押し出しの基礎: ネジの扱い方

アラン・グリフ 2021年9月19日

地球は 0.0007 rpm の速度で回転しています。 計算は簡単です: 1 日あたり 1 回転、24 で割って回転/時を求め、60 で割って回転/分 = rpm を求めます。 線速度に関しては、お住まいの地域によって異なります。 私がいる北カリフォルニアでは北緯 38 度にあり、時速 1,230 マイルで移動しています。 これは音速に近い速度ですが、私たちの周りの空気も同じ速さで動いているため、音を感じたり聞いたりすることはありません。 これは、どの押出機内よりもはるかに高速です。12 インチ/30 cm バレル内で 100 rpm で高速運転しても、バレル壁の粒子の速度は依然として 314 フィート/分、つまり 1 時間あたり 0.36 マイルに達します。 押出機を稼働させる上でこれはどれも重要ではありませんが、私たちエンジニアにとっては楽しいものです。

ただし、ネジがどのように機能するかを理解することが重要です。 これは、私のプラスチック押出操作マニュアル (第 24 版、2021 年) の単一ネジに関するセクションの要約版です。

システムの長さを長さと直径の比 (L/D) で表します。 最も一般的な L/D は約 24:1 です。 30:1 またはそれ以上の長いものもあれば、20:1 ほど短いものもあります。 加熱、溶解、または混合が出力制限である場合、長さが長いほど出力が増加する可能性があります

標準ネジには 3 つのゾーンがあります。

多くのネジは正方形ピッチです。つまり、1 つのネジ山から次のネジ山までの距離は直径と同じです。 これにより、ターンを数えるだけで簡単にL/Dを取得できます。 送り口の下の部分はL/Dに含めるべきではありませんが、ねじが長く見えるため数えている人も多いです。

スクリューの圧縮率は、最初のフライトの体積と最後のフライトの体積の比であり、通常は 2 ～ 4 です。 多くの場合、これは、等ピッチねじの最初と最後の溝の深さの比と見なされます。 圧縮比は便利ですが、これは不定の数値であり、少なくとも 1 つの溝の深さがわかっていなければ、スクリューを適切に記述することはできません。

フライト幅（厚み）はバレル径の10％程度です。 フライトが広いと、スクリューの長さが無駄になり、バレル壁との隙間で過剰な熱が発生しますが、フライトが狭いと、それらの隙間での流れ（漏れ）が多すぎる可能性があります。 フライトと根元の接触部分でのよどみを避けるため、角は丸くなっています。

スクリューは通常、機械加工可能なスチールですが、バレルに最も近いフライト表面は摩耗を遅らせるためにさらに処理されています。 軽度に使用する場合は火炎硬化で十分です。 ネジの表面全体を窒化処理して硬化させることもできますが、通常はこれらのフライト面に硬質合金のキャップを付ける処理が行われます。

バレルは通常、耐摩耗合金で裏打ちされた鋼製シリンダーです。

新しいネジのネジ山とバレルの間の隙間は 0.005 ～ 0.010 インチ (0.125 ～ 0.25 mm) で、非常に小さなネジではこれより小さくなり、非常に大きなネジではより大きくなります。 ぴったりとフィットすると、熱が発生しすぎてコストが高くなります。 これらの値を超える摩耗は通常は無害であり、役立つ場合もあります。そのため、再構築または交換する前に実際に問題があることを確認してください (同じ出力に対してネジをより速く回転させる必要があるため、過熱など)。

抵抗 (ねじ先端の圧力)、必要な出力速度、および材料の粘度がわかっていれば、ねじをコンピュータで設計できますが、金属を切断する前に、ある程度の経験を積んでコンピュータを「シーズニング」することをお勧めします。

ネジをクロムメッキすると、根元の滑りが良くなり（これは良いことです）、特に機械から外したときの腐食を防ぐことができますが、ほとんどのプラスチックには不要です。 摩耗性の高い材質の場合、ねじ表面全体を硬化させることができます。 最後に、PVDC および一部のフッ素樹脂は、鉄ベースの材料が腐食し、めっきが十分に長く持続しないため、特殊な金属が必要です。

一部のネジには中央に通路が開けられています。 全長を水冷することで最終フライトでのミキシングを向上させます。 硬質 PVC にはオイルが使用されており、ネジの先端を約 300°F (150°C) に保持するため、そこで PVC が劣化することはありません。 スクリューの冷却はバレルの途中までのみ、供給ゾーンでスクリューの根元に固着するのを防ぐためにプラスチックを使用して行われます。