影響造粒模板使用壽命的因素分析

趙巖 朱雪瑞 耿亮

摘要：中國石化齊魯石化分公司塑料廠（簡稱齊魯塑料廠）共有高密度聚乙烯，線性密度聚乙烯，高壓聚乙烯，聚丙烯等4套聚烯烴塑料生產裝置，以及與之配套的5條造粒生產線，分別進口自德國WP，日本KOBELCO，德國Berstorff，日本JS公司.在前期的使用過程中，均不同程度上出現模板切粒面內環，外環等部位的異常磨損，造粒質量嚴重下降.模板的最短運行周期僅為3個月，平均6個月，使用壽命不超過4a，嚴重制約著產品質量和裝置連續生產。擠壓機造粒模板（以下簡稱模板）是塑料造粒生產線的關鍵部件.如何避免非正常磨損延長其使用壽命，是影響安穩生產的重要因素之一.模板的運行周期是指模板自投用（或經過修復）運行至模板切粒面的硬質層磨損較多或出料孔El損壞，不能再生產出符合產品質量標準所要求的塑料顆粒的時間.模板的使用壽命是指模板自投用至無法修復的使用時間總和.

關鍵詞：造粒模板;壽命;影響因素

熔融的聚合物塑料在螺桿的推動擠壓下，進 入被熱媒介質加熱至規定溫度的密閉模板料腔流 道內，通過縮徑的出料孔流出，并在造粒帶表面 （又稱為切粒面）與水室內適當溫度的造粒冷卻 水相遇，熔融塑料膨脹表面瞬間硬化.另一側動 力軸通過刀盤帶動切刀在做旋轉運動，切刀刀刃 與模板切粒面平行且相互貼合形成一對剪切刃。切粒面是一對剪刃，整個造粒過程是由切刀和模 板切粒面這對剪刃相對運動，剪切塑料的過程，它 們之間的相互過度摩擦是造成模板切粒面磨損加 劇，影響其壽命的主要因素。相互接觸運動的兩物體，隨摩擦系數變低，磨 損程度降低J.耐磨材質的切刀材料摩擦系數 與普通切刀相比要小，切粒過程中與模板造粒帶 表面磨損較小，從而模板造粒帶表面機械磨損小. 模板的使用壽命相對較長，反之壽命降低.齊魯 塑料廠各裝置早期使用的進口切刀，多為Fe基鋼 質硬質合金材料，摩擦系數為0.28，切刀及模板 磨損較快.2005年沈陽金峰特種刀具有限公司 以中國科學院金屬研究所為技術支持，研發了金 屬陶瓷材料的復合切刀，在設計狀況下，模板切粒面與切刀（刀盤）面 是相互平行的，兩者之間的夾角Ot=0.但是一方面在安裝切刀或刀盤時的調整不 當，造成模板造粒帶與切刀（刀盤）的平行度較差;另一方面是造粒裝置由于基礎沉降或基礎不平整，雖然經過靜態調整，但是工作以后的持續震 動使模板和切刀的平行度發生變化，模板軸心線 與刀盤動力軸軸心線出現夾角，使切刀在工作時向某一個區域施加較高的 壓力，造成這一個區域磨損嚴重。板出現局部偏磨現象，經過安裝時對模板位置調 整，保證模板切粒面和切刀刃平面之間的平行度， 偏磨現象有所好轉，但沒有徹底消除.隨后德國 Berstorff公司對刀盤重新進行設計，將固定式刀 盤改為隨動式刀盤（如圖3c所示），偏磨問題得 以解決。刀盤對切刀的壓力F來自于作用于動力軸 上的進刀控制壓力，在其他條件不變的前提下，當 進刀控制壓力提升后，刀盤對切刀的壓力相應 增大，切刀和模板的接觸壓力增大，切刀和模板磨損加大，同時由于切刀是懸臂安裝在刀盤 上，以懸臂梁的方式受力工作，當刀盤對切刀的壓 力增大后，切刀的近刀盤處比遠刀盤處變形小，出 現刀刃端部上翹現象，導致模板與切刀近刀盤內 圈磨損嚴重.齊魯塑料廠聚丙烯裝置擠壓造粒機 2004年前多次出現切刀與模板內圈異常磨損嚴 重問題，經過對進刀壓力進行適當降低調整，模板 切粒面內圓偏磨現象得以解決。通過對模板造粒工作時切刀受力分析得知， 刀盤帶動切刀在密閉的冷卻水中旋轉，由于切刀 前刀面角度的存在，冷卻水對切刀阻力產生一 個向模板切粒面方向的分力，切刀刀刃端處的線 速度最大，冷卻水對切刀刀刃端處的分力最大. 當動力軸速度提升后，切刀轉速加快，冷卻水對切 刀產生的壓力增大，且位于切刀刀刃端處增加最 大，磨損加劇.齊魯塑料廠聚丙烯裝置在2004年 之前曾經出現過切刀端刃方向以及模板外圈磨損 嚴重的情況，進刀壓力和動力軸轉速過高分別對切刀及模 板引起不同形式的磨損，過低又將導致切刀靠不 到模板上，產生片料和尾巴料，甚至墊刀，纏刀停 車.國內多家造粒裝置按照JSW提供曲線，進行 進刀壓力和動力軸轉速調整，模板和切刀的磨損 狀況均沒有好轉.對此通過攻關，對造粒提供的 曲線進行了試驗優化，重新校正了進刀控制壓力 P與切刀轉速n的關系曲線，切刀轉速與進刀控制壓力關系曲線 在2004年之后，參照校正的曲線，對切刀轉 速與進刀控制壓力同時調整，相互匹配，齊魯塑料 廠聚丙烯裝置加壓造粒機模板沒有出現因轉速過 高造成的切刀和模板外圈的非正常磨損，"積削瘤"對模板造粒帶壽命的影響，被擠出模板出料孔的膨脹變形的熔融塑料，表面遇冷卻水瞬間固化，當連續的固化塑料生成 到規定的某一長度時，貼模板造粒帶表面做圓周 運動的切粒刀與表面固化的塑料相遇，進行切粒. 在塑料顆粒被剪切的過程中，由于塑料受擠壓，摩 擦和自身的劇烈變形，與模板造粒帶和切刀接觸 的塑料表面瞬間熔化.熔化的塑料以薄膜形式粘 貼在塑料脫落方向的造粒帶表面和切刀的前刀 面，后刀面上.經過周而復始的剪切，黏結，塑料 脫落方向的造粒帶和切刀刃口，堆積出一定厚度 的固體塑料殘留物，俗稱為"積削瘤"，"積削瘤"生長到一定厚度時會被連續運轉 的切刀刮掉，"積削瘤"脫落時會將造粒帶和切刀 刃口處的本體材料黏掉很少的一點.經過無數次 的黏結脫落，造粒帶塑料脫落方向和切刀刃口處 產生凹損.齊魯塑料廠各裝置模板受"積削瘤" 影響，磨損較快，其中高密度聚乙烯裝置15A線 擠壓造粒機模板使用la后，于2004年拆下檢查， 其切粒面刃口異常磨損，造粒加熱通道出料孔。

