Шнеки

Одношнековые экструдеры - это самое популярное оборудование для переработки полимеров из-за своей недорогой стоимости, быстрой переоснастки и мобильности. Основными элементами одношнекового экструдера являются обогреваемый цилиндр (материальный цилиндр), шнек, сетки, размещаемые на решетке, и формующая головка.

Цилиндр может быть как цельным, так и составным. Составные цилиндры, как правило, состоят из зоны загрузки и материального цилиндра. Составными цилиндры делают по ряду конструктивных и технологических причин основные из которых это: создание зоны охлаждения и применение сменных гильз загрузочной зоны, т.к. в этой зоне наблюдается наибольший износ канала. Цилиндры могут быть, как с зоной дегазации, так и без нее. Цилиндры с зоной дегазации длиннее в 1,2...1,4 раза цилиндров без нее.

Шнеки, в зависимости от перерабатываемого материала, могут применяться как одно-, двух-, трехзонные, так и многозонные. Также шнеки одноцилиндровых экструдеров могут быть оснащены смесительными элементами различных конструкций.

Шнековые пары для одношнековых экструдеров могут применяться для переработки следующих материалов: ABS, PP, PE, PA66, LCP, PC, EVA, PS, U-PVC и др.
Наша компания изготавливает любые типы цилиндров и шнеков для одношнековых экструдеров.

Планетарный экструдер - одна из самых продвинутых машин в области переработки полимеров, был изобретен в Германии более 65 лет назад для каландрового производства ПВХ.
В наше время данные экструдеры используются для переработки различных материалов: PVC, ABS, ТПО, PUR, наполненных полиолефинов, каучуков, эластомерных клеев, эпоксидных и полиэфирных красителей, лаков, а также в пищевой и химической промышленности.

Планетарный экструдер отличается от других типов экструдеров устройством зоны пластифицирования. Эта зона содержит центральный шнек с наружными зубьями, цилиндр с внутренними зубьями и сателлиты с наружными зубьями установленные между цилиндром и центральным шнеком. Нарезка зубьев цилиндра, центрального шнека и сателлитов является косозубой с углом наклона зубьев около 45°.

Количество сателлитов может варьироваться от 6 до 12 штук. Сателлиты равномерно распределены между центральным шнеком и цилиндром. При приведении в движение центрального шнека, сателлиты начинают вращаться между ним и цилиндром с определенной скоростью. Косозубое зацепление способствует перемещению материала вдоль всей зоны, а также увеличивает площадь контакта между зубьями сателлитов, цилиндра и центрального шнека. За счет определенного зазора в зацеплении и геометрии зубьев создаются условия для гомогенизации и нагрева материала.

Тем самым имея большое количество одновременных зацеплений в одной зоне, в отличие от двухшнековых экструдеров, где всего лишь одно зацепление, значительно повышаются степень гомогенизации и производительность экструдера, снижается энергопотребление. Также как и в двухшнековых экструдерах в планетарных производится эффект самоочищения (оставшийся внутри материал экструдируется медленно вращающимися шнеками после остановки экструдера).

Изготовление центральных шнеков, сателлитов и цилиндров производится по чертежам или образцам клиента. Ввиду тесной взаимосвязанности этих деталей и сложной геометрии их поверхностей всегда наиболее корректным является изготовление пары целиком.

Инжекционно-литьевая машина (термопластавтомат, ТПА) - машина, изготавливающая детали из полимеров методом литья под давлением.

На современном рынке с помощью ТПА изготавливается более 30 % всех изделий из полимеров. Работы по созданию таких машин велись с конца 19 века, но только в 1952 году был запатентован принцип работы, который используется до сих пор: в качестве впрыскивающего поршня использован непосредственно шнек.

Основным отличием шнека для ТПА (reciprocating screw) является наличие специального наконечника, состоящего из хвостовика, запорного кольца (клапана) и проставочного кольца. Также отличительной особенностью ТПА от обычного экструдера является наличие поступательного движения шнека. При выполнении впрыска материала в форму, шнек совершает осевое перемещение в сторону формы, запорное кольцо выступает в роли поршня, одновременно блокируя поступление материала в шнековую камеру, при перемещении шнека в обратную сторону. Запорное кольцо под давлением материала смещается в сторону хвостовика, что способствует свободному перетеканию материала в шнековую камеру.

Данные шнековые пары применяются для переработки следующих материалов: PP, PE, PVC, ABS, WPC и др.

Наша компания поставляет шнековые пары для ТПА с диаметром шнека от 20 до 220 мм

Двухшнековые экструдеры с параллельными шнеками используются для переработки материалов независимо от их агрегатного состояния и формы частиц, т.е. являются универсальными с точки зрения применяемого материала. Частота вращения шнеков в таких экструдерах может достигать 1400 об/мин. Шнеки в параллельных экструдерах могут быть как с двумя синхронно, так и с встречно вращающимися шнеками.

По сравнению с одношнековыми, двухшнековые экструдеры обладают следующими преимуществами:

• более высокая производительность;
• меньшее удельное потребление энергии;
• большая универсальность;
• точный контроль напряжений и усилия сдвига;
• большая гомогенизирующая способность, за счет чего можно вводить большое количество наполнителей;
• взаимная самоочистка шнеков.

Наша компания поставляет шнековые пары для двухшнековых экструдеров с диаметром шнеков от 45 до 200 мм, шнеки поставляются комплектно.

Двухшнековые конические экструдеры представляют из себя модификацию двухшнековых экструдеров с параллельными шнеками, появились в 30-х годах прошлого века в Италии и успешно применяются в наши дни.

Двухшнековые конические экструдеры перерабатывают PVC, который представлен в виде порошка или гранул и предназначен для изготовления профильных изделий. В экструдерах, работающих с ПВХ, шнеки вращаются встречно, в результате чего в цилиндр подается материал, уменьшается уровень внутреннего трения и не повышается температура полимера.

