在当今竞争激烈的全球市场中，塑料加工商可以通过将一些相对简单的做法融入其运营中来获得优势。在注塑、挤出或吹塑中，塑化装置是生产效率和最终产品质量的关键。塑化装置的主要部件（螺杆和机筒）的设计应能够在机筒壁内径与螺杆螺纹外径之间的原始间隙处提供最大的熔化效率。这些间隙通常很小（0.001英寸/边，每英寸直径），以实现良好的传热和剪切率。
一旦螺杆开始在机筒内旋转，磨损就开始了。磨损可能发生在螺杆螺纹或机筒表面或两者上。被加工的材料越硬，无论是被加工的聚合物中的研磨填料，还是“混入”不属于熔体流的金属颗粒，磨损就会发生得越快，原始间隙也会增加。随着间隙的增加，熔化效率将会降低。当原始设置下的熔化效率降低时，许多操作员倾向于通过提高螺杆速度、调整机筒温度、增加背压或这些调整的某种组合来进行补偿。
操作员进行调整是为了避免多未熔化的材料、更高的熔化温度或更高的废品率。通常，这些变化是渐进式的，并且在显着影响零件质量或生产率之前不会被注意到（见图1）。
图1 一旦螺杆在机筒内开始旋转，螺杆螺纹或机筒表面或两者都开始磨损。
当塑化速率、生产率（无论以磅/小时还是零件为单位衡量）或废品率达到不可接受的水平时，工艺工程师可能会开始寻找原因。不幸的是，目前可能没有快速解决办法，除非周围有备用螺杆或机筒。如果有替换零件，更换可能会在一天左右完成。如果没有，生产线将不得不关闭或以较低的效率运行，直到找到并安装替换部件。
磨损的类型和原因
那么如何避免这种困境呢？让我们首先确定三种磨损类型。
1. 粘着磨损。当金属表面（螺杆螺纹面和机筒内表面）接触时会发生这种情况。当表面短暂接触并连接在一起然后断裂时，会产生极高的应力。粘着磨损的证据可能是螺纹面后缘的毛刺或“翻滚”，或者螺纹顶部的硬面材料被划伤或缺失。还应检查机筒内螺杆损坏处的内径是否有划痕或磨损。
2. 磨粒磨损。这可能是塑料机械中最常见的磨损类型。在加工未填充或低粘度聚合物的情况下，它可以是最小的。当颗粒沿着螺杆向下输送并压缩到机筒壁时，剪切作用将对螺杆螺纹和机筒壁造成一定程度的磨损。当加工含有填料、添加剂或再生料中污染物的树脂时，甚至在加工高粘度聚合物时，磨粒磨损会变得很严重。硬质材料往往会从较软的表面刮走材料。因此，间隙区通常的硬面处理采用耐磨合金。在添加剂润湿并与熔化的塑料混合之前，玻璃和矿物填充的树脂也会导致螺杆根部磨损，通常位于通道的后部。
3. 腐蚀磨损。腐蚀是指化学侵蚀对材料的逐渐破坏。同一金属表面上的大多数原子都被氧化，从而损坏整个表面。金属表面的损坏实际上使表面更容易受到机械磨损机制的影响。在加工 PVC 或含氟聚合物系列时，腐蚀是最常见的情况 ，并且会严重侵蚀具有高铁基体的组件。
可参阅下表了解塑化装置中的磨损机制，让我们更深入地了解磨损的一些主要原因。
• 直线度、同心度和对准度：当准备安装新的或重建的螺杆时，应仔细检查螺杆的直线度和同心度。如果旧螺钉可用，最好比较两者的总长度、柄和驱动配置。接下来，如果要将螺杆安装在新机筒中（或者现有机筒可用且干净），请将螺杆滑入机筒并用手旋转（如果可能），以确保直线度和同心度。螺杆应在机筒内自由旋转，无干涉或卡滞。在挤出机和大多数吹塑机上，在运行新零件之前，应对齐机器。校准塑料加工机器已有220多年的历史，在此期间，我们看到很少有机器在检查时不需要校准。
• 螺杆设计不良：当螺杆熔化部分的容量小于进料部分输送的未熔化材料的量时，可能会导致通道被未熔化的材料堵塞。产生的压力实际上迫使螺杆在另一侧抵靠机筒，导致螺杆螺纹以及机筒内径表面磨损和损坏。这种情况通常称为固体楔入（见图 2）。当最初设计用于加工特定树脂的螺杆在具有不同熔融速率的不同聚合物上运行时，经常会发生固体楔入。
