Одним из направлений деятельности нашей компании является ремонт и изготовление экструзионных фильер. Изготовление фильер мы рассмотрим немного позднее. В этой статье мы расскажем как мы чиним изношенные и пофрежденнные фильеры, что можно починить а что уже нет и покажем некоторые фотоматериалы.

1. Какие фильеры мы восстанавливаем?

Чаще всего к нам в ремонт поступают 2 вида фильер - от выдувных экструдеров и плоскощелевые. Несмотря на схожие материалы из которых они изготовлены и тип гальванического покрытиия, это совершенно разные изделия в разрезе их ремонта.

Выдувные фильеры чаще всего используются для производства ПВД/ПНД пленок различной ширины и толщины. В зависимости от типа бывают одно и многослойные фильеры.

Основной износ в таких фильерах приходится на формующие поверхности - дорн и матрицу. В более тяжелых слуяаях изнашиваются распределители и колонны. 

Основной задачей при ремонте является восстановление изначальных геометрических параметров а только уже затем замена гальванического покрытия. Поскольку все детали таких фильер круглые, то качественное восстановление геометрии деталей возможно только на вращении с применяемыми уже методиками механической обработки (токарная, шлифовальная итд).

На фото показан пример подготовки матрицы к повторному нанесению гальванического покрытия

Также очень важным является соблюдение точных допусков при выполнении механической обработки. Так как круглые фильеры не имеют возможности регулировки отдельных участков формующих поверхностей.

Плоскощелевые фильеры поступают к нам в основном с повреждениями формующих губок, дорнов и гидроаккумуляторов. Ремонт таких фильер чаще всего включает в себя фрезерную обработку, шлифовку и полировку. Основной задачей как и с круглыми является восстановление геометрических параметров детали. Сложность этого этапа заключается в большх размерах и весах деталей. Не каждый станок способен вместить на себя деталь длиной к примеру 2,5 метра. Наши мощности позволяют обрабатывать такие плоскости.

Вторая сложность при восстановлении плоскощелевых фильер это большие объемы сварочных работ. Чаще всего применяется лазерная сварка и ручная обработка. На одной плоскости может быть до 50-70 мест, которые требуют наплавки и шлифовки. На фото пример такого этапа.

По этой причине срок ремонта таких фильер часто составляет 4-5 месяцев. Что обосновано большой разницей в стоимости ремонта и покупки новой фильеры.

В следующей статье мы расскажем о подготовке деталей под гальванические работы и типы гальванического покрытия.

Многие эксплуатанты экструзионного оборудования возможно даже не задумываются о том, что сердце их экструдера - шнековая пара была когда-то и кем-то разработана.

В этой статье мы кратко расскажем о таком участке работ как проектирование шнековых пар.

Несмотря на обилие компьютерных программ, помогающих в разработке различных деталей и процессов, на сегодня разработка шнековой пары для экструдера так и остается чем-то средним между расчетом и творчеством.

Вроде бы нелогично. Ну как так? Ведь все можно высчитать и сделать проект. Увы, нет. Тысячи попыток разработки 

шнековых пар только на компьютере, показали, что реальные параметры могут отличаться очень сильно.

Графические редакторы, программы для расчетов , прочие утилиты несомненно помогают в этом. Но остается один самый важный фактор - понимание процессов реологии и опыт.

Ни одна программа не сможет смодедировать шнековую пару так, как человек, имеющий опыт в экструзии, металлообработке и в проектировании.

Специалистов с таким кейсом не готовит ни одни университет в мире. Нет такой специальности. Именно поэтому, компании, разрабатывающие и производящие шнековые пары, всегда в своем ключевом штате , как правило, имеют специалиста со всеми вышеописанными навыками и опытами.

В нашей стране, увы утрачена школа, позволяющая вырастить подобных специалистов. Стоит ли удивляться отсутствию разработок в экструзии? 

В нашей компании особо внимание уделяется вопросам разработки, тестирования и улучшения дизайнов шнековых пар.

Мы не можем сказать, что наши разработки лучше или хуже других. Но мы точно можем сказать - наши шнековые пары работают должным образом. 

Этот скромный результат является суммой трудов и квалификации более чем десятка специалистов за 12 лет.

Наш коллектив продолжает разработки шнековых пар, несмотря на трудности и неоцененность такого глубокого подхода к работе. 

В статье мы кратко расскажем о возможных и наиболее часто встречающихся нами дефектах фильер выдувных экструдеров, способах и технологиях их ремонта, проблемах в ремонте и нашем опыте с 2013 года в этом виде работ.

