擠壓造粒機組模板切刀配合關系分析

趙國軍

摘?要：對擠壓造粒機組模板、切刀結構原理、故障實例等幾個方面進行詳細的論述。

關鍵詞：模板;切刀;壽命;故障原因

擠壓造粒機組是目前聚烯烴樹脂生產重要的大型設備，是否能長周期高負荷平穩運行直接影響企業整體效益。擠壓造粒機組的模板與切刀能否良好運行，直接影響機組長周期平穩運行，下面就如何延長模板和切刀使用壽命，避免模板切刀非正常磨損，結合故障案例談談自己的看法。

1.顆粒成型原理

高溫熔融態塑料樹脂被齒輪泵加壓后通過模板孔，會被擠壓成粉條狀熔融樹脂，切刀緊挨著模板表面高速切割旋轉，粉條狀熔融樹脂則被不斷切成規則的塑料顆粒。為了避免高溫熔融態的塑料顆粒互相發生粘連，該切粒過程通常在水中完成，所以該類型造粒系統通常也被稱指為水下造粒系統。被切成的塑料顆粒，隨同顆粒冷卻水被輸送到下游設備，進行一系列脫水、干燥、篩分，最終成為合格產品被用來制造各種塑料制品。

2.模板結構原理

模板安裝在模板座上，模板座的中心部分帶有圓錐形夾套，迫使熔融樹脂以管層狀的流動方式均勻通過模板，模板內部設有加熱通道，通常采用蒸汽或熱油加熱。模板座通過一個帶法蘭的中間接筒連接到換網器的下游側，模板被連接在模板座的另一端，模板上有鉆孔和加熱通道，模板上有許多循環蒸汽的進、出噴嘴，為了有效地加熱，供應到模板的蒸汽被分配到模板的每個內部加熱通道。模板是不銹鋼材料的，在面向切刀的表面堆焊約3mm的碳化鈦層，正常每運行2年，模板表面需要研磨一次。通常可以可磨3次，壽命8年，模板噴嘴孔徑3.5mm，孔數約4180個。

3.切刀工作原理

切刀通過螺栓安裝在切刀盤上，切刀盤固定在可以前后移動的刀軸上，使得正常運行時切刀始終挨著模板高速旋轉，從而將熔融樹脂切成顆粒狀。切刀本體為不銹鋼材質，刀刃一般采用復合型碳化鈦或者高密度陶瓷材料，刀刃壽命僅有2mm，切刀安裝在刀盤上，其高低偏差在0.03mm內。切刀的使用壽命與其生產的牌號、與模板的平行度、切刀與模板的接觸壓力有很大關系，根據其不同的生產工況，通常其壽命在15天到6個月不等。

4.切刀與模板的配合關系

切刀進刀壓力、后退壓力、切刀轉速等是否匹配直接影響顆粒外觀，切刀與模板接觸力過大，會縮短切刀和模板的壽命，從而直接影響機組長周期運行，并導致生產成本的增加;切刀與模板接觸力過小會導致顆粒出現拖尾料、墊刀、退刀等惡性事故的發生，導致機組停車嚴重耽誤正常生產。實踐證明，生產不同牌號樹脂，不同的負荷下，所對應的切刀進刀壓力不同，必須要不斷調整，才能滿足正常生產要求。

4.1硬度和鋒利程度

切刀硬度必須和模板硬度匹配。切刀材料過硬會導致模板被過度磨損，使用壽命縮短。切刀硬度過低又會引起切粒刀的過度磨損，使用壽命降低，并會造成產品中的不規則顆粒多、粉塵多等問題。切刀的鋒利程度對顆粒的形狀影響很大，切刀鋒利，則顆粒的斷面平滑，反之則粗糙。

4.2切刀與模板的接觸力

切刀與模板的接觸力是否恰當與否直接關系到產品顆粒是否合格，切刀與模板的使用壽命等問題。正常情況下切刀與模板的接觸力F?（?n?）主要受儀表風驅動氣缸推力F1和切刀高速旋轉產生的對模板的推力F2?，一旦設定了F1?和切粒機轉速n?，也就決定了切刀對模板接觸壓力F?（?n?）?的大小，?無論切刀的磨損情況如何，?刀具一直保持對模板的這一壓力。若F?（?n?）?過大，將造成刀具和模板之間的異常磨損。相反，?若F?（?n?）?不足，就會造成切刀靠不上去，產生片料和尾巴料，甚至纏刀停車。開車時通過不同轉速下測試尋找到不同轉速下的最佳接觸壓力，從而減少了模板與切刀的異常磨損，保證了顆粒產品粒子晶瑩、飽滿，無棱角和碎塊。

