Układy uplastyczniające wtryskarek. Część 3
Poprzednie części publikacji dotyczyły podstaw projektowania jednostki uplastyczniającej i obliczeń konstrukcji ślimaka. W części II przedstawiliśmy na przykładzie wybranego ślimaka obliczenia dotyczące zachowania wydajności uplastyczniania, zdolności do wytwarzania ciśnienia i procesu topienia materiału. W części kolejnej chcemy przedstawić działania pozwalające na optymalizację konstrukcji ślimaka.
Wyniki pierwszych obliczeń
Dla opisywanego wcześniej ślimaka uzyskaliśmy średnią prędkość dozowania 12,49 g/s przy ciśnieniu uplastyczniania równym 80 bar i prędkości obwodowej ślimaka 300 mm/s. Średnia szybkość dozowania wynosiła około 12,49 g / s przy ciśnieniu dynamicznym 80 barów i prędkości obwodowej 300 mm / s. Ślimak przy powyższych parametrach wykazał wyraźną nadwyżkę zdolności wytwarzania ciśnienia. Przy ciśnieniu uplastyczniania 80 bar ślimak uzyskał szczytowe ciśnienie 160bar. Wartość ta powinna zostać obniżona do ca 120 bar w celu ochrony uplastycznianego materiału przed uszkodzeniem.
Z drugiej strony proces topienia był wyjątkowo pozytywny, ponieważ materiał stopił się już całkowicie po około 8 D w kierunku transportu. Ważnym aspektem prowadzonych obliczeń optymalizacji ślimaka jest uzyskanie pewności, ze tworzywo ulegnie stopieniu i granulki materiału nie przedostaną się w głąb strefy dozowania, czy nawet do obszaru końcówki ślimaka. Materiał pozostający w stanie stałym może powodować uszkodzenie ślimaka lub końcówki.
–––– Materiał w stanie nieuplastycznionym
–––– Materiał w stanie nieuplastycznionym po fazie postoju
–––– Udział materiału uplastycznionego (stopionego)
–––– Udział materiału uplastycznionego (stopionego po fazie postoju)
Optymalizacja geometrii ślimaka - Krok I - Redukcja długości strefy dozowania
Pierwszym krokiem optymalizacji powinna być redukcja długości strefy dozowania. Ślimak w strefie dozowania charakteryzuje się stosunkowo płytkimi zwojami. Przy znacznej długości tej strefy może ona powodować wstrzymywanie przepływu materiału i wywoływać efekt płynięcia wstecznego. W badanym ślimaku strefa dozowania wynosiła 5,5 D. Dla dalszych obliczeń jej długość zostanie zmniejszona do 3,5D. Jednocześnie dla zachowania stałej długości całkowitej ślimaka 22D wydłużona zostanie strefa sprężania.
Przebieg ciśnienia wzdłuż ślimaka po zmianie długości strefy dozowania
|
Nr | Strefa ślimaka | długość | głębokość zwoju | kąt natarcia zwoju | ilość zwojów |
| 1 | strefa zasilania | 11,0D | 5,00 | 50.00 | 1 |
| 2 | strefa sprężania | 7,5D | 5,00-2,50 | 50.00 | 1 |
| 3 | strefa dozowania | 3,5D | 2,50 | 50.00 | 1 |
| 4 | końcówka ślimaka | 1,96D |
|
|
|
Opis konstrukcji ślimaka po skróceniu strefy dozowania i wydłużeniu strefy sprężania
Zmiana długości strefy dozowania wywołała bardzo nieznaczną zmianę ciśnienia maksymalnego. Jednak ciśnienie szczytowe przesunęło się bardzie ku końcówce ślimaka i spadek ciśnienia stał się bardziej gwałtownym. Moment zakończenia topienia materiału przesunął się do 8,9D a średnia wydajność uplastyczniania wyniosła 13,02 g/s.
Optymalizacja geometrii ślimaka - Krok II - Zwiększenie głębokości zwojów ślimaka w strefie dozowania
Ponieważ skrócenie strefy dozowania nie przyniosło spodziewanych efektów w kolejnym kroku zmieniono głębokość zwojów ślimaka w tej strefie. Przed przeprowadzeniem obliczeń wróciliśmy do pierwotnych długości ślimaka wynoszących strefa zasilania 11D /strefa sprężania 5,5D / strefa dozowania 5,5 D. Pamiętając o zachowaniu współczynnika skoku możemy dokonać zwiększenia głębokości zwoju o ca 25-30%. W przypadku naszego ślimaka głębokość zwoju wyniosła 3,2 mm.
Przebieg ciśnienia wzdłuż ślimaka po zmianie głębokości zwoju o ok. 28%
Uzyskany przebieg ciśnienia pokazuje znaczącą redukcję ciśnienia szczytowego, które z 158 bar zostało zredukowane na 129 bar. Zwiększenie głębokości zwoju o 28% wywołało więc znacząco większy efekt niż skrócenie długości strefy dozowania o 36%.
Dla ślimaka o zmienionej głębokości zwojów uzyskano wzrost wydajności uplastyczniania do 15,23 g/s przy przesunięciu punktu zakończenia topienia materiału do 10,4D.
|
Nr | Strefa ślimaka | długość | głębokość zwoju | kąt natarcia zwoju | ilość zwojów |
| 1 | strefa zasilania | 11,0D | 6,40 | 50.00 | 1 |
| 2 | strefa sprężania | 5,5D | 6,40-3,20 | 50.00 | 1 |
| 3 | strefa dozowania | 5,5D | 3,20 | 50.00 | 1 |
| 4 | końcówka ślimaka | 1,96D |
|
|
|
Opis konstrukcji ślimaka po zwiększeniu głębokości zwoju
Zmiana długości strefy dozowania czy zmiana głębokości zwoju ślimaka mogą być zmieniane podobnie jak i inne parametry konstrukcji: długość innych stref, współczynnik kompresji, czy inne parametry.
Jeśli badania będą prowadzone dla różnych materiałów, można uzyskać konstrukcję sprowadzoną do wspólnego mianownika, o uniwersalnym zastosowaniu. Takie uniwersalne konstrukcje pod nazwą UNIMELT są oferowane przez WITTMANN BATTENFELD w standardowym wyposażeniu wtryskarek. Ślimaki te charakteryzują się szerokim zakresem zastosowań dla przetwórstwa tworzyw termoplastycznych. W połączeniu z różnymi pakietami ochrony na ścieranie i korozję ślimaki te spełnią większość wymagań procesu.
W przypadkach specjalnych WITTMANN BATTENFELD może pomóc w rozwiązaniu problemów poprzez stworzenie optymalnej konstrukcji dostosowanej do indywidualnych wymagań.
Przygotowując niniejszą publikację chcieliśmy przedstawić Państwu złożoność procesu opracowania konstrukcji i optymalizacji konstrukcji ślimaków. Mamy nadzieję, że przedstawione fakty pozwolą Państwu na lepsze zrozumienie procesu prowadzonego na Waszych maszynach.