Различие в принципах работы двух - и одношнековых экструдеров связано с разными механизмами создания давления в перерабатываемом материале: если у одношнекового экструдера давление развивается благодаря вязкому течению, вызванному относительным движением шнека и цилиндра, то у двухшнековых экструдеров к указанному фактору добавляется выжимающее действие витков сопряженного шнека. У одношнековых экструдеров способность к развитию давления определяется глубиной винтового канала, в то время как у двухшнековых экструдеров — геометрической степенью замкнутости винтового канала (степенью сжатия).

Преимуществом конического двухшнекового экструдера является способность хорошо захватывать исходный материал в зоне питания (загрузки), независимо от его агрегатного состояния и формы частиц материала, принудительное продвижение материала к формующему инструменту и взаимная самоочистка шнеков. Заднее межосевое расстояние в коническом экструдере достаточно велико для размещения крупных упорных подшипников в отличие от двухшнекового экструдера с параллельными шнеками. Глубокие витки шнека на загрузке обеспечивают возможность подачи большего количества материала в зону плавления, особенно когда это касается порошковых композиций с плохой сыпучестью.

Как правило конические пары имеют стандартные размеры (меньший диаметр конуса/больший диаметр конуса): 24/52, 35/76, 45/90, 45/100, 50/105, 51/105, 55/110, 55/120, 58/124, 60/125, 65/120, 65/132, 68/143, 70/135, 70/140, 75/150, 80/143, 80/156, 92/188, 105/213.

В наличии на нашем складе в Санкт-Петербурге всегда есть популярные размеры конических шнековых пар для переработки PVC и ДПК (55/110, 65/132)

Двухшнековые экструдеры для компаундов и пищевых продуктов зачастую имеют модульную конструкцию. Это позволяет создать конфигурацию шнека в точности соответствующую технологическим задачам и моделировать работу с новыми продуктами.

Для моделирования работы с новым продуктом достаточно заменить один или несколько шнековых элементов, не заменяя шнек в целом. Шнековые элементы размещаются на оси и фиксируются от проворота либо шлицевым, либо призматическим соединением. Конструкция шнека может быть трансформирована путем изменения порядка установки элементов шнека вдоль оси, а также установки определенных типов элементов. Таким образом, на одной оси может быть соединено множество элементов с различной геометрией. Данная модульная конструкция обеспечивает отличную гибкость машины, что позволяет применение различных материалов для каждого конкретного случая использования экструдера.

Различают несколько видов шнековых элементов

• Транспортные элементы
• Месильные блоки и диски
• Перемешивающие элементы
• Переходные элементы
• Подрезные элементы
• Элементы боковых питателей
• Одно-, двух- и трехкулачковые

Двухшнековые экструдеры модульной конструкции используются в следующих областях

• Полимерная промышленность
• Пищевая промышленность
• Химическая промышленность
• Нефтехимическая промышленность
• Фармацевтическая промышленность
• Производство кормов для животных
• Промышленная керамика
• Порошковые покрытия

Наша компания поставляет шнековые пары для экструдеров модульной конструкции с диаметром шнековых элементов от 18 до177 мм.

Данные комплектующие используются на экструдерах, перерабатывающих любые виды материалов: сухие, сырые, вязкие, рассыпчатые и т.д.  

Список продуктов, производимых при помощи пищевых экструдеров включает в себя: жевательную резинку, пельмени, воздушные изделия из кукурузы и других злаков (хлопья, палочки, быстрорастворимые каши), различные виды подушечек и трубочек с начинкой, всевозможные варианты хрустящих хлебцев, соломки, фигурных сухих завтраков, чипсы, мелкие шарики из риса, кукурузы, гречи, пшеницы, для наполнения и обсыпки шоколадных изделий, мороженого и других кондитерских изделий, пищевые отруби, панировочные сухари – все это произведено с помощью пищевых экструдеров.

Различные виды текстуратов и концентратов тоже производятся с помощью пищевых экструдеров: соевый текстурат, концентрат (применяются в производстве колбасы, сосисок, котлет и т. д.), кусковые соевые продукты (фарш, гуляш, бифштекс, тушенка и т. д.)

Комбикормовая и животноводческая промышленность тоже использует пищевые экструдеры для производства зерновых смесей, комбикормов и кормов для промысловых рыб, домашних грызунов и крупного рогатого скота.

В основном шнеки и шнековые пары в пищевых экструдерах выполняют транспортировочную и сместительную (сместительную или смесительную?))функции. Также их особенностью является изготовление из материалов, разрешенных для использования в пищевых производствах, в основном это нержавеющая сталь.

Наша компания специализируется на поставке шнеков и шнековых пар для экструзионных машин, предназначенных для производства изделий из термопластичных фторполимеров.

Для работы с расплавленными фторполимерами необходимо применять материалы для оборудования на основе сплавов, с минимальным включением в свой состав железа, так как в противном случае, в ходе химической реакции образовываются фтористые соединения железа, которые, в свою очередь, являются катализаторами разложения фторполимера. Материал, используемый для производства шнеков и шнековых пар представляет собой сплав GH113 (российский аналог ХН63МБ, на основе никеля). Шнеки и шнековые пары, изготовленные из данного материала, обладают стойкостью к коррозии, отличаются высокой износостойкостью, устойчивостью к действию высоких температур и высокой плотностью.

Применение шнеков и шнековых пар из стандартных материалов приводит к их ускоренному износу и сильному снижению качества продукции.

Шнеки и шнековые пары для переработки фторполимеров поставляются на заказ с учетом специфики вашего производства.

Отличительной особенностью шнеков для экструзии резиновых смесей является многозаходность нарезки, ее постоянная глубина, а также наличие сквозного центрального канала для охлаждения шнека. Отношение длины рабочей части к диаметру шнека, как правило, доходит до 10.

Экструзионные машины с применением подобных шнеков могут применяться для пластификации каучука, для очистки резиновых смесей от посторонних включений, для грануляции каучуков и резиновых смесей, для обкладки кабелей, рукавов резиновой смесью.

