¿Cómo afecta el diseño estructural del barril de tornillo cónico la calidad y la eficiencia de la extrusión de plástico?

En el campo del procesamiento de extrusión de plástico, el diseño estructural del barril de tornillo cónico Como componente central determina directamente la estabilidad del proceso de extrusión, la calidad de la masa fundida y la eficiencia de producción. Con la creciente demanda del mercado de productos de plástico de alto rendimiento, la optimización del diseño del barril de tornillo cónico se ha convertido en la clave para mejorar la competitividad de las empresas.
1. Relación de compresión y profundidad de hilo: el núcleo de la uniformidad de la fusión
La relación de compresión del tornillo cónico (la relación de la profundidad de la ranura del tornillo entre la sección de alimentación del tornillo y la sección de medición) es el parámetro central que afecta la calidad de la fusión. Una relación de compresión más alta puede mejorar la cizalladura y el efecto de mezcla del material en el surco del tornillo, promover la plastificación uniforme de la cadena de polímeros y reducir la generación de partículas no fundidas. Sin embargo, una relación de compresión demasiado alta causará un aumento repentino en la presión en el barril, aumentar el consumo de energía y acelerar el desgaste del tornillo. Por ejemplo, cuando se procesa plásticos de ingeniería de alta viscosidad (como PC, PA), un diseño de relación de compresión progresiva (como 3: 1 a 2.5: 1) no solo puede evitar la degradación causada por una temperatura de fusión excesivamente alta, sino también mejorar la densidad de fusión.
Además, el diseño gradual de la profundidad del hilo afecta directamente la distribución de la velocidad de corte. El área de ranura poco profunda (sección de medición) mejora la fluidez de la masa fundida a través de la alta cizalladura, mientras que el área del surco profundo (sección de alimentación) asegura la estabilidad de la transmisión sólida. Si el diseño de gradiente no es razonable, puede causar reflujo de fusión o sobrecalentamiento local, reduciendo la precisión dimensional del producto extruido.
2. Relación de aspecto y campo de temperatura: el punto de equilibrio entre la eficiencia y el consumo de energía
La relación de aspecto (L/D) del tornillo cónico es la clave para determinar el tiempo de residencia del material y la eficiencia de plastificación. Los tornillos más largos (L/D> 25) pueden extender el tiempo de calefacción del material y son adecuados para procesar materiales con poca estabilidad térmica (como PVC), pero aumentará significativamente los costos del equipo y el consumo de energía. Por el contrario, los tornillos cortos (L/d <20) pueden reducir el consumo de energía, pero pueden causar defectos superficiales de los productos debido a la plastificación incompleta.
El control coordinado del campo de temperatura también es crucial. El diseño de calentamiento en zonas del barril cónico debe coincidir con las características geométricas del tornillo. Por ejemplo, se usa una temperatura más baja en la sección de alimentación para evitar que el material se derrita y se pegue prematuramente, mientras que la temperatura aumenta gradualmente en la sección de compresión y la sección de medición para garantizar una plastificación suficiente. El uso de la tecnología de control de temperatura dinámica (como el algoritmo PID) puede reducir las fluctuaciones de temperatura de fusión y controlar la diferencia de temperatura dentro de ± 1.5 ° C, evitando así la deformación o el agrietamiento del producto causado por el estrés térmico.
3. Adaptabilidad del material: extender la vida y reducir los costos de mantenimiento
El proceso de tratamiento de la superficie del barril de tornillo cónico (como nitruración y pulverización de aleación bimetálica) afecta directamente su resistencia al desgaste y resistencia a la corrosión. Por ejemplo, al procesar plásticos reforzados que contienen fibra de vidrio, el uso de recubrimiento de carburo de tungsteno (WC) puede extender la vida útil del tornillo en más del 30%, al tiempo que reduce el cambio de tono causado por el desgaste y el mantenimiento de una presión de extrusión estable. Además, la selección de material del revestimiento del cañón (como el acero Boron o la aleación a base de níquel de alta temperatura) debe coincidir con la corrosividad del material procesado para evitar la contaminación de la masa fundida debido a las reacciones químicas.
El diseño estructural del barril de tornillo cónico necesita encontrar un equilibrio en la optimización de objetivos múltiples: debe cumplir con los altos estándares de calidad de fusión y minimizar el consumo y los costos de energía. Con la popularización de las tecnologías de simulación (como CFD y el análisis de elementos finitos), la predicción precisa del rendimiento del tornillo a través del modelado digital se ha convertido en una tendencia de la industria.