Vít đùn là thành phần cốt lõi của thiết bị ép đùn nhựa, đảm nhận các nhiệm vụ quan trọng như vận chuyển vật liệu, nóng chảy, dẻo và đồng nhất. Tính hợp lý thiết kế của nó ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng đùn, hiệu quả sản xuất và mức tiêu thụ năng lượng. Bài viết này sẽ phân tích cấu trúc của vít, nguyên tắc làm việc, tối ưu hóa thiết kế và bảo trì.

I. Cấu trúc và phân loại cơ bản của vít

Vít đùn thường được làm bằngPhân đoạn cho ăn, phân đoạn nén (phân đoạn nóng chảy), phân đoạn đo (phân đoạn đồng nhất)Ba phần tạo thành, các phần chức năng như sau:

1. Khu vực nạp liệu (Feed zone)
   • chức năng: Vận chuyển vật liệu rắn như hạt hoặc bột từ phễu đến phần nén.
   • Tính năng thiết kế: Độ sâu rãnh vít lớn (thường là 15%~20% đường kính vít) để chứa nhiều vật liệu hơn; Chiều rộng ốc hẹp hơn, giảm lực cản ma sát với vật liệu.
   • Ứng dụng tiêu biểu: Vận chuyển ban đầu của nhựa nhiệt dẻo như PE, PP.
2. Vùng nén (Compression Zone)
   • chức năng: Thông qua độ sâu khe ốc dần dần trở nên nông hơn, vật liệu được nén, cắt và nóng chảy, thoát khỏi các chất dễ bay hơi (như độ ẩm hoặc phụ gia).
   • Tính năng thiết kế: Độ sâu của rãnh ốc là tuyến tính hoặc phi tuyến tính giảm dần, tỷ lệ nén (tỷ lệ thể tích rãnh ốc của phần gia vị và thể tích rãnh ốc của phần đo) thường là 2: 1~5: 1.
   • Thông số chính: Góc nén (tốc độ thay đổi chiều sâu rãnh ốc) ảnh hưởng đến hiệu quả nóng chảy, quá lớn dẫn đến vật liệu quá nóng phân hủy, quá nhỏ thì không đủ dẻo.
3. Khu vực đo lường (Metering zone)
   • chức năng: Vận chuyển vật liệu nóng chảy đồng đều đến đầu máy, thiết lập áp suất và dòng chảy ổn định.
   • Tính năng thiết kế: Độ sâu rãnh ốc không đổi và nông (thường là 5%~10% đường kính trục vít), chiều rộng của rãnh ốc được tăng lên để tăng tốc độ cắt.
   • Hướng tối ưu hóaCải thiện hiệu quả đồng nhất bằng cách tăng chiều dài vít hoặc sử dụng vít Barrier Screw.

Loại vít：

• Vít thông thường: Thích hợp cho hầu hết các chế biến nhựa đa năng (ví dụ: PVC, PE).
• Tách loại vít: Thiết lập các sợi phụ trong phần đo, tách tan chảy khỏi vật liệu chưa tan chảy, nâng cao chất lượng dẻo (thường được sử dụng trong nhựa kỹ thuật như PA, PC).
• Vít xả: Thiết lập phần xả sau phần nén để xử lý vật liệu có chứa chất dễ bay hơi (chẳng hạn như vật liệu tái chế).
• Vít bậc hai: Kết hợp các lợi thế của vít đơn và vít đôi, thích hợp cho các vật liệu có độ nhớt cao hoặc có độ nhớt cao (chẳng hạn như vật liệu composite nhựa gỗ).

II. Nguyên tắc làm việc của vít

Quá trình đùn có thể được chia thành ba giai đoạn:

1. Giai đoạn vận chuyển rắn
   • Vật liệu được kéo bởi vòng quay của vít trong phần nạp, di chuyển về phía trước dọc theo rãnh ốc, tạo thành một "phích cắm rắn".
   • Hiệu quả truyền tải bị ảnh hưởng bởi tốc độ quay vít, độ sâu rãnh vít và hệ số ma sát của vật liệu và thùng máy.
2. Giai đoạn nóng chảy
   • Vật liệu trong phần nén chịu tác động kép của nhiệt xi lanh máy và cắt vít, dần dần chuyển từ trạng thái rắn sang trạng thái nóng chảy.
   • Tốc độ nóng chảy phụ thuộc vào các thông số hình học vít (ví dụ: tỷ lệ nén) và điều kiện quá trình (ví dụ: nhiệt độ, tốc độ quay).
3. Giai đoạn vận chuyển tan chảy
   • Vật liệu nóng chảy được vận chuyển đồng đều đến mũi trong phần đo và được tạo thành hình dạng phần mong muốn thông qua khuôn miệng.
   • Áp suất vận chuyển được điều chỉnh cùng nhau bởi tốc độ quay vít, lực cản mũi và van áp suất ngược.