Какие фильеры чаще всего попадают к нам в ремонт и с какими дефектами?

- выдувные фильеры от 150 до 450 мм 

- плоскощелевые фильеры для стрейч пленки

- плоскощелевые фильеры для экструзии поликарбоната

- плоскощелевые фильеры для экструзии листов ПНД\ПП\ПВД

- плоскощелевые фильеры для экструзии ПВХ

- трубные фильеры

- фильеры для кабельной экструзии

- фильеры для выпуска спанбонда

Основные симптомы с которыми мы приниимаем фильеры в ремонт

- износ формующей части фильеры (губы, матрица, дорн)

- механические повреждения

- износ хрома

- термодеструкция

- человеческий фактор

В зависимости от результатов входного контроля, наша компания рекомендует от 1 до 3 вариантов ремонта фильеры. Либо, в случае ее тотального износа\повреждения - изготовление новой детали.

Так или иначе, результатом работы является введение фильеры в эксплуатацию, при значительной экономии денежных средств заказчика, относительно заказа новой детали.

За многие годы работы нами накоплен значительный опыт по восстановлению фильер. Отработаны технологии, понятны наиболее частые проблемы и скрытые дефекты. 

Ниже представим несколько фотографий фильер ДО и ПОСЛЕ выполненного ремонта.

В статье мы постараемся кратко пояснить отличия качественных шнековых пар от продуктов сомнительного происхождения и дать полезные советы эксплуатантам оборудования.

Шнековая пара, как деталь и часть оборудования для экструзии, работает в довольно жестких условиях

- температурный режим с колебаниями более 200 градусов многократно в течение срока службы

- давление до 40 Мпа

- осевые и радиальные нагрузки 

- трение абразивного типа

- химическое воздействие перерабытываемого материала

- периодические перегрузки и превышения прочностных характеристик.

Все вышеперечисленные факторы выдвигают крайне высокие требования к качеству шнековой пары и в части материала изготовления и в части его мехобработки и в части термической обработки.

Для изготовления шнековых пар применяются специальные марки сталей, подходящие по своим параметрам под работу в вышеуказанных условиях. Перечислим некоторые основные.

- 38Х2МЮА (аналоги K24065, K24728, 38CrMoAl)

- 40Х13 (аналоги X38Cr13, X39Cr13, X40Cr13, X42Cr13, X46CM3, X46Cr13, AISI 420)

И аналогичные им сплавы. 

Основная характеристика этих марок сталей - их класс - сталь коррозионно-стойкая жаропрочная.

Это означает, что сталь перености перепады температур, химическое воздействие и прочная на износ. Говоря простым языком.

Для того, чтобы добиться требуемых показателей, описанные марки сталей подвергаются специальной многостадийной термической обработке. 

- азотирование 

- твч закалка

- цементация

- карбюризация

Применяется одна из вышеуказанных методик.

После термической обработки стали, происходит ее финишная обработка

- шлифовка

- полировка

Основное отличие шнековых пар высокого (либо просто - надлежащего) качество от шнековых пар ненадлежащего качества кроется как раз в вышеуказанных особенностях.

Если шнековая пара изготовлена из стали не соответстсвующего класса, то ее просто невозможно упрочнить. Деталь будет слишком мягкая по твердости и нестойкая к воздействующим на нее нагрузкам. Хотя по внешнему виду она никак не будет отличаться от шнековой пары надлежещего качества. Срок службы такой детали в разы меньше. Стоиомсть ее изготовления на 30-40% ниже, чем из стали нужного класса.

Именно такие шнековые пары чаще всего покупают переработчики  на торговых площадках в КНР. Не имея измерительного инструмента, даже специалист не отличит дешевую пару от качественной.

При этом и повторный ремонт таких шнековых пар чаще всего нецелесообразен. Так как материал ремонтного состава просто не имеет требуемой диффузии на нужную глубину и при  работе может разрушиться. 

Наша компания не принмает подобные изделия в ремонт.

Ниже представлены образцы шнековых пар ненадлежащего качества.

Шнековые пары имеют глубокие выработки в зоне сжатия. Время образования такой выработки - 14-17 дней с момента запуска или около 3 тонн сырья. Замена на шнековую пару надлежащего качества решило проблему.

Таким образом, при заказе шнековой пары, покупатель должен убедиться в качестве изготавливаемой детали на основании предоставленных сертификатов, паспортка качества и отзывов. 

Нельзя покупать шнековые пары как можно дешевле. Это сердце машины и оно должно быть здоровым и крепким.

