Design di viti e cilindri per estrusione: miglioramento della qualità e dell'uniformità dei prodotti

L'estrusione è un processo di produzione popolare per la creazione di un'ampia gamma di prodotti come pellicole plastiche, tubi e profili. Il processo prevede la fusione e la modellatura delle materie prime attraverso un barile riscaldato e una coclea rotante. La vite ha il compito di fondere e convogliare il materiale alla trafila, che lo modella nel prodotto finale.

Il processo di progettazione e produzione di viti e cilindri di estrusione è un fattore critico per garantire prodotti uniformi e di alta qualità. Qui discuteremo di come la geometria e le proprietà dei materiali delle viti e dei cilindri di estrusione possono influire sul prodotto finale.

Geometria della vite

La geometria della vite gioca un ruolo cruciale nel determinare le prestazioni del processo di estrusione. Il design della vite deve essere adattato al materiale specifico utilizzato e al prodotto finale desiderato. Esistono vari tipi di design delle viti, ciascuno con i suoi vantaggi e svantaggi.

Il design della vite più comune è la vite a elica singola a tre zone, che comprende la zona di alimentazione, la zona di compressione e la zona di dosaggio. La zona di alimentazione è responsabile del trasporto della materia prima nell'estrusore, mentre la zona di compressione comprime e scioglie il materiale. La zona di dosaggio è responsabile della creazione di pressione e dell'omogeneizzazione del materiale.

Un altro modello di coclea è la coclea a barriera, che comprende un volo a barriera che separa le sezioni di alimentazione e dosaggio. Questo design può essere vantaggioso per i materiali che richiedono una miscelazione o una pressione più elevata, ottenendo prodotti di migliore qualità.

Uno studio condotto dal Dipartimento di Ingegneria dei Polimeri presso l'Università di Tecnologia di Amirkabir in Iran ha rilevato che la modifica del design della vite da una vite a una rampa a una vite a doppia rampa ha comportato un miglioramento del 16,8% nella qualità del prodotto finale, con una migliore omogeneità e porosità ridotta.

Proprietà dei materiali

Le proprietà dei materiali della vite e del cilindro sono fattori critici nel determinare la qualità del prodotto finale. Il materiale dovrebbe avere elevata resistenza all'usura, stabilità alle alte temperature e basso coefficiente di attrito. Materiali come acciaio al nitruro o rivestimenti bimetallici sono comunemente usati per migliorare la resistenza all'usura e ridurre l'attrito.

Uno studio condotto da ricercatori dell'Indian Institute of Technology di Mumbai ha scoperto che l'utilizzo di un rivestimento bimetallico sulla superficie della vite ha migliorato la resistenza all'usura del 60% e ridotto il coefficiente di attrito del 25%, con conseguente migliore qualità del prodotto e riduzione del consumo energetico.

Geometria della canna

Anche la geometria della canna è un fattore essenziale nel determinare la qualità e la consistenza del prodotto finale. Il design del cilindro deve essere ottimizzato per garantire una distribuzione uniforme della temperatura e una fusione efficiente del materiale. Il design della canna più comune è una canna a canna liscia con elementi interni di riscaldamento e raffreddamento. Gli elementi di raffreddamento sono essenziali per prevenire il surriscaldamento e il degrado del materiale, che possono portare a prodotti di scarsa qualità.

Uno studio condotto da ricercatori dell'Università di Napoli Federico II in Italia ha rilevato che l'utilizzo di una canna scanalata con un canale elicoidale ha comportato una riduzione del 28% della caduta di pressione e un miglioramento del 17% delle proprietà meccaniche del prodotto finale.