III. Các điểm chính của thiết kế vít

1. Tỷ lệ đường kính dài (L/D)
   • Định nghĩa: Tỷ lệ chiều dài hiệu quả của vít so với đường kính, thường là 20: 1~36: 1.
   • Tác động: tỷ lệ đường kính càng lớn, thời gian dẻo càng dài, hiệu quả đồng nhất càng tốt, nhưng tiêu thụ năng lượng và chi phí tăng.
   • Đề xuất lựa chọn:
     • Nhựa đa năng (như PE, PP): L/D=20: 1~25: 1
     • Nhựa kỹ thuật (ví dụ: PA, POM): L/D=25: 1~30: 1
     • Vật liệu làm đầy cao (như nhựa canxi): L/D ≥30: 1
2. Tỷ lệ nén
   • Định nghĩa: Tỷ lệ giữa khối lượng rãnh ốc của phần gia vị và khối lượng rãnh ốc của phần đo lường, phản ánh mức độ nén vật liệu.
   • Ảnh hưởng: tỷ lệ nén quá lớn dễ dẫn đến sự phân hủy quá nhiệt của vật liệu, quá nhỏ thì dẻo không đầy đủ.
   • Giá trị tiêu biểu:
     • Nhựa nhạy nhiệt (như PVC): Tỷ lệ nén=1,5: 1~2: 1
     • Nhựa tinh thể (như PE, PP): Tỷ lệ nén=2,5: 1~3,5: 1
3. Tốc độ trục vít
   • Phạm vi: Thông thường 30~120rpm, vít tốc độ cao có thể đạt trên 300rpm.
   • Hướng tối ưu hóa:
     • Cải thiện tốc độ quay có thể làm tăng sản lượng, nhưng cần nâng đồng bộ hiệu quả làm mát (chẳng hạn như sử dụng làm mát bằng không khí hoặc làm mát bằng nước).
     • Tránh cắt vật liệu quá nóng do tốc độ quay quá cao (ví dụ:<60 vòng/phút cần thiết khi xử lý PVC).
4. Lựa chọn vật liệu
   • Cơ thể trục vít：
     • Vật liệu thông thường: 38CrMoAlA (độ cứng ≥900HV sau khi xử lý nitriding, chống mài mòn tuyệt vời).
     • Vật liệu: vít lưỡng kim (ma trận là 42CrMo, hợp kim Stellite hàn bề mặt, tuổi thọ tăng 3~5 lần).
   • Máy xi lanh lót：
     • Vật liệu thông thường: 45 # thép (xử lý chrome, độ nhám bề mặt Ra≤0,4μm).
     • Vật liệu chịu mài mòn: lớp phủ cacbua vonfram dựa trên niken (độ dày 0,2~0,5mm, thích hợp để xử lý nhựa gia cố sợi thủy tinh).

IV. Kịch bản ứng dụng của vít

1. Ống đùn
   • Yêu cầu: năng suất cao, biến động nhiệt độ tan chảy thấp.
   • Phương án tối ưu hóa: sử dụng vít loại rào cản+xi lanh pin để cải thiện tính đồng nhất dẻo.
2. Ép đùn phim
   • Yêu cầu: độ bền tan chảy cao, hàm lượng gel thấp.
   • Phương án tối ưu hóa: Tăng chiều dài phân đoạn đo (L/D ≥ 30: 1) để sử dụng với máy trộn tĩnh.
3. Hồ sơ đùn
   • Yêu cầu: ứng suất dư thấp, ổn định kích thước cao.
   • Đề án tối ưu hóa: Áp dụng vít tỷ lệ nén thấp (1,8: 1~2,2: 1), giảm nhiệt cắt.
4. Xử lý vật liệu tái chế
   • Yêu cầu: khả năng chống mài mòn cao, khả năng xả mạnh.
   • Đề án tối ưu hóa: vít hai giai đoạn+thiết kế phần xả, bề mặt vít được mạ crôm cứng.

V. Bảo trì và tối ưu hóa vít

1. Bảo trì hàng ngày
   • Thường xuyên làm sạch các vật liệu còn sót lại trên bề mặt vít (đặc biệt là cần rửa sạch bằng vật liệu làm sạch polyolefin trước khi tắt máy).
   • Kiểm tra khoảng cách giữa vít và thùng (khoảng cách tiêu chuẩn là 0,1~0,3mm, cần điều chỉnh hoặc thay thế sau khi mặc).
   • Theo dõi dòng điện của động cơ chính, sự gia tăng bất thường có thể báo hiệu sự mài mòn của vít hoặc sự xâm nhập của vật lạ bên trong thùng.
2. Chẩn đoán sự cố
   • Sản lượng giảm: Kiểm tra xem phần nạp liệu có bị tắc hay do hao mòn trục vít dẫn đến giảm hiệu quả vận chuyển không.
   • Khuyết tật bề mặt sản phẩmVí dụ như đốm cháy, bong bóng khí, có thể là đoạn đo cắt quá nóng hoặc khí thải không thông.
   • Tiếng ồn bất thường: Ma sát giữa trục vít và ống máy hoặc hư hỏng vòng bi, cần ngừng sửa chữa ngay lập tức.
3. Hướng nâng cấp cải tạo
   • Cải tạo tiết kiệm năng lượng: Áp dụng công nghệ điều chỉnh tốc độ biến tần, điều chỉnh động tốc độ vít theo tải.
   • Nâng cấp thông minh: Thêm cảm biến nhiệt độ, áp suất để đạt được kiểm soát vòng kín của quá trình đùn.
   • Thiết kế mô-đun: Phát triển các yếu tố vít có thể thay thế nhanh chóng, thích ứng với nhu cầu sản xuất đa dạng.