Вплив величини зазору між шнеком і циліндром на експлуатаційні характеристики термопластавтоматів Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2015, № 3 93 Матвіїшин П.В. ВП НУБіП України "Бережанський агротехнічний інститут", м. Бережани, Україна E-mail: tribosenator@gmail.com ВПЛИВ ВЕЛИЧИНИ ЗАЗОРУ МІЖ ШНЕКОМ І ЦИЛІНДРОМ НА ЕКСПЛУАТАЦІЙНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕРМОПЛАСТАВТОМАТІВ УДК 678.057 Одержано експериментальні залежності крутильного моменту та часу завантаження і пластикації різних пластмас від велечини зазору між шнеком і циліндром термопластавтомату. Визначено критичні значення зазору між шнеком і циліндром для досліджуваних пластмас, перевищення яких приводить до зниження якості продукції. Ключові слова: термопластавтомат, шнек, циліндр, зазор, пластмаса, продуктивність. Вузол пластикації є одним з найважливіших вузлів термопластавтомата. На відміну від типового екструдера, в якому шнек обертається безперервно і не змінює свого положення, шнек термопластавто- мата обертається періодично і робить зворотно-поступальний рух вздовж осі матеріального циліндра. Величина зазору між шнеком і циліндром термопластавтоматів має великий вплив на їх експлуатаційні характеристики, а саме: тиск в різних зонах по довжині циліндра; величина крутильного моменту; час в період завантаження та пластикації; продуктивність термопластавтомата тощо [1 - 4]. Тому дослідження впливу зазору між шнеко і циліндром при переробці різних полімерних матеріалів має велике практичне значення і є актуальним. Нами проведені такі дослідження [5] на термопластавтоматі моделі ДБ3328. На рис. 1 наведені графіки залежності крутильного моменту Мкр на шнеку від зазору  між шне- ком і циліндром в період завантаження і пластикації пластмас. З графіків видно, що зазор  суттєво впливає на величину Мкр. При мінімальному значенні  = 0,11 мм для всіх досліджуваних матеріалів він має максимальне значення і знаходився в межах від 280 Нм (для капрону 6,6) до 380 Нм (для склопла- стику ПС68-30). При цьому величина Мкр тим більша, чим більша в’язкість розплаву матеріалу. Для всіх досліджуваних матеріалів в інтервалі значень зазору  = 0,17 - 0,4 мм спостерігається значне зменшення Мкр в порівнянні з його значенням при  = 0,11 мм. Це пояснюється тим, що мінімальному зазору  = 0,11 мм в матеріальному циліндрі виникають великі сили тертя в результаті контактування поверхонь шнека і циліндра в зв’язку з деформуванням шнека від повздовжнього згину при дії великого осьового зусилля (до 95 кН,) та наявності відхилення від прямолінійності осі шнека при існуючій технології його виготовлення. 50 100 150 200 250 300 350 400 0,11 0,17 0,27 0,4 0,62 0,74  , мм 1 2 3 4 Мкр Н·м Рис. 1 – Залежність крутильного моменту від зазору  в період завантаження різних пластмас: 1 – капрон П6,6; 2 – поліетилен ПВТ; 3 – склопластик ПС68-30; 4 – полістирол ПСМ Дослідженнями [5] встановлено, що на шнек діють великі осьові сили (до 95 кН в період заван- таження і до 188 кН в період вприскування,), які викликають поздовжні деформації шнека в результаті поздовжнього згину 6, що викликає більш інтенсивний знос поверхонь шнека і циліндра та додаткові енерговитрати в процесі роботи. Вплив величини зазору між шнеком і циліндром на експлуатаційні характеристики термопластавтоматів Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2015, № 3 94 Дослідження показали, що при збільшенні зазору  від оптимальних значень 0,17 … 0,4 мм ве- личина крутильного моменту збільшується для всіх досліджуваних матеріалів. Це пояснюється збільшенням сил тертя в матеріальному циліндрі в зв’язку з попаданням гранул матеріалу в зазор між гребенем шнека і циліндром, та перерозподілом тиску по довжині циліндра зі збільшенням зазору . Слід відзначити, що термопластавтомат на відміну від екструдерів є машиною циклічною дії, з автоматичною системою управління вузлів завантаження і пластикації матеріалу, змикання і розмикання прес-форми, вприскування розплаву в прес-форму та її охолодження. Продуктивність термопластавтомата можна визначити за залежністю:   N t ТТ П ц пд 3600 вироб/зміну, (1) де T – протяжність зміни в год.; пдT – час на підготовку термопластавтомата до роботи в год.; N – кількість виробів в прес - формі; цt – протяжність циклу, сек.; похвнпрзpц ttttttt  , де pt – час розмикання прес - форми, с.; зt – час змикання прес - форми, с.; прt - час перехідного руху прес - форми, с.; внt – час вприскування