從上所知，塑料切粒過程中熱量產生不可避 免，"積削瘤"的產生也必然存在，這種磨損也是 模板和切刀的正常磨損."積削瘤"除了與模板 加熱通道的設計，模板造粒帶材質，塑料的熔融指 數等固有設計因素有關外，它的產生還與塑料切 粒過程中局部熱量產生和熱量帶出有關.通過減 少塑料切粒過程中的剪切變形減少剪切熱量生 成，同時迅速將這部分熱量帶出，減少熔融塑料粘 附，可緩解"積削瘤"的磨損影響.齊魯塑料廠通 過采取更換新刀后進行認真的磨刀，以及當塑料 顆粒端面出現拖尾時及時進刀，使切刀和模板切 粒面充分貼合并始終保持良好接觸，減少塑料剪 切變形;同時采用采用粘附塑料性較差的金屬陶 瓷切刀等手段，"積削瘤"的形成和由此引起的磨 損起到減緩作用.高密度聚乙烯裝置15A線擠 壓造粒機模板經過采取以上措施，在使用后， 于2006年拆下檢查，其切粒面刃口狀況較好。通過系統分析模板的非正常磨損影響因素， 可以看出：選用摩擦系數低的切刀，采用先進的隨 動式刀盤，精確的調整刀盤對模板的壓力，細致的 設定刀盤轉速并相互匹配，及時調整切刀或更換 切刀，能夠充分避免模板的非正常磨損，從而達到 延長模板使用壽命的目的.經過采取上述措施， 齊魯塑料廠各裝置模板現運行周期達到6個月以 上，平均la，異常磨損情況明顯減少.根據以上的計算，通過自壓的方式進行汽油裝車是完全可行的.實施后既節約了電能消耗，又節省了機泵維修費用，取得良好經濟效益。