В следующей части мы опишем процесс изготовления шнековой пары и покажем примеры работ наших зарубежных партнеров из США, Польши, КНР, Тайваня и Индии. А также расскажем как делаем шнековые пары мы.

Благодарим за внимание.

Как правило нет ни одного эксплуатанта экструдера (гранулятора), кто ни разу бы не сталкивался с износом сердца машины - шнековой пары.

Основные симптомы, которые могут сказать о том, что стоит готовиться к замене этого узла экструдера.

- скачки давления (т.н. пульсация).

- локальный перегрев в одной или нескольких зонах экструдера

- падение производительности (как правильно нарастающее)

- скрипы, стуки и прочие звуки в области расположения шнековой пары.

Для более полного понимания того, что обычно происходит при износте шнековой пары, вспомним некоторые постулаты, согласно которым работает любая шнековая пара

- номинальный рабочий зазор  (зазор между вершиной шнека и стенкой материального цилиндра) на шнековой паре равен 0,001 D . Где D это диаметр шнека. Именно поддержание такой величины зазора обеспечивает беспроблемное прохождение расплава через все зоны, нагнетание необходимого давления и отсутствия заклинивание шнека и цилиндра в результате теплового расширениия. Говоря проще - такой зазор должен быть в исправной шнековой паре, которая даст нужную производительность.

Обычно ресурс шнековой пары (в зависимости от типа экструзии) составляет несколько тысяч тонн материала. Например шнековая гранулятора, изготовленная с соблюдением всех требований, без проблем отработает 4000-5000 тонн материала. Такой ресурс шнековых пар иногда сообщают нам наши заказчики.

Со временем и количеством тоннажа переработки, в шнековой паре начинают возникать деструктивные изменения

- увеличивается зазор между гребнем шнека и стенкой материального цилиндра

- появляются зоны эллипсности на стенке материального цилиндра

- появляются кольцевые задиры на стенке материального цилиндра

- появляется и прогрессирует сетка микротрещин на шнеке

- появляются усталостные дефекты металла 

- происходит постепенный отпуск азотированного слоя.

Как правило, в ремонт в нашу компанию попадают шнековые пары, имеющие один или несколько вышеуказанных дефекто. 

И тут стоит остановиться подробнее, для понимания сути вопроса.

Классически, принято считать, что стоимость ремонта шнековой пары должна составлять до 70% от стоимости новой. Отчасти мы можем согласиться с этой формулой.

Почему вообще возникла эта статья с таким заголовком? 

Основной ответ скорее всего должен звучать так - каждая шнековая пара изношена по своему и в каждом случае 

имеет смысл индивидуальная оценка на предмет ремонта или замены шнековой пары.

Пример 1. К нам в ремонт попадает одношнековая пара 45-55 мм, с износом по ресурсу. Шнековая пара всю жизнь работала на первичном или смеси материалов, не подвергалась жестким перегрузкам и на дефектовке показала себя как вполне подлежащей ремонту.Выполняется стандартный набор ремонтных работ (обнижение, наплавка, хонинговка трубы, шлифовка и полировка шнека). В таком случае стоимость ремонта действительно будет не более 60% от стоимости новой пары и ремонт будет целесообразен по цене и сроку выполнения.

Пример 2. К нам в ремонт попадает двойная коническая  шнековая пара с сильным износом трубы, шнеков и разломом обеих шнеков. Имеет ли смысл ремонтировать такую шнековую пару? Стоимость ремонта вплотную приближается к стоимости новой. Гарантий работоспособности нет никаких. Трубу в таком случае восстановить невозможно. Мы обычно предлагаем новый комплект.

Пример 3. В ремонт попадает одношнековая пара большого диаметра. Цилиндр изношен очень сильно по нескольким зонам, шнек до нас чинился и не очень хорошо. Иными словами - даже при полном ремонте, работоспособность указанной шнековой пары будет не очень высокая. Но при этом стоимость ремонта гораздо ниже стоимости нового комплекта. В половине случаев заказчик выбирает ремонт. 

На практике мы видим десятки комбинаций вышеуказанных случаев. Именно поэтому, принимая в ремонт шнековую пару, всегда делаем ее дефектовку, расчет стоимости ремонта, расчет изготовления новой пары и только после этого выдаем свои рекомендации.

В ряде случаев у заказчиков просто нет времени ждать новый комплект и требуется, как говорится, "долететь на одном крыле". К слову часто долетают после ремонта годами.

Надеюсь, что материал будет Вам полезен.