розплаву, с.; охt – час витримки під тиском і охолодження прес-форми, с.; пt – час паузи між циклом, с. Протяжність циклу складається з часу змикання напів - форм, часу їх спільного руху, часу за- повнення прес-форми розплавом, часу витримки під тиском і охолодженням прес-форми, часу розмикан- ня прес-форми та паузи між циклами. Мінімальна пауза між циклами minn t приймається 1 - 2 секунд. В цьому випадку виникає мінімальна протяжність циклу minц t . Якщо в процесі роботи термопластавтомата час завантаження і пластикації матеріалу буде більшим від мінімальної протяжності циклу ( звt  minцt ), як наслідок від збільшення зазору  між шнеком і циліндром, то в цьому випадку буде збільшуватися час паузи nt , що викличе і зменшення продуктивності термопластавтомата. У випадку, коли протяжність завантаження і пластикації порції матеріалу менша від протяжності циклу при мінімальній паузі ( звt  minцt ), величина зазору  між шнеком і циліндром не впливає на продуктивність термопластавтомата. Проте в усіх випад- ках величина зазору  впливає на енергозатрати на одиницю продукції, зміну тиску в матеріальному циліндрі та якість виробів. В табл. 1 наведені результати досліджень експлуатаційних параметрів термопластавтомату ДБ3328 в залежності від величини зазору при переробці різних пластмас. З табл. 1 видно, що зі збільшенням зазору , збільшується час завантаження і пластикації звt матеріалів та кількість обертів шнека n в даний період. Характер зміни звt для різних матеріалів різний (рис. 2). Найбільший час за- вантаження спостерігається при переробці капрону П6.6 і найменший час звt – при пробці полістиролу ПСМ. Матеріали, що мають меншу в’язкість розплаву і більшу схильність до перетікання через гребні шнека, при збільшенні зазору вимагають більшого часу на завантаження при наборі необхідного об’єму порції матеріалу для вприскування. І, навпаки, матеріали з більшою в’язкістю розплаву мають менший час завантаження звt при наборі порції матеріалу. Вплив величини зазору між шнеком і циліндром на експлуатаційні характеристики термопластавтоматів Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2015, № 3 95 З рис. 2 і табл. 1 видно, що для всіх досліджуваних матеріалів при зазорах 0,17 … 0,27 мм існує мінімальне значення звt , яке в подальшому збільшується зі збільшенням . При цих зазорах діє мінімальний крутильний момент Мкр (табл. 1), який теж збільшується при подальшому збільшенні зазо- ру. Це обумовлено тим, що в результаті викривлення осі шнека при існуючій технології виготовлення шнеків і під дією осьового зусилля шнек деформується та поверхня шнека контактує з поверхнею циліндра. При зазорі  = 0,11 мм виникають великі сили тертя між поверхнями шнека і циліндра, що зумовлює зменшення кутової швидкості шнека, підвищення часу завантаження порції матеріалу та збільшення енерговитрат в період завантаження в результаті збільшення крутильного моменту. Таблиця 1 Експлуатаційні параметри процесу переробки різних пластмас при різних зазорах  між шнеком і циліндром термопластавтомата ДБ3328 в період завантаження і пластикації матеріалу Параметри технологічного процесу звt , с n , об , об/с Мкр, Н·м Рос, кН зв t , с n , об , об/с Мкр, Н·м Рос, кН Зазор , мм поліетилен ПВТ капрон П6.6 0,11 19,5 32,7 1,68 310 84,2 23,0 37,8 1,65 250 68,7 0,17 12,7 23,2 1,83 170 75,0 17,8 31,8 1,79 96 68,1 0,27 13,1 24,3 1,85 172 70,1 17,6 31,7 1,80 98 67,9 0,40 17,6 32,0 1,82 180 67,8 25,1 45,9 1,83 135 67,5 0,62 25,0 45,7 1,83 227 64,4 32,0 58,2 1,82 174 66,8 0,74 32,2 58,9 1,83 275 63,3 38,4 70,6 1,84 230 68,9 полістирол ПСМ склопластик ПС68-30 0,11 12,0 20,5 1,7 334 93,0 15,0 26,6 1,74 381 95,0 0,17 9,4 17,0 1,82 280 82,2 14,4 26,3 1,82 222 80,2 0,27 11,3 20,7 1,83 262 75,4 15,3 28,0 1,83 224 76,0 0,40 14,9 27,0 1,81 251 71,1 16,5 29,8 1,81 255 72,2 0,62 16,8 30,7 1,83 265 67,9 22,6 41,1 1,82 271 62,3 0,74 21,1 38,4 1,82 330 66,0 25,0 45,7 1,83 302 60,1 Позначення: звt – середній час завантаження і пластикації матеріалу в матеріальному циліндрі; n – середня кількість обертів шнека під час завантаження;  – середня кутова швидкість при завантаженні; Мкр – крутильний момент; Рос – осьове зусилля на шнеку при завантаженні. Рис. 2 – Залежність часу завантаження і пластикації tзв від зазору  між шнеком і циліндром при переробці різних пластмас: 1 – капрон П6.6; 2 – поліетилен ПВТ; 3 – склопластик ПС68-30; 4 – полістирол ПСМ Вплив величини зазору між шнеком і циліндром на експлуатаційні