O parafuso da extrusora é o componente central do equipamento de moldagem de extrusão de plástico, assumindo tarefas críticas como transporte de materiais, fusão, plastificação e uniformização. Sua racionalidade de projeto afeta diretamente a qualidade da extrusão, a eficiência de produção e os níveis de consumo de energia. Este artigo analisará a estrutura do parafuso, o princípio de funcionamento, a otimização do projeto e a manutenção.

A estrutura básica e classificação dos parafusos

Parafusos de extrusor são geralmenteSegmento de alimentação, compressão (fusão), medição (uniformização)Consiste em três partes, com as seguintes funções:

1. Zona de alimentação (feed zone)
   • FunçõesTransporte de materiais sólidos (como partículas ou pó) do recipiente para o segmento de compressão.
   • Características do designProfundidade do parafuso maior (geralmente 15% ~ 20% do diâmetro do parafuso) para acomodar mais materiais; A largura da espiral é mais estreita, reduzindo a resistência ao atrito com o material.
   • Aplicações típicasTransporte inicial de plásticos termoplásticos como PE e PP.
2. Zona de Compressão (Compression Zone)
   • Funções: Comprimir, cortar e fundir o material através da profundidade do parafuso, eliminando os voláteis (como umidade ou aditivos).
   • Características do designA profundidade do parafuso é linear ou não linear decrescente, a relação de compressão (a relação entre o volume do parafuso do segmento de alimentação e o volume do parafuso do segmento de medição) é geralmente de 2: 1 a 5: 1.
   • Parâmetros-chaveO ângulo de compressão (taxa de variação da profundidade do parafuso) afeta a eficiência da fusão, a assembleia excessiva leva à descomposição do material por sobreaquecimento e a plastificação insuficiente.
3. Zona de medição (metering zone)
   • FunçõesTransporte uniforme do material fundido para a cabeça para estabelecer pressão e fluxo estáveis.
   • Características do designA profundidade do parafuso é constante e leve (geralmente 5% ~ 10% do diâmetro do parafuso), a largura do parafuso aumenta para melhorar a taxa de corte.
   • Orientação otimizadaAumente a uniformização aumentando o comprimento do parafuso ou usando parafusos de barreira.

Tipo de parafuso：

• Parafusos convencionaisAdequado para a maioria dos processamentos de plásticos gerais (por exemplo, PVC, PE).
• Parafuso separadorFixe uma rosca secundária no segmento de medição para separar o material fundido do material não fundido e melhorar a qualidade da plastificação (comumente usado em plásticos de engenharia como PA, PC).
• Parafuso de escapeDefinição do segmento de escape após o segmento de compressão para processamento de materiais contendo voláteis (por exemplo, materiais reciclados).
• Parafuso duploCombinando as vantagens de parafuso único e duplo, é adequado para materiais de alta preenchimento ou alta viscosidade (como compostos de madeira e plástico).

Princípio de funcionamento do parafuso

O processo de extrusão pode ser dividido em três fases:

1. Fase de transporte de sólidos
   • O material é movido pela rotação do parafuso no segmento de alimentação, movendo-se ao longo do parafuso para a frente, formando um "tampão sólido".
   • A eficiência de transporte é afetada pela velocidade do parafuso, profundidade do parafuso e o fator de atrito do material e do cilindro.
2. Fase de fusão
   • O material é aquecido pelo cilindro e o corte do parafuso no segmento de compressão, gradualmente mudando do estado sólido para o estado de fusão.
   • A velocidade de fusão depende dos parâmetros geométricos do parafuso (como a relação de compressão) e das condições do processo (como temperatura, velocidade de rotação).
3. Fase de transporte de fusão
   • O material fundido é uniformemente transportado para a cabeça no segmento de medição e moldado para a forma de seção desejada através da boca.
   • A pressão de transporte é regulada pela velocidade do parafuso, pela resistência da cabeça e pela válvula de contrapressão.

