RU204194U1

RU204194U1 - EXTRUDER FOR PROCESSING POLYMER MATERIALS IN ADDITIVE TECHNOLOGIES

Info

Publication number: RU204194U1
Application number: RU2020143673U
Authority: RU
Inventors: Станислав Иванович Рощупкин; Василий Игоревич Головин; Александр Геннадьевич Колесов; Павел Владимирович Голяшов; Алексей Юрьевич Тараховский
Priority date: 2020-12-28
Filing date: 2020-12-28
Publication date: 2021-05-14

Abstract

Полезная модель относится к области обработки полимерных материалов давлением и может быть использована для изготовления расходных материалов в аддитивных технологиях, в частности при FDM-печати.Задачей предлагаемой полезной модели является уменьшение усилия, необходимого для проталкивания перерабатываемого материала через экструдер за счет охлаждения шнека, что способствует снижению сил трения между материалом и поверхностью шнека, а также минимизации налипания материала на шнек, повышению производительности процесса и надежности работы устройства.Технический результат достигается тем, что в глухом отверстии шнека установлен обтекатель из полимера, имеющий входное осевое отверстие для подачи хладагента и шлицевые пазы на наружной поверхности для отвода указанного хладагента. При этом суммарная площадь сечения пазов в 2 раза превышает площадь сечения входного отверстия. Обтекатель закреплен в глухом отверстии шнека таким образом, что между дном отверстия и нижней частью обтекателя обеспечивается зазор, равный по величине диаметру входного отверстия обтекателя, а на другом конце обтекателя его входные отверстия совмещены с подводящими каналами хладагента, а шлицевые пазы, длиной 9/10 длины обтекателя на его наружной поверхности в крайней своей точке совмещены с отводящими каналами хладагента.В качестве варианта шлицевые пазы на наружной поверхности обтекателя могут быть выполнены винтовыми с шагом, не менее величины шага шнека, установленного в корпусе экструдера.Предлагаемая конструкция экструдера для обработки полимерных материалов в аддитивных технологиях обладает следующими преимуществами:- позволяет существенно уменьшить усилия, необходимые для перемещения перерабатываемого материала через экструдер за счет эффективного охлаждения шнека, снижения сил трения между материалом и поверхностью шнека, а также минимизации налипания материала на шнек;- повышает производительность процесса за счет его стабилизации и обеспечения оптимальных скоростных режимов при исключении параметрических и функциональных отказов;- обеспечивает высокую надежность устройства за счет упрощения его конструкции, компактности габаритов и компоновки установок с соосным приводом вращения шнека;- легко реализуется в рамках модернизации существующих экструдеров с минимальными затратами путем изготовления предлагаемой формы обтекателя на 3D-принтере. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.The utility model relates to the field of processing polymer materials by pressure and can be used for the manufacture of consumables in additive technologies, in particular in FDM printing. The objective of the proposed utility model is to reduce the force required to push the processed material through the extruder by cooling the screw, which contributes to reducing the friction forces between the material and the surface of the screw, as well as minimizing the adhesion of material to the screw, increasing the productivity of the process and the reliability of the device. The technical result is achieved by the fact that a fairing made of polymer is installed in the blind hole of the screw, which has an inlet axial hole for supplying coolant and slotted grooves on the outer surface to drain the specified refrigerant. In this case, the total cross-sectional area of the grooves is 2 times the cross-sectional area of the inlet. The fairing is fixed in the blind hole of the auger in such a way that between the bottom of the hole and the lower part of the fairing, a gap equal to the diameter of the fairing inlet is provided, and at the other end of the fairing its inlets are aligned with the coolant supply channels, and the slotted grooves are 9/10 the length of the fairing on its outer surface at its extreme point is aligned with the outlet channels of the coolant. As an option, the slotted grooves on the outer surface of the fairing can be made helical with a pitch not less than the pitch of the screw installed in the extruder body. in additive technologies it has the following advantages: - allows to significantly reduce the efforts required to move the processed material through the extruder due to effective cooling of the screw, reducing the friction forces between the material and the screw surface, as well as minimizing the adhesion of material to the screw; increases the productivity of the process due to its stabilization and ensuring optimal speed modes while eliminating parametric and functional failures; - ensures high reliability of the device due to the simplification of its design, compact dimensions and layout of installations with a coaxial drive of rotation of the screw; - easily implemented as part of the modernization of existing extruders with minimum costs by manufacturing the proposed fairing shape on a 3D printer. 1 wp f-ly, 1 dwg.