Наша компания успешно сотрудничает со многими российскими предприятиями, производящими кабельную продукцию в вопросах поставки шнеков и шнековых пар для оборудования кабельных линий.

Помимо реализации шнеков и шнековых пар наша компания также специализируется на поставке различных деталей и узлов экструзионных машин. Это могут быть такие узлы и детали как:

• Эструзионные головки для различных типов экструдеров;
• Фильеры;
• Распределительные решетки;
• Фильтры расплава;
• Редукторы эструдеров;

• ABS - акрилонитрил бутадиен стирол (АБС пластик);
• EVA - этил винил ацетат (ЭВА пластик);
• LCP - жидкокристаллический полимер (LCP пластик);
• PA66 - полиамид;
• PC - поликарбонат;
• PE - полиэтилен;
• PP - полипропилен;
• PS - полистирол;
• PUR - полиуретан;
• PVC - поливинилхлорид (ПВХ пластик)
• U-PVC - непластифицированный поливинилхлорид (НПВХ);
• WPC - композиционный материал из древесины и пластика;
• ТПО - термопластичный полиолефин;
• ДПК - древесно-полимерный композит.

Наша компания предлагает осуществить ремонт (восстановление) экструзионных шнеков. В связи с тем, что шнеки работают в тяжелых условиях, их эксплуатация характеризуется большим износом рабочих поверхностей шнека, что впоследствии негативно сказывается на качестве продукции, а также производительности экструдера. Нередко по причине неправильной эксплуатации или превышения сроков эксплуатации возникают случаи разрушения шнека (разлом на две части).

Шнеки необходимо восстанавливать при проявлении первых признаков ухудшения качества продукции или падению производительности экструдера для продления срока службы. В особо запущенных случаях шнеки ремонту не подлежат.

Процесс восстановления:

Клиенту необходимо поставить шнек, требующий восстановления, на склад нашей компании. После поступления на склад шнек проходит внешний осмотр, по окончанию которого делается заключение о состоянии целостности геометрии поверхностей шнека и возможности его восстановления.

Затем проводятся необходимые измерения, в результате которых мы можем понять, подлежит ли шнек дальнейшему восстановлению, а также объем работ по восстановлению. Инженерный отдел уточняет набор необходимых работ по восстановлению шнека и время, необходимое на их выполнение, после чего определяется стоимость услуги восстановления.

Процесс ремонта изношенных шнеков протекает следующим образом:

• Зачистка шнека от хромового покрытия (если шнек не хромирован, то этот этап пропускается);
• Проточка наружной поверхности гребня на величину, достаточную для последующей наплавки;
• Наплавка верхней части витков специальным облицовочным материалом;
• Снятие сварных напряжений. Снятие напряжений производится для избежания появления микротрещин в наплавляемом материале, для получения однородности структуры наплавленного материала и материала шнека, а также минимизирует поводки, возникающие после наплавки;
• Внешний осмотр и проверка качества наплавки;
• Подготовка к этапу поверхностного упрочнения (хромированию или азотированию). Снятие лишнего материала и предварительная шлифовка наружной и боковых поверхностей гребня.
• Поверхностное упрочнение витков хромированием или азотацией;
• Финишная обработка и полировка шнека до зеркального блеска.

Также возможен ремонт составного шнека согласно следующей иллюстрации:

Компания «САМАКС» предупреждает, что процесс восстановления шнеков более двух раз не рекомендуется, так как каждое восстановление несет в себе изменение геометрии шнека, что дальнейшем неминуемо повлияет на качество технологических процессов и производительность экструдера.

Мы предлагаем услугу по восстановлению шнеков и цилиндров для следующего оборудования: экструдеры, термопластавтоматы (ТПА), грануляторы.
Преимущества восстановления шнеков и цилиндров:

1. Срок восстановления шнека и цилиндра значительно меньше срока изготовления новой пары
2. Предоставление конструкторской документации на шнек для последующих заказов
3. Качество восстановления шнековой пары сравнимо с качеством нового изделия.
4. Гарантия на выполненные работы

Для подачи запроса на ремонт шнеков необходимо прислать письмо на наш эл.адрес письмо следующего содержания:

• описание неисправности;
• фото(видео) материалы, на которых будут отражены: общий вид шнека и состояние отдельных его частей (хвостовика, рабочих витков);
• количество ремонтируемых шнеков.

Длины зон обычно зависят от свойств перерабатываемого материала и температуры переработки и могут изменяться в зависимости от технологического процесса.

Длина зоны дозирования принимается чаще всего от 30 до 50% длины винтового канала, длина зоны питания до 2—2,5 диаметров.

Для переработки полиэтилена высокого и низкого давления, полипропилена, нейлона и капрона шнек должен иметь три зоны: зону питания с постоянной глубиной винтового канала, зону пластификации с переменной глубиной винтового канала и зону дозирования с постоянной глубиной канала меньшей чем в зоне питания.

Для переработки полихлорвиниловых композиций и полистирола шнеки должны иметь две зоны: зону дозирования с постоянной глубиной винтового канала, зоны питания и сжатия с переменной глубиной винтового канала.

Для переработки с дегазацией и обезвоживанием материала в расплаве шнек должен иметь две ступени.
Наиболее распространенные схемы шнеков, применяемых для переработки пластических масс и резиновых смесей, показаны ниже.

а) Бескомпрессионные шнеки с постоянным шагом и постоянной глубиной нарезки применяются для переработки резины при длине рабочей части шнека менее 12 диаметров и диаметре шнека от 52 до 250 мм. При перемещении материала вдоль рабочего цилиндра эти шнеки не сжимают, а гомогенизируют и транспортируют материал. Материал, как правило, подается в предварительно пластифицируемом состоянии.