图2 当螺杆熔化部分的容量小于进料部分输送的未熔化材料的量时，可能会导致通道被未熔化的材料堵塞。产生的压力实际上迫使螺杆在另一侧抵靠机筒，导致螺杆螺纹以及机筒内径表面磨损和损坏。这种情况通常称为固体楔入。
• 不相容金属：一般来说，较软的材料在接触较硬的材料时更容易磨损。因此，考虑螺杆材料以及螺杆螺纹硬面材料及其与机筒衬里材料的相容性非常重要。碳化钨含量较低的合金可能更容易应用和精加工，但毫不奇怪，其耐磨性较差。它们也更容易磨损，尤其是在与一些最硬的衬里材料一起运行时。当今的双金属机筒具有出色的耐磨性。通过使用碳化钨含量高的离心铸造合金，机筒制造商能够提供使用寿命长的产品。
• 磨料填充剂、添加剂和异物：随着聚合物和塑料的应用变得更加专业化和要求更高，磨料填充剂和添加剂需要改进的磨损和腐蚀保护。含有玻璃纤维、矿物质、阻燃剂、稳定剂和其他添加剂的树脂需要考虑它们对这些材料的挤出或成型过程中的磨料磨损和腐蚀磨损的影响。一些最具侵蚀性的填料可将螺杆/机筒的使用寿命缩短50%或更多。如果螺杆和机筒在制造时具有适当的保护，则可以延长磨损寿命并大大减少磨料磨损。
螺杆和机筒磨损和损坏的另一个常见原因是异物——从螺丝刀到研磨机刀片，再到螺母和螺栓，所有异物似乎都会进入塑料机械的料斗中。如果没有被筛子或磁铁吸附，这些材料可能会对螺杆和机筒造成严重损坏。硬面合金在合金没有正确粘合的情况下从飞行区松动或分层，或者已经出现裂纹和松动，当它们沿着螺杆向下移动时，也会引起问题。
微调和收益递减
当螺杆和机筒发生磨损或损坏时，工艺工程师通常会对螺杆速度、机筒温度或背压进行小幅调整。这些增量通常会消耗更多能量并影响零件质量。最初的影响可能很小，但在某些时候这些微小的“调整”将对生产产生不小的影响。这可能是周期时间增加、混合不良或废品率更高。该点可以称为“收益递减点”或“收益递减点”。
理想情况下，我们希望确定这一点——机器调整成功能最大限度地减少生产率或质量下降的极限——并能够预测螺杆/机筒重建或更换的时间。无论这个点是用机器小时、生产的零件还是废品率来定义的，维护人员都可以计划在未来更换螺杆/机筒并运行到这个点。这将优化流程，同时降低成本。此外，如果我们能够识别这一点，我们就可以提供替换零件，并在不中断生产的情况下安排安装。
未来，通过数字化，我们希望能够使用传感器准确测量螺杆和机筒的磨损情况，然后预测何时应该重建或更换零件以保持最佳生产率。在该技术完善之前，塑料加工商可以通过将生产效率与螺杆和机筒测量联系起来，绘制与螺杆和机筒磨损相关的性能图表（图3）。
图 3 当螺杆熔化部分的容量小于进料部分输送的未熔化材料的量时，可能会导致通道被未熔化的材料堵塞。产生的压力实际上迫使螺杆在另一侧抵靠机筒，导致螺杆螺纹以及机筒内径表面磨损和损坏。这种情况通常称为固体楔入。
不幸的是，特别是在大型机器上，定期测量螺杆和机筒可能不切实际。然而，如果根据生产率的变化记录操作参数的调整并绘制图表，则可以建立参考点，其中螺杆和机筒的磨损通过与输出、控制器设定值、能耗和最终产品质量的关系来指示。
通过良好的记录保存，可以相对准确地预测螺杆和机筒更换的停机情况。可以优化组件的寿命，并可以避免“运行至故障”以及意外停机。
安装螺杆或机筒时：
• 螺杆应根据具体应用而设计。
• 螺杆和机筒应采用兼容的合金制造。
• 螺杆和机筒应采用最适合应用的耐磨材料制造。
• 安装前，应仔细检查螺杆和机筒的尺寸精度。
• 如果可能，应检查螺杆和机筒是否对准。
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