螺杆和机筒磨损对挤出机性能的影响

马静怡　编译

螺杆和机筒磨损对挤出机性能的影响

马静怡编译

挤出机中的螺杆和机筒磨损会对产品的质量造成影响。为提高其耐磨损性，可在螺杆和机筒上覆盖铬化硼合金和铜铝合金，这样可延长使用寿命，延迟维修更换的时间。

螺杆；机筒；磨损；铬化硼合金；铜铝合金

0　前　言

螺杆和机筒的磨损会大大影响生产效率和挤出产品的质量。影响的程度取决于4个关键因素：螺杆和机筒部件的磨损量、聚合物的黏度、机头压力和螺杆转速。

1　结构材料

摩擦和腐蚀会导致磨损的发生。为从这两方面降低磨损，可以有多种选择。通常耐摩擦和腐蚀螺杆由以下材料制成：

（1）镍/铬/硼合金Colmonoy56：含2%碳、13%铬、2.7%硼，4%硅，4%铁，少量镍；

（2）镍/铬/硼合金Colmonoy83：含2%碳、20%铬、1%硼，1.4%硅，1.4%铁，34%钨，少量镍。

耐磨损机筒通常是：

（1）Xaloy102（美国Nordson Xaloy公司产品）：洛氏硬度为58～66的硼/铁合金（铁、硼、镍、铬以及硅）；

（2）Xaloy800（美国Nordson Xaloy公司产品）洛氏硬度为58～68且含有55%～85%碳化钨的镍合金（含11%～17%铬、4%～4.5%铁、3.25%～4.25%硅、2.5%～3.5%硼、少量镍）。

抗腐蚀机筒通常选择：

Xaloy306（美国Nordson Xaloy公司产品）：洛氏硬度为50～59的镍基合金，含有不高于0.5%的铁（含3%～4%硼，4.5%～5.5%硅，6.5%～7.5%铬，少量镍）。

2　发展历程

理想的标准组合是Colmonoy56螺杆与Xaloy102机筒的组合。此外，还采用Colmonoy83螺杆与Xaloy102机筒组合，以及Colmonoy56螺杆与Xaloy800机筒组合，但是在薄弱部位，其有时会出现加速磨损现象。最佳配置是采用碳化钨螺杆（Colmonoy83）装配在碳化钨机筒（Xaloy800）中。

为提高Colmonoy56螺杆的耐磨损性，American Kuhne 公司在4.5 in（1in=25.4 mm）及更大尺寸螺杆上加装2个卡口，以减少对4140钢的磨损，并提高耐磨性保护的程度。Colmonoy83使用在单螺杆上效果较好。

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对螺纹边缘易损部位的保护。许多供应商不在螺纹边缘使用镍/铬/硼合金，不会也不愿意在螺纹边缘加入增强材料。按工业领域的经验法则来说，通常机筒的寿命是螺杆寿命的2～3倍（加入耐磨材料后）。此外，与普通材料相比，加入碳化钨可以提高机筒寿命50%～200%。当然，螺杆和机筒的每次使用都有不同的加工因素，例如材料黏度的高低、机头压力的高低、机器是否达到最大输出（或只达到50%的输出能力）、下步的冷却能否耐受更高的熔化温度、是否已经达到了极限都不一样。

磨损通常在生产线上被监控，不同的机筒内衬及螺杆涂层的寿命既决定了其适用性和重复性，使用同一材料修复螺杆及机筒的置换，也决定了改善的预期和额外的资金投资。通常采用Colmonoy56螺杆作为标准焊件，Colmonoy83螺杆则作为备选。一般采用Xaloy102（或类似产品）机筒，碳化钨机筒（Xaloy800）则作为备选。

3　加工问题

与传统树脂相比，改善了物理性能的高性能树脂能供给部件更好的耐磨性。遇下列情况时，则更倾向于选择碳化钨材料：

■ 混入部分熔融的 HDPE、LLDPE、RPVC w/TiO2及不同种类的茂金属填料的比例＞50%；

■ 螺杆速度高于50 r/min；

■ 比一般设定的机筒温度低；

■ 模孔出口角压力大于4000psi

（1 psi=6.89 kPa）。

当磨损发生时，工艺工程师和操作人员的自然反应是简单地提高挤出螺杆转速，从而抵消产量下降的损失。这样能在短期内成功地恢复产能。但螺杆转速的增大将导致熔融温度的明显提高，引起产品的冷却和定型问题，从而导致产品的质量问题。特别因浪涌会导致产品尺寸的不稳定。

4　讨　论

磨损会造成螺杆和筒体尺寸的改变，此外低产出和高熔融温度、熔融质量等潜在因素也经常会产生负面影响。即使挤出机处于最佳工作状态，高产出和低熔融温度的状态下，任何磨损也都会减少设备的使用寿命。当然，螺杆直径上0.020 in的磨损都会适度降低转速（可能10%），大多数生产商会容许螺杆的损耗在0.050～0.070 in范围，允许低生产率或高熔融温度的存在（导致生产能力和质量下降）。在复合挤出应用中，某些产品不需挤出机达到最大的转速，因此那些设备允许存在一定的磨损，只需简单地提高螺杆速度来克服生产效率的下降。被挤出的聚合物黏度越高，存在的磨损也越大。然而，在产出和质量没有明显降低的情况下，严重的磨损是被允许存在的。螺杆的极限压力越大，可接受的磨损也越少（需要最大的泵送效率）。

5　结　论［1］

高黏度现代工程树脂（包括茂金属）的出现，导致额外磨损很晚才被发现，对改善螺杆和机筒耐磨性提出了更高的要求。从使用Colmonoy56升级到Colmonoy83的成本近几年明显降低，因此，许多挤出设备在螺杆及机筒部件上使用了碳化钨，从而达到最大的使用寿命。新增的前期投入通常被更高的产品性能及质量所抵消，同时，也延迟了机筒和螺杆维修更换的时间。

考虑到混合物、模具和运转条件的多样性，很难精确计算磨损率及其对生产力的影响。不管怎样，应及时检查螺杆和机筒，测定出明显的磨损。当磨损达到0.020～0.040 in时，则表明其会对产量或质量造成缺陷。

在正常时间间隔内，记录下基础的数据用于比较，以便对产量的减少及熔融温度的增长进行评估。

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

［责任编辑：翁小兵］

TQ 330.4+4

B

1671-8232（2016）09-0046-02

2016-02-10