Lai panāktu patiesi efektīvu ekstrūzijas procesu, ir jāievieš daudzi procesi.
Lai iegūtu kvalitatīvu, konsekventu ražošanu, jums ir nepieciešami izcili cilvēki, kas vada līniju un pārvalda darbības, aprīkojumam ir jābūt labā stāvoklī, jābūt ieviestai visaptverošai profilaktiskās apkopes programmai, un aprīkojumam jābūt izstrādātam tā, lai nodrošinātu efektīvu darbību.
Efektīvai ekstrūzijai ir nepieciešama laba rūpnieciskā disciplīna, cilvēka uzmanība detaļām un pastāvīgas pūles, lai panāktu procesa uzlabojumus. Veiksmīga ekstrūzija ir nevis divu vai trīs lietu sakārtošana --, bet simtiem lietu sakārtošana.
Izdariet trīs "M"
Efektīvai ekstrūzijai ir nepieciešami atbilstoši instrumenti. Šeit vissvarīgākie procesa mainīgie ir "trīs M": kausējuma spiediens, kušanas temperatūra un motora slodze (kausēšanas spiediens, kušanas temperatūra, motora slodze). Tās ir svarīgas ekstrūzijas procesa pazīmes. Tie ir nepārtraukti jāmēra un jāuzrauga. Jāmēra un jāuzrauga arī šādi parametri:
● Mucas temperatūra,
● skrūves ātrums,
● enerģijas patēriņš apkures vai dzesēšanas zonā,
● apkārtējā temperatūra,
● relatīvais mitrums,
● temperatūra, kurā izejmateriāls nonāk ekstrūderī,
● izejmateriāla mitruma saturs, kas nonāk ekstruderī (ja nepieciešama mitruma absorbcija),
● dzesēšanas ūdens plūsma,
● ieplūdes ūdens temperatūra,
● izplūdes ūdens temperatūra,
● Vakuums pie izplūdes atveres (ja piemērojams).
Izgūt datus
Datu iegūšanas (DA) iespējas ir būtiskas, lai izstrādātu stabilu ekstrūzijas procesu, uzturētu procesa konsekvenci, optimizētu procesu un efektīvi novērstu problēmas. Par laimi, izmantojot mūsdienu lētos datorus un plaši pieejamo DA programmatūru, ir iespējams uzstādīt jaudīgu DA sistēmu esošajā ekstrūzijas līnijā. Diemžēl (un mulsinoši) ļoti maz procesoru efektīvi izmanto šīs funkcijas priekšrocības.
Autors strādāja ar procesoru, lai uz salīdzinoši vecās ekstrūzijas līnijas uzstādītu datorizētu DA sistēmu. DA sistēma maksā mazāk nekā USD 20,000. Apmēram trīs mēnešu laikā līnijas metāllūžņu līmenis samazinājās no aptuveni 15 procentiem līdz 5 procentiem. Rezultātā DA sistēma atmaksājās dažu mēnešu laikā un tagad palīdz pārveidotājam konsekventi darboties ar ievērojami zemāku lūžņu daudzumu katrā līnijā.
Lūžņu likmes ir samazinātas, jo ar DA sistēmu procesus var optimizēt kā nekad agrāk. Turklāt problēmas, kas var novest pie neatbilstošiem produktiem, var identificēt un novērst tieši pirms to faktiskās ražošanas. Tā nav kosmosa tehnoloģija! Tas ir vienkārši un efektīvi, izmantojot jau pieejamos rīkus. Pat vecas ekstrūzijas iekārtas var ražot kvalitatīvus produktus, ja vien tie ir labi uzturēti un tiem ir laba instrumentācija un DA funkcionalitāte.
Barības izvēle
Padeves konsistence un padeves plūsma uz ekstrūderi ir ļoti svarīga, lai panāktu procesa stabilitāti. Izmaiņas padevē (piemēram, dažādas pārslīpēšanas pakāpes) vienmēr izraisa izmaiņas ekstrūzijas procesā. Pat šķietami triviāli jautājumi, piemēram, daļiņu izmēra sadalījums, var ietekmēt procesu. Kopumā šaurāks daļiņu izmēra sadalījums palielina ekstrūzijas procesa stabilitāti.
1. attēls. Pārplūdes padeve pilnībā aizpilda skrūves kanālu un izmanto visu skrūves garumu. Tas neprasa papildu barošanas iekārtas, bet samazina procesa kontroli.