б) Шнеки с переменным шагом и постоянной глубиной нарезки применяются значительно реже ввиду трудности изготовления и меньшей производительности, чем у шнеков с переменной глубиной витка. Эти шнеки обеспечивают повышенную производительность первых витков, большое давление в последних витках и, имея высокую жесткость, обеспечивают передачу больших крутящих моментов. Применяются обычно для высоковязких масс типа поливинилхлорида, полистирола и резиновых смесей.

в) Шнеки с постоянным шагом и переменной глубиной нарезки нашли широкое применение в машинах для пластмасс и в новейших машинах для резины. При малой глубине нарезки в конце шнека образуется малый обратный поток перерабатываемого материала и большие усилия сдвига, что особенно важно для маловязких масс. Для высоковязких материалов эта глубина должна быть увеличена, что в конечном итоге приводит к уменьшению сечения шнека в зоне загрузки.

г) В шнеке небольшого диаметра ослабление сечения может привести к потере прочности. В этом случае рекомендуется к применению шнек с переменным шагом и глубиной нарезки, который обеспечивает большое давление, необходимое при выдавливании через щелевую головку, например, для получения пленки. Шнек этой конструкции может быть рекомендован и для крупных высокопроизводительных машин, применяемых в установках для покрытия пленкой различных рулонных материалов.

д) Шнеки с постоянным шагом, состоящие из цилиндрической части в зоне питания и конической в зоне пластификации и выдавливания, применяются в машинах для литья резины, где необходимо давление до 1200 кГ/см2, обеспечиваемое шнеками совместно с плунжерным ходом.

е) Шнеки с переменным шагом, состоящие из конической части в зоне загрузки и цилиндрической в зоне пластификации, и выдавливания, применяются в крупных машинах и грануляторах для резины.

ж) Шнеки с постоянным шагом и многократно-переменной глубиной нарезки применяются для переработки материалов, проходящих процесс дегазации. Многократное сжатие и расширение перерабатываемого материала обеспечивает выделение летучих веществ и удаление их через рабочий цилиндр или шнек.

Для различных видов перерабатываемого сырья и для различных форм изделий тип винтового канала наилучшим образом подбирается экспериментальным путем.

Производительность

Одной из главных характеристик экструдера является его производительность. Она определяется в зависимости от основных геометрических параметров шнека, а также его скорости вращения. Производительность показывает какой объем материала перерабатывается экструдером в единицу времени (например - кг/ч) и является основной экономической характеристикой, оценивающей объем производства.

Мощность привода

Также одной из главных характеристик экструдера является мощность его привода, она определяет крутящий момент шнека на выходе, и как следствие максимальную величину развиваемого давления.

Диаметр шнека (D)

Наружный (рабочий) диаметр шнека имеет общепринятые размеры: 20; 32; 45; 50; 52; 55; 60; 63; 90; 125; 160; 200; 250 и 320 мм. Нередко в зависимости от особенностей экструдера и страны его изготовления встречаются экструдеры с диаметром шнека, не входящим в данный ряд.

Степень сжатия

Существуют понятия геометрической и физической степеней сжатия, которые между собой не эквивалентны.

Геометрическая степень сжатия, или геометрическая компрессия, представляет собой отношение межвинтовых объемов во входном и выходном сечениях канала и для каналов переменной глубины может определяться как отношение квадратов наружных и внутренних диаметров шнека в соответствующих зонах.

Для большинства шнеков это соотношение принимается в пределах от 2,5 до 4, а иногда колеблется от 1 до 8.

Рекомендуемая геометрическая степень сжатия для различных материалов принимается следующей:

Понятие физической компрессии, или физической степени сжатия, определяет характер уплотнения продукта при перемещении его вдоль винтового канала от порошкообразного до вязко-текучего состояния.

Физическая компрессия составляет ориентировочно половину значения геометрической компрессии. На это значение влияют отношение косвенной плотности холодного сырья и расплава, степень заполнения сырья в начале и конце канала и значение коэффициентов подачи сырья.

Длина рабочей зоны шнека (L)

Для экструдеров типового ряда по рекомендациям ведущих производителей принято следующее соотношение длины шнека и его диаметра: для машин по переработке пластических масс L=(20-25)D, для машин по переработке резиновых смесей L= (5-12)D.

В двухшнековых экструдерах материал проходит по более длинным путям и многочисленным переходам, что позволяет создавать червяки длиной L=(9-12)D. Во многих зарубежных многошнековых машинах применяются шнеки с L = 9D. В двухшнековых машинах иногда применяются червяки различной длины.

Шаг винтовой нарезки шнека (Р)

От шага зависит напорное усилие, создаваемое шнеком. Большое напорное усилие можно создавать, уменьшая шаг, но при этом снижается производительность. Большинство одношнековых машин изготовляется с постоянным шагом и переменной глубиной нарезки.

Для машин по переработке пластических масс шаг винтовой линии составляет (0,8-1,2)D, для машин по переработке резины (0,4-0,6)D.

В крупных машинах для резиновых смесей применяются шнеки с переменным шагом, равным 0,96D в зоне загрузки и 0.6D в зоне пластикации.

Для шнеков многошнековых машин шаг нарезки практически находится в пределах (0,2-0,4)D.

Глубина винтового канала (h)

При увеличении глубины винтового канала и постоянном шаге увеличивается объем массы, находящейся в червяке, в связи с чем изменяется теплопередача от стенки корпуса к  материалу. Глубокую нарезку применяют для мягких материалов при низких давлениях. Применение шнека с мелкой нарезкой дает более низкую производительность и высокое давление. В шнеках с мелкой нарезкой обеспечивается повышенное напряжение сдвига и хорошая теплопередача между стенками цилиндра и материалом, так как материал более равномерно прогревается по толщине.
При проектировании шнеков с малой глубиной винтовой нарезки необходимо учитывать, что частицы загруженного материала должны быть менее 1/10 глубины винтового канала.
В проектируемых в настоящее время шнеках для переработки пластмасс глубина в зоне загрузки составляет (0,12-0,16)D, для переработки резиновых смесей (0,17-0,25)D.

