中國(guó)橡膠機(jī)械網(wǎng) 我們已多次強(qiáng)調(diào):螺桿機(jī)筒是注塑機(jī)的最關(guān)鍵、最靈魂的部件,在注塑加工生產(chǎn)中,塑膠原料由尾部進(jìn)入注塑機(jī)機(jī)筒,螺桿在機(jī)筒中告訴轉(zhuǎn)動(dòng),將塑料顆粒及其填料擠壓推進(jìn),在前進(jìn)中混合塑化,由螺桿頭部注入模腔。這時(shí)，機(jī)筒和螺桿承受一定的高溫高壓不同的塑料，注塑機(jī)螺桿的工作溫度也不同。
螺桿機(jī)筒多因磨損造成間隙過大不能正常擠、注而報(bào)廢。磨損加大螺棱機(jī)筒間的間隙這導(dǎo)致降低熔融速率及泵出能力造成物料溫度不均勻及壓力波動(dòng),使產(chǎn)品質(zhì)量下降,同時(shí)生產(chǎn)率降低、能耗增加。相對(duì)機(jī)筒來說,螺桿更易于損壞失效。
螺桿失效引起的損失是驚人的,據(jù)北美1986年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),螺桿失效損失超過25億美金。在中國(guó)雖沒有相應(yīng)的統(tǒng)計(jì)資料,但是,據(jù)統(tǒng)計(jì)中國(guó)注塑機(jī)銷售額超過200億元，繼續(xù)穩(wěn)居世界第一?？梢栽O(shè)想螺桿失效將導(dǎo)致巨大的經(jīng)濟(jì)損失。尤其是近年來,隨塑料制品性能的提高和種類的增加,螺桿工作環(huán)境更為惡劣,除高硬度填料的使用導(dǎo)致磨損加劇外,還存在不同程度的腐蝕現(xiàn)象,因此,如何提高螺桿的壽命,是當(dāng)前螺桿選材及熱處理、表面處理的一個(gè)重要課題。
1.螺桿失效機(jī)理及影響使用壽命的因素
1.1螺桿工作條件
注射螺桿在比較惡劣的條件下工作,溫度一般在200℃以上。它不僅要承受注射時(shí)的高壓同時(shí)還承受熔料的磨蝕作用和預(yù)塑時(shí)的頻繁負(fù)載起動(dòng)。螺桿工作過程中還承受很大的壓力和扭矩。
1.2失效機(jī)理
一般認(rèn)為,螺桿因磨損失效的主要原因是“磨粒磨損”。在螺桿和料筒之間的塑料或填料顆粒,由于力的作用,對(duì)螺桿產(chǎn)生切削作用導(dǎo)致材料損失.
此外,塑料和填料在高溫下塑化時(shí)常常分解出腐蝕性介質(zhì),會(huì)對(duì)螺桿表面金屬產(chǎn)生腐蝕,腐蝕產(chǎn)物很容易被塑料帶出,從而導(dǎo)致材料的損失。磨損與腐蝕的共同作用,加劇了螺桿的失效。
1.3影響螺桿使用壽命的因素
從螺桿失效的機(jī)理分析,影響螺桿使用壽命的因素有:
(1)螺桿的設(shè)計(jì)
(2)螺桿選材
(3)表面鍍金屬如Cr、Ni
(4)滲氮
(5)噴涂或噴焊硬化合金
(6)料筒的選材與表面處理
(7)物料(如塑料粒度、母料性能)及操作(轉(zhuǎn)速、背壓等)
可見,除(1)、(7)涉及到螺桿的設(shè)計(jì)(也即改善螺桿的受力狀態(tài))和所加工的物料外,螺桿的使用壽命主要與螺桿的材質(zhì),尤其是各種表面處理技術(shù)有關(guān)。
1.4注塑機(jī)螺桿的選用依據(jù)
對(duì)注塑機(jī)螺桿進(jìn)行選擇時(shí),首先是根據(jù)所加工塑料的性質(zhì),選擇或自行設(shè)計(jì)螺桿的結(jié)構(gòu),如長(zhǎng)徑比、壓縮比、螺距、棱寬等。其次是選擇螺桿的材料與相應(yīng)的表面處理方法。如果所加工的塑料會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)腐蝕氣體如聚氯乙烯分解出氯化氫氣體、氟塑料分解出氟化氫氣體以及某些功能性塑料含有各種助劑如阻燃劑、抗靜電、著色劑、交聯(lián)劑等,它們也會(huì)分解出氯化氫氣體。以SO2為主的氣體硫化物及其酸性物質(zhì)、甲酸、焦磷酸等腐蝕性物質(zhì),在強(qiáng)混煉中浸蝕螺桿、機(jī)筒表面,造成剝蝕和點(diǎn)蝕。
一般而言,成型溫度越高,腐蝕作用越劇烈。這種情況下,需考慮選用高耐蝕螺桿。
如果所加工塑料為高強(qiáng)度塑料,它們常含有玻璃、硼等增強(qiáng)纖維。還有為獲得各種特殊性能或?yàn)榱私档退芰系某杀?會(huì)在塑料中加入各種填充料,如硅石、重晶石、陶土、纖維素、云母、金屬粉等。這些顆粒的硬度如表1所示,是很高的,會(huì)對(duì)螺桿產(chǎn)生嚴(yán)重的磨粒磨損,因此需考慮高硬度的螺桿。
