Vào thời điểm mà ngành sản xuất đang theo đuổi chuyển đổi xanh, vấn đề lãng phí vật liệu lên tới 15% -30% trong các quy trình dẻo như đúc và đùn luôn luôn gây khó chịu cho các công ty. Trong những năm gần đây, một giải pháp kỹ thuật được gọi là Thùng ốc vít hình nón đã thu hút sự chú ý trong các lĩnh vực của các bộ phận ô tô, vật liệu đóng gói và các thành phần điện tử. Dữ liệu cho thấy các dây chuyền sản xuất sử dụng thiết kế này có thể giảm 8%-12%mất nguyên liệu và cải thiện hiệu quả năng lượng hơn 15%. Làm thế nào để thiết kế đột phá này đạt được sự tiết kiệm năng lượng và cải thiện hiệu quả?
Phân tích nguyên tắc: Lợi thế "nén tiến bộ" của cấu trúc hình nón
So với các ốc vít song song truyền thống, sự đổi mới cốt lõi của thùng ốc vít hình nón nằm trong cấu trúc hình học dần dần của chúng (Hình 1). Đường kính vít giảm dần từ đầu thức ăn đến đầu xả, tạo thành một kênh ren giảm liên tục. Thiết kế này tối ưu hóa việc xử lý vật liệu trong ba giai đoạn:
Tiền nén hiệu quả: Khối lượng lớn hơn của phần thức ăn cho phép hít nhanh các nguyên liệu thô của hạt, trong khi rãnh vít thu hẹp dần tạo ra áp lực tiến triển trong quá trình truyền tải, tránh tích lũy vật liệu hoặc dòng chảy ngược do áp lực đột ngột;
Điều khiển cắt chính xác: Cấu trúc hình nón làm cho độ dốc tốc độ cắt của phần nóng chảy mượt mà hơn và với độ dung sai chính xác của khoảng cách vít (thường được kiểm soát ở mức 0,05-0,1mm), nó có thể làm tan chảy hoàn toàn vật liệu polymer và ngăn chặn sự suy giảm nhiệt do gây quá mức tại chỗ
Hiệu ứng niêm phong động: Đường kính nhỏ hơn của đầu phóng tăng tăng cường sự niêm phong của thùng và vít, làm giảm tốc độ phản xạ tan chảy xuống dưới 0,5%(vít song song thường là 2%-5%), làm giảm đáng kể vật liệu còn lại không bị đùn.
Dữ liệu thực nghiệm: Trường hợp tiêu thụ năng lượng và giảm chất thải công nghiệp
Một thử nghiệm so sánh được thực hiện bởi Kraussmaffei, một nhà sản xuất thiết bị ép phun của Đức, về việc sản xuất cản xe ô tô PP vào năm 2023 cho thấy sau khi sử dụng thùng ốc vít hình nón, mất nguyên liệu thô trên mỗi tấn sản phẩm giảm từ 43kg xuống 36kg, trong khi mức tiêu thụ năng lượng đơn vị giảm 18%. Điều này là do hai khía cạnh của tối ưu hóa:
Thời gian cư trú được rút ngắn 22%: tỷ lệ nén của vít hình nón (thường là 3,5-4,5: 1) cao hơn so với vít song song (2,5-3: 1), làm tăng tốc độ biến đổi của vật liệu từ trạng thái rắn sang trạng thái nóng chảy và giảm nguy cơ phá vỡ chuỗi phân tử do nóng lâu dài;
Cải thiện tính đồng nhất tan chảy: Thông qua mô phỏng Polyflow ANSYS, người ta thấy rằng độ lệch chuẩn (SD) của nhiệt độ tan chảy của cấu trúc hình nón là 2,3 ° C, tốt hơn 5,1 ° C của vít song song, có nghĩa là ít điểm nóng hơn và khuyết tật vật liệu lạnh hơn.
Mở rộng kỹ thuật: Tương thích với vật liệu tái chế và nhựa dựa trên sinh học
Với sự tiến bộ của các chính sách kinh tế tuần hoàn, ngành sản xuất có nhu cầu gia tăng để chế biến nhựa tái chế (RPET, RPP, v.v.). Các đặc tính dẻo nhẹ của thùng ốc vít hình nón (nhiệt độ cực đại giảm khoảng 10-15 ° C) có thể làm giảm sự phân hủy nhiệt của các tạp chất trong vật liệu tái chế, do đó khi xử lý hỗn hợp chứa 30% vật liệu tái chế, tốc độ đủ điều kiện của thành phẩm vẫn có thể được duy trì ở mức 98
