Nozioni di base sull'estrusione: l'addomesticamento della vite

Allan Griff | 19 settembre 2021

Il pianeta Terra ruota ad una velocità di 0,0007 giri al minuto. Facile da calcolare: un giro al giorno, diviso per 24 per ottenere giri/ora e poi per 60 per ottenere giri/min = giri/min. Per quanto riguarda la velocità lineare, dipende da dove vivi. Nel nord della California, dove mi trovo, è 38 di latitudine nord e ci muoviamo a circa 730 miglia all'ora. Si tratta di una velocità pari a quella del suono, ma non la sentiamo né la sentiamo perché l'aria intorno a noi si muove altrettanto velocemente. È molto più veloce che all'interno di qualsiasi estrusore: in un cilindro da 30 cm/12 pollici, che funziona velocemente a 100 giri al minuto, una particella sulla parete del cilindro raggiunge comunque solo 314 piedi/min, o 0,36 miglia all'ora. Niente di tutto questo è importante nel funzionamento di un estrusore, ma per noi ingegneri è divertente.

È importante, tuttavia, capire come funziona una vite. Ecco una versione ridotta della sezione sulle viti singole nel mio Manuale operativo per l'estrusione di materie plastiche (24a edizione, 2021).

Esprimiamo la lunghezza del sistema come rapporto lunghezza/diametro (L/D). Il L/D più comune è intorno a 24:1; alcuni sono più lunghi a 30:1 o anche di più, e alcuni sono brevi fino a 20:1. Una maggiore lunghezza può significare una maggiore produzione se il riscaldamento, la fusione o la miscelazione sono limiti di produzione

Una vite standard ha tre zone:

Molte viti sono a passo quadrato, il che significa che la distanza da un volo all'altro è uguale al diametro. Ciò rende facile ottenere L/D semplicemente contando i turni. La parte sotto l'apertura di alimentazione non dovrebbe essere inclusa in L/D, ma molte persone contano perché fa sembrare la vite più lunga.

Il rapporto di compressione di una vite è il rapporto tra il volume del primo volo e il volume dell'ultimo, solitamente compreso tra due e quattro. Viene spesso considerato il rapporto tra la profondità del primo e dell'ultimo canale in una vite a passo costante. Il rapporto di compressione è utile, ma è un numero indefinito e non può descrivere correttamente una vite a meno che non sia nota almeno la profondità di un canale.

La larghezza della faletta (spessore) è circa il 10% del diametro della canna. Le facchini più larghe sprecano la lunghezza della vite e sviluppano troppo calore negli spazi rispetto alla parete del cilindro, mentre i facchini più stretti possono consentire un flusso (perdita) eccessivo in tali spazi. Per evitare ristagni nel punto in cui il volo incontra la radice, gli angoli sono arrotondati

Le viti sono generalmente in acciaio lavorabile, ma le superfici di volo più vicine alla canna vengono ulteriormente trattate per ritardare l'usura. Per usi leggeri è sufficiente la tempera. L'intera superficie della vite può essere indurita mediante nitrurazione, ma il trattamento usuale è un cappuccio in lega dura su queste superfici di volo.

Le canne sono cilindri di acciaio solitamente rivestiti con una lega resistente all'usura.

Lo spazio tra i facchini della vite e il cilindro sulle viti nuove è compreso tra 0,005 e 0,010 pollici (da 0,125 a 0,25 mm), inferiore per viti molto piccole e maggiore per quelle molto grandi. Un adattamento più stretto sarebbe più costoso da produrre e sviluppare troppo calore. Un po' di usura oltre questi valori è solitamente innocua e può anche essere utile, quindi assicurati che ci sia un problema reale prima di ricostruire o sostituire (come il surriscaldamento perché la vite deve funzionare più velocemente per la stessa resa).

Le viti possono essere progettate dal computer se conosciamo la resistenza (pressione sulla punta della vite), la velocità di uscita desiderata e la viscosità del materiale, ma è comunque una buona idea “condire” il computer con una certa esperienza prima di tagliare il metallo.

La cromatura di una vite può aumentare lo scivolamento sulla radice (il che è positivo) e previene la corrosione, soprattutto quando non è utilizzata dalla macchina, ma non è necessaria per la maggior parte delle materie plastiche. Per i materiali altamente abrasivi è possibile indurire l'intera superficie della vite. Infine, il PVDC e alcuni materiali fluoroplastici necessitano di metalli speciali, poiché i materiali a base di ferro si corrodono e la placcatura non dura abbastanza a lungo.

Alcune viti sono forate con passaggio centrale. Il raffreddamento ad acqua su tutta la lunghezza migliora la miscelazione negli ultimi voli. L'olio viene utilizzato con il PVC rigido per mantenere la punta della vite a circa 300 ° F (150 ° C), in modo che il PVC non si degradi lì. Il raffreddamento della vite solo parzialmente lungo la canna viene effettuato con della plastica per evitare che si attacchi alla radice della vite nella zona di alimentazione.