4.3切刀與模板的垂直度

切粒機安裝在可以移動的小車上，小車沿2?條平行的軌道移動。擠壓機停車時，放空水室中的水后，可以打開水室，將切粒機沿著軌道后退，以便檢查切刀和模板。因此在換切刀和開停擠壓機過程中，要特別注意刀軸和模板的垂直度，如果垂直度不符合要求，切刀在運行過程中與模板不能均勻的接觸，便會造成切刀整體異常磨損，甚至發生斷刀事故。從切粒機的結構看，影響刀軸和模板垂直度的因素有：?①安裝時刀刃和刀盤的平面度。②切粒機刀盤和模板的垂直度。

值得說明的是由于造粒機組停車后水室排出的水中仍有顆粒存在，以及開擠壓機時要從模板向地面排料，將會導致滑軌上不可避免會有顆粒等雜物。若不及時清理，當切粒機閉合時，將會影響模板與刀軸的垂直度，最終影響切刀面與模板面的平行度。根據以上影響因素特別制定了安裝時的檢修標準和操作時的操作規程，即每次啟動擠壓機移動切粒機前，必須檢查切粒機軌道，清理軌道上的所有雜物。換刀盤前也必須清理軌道，并反復調節好刀刃和刀盤的平面度，要求高度差小于0.02?mm。

5.故障案例分析

故障1?神華包頭PE裝置的擠壓造粒機組由日本制鋼所（Japan?Steel?Work）設計制造，擠壓造粒機的型號為CIM460，整臺機組的布置呈L型。機組的外形尺寸為：總長約21.5m，總寬約10m。該機的能力保證值為：最小22725Kg/h（18.18萬噸/年），正常37875Kg/h（30.3萬噸/年），最大41662Kg/h（33.3萬噸/年）。某次停車檢修后重新開車，發現所生產顆粒大小不均勻，導致產品不合格，果斷停車檢查，發現其中有一把切刀斷裂。

事故原因分析：發生該類斷刀事件，通常原因有如下幾個方面：①維修工人裝配切刀時候個別刀偏差較大，導致該切刀高于其余切刀，切刀運行中前進的壓力將會集中在該刀上，高速旋轉過程中造成該刀不堪重負而發生斷裂;②刀具本身質量不合格存在隱性裂紋;③樹脂中含有類似金屬等個別雜物，導致該刀瞬間與硬物接觸，從而發生斷裂。重新更換新切刀后開車，產品回復正常，顆粒合格。

故障2?神華包頭PP裝置的擠壓造粒機組由德國WP（Coperion）設計制造，擠壓造粒機的型號為ZSK380，整臺機組直線型布置。本機的能力保證值為：最小26513Kg/h（21.21萬噸/年），正常37875Kg/h（30.3萬噸/年），最大45450Kg/h（36.36萬噸/年）。某次正常開車發現所生產顆粒偶爾拖有小尾巴，伴隨著生產時間的增加，拖尾料也在不斷增加，最終導致產品不合格。果斷停車檢查，發現模板表面腐蝕嚴重，有很多小凹坑。

事故原因分析：模板表面出現坑洼不平，將會導致模板孔的止口不夠鋒利，與切刀接觸時有細小縫隙，從而導致拖尾料增加。通常模板表面出現坑洼狀原因有如下幾個方面：①模板長期工作在高溫狀態，并且與脫鹽水接觸，脫鹽水PH值呈酸性，高溫狀態下導致模板抗腐蝕能力下降，最終導致模板腐蝕;②通過模板的樹脂呈酸性，與高溫模板接觸導致發生腐蝕。③模板表面材質制作工藝存在瑕疵，存在內部應力，模板升溫等過程中造成表皮脫落，形成如圖所示坑洼裝。重新更換新模板，開車后產品回復正常，顆粒合格。

故障3神華包頭PE裝置的擠壓造粒機組某次停車檢修后發現模板表面存在細微裂紋。

事故原因分析：發生該類模板表面產生裂紋，通常原因有如下幾個方面：①模板升溫速度過快導致模板表面與內部溫差過大，產生內部應力導致出現裂紋;②與模板接觸的脫鹽水溫度過低，高溫的模板接觸到低溫的脫鹽水，產生內部應力導致裂紋出現。③模板內部加熱通道局部堵塞，導致內部加熱不均勻導致應力增加，產生裂紋。該模板被送至專業模板維修廠家，進行換面處理后正常備用。

6.結語

擠壓造粒機組是目前聚烯烴樹脂生產中重要的大型設備，其中切刀和模板又屬于該套機組的核心部件，該部件能否良好運行，直接影響機組長周期平穩運行，影響到企業的整體效益。只有提高維護技能，熟悉工藝流程，精心巡檢，小心維護，及時總結經驗，才能延長模板和切刀的使用壽命，使得設備安、穩、長、滿、優運行，取得整個裝置的長周期運行，才能為企業創造最大效益。

參考文獻：

[1]《德國WP》.擠壓造粒機組維修操作手冊

[2]《日本JSW》.擠壓造粒機組裝配手冊