В следующей статье  мы расскажем об отличиях дешевых шнековых пар от качественных изделий и почему не стоит экономить на этом узле.

В заключение несколько фотографий.

На нашу производственную площадку поступила шнековая пара с локальными трещинами по телу шнека. Ниже можно более подробно ознакомится с требованиями заказчика и перечнем выполняемых работ.
 

Выполнена дефектовка шнековой пары экструдера Mikrosan MCV 110/22D 

 Требования при выполнении ремонта :

1. Провести дефектовку, анализ методов устранения дефектов.   

2. Заварить все имеющиеся трещины на шнеках, обеспечив отсутствие при ремонте и при дальнейшей эксплуатации образование микотрещин.     

3. Устранить  разгарную сетку на наконечниках и в зоне выдавливания шнеков.

4. Восстановить геометрию и защитный слой  наконечников и витков шнеков.

5. Обеспечить плавные переходы от зоны выдавливания шнеков к наконечникам.

6. Восстановление защитного слоя путем наплавки высокопрочной  стали.

7. После устранения трещин необходимо провести  опрессовку шнеков давлением не менее 14 бар. 

8. После проведенного ремонта наполнить полости темперирования шнеков дистиллированной водой в объеме 50% от общего объема. Обеспечить герметичность, установив  резьбовые заглушки шнеков. 

По итогу осмотра шнековой пары выявлены следующие повреждения:

1. Обнаружены трещины на витках шнека(около 10), а так же на теле шнека(6 трещин) в межвитковой части.

2. Коррозия на витках шнека 

3. Твердость внутреннего диаметра гильзы составляет 68-72 HRC(сделано 6 промеров)

4. Твердость витков шнеков 68-72 HRC (сделано 6 промеров)
5. Твердость тела шнеков 68-72 HRC (сделано 6 промеров) 

Результаты дефектовки шнековой пары Microsan 110/22d.

Трещины, образовавшиеся на теле шнеков, возникли вследствие неправильной технологии при изготовлении шнеков. Твердость хромированной поверхности превысило 62 ед, что и привело к деформации поверхности. 

Одношнековый экструдер как «экструзионное устройство» был разработан во второй половине XIX века и получил широкое распространение в промышленно­сти. Его используют в трех основных отраслях:

•      гончарной (керамические соединения):

—    экструзия, формование;

•      резиновой промышленности (натуральный каучук, резина):

—    пластификация, экструзия;

—    производство профилей;

•      пищевой промышленности (маслосодержащие фрукты, семена масличных

культур):

—    экстракция биологических масел;

—    сепарация материала с использованием перфорированных шнеков;

—    переработка мяса с помощью мясорубки.

Подача продукта в одношнековый экструдер кажется, на первый взгляд, не­сколько необычной. В то время как каждая молекула металла остается в одной и той же плоскости поперечного сечения, материал, тем не менее, транспортируется в осевом направлении. Ниже приведена попытка объяснения: шнек вращается без изменения положения, при этом продукт не вращается, а скользит в осевом направ­лении, другими словами, он перемещается в осевом направлении. Однако такой так называемый «теоретический» транспорт не существует на практике, поскольку продукт не является твердым телом, а представляет собой высоковязкую жидкость с реологическими свойствами.

Адгезионные и фрикционные характеристики полимерного материала опреде­ляют интенсивность течения. Для ньютоновских жидкостей — это половина вели­чины теоретической транспортирующей способности (при постоянном давлении) и даже менее при противодавлении (экструзии), вплоть до нуля. В последнем случае продукт вращается вместе с валом и выход прекращается.

Этот недостаток одношнековых машин, особенно отсутствие очистки вала и большая зависимость транспорта от реологических свойств, заставил изобрета­телей искать решения этих проблем. Поэтому как вариант решения проблемы -  экструдер с сонаправленным враще­нием шнеков был изначально предложен как самоочищающийся механизм. Шесть патентов в течение 70-летнего периода (1869—1939) показывают, что двухшнековый экструдер оставался в значительной степени на переднем крае инженерной мысли. 

В начале 1940-х годов систематические исследования двухшнековых экструзионных систем начались на заводе IG в Вольфене, Саксония-Анхальт. Они включали комбинированный физический, математический, инженерный и механический анализ, выполненный W. Meskat, A. Geberg, R. Erdmenger и их сотрудниками. Коман­де была поручена разработка надежного «механического устройства» для химиче­ских процессов с высоковязкими продуктами.

Работа была продолжена фирмой Bayer AG в Леверкузене ориентированными на газработку технологии группами в составе новой структуры «прикладной физики».

