近年来,由于挤出机产量越来越大,驱动功率越来越大,螺杆的转速也随之提高。为了有效提高轴承受单向扭矩能力,分析研究挤出机螺杆芯轴的失效和受力原因是非常重要的。为何获取更好的塑化效果和生产能力,大直径螺杆、超深螺槽是近年挤出机发展的趋向,其轴所承受的扭矩也越大,挤出机在运行中发生的芯轴折断事故拼拼出现。因此,研究挤出机螺杆芯轴失效的原因,对于提高挤出机生产能力和产品质量,有着至关重要的意义。
1.芯轴的受力与失效分析
挤出机螺杆由螺杆元件、芯轴等部件组成,螺杆芯轴将由减速箱传递来的扭距通过花键或平键传递给螺杆元件,带动螺杆元件转动,完成对树脂的融熔、塑化、均化、挤出等作业。由于挤出机料筒与螺杆之间充满了融熔的树脂,螺杆在工作过程中悬浮在料筒内。一般认为,螺杆芯轴在此过程中主要承受剪应力。
挤出机螺杆芯轴的失效通常呈现脆断形式,一般发生在轴径突变处。断面通常有裂纹等缺陷存在。
芯轴通常采用高强度的合金钢制造,其毛坯通常为锻件,材料的塑性与韧性较差。有的制造厂为了降低成本,使用不合格的原材料,使得毛坯内部存在裂纹、夹渣、气孔等缺陷。在轴径突变处存在应力集中,如果这些缺陷存在于应力集中处,在一定扭矩和疲劳载荷的作用下,挤出机的芯轴就极容易折断。