隙和螺紋間隙)不變，而裝置拉長(zhǎng)，那幺后果將是相同速度下熔體溫度更高，這將明顯限制最大的輸出范圍。過高的熔體溫度在模進(jìn)口端產(chǎn)生嚴(yán)重的問題。流體前沿的移置會(huì)出現(xiàn)，在型材完成品中會(huì)產(chǎn)生清晰可見的不正常現(xiàn)象。
柔性和高產(chǎn)量之間的折衷
然而，擠出機(jī)和模具開發(fā)中的高產(chǎn)量概念被對(duì)最大可能的生產(chǎn)過程靈活性和可靠性的需求阻礙著。先進(jìn)的高產(chǎn)量擠出機(jī)最終必須與現(xiàn)有老式機(jī)器融合在一起。在L/D值為19或22的老式機(jī)器與L/D值在27以上的新一代擠出機(jī)之間有著不可避免的沖突。擠出機(jī)類型間的最大區(qū)別是材料在套筒中的停留時(shí)間，它是由加工長(zhǎng)度的明顯區(qū)別所決定的。所以，當(dāng)27D擠出機(jī)與19D機(jī)器在工廠被綜合使用，經(jīng)常會(huì)在螺桿設(shè)計(jì)方面出現(xiàn)問題。短加工裝置的塑化主要是由機(jī)械能提供，但在先進(jìn)的長(zhǎng)加工裝置中，塑化的支配性因素不是材料的剪切，而是來自套筒的較長(zhǎng)可加熱表面提供的熱能。為使19D加工裝置和27D裝置的塑化度相同，需要一根壓縮較強(qiáng)的螺桿或者一個(gè)前期塑化的PVC配方。
如果一臺(tái)27D的擠出機(jī)用上一個(gè)專為較短擠出機(jī)設(shè)計(jì)的配方，這可能導(dǎo)致過度塑化，所以在型材成品上產(chǎn)生表面和色澤問題。克服這個(gè)問題的可能方法是使用形狀相對(duì)適度的螺桿，它向PVC中引入的機(jī)械能較少。但是，如果這樣一臺(tái)擠出機(jī)的速度和產(chǎn)量極低，那最終將不得不供應(yīng)大量的熱能，這是低速下剪切弱使機(jī)械能不充足的緣故。在相反的情況下，如果用相同的配方，那幺為27D擠出機(jī)作出調(diào)整的PVC混合干料會(huì)產(chǎn)生在短擠出機(jī)的困難。除非適當(dāng)調(diào)整螺桿，否則這對(duì)塑化會(huì)起相反的影響。
共擠出
為滿足市場(chǎng)需要，在擠出機(jī)的設(shè)計(jì)中，最大靈活性是壓倒一切的。為此，由共擠出生產(chǎn)窗戶型材是最新的技術(shù)。可以在被遮住而看不到的表面上用再研磨料，而對(duì)外層，可以用共擠出的新料覆蓋在型材上。
在安裝共擠出生產(chǎn)線時(shí)，有幾種可能的變化。在一般情況下，使用平行雙螺桿擠出機(jī)作為主機(jī)，用錐形雙螺桿擠出機(jī)作為共擠出機(jī)。在相同占地面積上提高產(chǎn)量的另一選擇是雙絞擠出。但是目前，雙絞擠出的內(nèi)部冷卻模頭太復(fù)雜，成本太高，必須說在市場(chǎng)上并不顯得受歡迎。因?yàn)閿D出機(jī)尺寸是為高產(chǎn)量而設(shè)計(jì)，雙較擠出不能提供這幺多加工者所需的生產(chǎn)靈活性。
為滿足加工者在最小空間完成雙絞擠出的要求，德國(guó)Weber機(jī)器公司已經(jīng)開發(fā)出與傳統(tǒng)雙絞擠出有著更進(jìn)一步提高的機(jī)器設(shè)計(jì)。在雙生產(chǎn)線中，兩根平行的雙螺桿被放置于一框架之中，彼此間盡可能靠近。如此能在一單機(jī)的所占地面上，以1000kg/hr的速度擠出材料。可以獨(dú)立控制兩臺(tái)擠出機(jī)。下游裝置如定徑臺(tái)、切割器等也能被單獨(dú)控制。與以前熟知的單擠出機(jī)中雙推進(jìn)擠出相比， 可以明顯減少起動(dòng)時(shí)的操作問題。生產(chǎn)靈活性的提高是開發(fā)這種方法的主要原因。 |