Эта команда, работающая в химической промышленности, в первую очередь решала проблемы технологии систем с высокой вязкостью, особенно для развива­ющихся химических процессов фирмы Bayer AG.Механический аспект разрабаты­вался в соответствии с требованиями с той или иной степенью глубины.

Основным рабочим узлом экструдера является материальный цилиндр (6) и вращающийся шнек (5). Привод шнека осуществляется отэлектродвигателя (1) постоянного или переменного тока с регулируемой скоростью вращения. Между электродвигателем и шнеком устанавливается блок (2) для снижения скорости вращения шнека в допустимых пределах и обеспечения на валу шнека необходимого значения крутящего момента. Понижение скорости вращения шнека может осуществляться с помощью ременной передачи и редуктора с косозубой передачей. Шнек опирается на упорный подшипник (J), воспринимающий осевую составляющую сил, возникающих от развиваемого при работе давления. Эта сила может достигать нескольких тонн в зависимости от размера шнека и давления на входе в головку. По величине осевой силы (если на экструдере установлен соответствующий датчик) можно судить о давлении перед входом в головку.

Основное условие продвижения материала по каналу шнека — максимальное трение о поверхность цилиндра и минимальное по поверхности шнека. Если материал будет прилипать к поверхности шнека, то выход его из экструдера прекратится [5].

Чаще всего цилиндр имеет гладкую внутреннюю поверхность, но известны и другие конструкции, например, с мелкими пазами или с винтовой нарезкой, отличной от нарезки шнека. Основное их назначение увеличить трение о поверхность цилиндра и снизить максимальные пики давления.

Шнек может разрушиться вследствие многократного изгиба, к которому приводит его плохое центрирование с цилиндром. Наиболее часто разрушение происходит в зоне загрузки шнека, где площадь поперечного сечения с точки зрения прочности минимальна и где возникает самый высокий локальный крутящий момент. Например, во время запуска экструдера нагреватели цилиндра должны быть включены, и машина должна выдерживаться при рабочей температуре в течение нескольких часов в зависимости от ее размера. Этот период теплового прогрева позволит расплавить полимерный материал в цилиндре до вязкости, близкой к наблюдаемой во время процесса. Когда шнек начнет вращаться, нагрузка на двигатель и крутящий момент на шнеке будут близки к нормальным значениям. Однако если экструдер не прогреть достаточно долго, то вязкость материала при «холодном пуске» двигателя может быть еще очень высокой. Если двигатель достаточно большой, или материал, из которого изготовлен шнек, не согласован с характеристиками передачи, то крутящий момент в зоне загрузки шнека может вызвать такое напряжение на скручивание, которое превысит допускаемое напряжение, что станет причиной разрушения шнека. Когда конструкционный материал шнека соответствует характеристикам передачи привода, при превышении допустимой нагрузки на двигатель контроллер машины выключит двигатель. Во многих случаях шнек сможет выдержать несколько таких холодных пусков, прежде чем разрушиться.

Выбор конструкционного материала шнека достаточно критичен для обеспечения необходимой прочности при неблагоприятных обстоятельствах типа холодного пуска экструдера. Кроме того, материал имеет приемлемую стоимость. Выбор материала шнека зависит от размера и мощности двигателя, максимальной скорости вращения шнека при номинальной скорости вращения двигателя, глубины канала в зоне загрузки.

  При моделировании дизайна шнеков существуют определенные ограничения. Идеальным вариантом моделирования был бы точный прогноз конфигурации шнека (в том числе, всех материалов и размерных характеристик) для заданного процесса, а также возможность рассчитать ожидаемые условия переработки, используя параметры процесса. Но эти соотношения являются очень сложными, и такой вид комплексной модели не существует.

  Идеальным вариантом для модели, позволяющей представить чисто математическую конструкцию шнека,был бы прямой путь направо, см на рис.

  Однако на практике, как правило, требуется проведение испытаний. Моделирование не в состоянии имитировать весь процесс, но это полезная одготовка для производстенных испытаний. Оно может служить для определения некоторых деталей или зон шнека, с тем чтобы избежать худшего результата.

  Во многих случаях невозможно точно предсказать, как именно будет вести себя конечный продукт в конкретной шнековой машине для конкретной производственной операции или операции модификации. 

  Перед тем как начать изготовление экструдера или скомпоновать его на промышленном уровне, обычно проводят испытания в меньшем масштабе. Моделирование может помочь этому процессу. Уменьшение масштаба используется в начале  для того, чтобы решить, на каком уровне должны проводиться "миниатюрные" испытания.