характеристики термопластавтоматів Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2015, № 3 96 При значеннях зазору  більших від 0,3 мм відбувається збільшення часу звt в результаті перетікання розплаву через гребні шнека і тим більше, чим менша його в’язкість (рис. 2). В умовах про- ведення експериментів на термопластавтоматі ДБ3328 при оптимальних зазорах  = 0,2 … 0,3 мм протяжність циклу склала 20 … 25 с. Розрахунки показують, що для термопластавтоматів з об’ємом вприскування 63 см3 час охолодження виробу складає 27,5 с. Тому згідно даних рис. 2 зменшення продуктивності термопластавтомату ДБ3328 в процесі переробки різних пластмас буде виникати при на- ступних значеннях зазору : для капрону П6,6   0,3 мм; для полетилену   0,4 полістиролу   0,74 мм, для склопластику   0,62 мм. Тому з метою запобіганню зменшення продуктивності термо- пластавтомата рекомендується при переробці пластмас враховувати степінь зносу шнека, що впливає на величину зазору  між шнеком і циліндром, і спочатку при невеликому зазорі  необхідно переробляти матеріали з меншим коефіцієнтом в’язкості розплаву, а матеріали з більшим коефіцієнтом в’язкості пе- реробляти при більших допустимих зазорах. Наприклад, серед досліджуваних нами матеріалів слід пере- робляти в першу чергу капрон П6,6 при зазорах  < 0,3 мм, в другу чергу поліетилен ПВТ при зазорах  < 0,4 мм, в третю чергу склопластик ПС68-30 при зазорах  < 0,62 мм і на завершення полістирол ПСМ. Разом з цим, при переробці пластмас слід враховувати вплив зазору на якість продукції. Прове- дене нами візуальне дослідження якості виробів в процесі проведення експериментів показали, що в дея- ких матеріалів (капрон П6,6, поліетилен ПВТ) вже при зазорі між шнеком і циліндром 0,5 мм якість ви- робу знижується (появляються в виробах непластифіковані зерна, дефекти поверхні тощо), що є недо- пустимим. Література 1. Переработка пластмасс / Шварц О., Эбелинг Ф.-В., Фурт Б. / под. общ. Ред. А.Д. Паниматчен- ко. – СП.: Профессия. – 2005. – 320 с. 2. Швецов Г.А. Технология переработки пластических масс / Г.А. Швецов, Д.У. Алимова, М.Д. Барышникова. – М.: Химия, 1988. – 512 с. 3. Гладченко А.Н. Реология износостойкости металлических трибосистем / А.Н. Гладченко, И.В. Шевеля // Хмельницкий, ТУП «Универ» – 2001. – 183 с 4. Завгородний, В.К. Литьевые машины для термопластов и реактопластов / В.К. Завгородний, Э.Л. Калинчев, Е.И. Марам. – М., 1968. – 374 с. 5. Зносостійкість деталей екструдерів і термопластавтоматів в абразивному середовищі: Книга в двох частинах / Під загальною редакцією В.Г.Каплуна. – ХНУ. – 2014. – 244с. 6. Каплун В.Г. Исследоваание шнека термопластавтомата на устойчивость с применением ЭВМ/ В.Г. Каплун, В.Д. Леськив, Л.А. Силина, Б.С. Волынский// Инф. Матер. АН УССР. – К.: Наук. Думка, 1979. – С. 26 - 27. Надійшла в редакцію 16.09.2015 Вплив величини зазору між шнеком і циліндром на експлуатаційні характеристики термопластавтоматів Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2015, № 3 97 Matviishyn P.V. The effect of the gap between screw and cylinder on the operating characteristics injection molding machine. The experiment also showed the dependence of the twister and the time of loading and damping different types of plastic on the size of clearance between the screw and the cylinder, determined critical data for the clearance between the screw and the cylinder for the plastic under study. The excess of critical data makes the quality of the product worse. Key words: injection molding machine, screw, cylinder gap, plastics, performance. References 1. Pererabotka plastmas. Shvarc O., Jebeling F.-V., Furt B. pod. obshh. Red. A.D. Panimatchenko. SP.: Professija. 2005. 320 s. 2. Shvecov G.A., AlimovaD.U., Baryshnikova M.D. Tehnologija pererabotki plasticheskih mass. M.: Himija, 1988. 512 s. 3. Gladchenko A.N., Shevelja I.V. Reologija iznosostojkosti metallicheskih tribosistem. Hmel'nickij, TUP «Univer» .2001. 183 s 4. Zavgorodnij V.K., Kalinchev Je.L., MaramE.I. Lit'evye mashiny dlja termoplastov i reaktoplastov. V.K. Zavgorodnij. M., 1968. 374 s. 5. Znosostіjkіst' detalej ekstruderіv і termoplastavtomatіv v abrazivnomu seredovishhі: Kniga v dvoh chastinah. Pіd zagal'noju redakcієju V.G.Kapluna. HNU. 2014. 244s. 6. Kaplun V.G., Les'kiv V.D., Silina L.A., Volynskij B.S. Issledovaanie shneka termoplastavtomata na ustojchivost' s primeneniem JeVM.. Inf. Mater. AN USSR. K.: Nauk. Dumka, 1979. S. 26-27. _GoBack