При наличии переменной глубины нарезки, обеспечивающей необходимую степень сжатия перерабатываемого материала, наибольшая глубина принимается равной около 0,23D, а наименьшая — в зависимости от длины и степени сжатия до 0,12D. При проектировании шнеков с переменней глубиной винтового канала следует учитывать увеличение нагрузки в загрузочной зоне, что может привести к деформациям червяка в процессе работы.

Число и толщина витков шнека (z)

Для машин, работающих на порошкообразном и гранулированном материале, шнеки выполняются однозаходными с увеличенным объемом канала по сравнению с многозаходными, что особенно важно в зоне загрузки. Многозаходные шнеки применяются для переработки предварительно пластифицированного материала (резиновых смесей).
В одношнековых машинах для переработки пластических масс толщина витка шнека составляет (0,08—0,12) D, в машинах для переработки резины (0,06—0,08)D.

Меньшая толщина витков шнеков для переработки резиновых смесей объясняется тем, что резиновые смеси имеют вязкость большую, чем пластические массы, и поэтому уменьшается процент утечки массы через зазоры в процессе выдавливания. Для многозаходных шнеков толщина витка должна быть меньше половины шага (по условию зацепляемости шнеков). Чем меньше зазор между сопряженными витками, тем интенсивнее принудительное продвижение расплава. В существующих шнеках многошнековых машин толщина витков составляет (0,07-0,2)D.

Наряду с шнеками, имеющими постоянную толщину витка, применяются шнеки, имеющие винтовую нарезку с переменной толщиной. В этом случае у одного из шнеков объем винтового канала по мере перехода от зоны нагрузки к зоне выдавливания уменьшается, а у другого увеличивается. В этом случае толщина витка колеблется в пределах (0,04-0,3)D.

При вращении шнека перерабатываемая масса, попадая из винтового канала, имеющего большой объем, в винтовой канал с меньшим объемом, не только сжимается, но и подвергается интенсивной деформации сдвига в узком зазоре между боковыми поверхностями червяков.

Профили винтовых нарезок

При переработке пластических масс и резиновых смесей в шнеках наибольшее применение нашли прямоугольный и трапецеидальный профили.

Значения радиусов закруглений во впадинах: r=(0,02-0,04)D; R=(0,04-0,12)D.

Трапецеидальный профиль применяется чаще для шнеков малых диаметров (до 45-63 мм). Угол наклона профиля нарезки принимается а=10-15°, радиус закругления (0,07-0,13)D.
Для переработки резиновых смесей наибольшее применение нашел прямоугольный профиль, который характеризуется малым радиусом закругления на нагнетающей стороне r=(0,06-0,12)D и большим радиусом закругления на противоположной стороне R=(0,12-0,18)D.

Упорный профиль применяется в крупных грануляторах и фильтр-прессах, где вопросы прочности нарезки имеют первостепенное значение. Угол скоса витка a<30°. Перпендикулярная передняя поверхность витка способствует в некоторой степени интенсивности продвижения расплава.

Полукруглый профиль применяется в червяках мелких универсальных червячных машин только в зоне пластикации. Наличие полукруглого профиля предотвращает обратный поток смеси.

Для двухшнековых машин с несколькими шнеками применяются прямоугольный и трапецеидальный профили.

Прямоугольный профиль рекомендуется для шнеков с переменным шагом.

Для многошнековых машин с планетарной зоной пластификации в силу конструктивных условий профиль гребня приближается к эвольвентному, как в обычной зубчатой планетарной передаче.

Зазор между шнеком и цилиндром машины

Между гребнем витка шнека и внутренней поверхностью цилиндра имеется зазор, обеспечивающий нормальную работу машины. При малых зазорах в них происходит повышение температуры, в результате чего материал подгорает. Увеличение этого зазора приводит к увеличению обратного потока материала и соответственно к уменьшению производительности экструдера. Ведущие производители экструдеров рекомендуют зазор между шнеком и цилиндром в пределах (0,002-0,0028)D.

Как правило, большинство шнеков состоят из следующих конструктивных элементов:Как правило, большинство шнеков состоят из следующих конструктивных элементов:

Хвостовик

Хвостовик предназначен для присоединения шнека к редуктору экструдера. Присоединение, как правило, производится при помощи шпоночного и шлицевого соединений, соответствующих международным стандартам. Нередко встречаются нестандартные шпоночные и шлицевые соединения, а также призматические соединения. Для увеличения несущей способности могут применяться шпоночные соединения с двумя шпонками. Шлицевые соединения могут быть прямобочными, эвольвентными и треугольными. Наибольшим запасом прочности обладают треугольные шлицы, но в силу их нестандартности и сложности изготовления они применяются гораздо реже. Поэтому для увеличения запаса прочности хвостовика, как правило, применяют эвольвентные шлицы.

Призматические соединения применяют в малонагруженных миниэкструдерах. Это позволяет присоединять в качестве привода стандартные бытовые электроинструменты (дрель, шуруповерт и пр.)

Также нередко в торце хвостовика может быть резьбовое отверстие, служащее для крепления охлаждающей трубки или в качестве технологического для подвешивания шнека во время азотирования.

Основание

Основание - переходное звено между хвостовиком и рабочей частью, как правило, является сплошным цилиндрическим телом. Основание может служить для установки опор скольжения. Также нередко на основании располагается щелевое уплотнение, которое представляет из себя винтовую однозаходную или многозаходную нарезку с малым шагом и малой глубиной имеющей выход в карман рабочей зоны шнека. Направление нарезки задается направлением вращения шнека.

При вращении шнека частицы попадающие в зазор между цилиндром и шнеком за пределы загрузочной зоны попадают в нарезку щелевого уплотнения и за счет совпадения направления нарезки уплотнения и направления вращения шнека частицы выводятся обратно в зону загрузки. Глубина, шаг и форма нарезки задается в зависимости от используемого типа сырья.