Pontos-chave do projeto do parafuso

1. Proporção de comprimento (L/D)
   • Definição: a relação entre o comprimento eficaz do parafuso e o diâmetro é geralmente de 20: 1 a 36: 1.
   • Impacto: quanto maior a proporção de diâmetro, maior o tempo de plastificação, melhor o efeito de uniformização, mas o consumo de energia e os custos aumentam.
   • Sugestão de seleção:
     • Plásticos universais (como PE, PP): L / D = 20: 1 ~ 25: 1
     • Engenharia de plásticos (como PA, POM): L / D = 25: 1 ~ 30: 1
     • Materiais de enchimento elevado (como plástico de cálcio): L / D ≥ 30: 1
2. Relação de compressão
   • Definição: a relação entre o volume do parafuso do segmento de alimentação e o volume do parafuso do segmento de medição, refletindo o grau de compressão do material.
   • Impacto: a proporção de compressão é muito grande e pode levar à descomposição do material por sobreaquecimento, e a plastificação é insuficiente se for muito pequena.
   • Valores típicos:
     • Plásticos sensíveis ao calor (como PVC): proporção de compressão = 1,5: 1 ~ 2: 1
     • Plástico cristalino (como PE, PP): proporção de compressão = 2,5: 1 ~ 3,5: 1
3. Velocidade do parafuso
   • Alcance: geralmente 30 ~ 120rpm, parafuso de alta velocidade pode atingir mais de 300rpm.
   • Direção de otimização:
     • Aumentar a velocidade de rotação aumenta a produção, mas simultaneamente aumenta a eficiência de resfriamento (por exemplo, a utilização de cilindros refrigerados a ar ou água).
     • Evite que a velocidade de rotação excessiva leve ao sobreaquecimento do corte do material (por exemplo, a velocidade de rotação do processamento do PVC é menor que 60 rpm).
4. Escolha de materiais
   • Corpo do parafuso：
     • Material convencional: 38CrMoAlA (dureza ≥900HV após tratamento de nitrificação, excelente resistência ao desgaste).
     • Material: parafuso bimetálico (o substrato é 42CrMo, liga Stellite soldada em espiral, a vida útil aumenta 3 a 5 vezes).
   • Revestimento do cilindro：
     • Material convencional: aço 45# (cromado, rugosidade da superfície Ra≤0.4μm).
     • Material resistente ao desgaste: revestimento de carboneto de tungstênio à base de níquel (espessura 0,2 ~ 0,5 mm, adequado para processamento de plásticos reforçados com fibra de vidro).

Cenário de aplicação do parafuso

1. Extrução de tubos
   • Requisitos: alta produção, baixa flutuação da temperatura de fusão.
   • Solução otimizada: uso de parafuso de barreira + cilindro de prego para melhorar a uniformidade da plastificação.
2. Extrução de filme
   • Requisitos: alta resistência à fusão, baixo teor de gel.
   • Otimização: Aumento do comprimento do segmento de medição (L/D≥30:1) para uso com misturadores estáticos.
3. Extrução de perfil
   • Requisitos: baixa tensão residual, alta estabilidade dimensional.
   • Esquema otimizado: uso de parafusos com baixa relação de compressão (1,8: 1 ~ 2,2: 1) para reduzir o calor de corte.
4. Processamento de materiais reciclados
   • Requisitos: alta resistência ao desgaste, forte capacidade de escape.
   • Solução otimizada: design de parafuso de duas ordens + segmento de escape, com cromo duro na superfície do parafuso.

Manutenção e otimização do parafuso

1. Manutenção diária
   • Limpe regularmente os resíduos da superfície do parafuso (especialmente antes da parada, é necessário lavar com poliolefina).
   • Verifique o espaço entre o parafuso e o cilindro (o espaço padrão é de 0,1 a 0,3 mm, deve ser ajustado ou substituído após o desgaste).
   • Monitorar a corrente do motor principal, uma elevação anormal pode indicar o desgaste do parafuso ou a entrada de objetos estranhos no cilindro.
2. Diagnóstico de falhas
   • Produção diminuídaVerifique se o segmento de alimentação está bloqueado ou se o desgaste do parafuso está causando uma redução da eficiência do transporte.
   • Defeitos de superfície do produtoPor exemplo, manchas focais, bolhas, pode ser o corte do segmento de medição sobreaquecido ou mal exaustão.
   • Ruído anormalParafuso e cilindro atrito ou rolamento danificado, necessita de reparação imediata.
3. Upgrade direção de transformação
   • Reforma de poupança de energia: Adota a tecnologia de regulação de velocidade de variação de frequência para ajustar dinamicamente a velocidade do parafuso de acordo com a carga.
   • Atualização inteligenteSensores de temperatura e pressão adicionais para o controle de ciclo fechado do processo de extrusão.
   • Projeto modularDesenvolver componentes de parafuso substituíveis rapidamente para atender a uma variedade de necessidades de produção.