Ir divas pamata barošanas metodes: plūdu barošana un bada barošana. Pārpildes padevē padeves piltuve tiek piepildīta līdz noteiktam līmenim, un materiāls masas plūsmā (lielāko daļu laika) plūst uz ekstrūderi, kas iesūc pēc iespējas vairāk materiāla. Skrūvju kanāli tiek piepildīti gandrīz nekavējoties (sk. 1. attēlu). Rezultāts ir tāds, ka pārplūdes padevē skrūves efektīvais garums ir vairāk vai mazāk tāds pats kā skrūves lidojuma garums.
2. attēls Barošanai badā ir nepieciešams padevējs, taču tas nodrošina labāku procesa kontroli un mēdz samazināt kušanas temperatūru.
Bada barībā polimērs tiek dozēts ekstrūderī caur padeves ierīci (2. attēls). Tvertnē nav uzkrāšanās; tā vietā materiāls iekrīt tieši skrūves kanālā, kas ir tikai daļēji piepildīts pie padeves atveres. Kad materiāls tiek transportēts uz priekšu, skrūves kanāls tiks pilnībā piepildīts noteiktā attālumā lejpus padeves.
Barojot badā, skrūves efektīvais garums ir mazāks par skrūves lidojuma garumu. Svarīga priekšrocība ir tā, ka efektīvo skrūves garumu var regulēt ekstrūdera darbības laikā. Tas nodrošina plašāku procesa kontroli nekā plūdu padeves, kur efektīvais garums nav regulējams. Barošana badā ir noderīga tikai tad, ja ekstrūderis ir pietiekami garš, lai panāktu pilnīgu kušanu un efektīvu sajaukšanos. Tāpēc barošana badā parasti neuzlabos procesu īsos (25D garos) ekstrūderos. Barošanai badā ir nepieciešams padevējs, taču tas samazina motora slodzi, kušanas temperatūru un iespēju, ka tvertnē veidosies kunkuļi, tilti un atdalīšanās.
3. attēls Šis piemērs no cauruļu ekstrūzijas operācijas parāda, ka zināma bada barošana rada vienmērīgāku sienu biezumu. Plūdu barošana ar 100 procentu piepildījumu; kaut kas mazāks ir barošana ar badu.
Barošana badā nodrošina procesa optimizācijas līmeni, ko nevar sasniegt ar pārpildes barošanu. 3. attēlā parādīts caurules ekstrūzijas darbības piemērs, kurā sienas biezuma izmaiņas tika mērītas vairākos uzpildes līmeņos. Simtprocentīgs piepildījums norāda uz plūdu barošanu; mazāk nekā tas liecina par barošanu badā. Aizpildījuma procents ir faktiskā padeve attiecībā pret pārpildes padevi.
Ir skaidrs, ka optimālie procesa apstākļi, lai samazinātu sienas biezuma izmaiņas, ir aptuveni 98 procenti piepildījuma. Sienas biezuma atšķirības optimālā bada gadījumā bija apmēram puse no pārplūdes barošanas. Tas nozīmē, ka optimālos apstākļos var izmantot mazāk materiālu, jo caurules sieniņu biezums var būt tuvāks minimumam. Šajā gadījumā materiālie ietaupījumi vien ir aptuveni USD 100,000 gadā.
Ekstrūzijas procesā svarīga loma ir arī videi rūpnīcā. Telpas temperatūras un relatīvā mitruma izmaiņas var ietekmēt procesu, kā arī gaisa plūsmu: durvju vai logu atvēršana var mainīt siltuma pārneses apstākļus ap ekstrūderi un izraisīt procesa nobīdi, savukārt ventilatora ieslēgšana vai izslēgšana ekstrūdera tuvumā var izraisīt līdzīgas procesa izmaiņas. . Tā kā šāda veida notikumi parasti netiek rādīti informācijas paneļos, var nebūt viegli atrast šo procesa izmaiņu avotu.
Skrūves ātruma un stobra iestatījumi
Ekstrūderis darbojas visefektīvāk, ja skrūve nodrošina aptuveni 80% līdz 90% enerģijas, kas nepieciešama plastmasas sildīšanai un kausēšanai. Šajā gadījumā mucas sildītājs nodrošina 10 līdz 20 procentus papildu siltuma. Dažreiz skrūve nodrošina vairāk nekā 100 procentus no plastmasas uzsildīšanai un kausēšanai nepieciešamās enerģijas. Mēs to varētu saukt par "pārmērīgu" skrūvi. Šeit ir nepieciešama mucas dzesēšana, lai kontrolētu temperatūru.
4. attēls Katram sveķim ir īpašs apkures un kušanas enerģijas patēriņš (SEC). Ideālā gadījumā skrūve nodrošina no 80 līdz 90 procentiem enerģijas. Ja tas nodrošina vairāk nekā SEC, tas ir jāatdzesē, lai noņemtu lieko siltumu, kas ir neefektīvs un var noārdīt plastmasu. Pašizspiešanas punkts ir vieta, kur skrūve nodrošina precīzu 100 procentu SEC plastmasai. Viss iepriekš norādītais norāda uz "pārmērīgu" skrūvi.