Рабочая зона

Рабочая зона шнека служит для транспортировки, расплава, смешивания и диспергирования сырья. Представляет из себя винтовую нарезку, которая при вращении шнека транспортирует материал к экструзионной головке. Нарезка может быть однозаходной и многозаходной, одношаговой и разношаговой, одной глубины нарезки и разной глубины нарезки. Также рабочая часть может содержать конструктивные элементы для смешивания и диспергирования расплава, которые, как правило, называются смесительными элементами.

Также в качестве смесительных и диспергирующих элементов в рабочей зоне могут быть дополнительные нарезки, называемые барьерными. Механизм работы барьерной нарезки достаточно подробно описан в соответствующей литературе. Подобная нарезка применяется в основном в случаях неравномерного расплавления сырья в зоне дозирования и является своеобразным фильтрующим элементом, пропускная способность которого определяется поднутрением барьерного витка S.

Конструктивно барьерная нарезка может быть также, как и основная переменной глубины. В зависимости от типа перерабатываемого сырья, а также технологических возможностей шаг барьерной нарезки может совпадать с шагом основной или быть больше шага основной нарезки.

Смесительные элементы

Известно, что смесительный эффект, имеющий место в обычном шнеке, невелик. Смесительные элементы - конструктивные элементы рабочей зоны, способствующие более интенсивному смешиванию и диспергированию расплава. Суть работы смесителя любого типа — это создание определенного рода помех по ходу движения расплава. Это может быть либо резкое изменение направление движения расплава, либо уменьшение пропускной способности шнека на выходе или в зоне дозирования. Конструктивно, подобные помехи создаются при помощи всевозможных барьерных элементов, возникающих на пути движения расплава. В настоящее время применяется множество различных конструкций смесительных элементов, каждый из которых изготавливается для определенного рода технологического процесса. Проектирование смесительных элементов, как правило, производится экспериментальным путем.

Цилиндр, как и шнек является весьма ответственной частью экструдера. Цилиндр подвергается следующим воздействиям: неравномерному по длине нагреву; переменному давлению расплава полимерного материала, значение которого может изменяться от 0,1 до 80 МПа; резким температурным колебаниям вследствие цикличности нагрева-охлаждения при терморегулировании. На рабочую поверхность цилиндра оказывают воздействие термохимические процессы, сопровождающие пластификацию полимера, его истирают абразивные частицы, входящие в состав перерабатывающего материала. Все это заставляет применять как монолитные, неразъемные цилиндры, так и секционные конструкции, состоящие из отдельных частей, объединяемых фланцевыми соединениями. Кроме того, нередко в цилиндрах применяют запрессованные гильзы. Это позволяет удешевить цилиндр за счет использования недорогих черных металлов, образующих корпус (Ст3, 45, чугуны и пр.).

Цилиндр может выполняться, как составным, так и как единой сварной конструкцией. Основными конструктивными элементами цилиндра являются:

Присоединительный фланец

Присоединительный фланец служит для присоединения цилиндра к редуктору экструдера. Он имеет ряд гладких крепежных отверстий, а также центрирующий пояс. Крепление к редуктору производится, как правило, болтовым соединением. Для упрощения технологии изготовления загрузочной зоны или цилиндра в целом, выполняется в виде отдельной детали с центральным резьбовым отверстием, которая накручивается на трубу и приваривается в доступных местах стыка. Все центрирующие и присоединительные элементы выполняются после сварки.

Зона загрузки

Зона загрузки в зависимости от сложности конструкции может выполняться, как отдельной сборочной единицей, так и быть в составе цельного цилиндра. Главным конструктивным элементом в зоне загрузки является загрузочная воронка. Загрузочная воронка может быть конической, конической с поднутрением, цилиндрической, прямоугольной, квадратной и др. Выбор формы и размеров воронки определяются физическими свойствами материала (степенью подвижности, характеризуемой углом естественного откоса, гранулометрическим составом полимера и пр.), а также конструктивными соображениями. Размеры выпускного отверстия воронки корпуса (поперечные) должны быть равны (1-1,5)D, где D - внутренний диаметр цилиндра, и по оси цилиндра должны быть не меньше (1-1,5)P, где Р - шаг витка шнека.

Для улучшения подачи материала в загрузочной зоне нередко выполняют канавки-шлицы переменной глубины, которые способствуют увеличению трения полимерного материала о цилиндр и, соответственно, ускорению его осевого продвижения и пластификации. Канавки могут быть выполнены как прямыми, так и винтовыми.

При длительной работе экструдера возможен перегрев цилиндра в районе загрузочной воронки и на некотором расстоянии от нее в направлении подачи материала. В этом случае материал начнет слипаться, и прекратится его подача на шнек (образуется так называемый "козел"). Для предотвращения перегрева этой части цилиндра в нем делаются полости для циркуляции охлаждающей жидкости. Полости для циркуляции изготавливаются путем запрессовки гильзы с нарезанной в ней винтовой канавкой или путем фрезервования кармана непосредственно в цилиндре и привариванием к нему рубашки, закрывающей карман. В качестве охлаждающей жидкости, как правило, используется холодная проточная вода.

Зона пластификации и дозирования

На протяжении обоих зон цилиндр имеет внутреннее отверстие постоянного диаметра для размещения шнека. Отверстие изготавливается с учетом оптимального зазора между шнеком и цилиндром. С наружной поверхности поверхности цилиндра устанавливаются нагревательные элементы и датчики контроля температуры цилиндра в нескольких точках, распределенных по всей длине цилиндра. Нагреватели имеют определенную длину рабочей зоны, не превышающую 3-х диаметров шнека, это позволяет установить ряд нагревателей по всей длине цилиндра, для более гибкого регулирования температуры подогрева, производя регулировку температуры на каждом из нагревателей в отдельности. Датчики температуры выставляются либо в районе каждого нагревателя, либо в определенных технологически важных местах. Постоянное отслеживание температуры нагрева цилиндра по этим датчикам позволяет автоматизировать управление нагревом материала и контролировать непрерывную работу технологического цикла экструдера.

