압출 기초: 나사 길들이기

앨런 그리프 | 2021년 9월 19일

행성 지구는 0.0007rpm의 속도로 회전하고 있습니다. 계산하기 쉬움: 하루 1회전을 24로 나누어 revs/hr을 얻은 다음 60으로 나누어 revs/min = rpm을 얻습니다. 선형 속도는 거주 지역에 따라 다릅니다. 제가 있는 캘리포니아 북부는 북위 38도이고 시속 730마일로 이동하고 있습니다. 그것은 소리의 속도와 비슷하지만 우리 주변의 공기가 그만큼 빠르게 움직이기 때문에 우리는 그것을 느끼거나 듣지 못합니다. 이는 어떤 압출기 내부보다 훨씬 빠릅니다. 12인치/30cm 배럴에서 100rpm으로 빠르게 작동하지만 배럴 벽의 입자는 여전히 314피트/분, 즉 시간당 0.36마일에 도달합니다. 압출기를 작동하는 데 있어서 이 중 어느 것도 중요하지 않지만, 우리 엔지니어들에게는 그것은 재미있습니다.

그러나 나사의 작동 방식을 이해하는 것이 중요합니다. 다음은 플라스틱 압출 작동 매뉴얼(2021년 24판)의 단일 나사 섹션을 요약한 버전입니다.

시스템의 길이를 길이 대 직경 비율(L/D)로 표현합니다. 가장 일반적인 L/D는 약 24:1입니다. 일부는 30:1 이상으로 더 길고 일부는 20:1만큼 짧습니다. 가열, 용융 또는 혼합이 출력 한계인 경우 길이가 길어지면 출력이 더 커질 수 있습니다.

표준 나사에는 세 가지 영역이 있습니다.

많은 나사는 정사각형 피치입니다. 즉, 한 플라이트에서 다음 플라이트까지의 거리가 직경과 같습니다. 이렇게 하면 턴을 세는 것만으로 L/D를 쉽게 얻을 수 있습니다. 피드 개구부 아래 부분은 L/D에 포함되어서는 안 되지만, 스크류가 더 길어 보이도록 고려하는 사람들이 많습니다.

나사의 압축비는 첫 번째 플라이트의 부피와 마지막 플라이트의 부피의 비율로, 일반적으로 2~4 사이입니다. 이는 일정한 피치 나사의 첫 번째 채널 깊이와 마지막 채널 깊이의 비율로 간주되는 경우가 많습니다. 압축비는 유용하지만, 이는 무한한 숫자이며 적어도 하나의 채널 깊이를 알지 못하면 나사를 제대로 설명할 수 없습니다.

비행 폭(두께)은 배럴 직경의 약 10%입니다. 플라이트가 넓을수록 나사 길이가 낭비되고 배럴 벽의 틈새에 너무 많은 열이 발생하는 반면, 플라이트가 좁을수록 틈새에 흐름(누출)이 너무 많이 허용됩니다. 비행이 루트와 만나는 지점의 정체를 방지하기 위해 모서리가 둥글게 처리되었습니다.

나사는 일반적으로 가공 가능한 강철이지만 배럴에 가장 가까운 날개 표면은 마모를 지연시키기 위해 추가 처리됩니다. 가벼운 용도로는 화염경화로 충분합니다. 전체 나사 표면은 질화로 경화될 수 있지만 일반적인 처리는 플라이트 표면에 경질 합금 캡을 씌우는 것입니다.

배럴은 일반적으로 내마모성 합금으로 라이닝된 강철 실린더입니다.

스크류 플라이트와 새 스크류의 배럴 사이의 간격은 0.005~0.010인치(0.125~0.25mm)이며 매우 작은 스크류의 경우 이보다 작고 매우 큰 스크류의 경우 더 큽니다. 더 꽉 끼면 너무 많은 열을 생성하고 발생시키는 데 더 많은 비용이 듭니다. 이 값을 초과하는 일부 마모는 일반적으로 무해하고 도움이 될 수도 있으므로 재구축하거나 교체하기 전에 실제 문제가 있는지 확인하십시오(예: 동일한 출력에 대해 나사가 더 빠르게 작동해야 하기 때문에 과열).

저항(나사 끝의 압력), 원하는 출력 속도 및 재료 점도를 알고 있으면 컴퓨터로 나사를 설계할 수 있지만, 금속을 절단하기 전에 약간의 경험으로 컴퓨터를 "조성"하는 것이 여전히 좋은 생각입니다.

나사를 크롬 도금하면 루트의 미끄러짐이 증가하고(이는 좋음) 특히 기계에서 꺼낼 때 부식을 방지할 수 있지만 대부분의 플라스틱에는 필요하지 않습니다. 마모성이 높은 재료의 경우 나사 표면 전체를 경화시킬 수 있습니다. 마지막으로, PVDC와 일부 불소수지에는 철 기반 재료가 부식되고 도금이 오래 지속되지 않기 때문에 특수 금속이 필요합니다.

일부 나사에는 중앙 통로가 뚫려 있습니다. 전체 길이를 수냉하면 마지막 비행에서 혼합이 향상됩니다. 경질 PVC와 함께 오일을 사용하여 나사 끝을 약 150°C(300°F)에서 유지하므로 PVC가 분해되지 않습니다. 배럴 아래 부분에서만 스크류 냉각이 일부 플라스틱을 사용하여 수행되어 공급 영역의 스크류 루트에 달라붙는 것을 방지합니다.