一般,硬質(zhì)合金可以同時(shí)滿足以上兩個(gè)要求,某些廠家還在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展了高耐蝕兼顧硬度、以及高硬度兼顧耐蝕性的不同螺桿。
螺桿機(jī)筒多因磨損造成間隙過大不能正常擠、注而報(bào)廢。磨損加大螺棱機(jī)筒間的間隙這導(dǎo)致降低熔融速率及泵出能力造成物料溫度不均勻及壓力波動(dòng),使產(chǎn)品質(zhì)量下降,同時(shí)生產(chǎn)率降低、能耗增加。相對(duì)機(jī)筒來說,螺桿更易于損壞失效。
螺桿失效引起的損失是驚人的,據(jù)北美1986年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),螺桿失效損失超過25億美金。在中國(guó)雖沒有相應(yīng)的統(tǒng)計(jì)資料,但是,據(jù)統(tǒng)計(jì)中國(guó)注塑機(jī)銷售額超過200億元，繼續(xù)穩(wěn)居世界第一?？梢栽O(shè)想螺桿失效將導(dǎo)致巨大的經(jīng)濟(jì)損失。尤其是近年來,隨塑料制品性能的提高和種類的增加,螺桿工作環(huán)境更為惡劣,除高硬度填料的使用導(dǎo)致磨損加劇外,還存在不同程度的腐蝕現(xiàn)象,因此,如何提高螺桿的壽命,是當(dāng)前螺桿選材及熱處理、表面處理的一個(gè)重要課題。
1.螺桿失效機(jī)理及影響使用壽命的因素
1.1螺桿工作條件
注射螺桿在比較惡劣的條件下工作,溫度一般在200℃以上。它不僅要承受注射時(shí)的高壓同時(shí)還承受熔料的磨蝕作用和預(yù)塑時(shí)的頻繁負(fù)載起動(dòng)。螺桿工作過程中還承受很大的壓力和扭矩。
1.2失效機(jī)理
一般認(rèn)為,螺桿因磨損失效的主要原因是“磨粒磨損”。在螺桿和料筒之間的塑料或填料顆粒,由于力的作用,對(duì)螺桿產(chǎn)生切削作用導(dǎo)致材料損失.
此外,塑料和填料在高溫下塑化時(shí)常常分解出腐蝕性介質(zhì),會(huì)對(duì)螺桿表面金屬產(chǎn)生腐蝕,腐蝕產(chǎn)物很容易被塑料帶出,從而導(dǎo)致材料的損失。磨損與腐蝕的共同作用,加劇了螺桿的失效。
1.3影響螺桿使用壽命的因素
從螺桿失效的機(jī)理分析,影響螺桿使用壽命的因素有:
(1)螺桿的設(shè)計(jì)
(2)螺桿選材
(3)表面鍍金屬如Cr、Ni
(4)滲氮
(5)噴涂或噴焊硬化合金
(6)料筒的選材與表面處理
(7)物料(如塑料粒度、母料性能)及操作(轉(zhuǎn)速、背壓等)
可見,除(1)、(7)涉及到螺桿的設(shè)計(jì)(也即改善螺桿的受力狀態(tài))和所加工的物料外,螺桿的使用壽命主要與螺桿的材質(zhì),尤其是各種表面處理技術(shù)有關(guān)。
1.4注塑機(jī)螺桿的選用依據(jù)
對(duì)注塑機(jī)螺桿進(jìn)行選擇時(shí),首先是根據(jù)所加工塑料的性質(zhì),選擇或自行設(shè)計(jì)螺桿的結(jié)構(gòu),如長(zhǎng)徑比、壓縮比、螺距、棱寬等。其次是選擇螺桿的材料與相應(yīng)的表面處理方法。如果所加工的塑料會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)腐蝕氣體如聚氯乙烯分解出氯化氫氣體、氟塑料分解出氟化氫氣體以及某些功能性塑料含有各種助劑如阻燃劑、抗靜電、著色劑、交聯(lián)劑等,它們也會(huì)分解出氯化氫氣體。以SO2為主的氣體硫化物及其酸性物質(zhì)、甲酸、焦磷酸等腐蝕性物質(zhì),在強(qiáng)混煉中浸蝕螺桿、機(jī)筒表面,造成剝蝕和點(diǎn)蝕。
一般而言,成型溫度越高,腐蝕作用越劇烈。這種情況下,需考慮選用高耐蝕螺桿。
如果所加工塑料為高強(qiáng)度塑料,它們常含有玻璃、硼等增強(qiáng)纖維。還有為獲得各種特殊性能或?yàn)榱私档退芰系某杀?會(huì)在塑料中加入各種填充料,如硅石、重晶石、陶土、纖維素、云母、金屬粉等。這些顆粒的硬度如表1所示,是很高的,會(huì)對(duì)螺桿產(chǎn)生嚴(yán)重的磨粒磨損,因此需考慮高硬度的螺桿。
一般,硬質(zhì)合金可以同時(shí)滿足以上兩個(gè)要求,某些廠家還在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展了高耐蝕兼顧硬度、以及高硬度兼顧耐蝕性的不同螺桿。