Зона дозирования цилиндра заканчивается либо наружной центральной резьбой, либо фланцем для присоединения головы экструдера. Также в конце данной зоны может быть сделана проточка для установки сит. Если технологический цикл требует дегазации расплава, то в цилиндре делается сквозное радиальное отверстия для выхода газов, отверстие может быть круглой, квадратной или прямоугольной формы. Цилиндр может иметь всевозможные технологические отверстия для облегчения его изготовления, крепления установочных деталей экструдера и пр.

Шнек и цилиндр в паре работают в достаточно тяжелых условиях, которые обеспечены постоянными перепадами температуры, а также интенсивным абразивным износом вследствие трения материала о стенки цилиндра и поверхности шнека. Поэтому для производства шнековых пар применяются особые материалы, подвергаемые термообработке и поверхностному упрочнению. Для производства шнеков и цилиндров, в общем случае, используется сталь марки 38Х2МЮА (а также ее близкие зарубежные аналоги). Использование данной марки стали обосновано тем, что она достаточно стабильно сохраняет свои физические характеристики при температурах до 400° С, а также сохраняет наилучшее качество азотированного слоя, после процедуры поверхностного упрочнения, по сравнению с остальными легированными сталями.

Основными этапами упрочнения шнеков и цилиндров являются:

Термоулучшение

Термоулучшение - термообработка, производимая закалкой материала с последующим высоким отпуском. В результате термоулучшения снимаются внутренние напряжения в деталях, в том числе и после сварки, а также повышается пластичность и ударная вязкость деталей. Твердость деталей сохраняет хорошие показатели. После термоулучшения материал сохраняет однородную структуру детали с оптимальными соотношениями твердости и пластичности. Вязкая сердцевина, образующаяся в результате термоулучшения, в разы увеличивает сопротивляемость изгибным и сдвиговым напряжениям, которые имеют место быть при работе шнековой пары под нагрузкой. Также термоулучшение способствует повышению лимита циклов работы изделия вследствие снижения усталостных напряжений.

Поверхностное упрочнение

Поверхностное упрочнение производится на деталях, работающих в условиях сильного абразивного износа или имеющих постоянные знакопеременные нагрузки. Поэтому, для шнековых пар, работающих в подобных условиях, операция поверхностного упрочнения является обязательной. На сегодняшний день существует масса различных способов поверхностного упрочнения начиная с химико-термической обработки, заканчивая обработкой давлением.

В настоящее время хорошо зарекомендовали себя три способа упрочнения это: азотирование, наплавка специальным составом и хромирование.

Азотированию подвергаются шнек (кроме хвостовой части) и цилиндр (или его внутренняя рабочая поверхность). Азотирование позволяет создавать на поверхностях шнека и цилиндра поверхностный слой твердостью 400-1200 HV на глубину 0,4-0,7 мм. Тем самым увеличивая абразивную стойкость деталей. Также азотирование производит антикоррозионный эффект. После азотирования рабочие поверхности деталей подвергаются полировке.

Для повышения срока службы при работе со вторичным сырьём и минеральными наполнителями (стекло, тальк, мел) для изготовления шнеков помимо азотирования применяется газопорошковая наплавка. Газопорошковая наплавка производится на шнеках после операции азотации, наплавке подвергаются специально подготовленные наружные поверхности витков шнека. Внутренние поверхности цилиндров также могут подвергаться наплавке методом центробежного обволакивания, при этом азотации поверхностей цилиндра не требуется. Шнековые пары, упрочненные газопорошковой наплавкой в маркетинговых кругах, называются биметаллическими, или парами с "биметаллическим покрытием". Наплавка порошковым сплавом или биметаллическое покрытие представляет собой защитное износостойкое покрытие толщиной в 1,8-2,2 мм из специального порошкового состава (композиция металлов - Ni, Al, Mo, Со, Ti, Cr, Cu и бескислородных тугоплавких соединений и твердых сплавов - карбидов Cr, Ti, W и др.). Твердость данного покрытия может колебаться в пределах 58-64 HRC. Помимо высокой твердости, а как следствие высокой абразивной стойкостью, в отличие от азотирования, данный сплав благодаря сильному уплотнению структуры имеет повышенную износостойкость, поэтому срок службы биметаллической пары увеличивается в 1,5-2 раза по сравнению со стандартным азотированием.

Также, помимо азотирования, шнековые пары могут подвергаться твердому хромированию. Хромирование производится на предварительно подготовленных поверхностях шнека или цилиндра гальваническим методом. После процедуры хромирования детали плакируются хромовым слоем толщиной 0,1...0,25 мм, защищающим их от абразивного износа. После хромирования рабочие поверхности шнека и цилиндра подвергаются полировке. Хромирование, как правило, применяется в пищевых производствах при относительно меньших нагрузках на шнек и цилиндр, чтобы предотвратить его отслаивание.

Помимо стали 38Х2МЮА шнеки и шнековые пары, в зависимости от условий эксплуатации могут изготавливаться из других материалов. В частности пары, используемые в пищевой промышленности, выполняются, как правило из нержавеющих сталей марок 08Х17Н13М2, 12Х18Н10Т (или их зарубежных аналогов) с последующим азотированием, или из сталей марок 45 и 40Х (или их зарубежных аналогов) с последующим хромированием или азотированием. Также для переработки таких специфических материалов, как фторполимеры необходимо применять материалы для шнековых пар на основе сплавов, с минимальным включением в свой состав железа, так как в противном случае, в ходе химической реакции образовываются фтористые соединения железа, которые, в свою очередь, являются катализаторами разложения фторполимера. Материал, используемый для производства шнеков и шнековых пар представляет собой сплав GH113 (российский аналог ХН63МБ), на основе никеля. Шнеки и шнековые пары, изготовленные из данного материала, обладают стойкостью к коррозии, отличаются высокой износостойкостью, устойчивостью к действию высоких температур и высокой плотностью.