Mucas dzesēšana tērē enerģiju, un enerģija, protams, nav bezmaksas. 4. attēlā parādīts, kā īpatnējais enerģijas patēriņš (SEC) kWh/kg mainās atkarībā no skrūves ātruma. Katrai plastmasai ir noteiktas sildīšanas un kušanas enerģijas prasības. Puskristāliskām plastmasām šī vērtība ir aptuveni 0,15 kWh/kg, bet amorfajiem polimēriem šī vērtība ir aptuveni 0,10 kWh/kg.
Līknes 4. attēlā attēlo skrūves radītā berzes un viskozā siltuma kombināciju. To bieži dēvē par bīdes siltumu, lai gan šis termins nav stingri pareizs. Zemā skrūves ātrumā skrūves radītais siltums ir ļoti zems, un mucas sildītāja efekts ir lielisks. Pie lielāka skrūves ātruma skrūve ģenerē lielāko daļu siltuma (80–90 procentus) — tas ir vēlamais darbības diapazons.
Kad skrūves ātrums tiek palielināts vēl vairāk, tas šķērso horizontālo līniju, norādot plastmasas SEC prasības. Šo krustošanās punktu sauc par autogēnu ekstrūzijas punktu. Šajā laikā visu siltumu ģenerē skrūve, un mucas sildītājam nav nepieciešams nodrošināt siltumu. Aiz šī autogēnā punkta skrūve ģenerē vairāk siltuma nekā nepieciešams - tā kļūst pārāk aktīva. Kad skrūves ātrums palielinās pāri krustojuma punktam, cilindrs ir jāatdzesē, lai noņemtu skrūves radīto lieko siltumu.
Mucai atdziestot, kausējuma temperatūra ekstrūderī būs augstāka par mucas temperatūras uzdoto vērtību, jo siltums plūst no mucas iekšpuses uz ārpusi. Ja tiek veikta neliela dzesēšana, kausēšanas temperatūra var būt par 10 °F līdz 50 °F augstāka par iestatīto punktu. Ar mērenu dzesēšanu kausēšanas temperatūra var būt par 50 °F līdz 100 °F virs iestatītās vērtības. Kad dzesēšana visu laiku notiek ar pilnu ātrumu, faktiskā kausējuma temperatūra var būt par 100 °F līdz 150 °F augstāka par iestatīto punktu vai pat augstāka. Tā kā kušanas temperatūru šajā brīdī parasti nevar izmērīt, lielākā daļa procesoru nezina, ka šis nosacījums var būt kaitīgs.
Ir svarīgi saprast, ka dzesēšanas nepieciešamība nozīmē, ka plastmasa pārkarst. Tas palielina risku, ka plastmasa noārdīsies un veidos melnus plankumus, želejas un krāsas izmaiņas. Tas arī samazina kausējuma izturību pie formas izejas un apgrūtina ekstrudāta atdzišanu. Ekstrūdera darbināšana ar mucas dzesēšanu ir kā braukšana ar automašīnu ar ieslēgtām bremzēm – tā tērē enerģiju un rada pārmērīgu nodilumu.
Efektīvai ekstrūzijai nepieciešama rūpīga mucas temperatūras optimizācija. Daudzi uzņēmumi nepievērš pietiekamu uzmanību mucas temperatūras profilam. Ir vairāki veidi, kā iestatīt mucas temperatūru. Viena no efektīvām metodēm ir dinamiskā optimizācija. Šī metode ietver lielu izmaiņu veikšanu iestatītajā punktā un faktiskās temperatūras un spiediena izmaiņu izsekošanu laika gaitā. 5. attēlā parādīts, kā spiediens mainās atkarībā no temperatūras, kad iestatītais punkts tiek samazināts no 390 °F līdz 300 °F.
Iepriekš parādītajā gadījumā 1. mucas zonas optimālā temperatūras iestatītā vērtība ir aptuveni 330 grādi F. Šī optimālā iestatītā punkta noteikšanas metode ir ātrāka nekā iestatītā punkta maiņa reāllaikā un gaidīšana, līdz ekstrūderis reaģēs uz mainīt. Lieliem ekstrūderiem var paiet 30 minūtes vai vairāk, līdz iekārta reaģēs uz iestatītās vērtības izmaiņām. Ja veicat sešas izmaiņas, ekstrūderim var viegli paiet trīs stundas vai vairāk, lai reaģētu uz šīm izmaiņām.