Шнек ( Schnecke — нем.улитка)-стержень со сплошной винтовой поверхностью вдоль продольной оси. Шнек -основной рабочий механизм, который используется в экструзионных установках (экструдерах). В экструдерах шнек совместно с материальным цилиндром несет основную нагрузку, подготавливая полимерную массу, уплотняя, расплавляя и гомогенизируя ее. Подготовленная таким образом смесь выдавливается через отверстие формующей головки.

Существует несколько основных параметров шнека, характеризующих его работу (см. рис.1):

- длина (L) и диаметр (D), а также отношение длины к диаметру (L/D);

- глубина нарезки в начале и конце шнека (h1 и h2);

- длины отрезков с различной глубиной нарезки (L1, L2, L3);

- ширина гребня (е);

- шаг витка (t);

- угол винтовой нарезки (ϕ).

Рис. 1. Основные размеры шнека.

Производительность экструдера определяется в зависимости от числовых данных о диаметре (D) и соотношении длины к диаметру (L/D). Крутящий момент шнека и его диаметр являются также параметрами, характеризующими конструкцию экструдера. Таким образом, экструдеры четко классифицируются по производительности и изготавливаются только со шнеками определенного диаметра.

Общепринятые диаметры шнеков: D = 20; 32; 45; 50; 52; 55; 60; 63; 90; 125; 160; 200; 250 и 320мм.

Условно экструдеры можно разделить на два типа: короткошнековые и длинношнековые.

Короткошнековые экструдеры имеют соотношение длины к диаметру L/D = 12-18, длинношнековые - L/D > 30. Наиболее распространены экструдеры с L/D = 20-25. В некоторых современных конструкциях длина шнека достигает L/D = 36.

Соотношение глубины нарезки h1 и h2 наиболее часто используемых шнеков составляет от 1/2 до 1/3.

Размерные параметры шага витка (t) и ширины гребня (е) согласуется с размерами шнека и, как правило, составляет t = D, а e = 0,1D.

Шнеки можно классифицировать в зависимости от перерабатываемого сырья.

Наиболее распространенные виды представлены на рис. 2.

Рис. 2. Разновидности шнеков.

1. В зоне загрузки однозаходный, а в зоне плавления и дозирования двухзаходный;
2. Однозаходный шнек с уменьшающимся шагом нарезки и постоянной глубиной канала;
3. Однозаходный шнек со скоростным сжатием (ускоренным плавлением);
4. Однозаходный шнек с системой дегазации;
5. Барьерный шнек, в зоне дозирования двухзаходный.

Шнеки со смесительными и диспергирующими элементами используются в сочетании с захватывающей втулкой. Такие участки в значительной степени способствуют протеканию процессов пластикации и гомогенизации. Для передачи крутящего момента задняя сторона шнека зачастую оснащается шлицами и пружиной. Шнеки большого размера имеют многоклиновое зубчатое зацепление. Передний конец шнека завершается наконечником (рис. 3).

Рис. 3. Смесительные и срезающие области, используемые в шнеках.

Материальные цилиндры, внутри которых работает шнек, могут быть цельными или состоящими из двух частей. Большинство одношнековых цилиндров состоят из двух частей – короткой захватывающей втулки (до 3D) и гладкой трубы цилиндра.

Длина шнеков с системой дегазации, как правило, составляет 30D. Область декомпрессии(средний участок шнека) служит для отвода летучих компонентов.

Основное направление деятельности нашей компании - изготовление шнеков и цилиндров (шнековых пар) для использования в экструдерах, термопластавтоматах, выдувных и инжекционных машинах, грануляторах, дозаторах любых производителей для переработки любых полимеров и их композиций, а также резины. Мы предлагаем изготовление шнековых пар (шнек + материальный цилиндр), и отдельно шнеков по чертежам, либо образцам заказчика. В последнем случае необходимо предоставление образца для замеров и изготовления конструкторской документации, согласно которым в дальнейшем и будет происходить процесс изготовления. После окончания замеров образец возвращается заказчику. Для осуществления замеров и необходимой подготовки требуется несколько дней. Мы специализируемся на выпуске следующих типов шнековой продукции:

* Шнеки и шнековые пары для одно- и двухшнековых экструдеров

* Шнеки и шнековые пары для литьевых и инжекционных машин

* Шнеки с запорными кольцами для термопластавтоматов(ТПА)

* Конические шнеки к одношнековым и двухшнековым экструдерам

* Двойные параллельные и конические шнековые пары

* Биметаллические шнеки

* Барьерные шнеки

* Шнеки и цилиндры с зоной дегазации

* Шнеки с переменным шагом и диаметром

* Составные шнеки и цилиндры

* Шнековые элементы для компаундирования

* Шнековые элементы для пищевых экструдеров

Для производства шнеков и цилиндров используется сталь марки 38Х2МЮА. Одним из важных этапов производства считается азотация шнековой пары для придания поверхностному слою изделия твердости до 65 HRC на глубину 0,6-0,8 мм. На завершающем этапе изделие покрывается твёрдым хромом и полируется. Для повышения срока службы при работе со вторичным сырьём и минеральными наполнителями (стекло, тальк, мел) для изготовления шнеков применяется биметалл. В основе та же сталь 38Х2МЮА, а наружный слой представляет собой защитное износостойкое покрытие толщиной в 2-3 мм из порошкового сплава с высокой стойкостью к эрозии (Fe-Cr-Ni-B+Carbide). Данное покрытие наносится методом газопорошковой наплавки. В итоге срок службы биметаллического шнека увеличивается в 1,5-2 раза по сравнению со стандартным азотированием.

Каждый шнек разрабатывается с учетом требований заказчика, перерабатываемого материала, условий эксплуатации. Изготовление шнеков и шнековых пар производится согласно чертежам (эскизам) заказчика или по предоставленному образцу. При разработке изделий производятся все необходимые для обеспечения надежности, долговечности и износостойкости расчеты.