Description

Полезная модель относится к области обработки полимерных материалов давлением и может быть использована для изготовления расходных материалов в аддитивных технологиях, в частности при FDM-печати.The utility model relates to the field of processing polymer materials by pressure and can be used for the manufacture of consumables in additive technologies, in particular, in FDM printing.

Известна конструкция шнекового экструдера для производства древесно-полимерной нити для FDM-печати (патент RU 190068 U1), содержащего относительно короткий корпус цилиндрической формы из двух секций, соединенных между собой, внутри которых находится полость, где располагается шнек, приводимый в движение шаговым двигателем. В первой секции экструдера располагается загрузочное отверстие с креплением под воронку или бункер для смешивания компонентов. Недостатком данного экструдера является отсутствие системы охлаждения шнека. Охлаждаемый шнек позволил бы снизить коэффициент трения материала о поверхность шнека, избежать прилипания и облегчить проталкивание перерабатываемого материала.Known design of a screw extruder for the production of wood-polymer filament for FDM-printing (patent RU 190068 U1), containing a relatively short cylindrical body of two sections connected to each other, inside which there is a cavity where the screw is driven by a stepper motor. In the first section of the extruder, there is a feed opening with attachment for a funnel or hopper for mixing the components. The disadvantage of this extruder is the lack of a screw cooling system. A cooled auger would reduce the coefficient of friction of the material against the surface of the auger, avoid sticking and make it easier to push the processed material.

В качестве прототипа выбран экструдер с системой охлаждения шнека (патент RU 2005612 С1). Указанный шнек (червяк) снабжен трубкой для подвода хладагента с установленным на ней обтекателем с каналами по наружной поверхности. Недостатком данного экструдера является то, что обтекатель, изготовленный из резины, устанавливается неподвижно во вращающемся шнеке и работает, как опора скольжения, характеризующаяся интенсивным поверхностным износом и дополнительным тепловыделением. Кроме того, данное устройство невозможно реализовать на экструдерах, шнек которых выполняется соосно приводу.An extruder with a screw cooling system was selected as a prototype (patent RU 2005612 C1). The specified auger (worm) is equipped with a pipe for supplying a coolant with a fairing installed on it with channels along the outer surface. The disadvantage of this extruder is that the fairing made of rubber is fixed in a rotating screw and works as a sliding bearing, characterized by intense surface wear and additional heat generation. In addition, this device cannot be implemented on extruders, the screw of which is coaxial to the drive.

Задачей предлагаемой полезной модели является уменьшение усилия, необходимого для проталкивания перерабатываемого материала через экструдер за счет охлаждения шнека, что способствует снижению сил трения между материалом и поверхностью шнека, а также минимизации налипания материала на шнек, повышению производительности процесса и надежности работы устройства.The objective of the proposed utility model is to reduce the force required to push the processed material through the extruder by cooling the screw, which helps to reduce the frictional forces between the material and the screw surface, as well as to minimize material adhesion to the screw, to increase the process productivity and the reliability of the device.

Технический результат достигается тем, что в глухом отверстии шнека установлен обтекатель из полимера, имеющий входное осевое отверстие для подачи хладагента и шлицевые пазы на наружной поверхности для отвода указанного хладагента. При этом суммарная площадь сечения пазов в 2 раза превышает площадь сечения входного отверстия. Обтекатель закреплен в глухом отверстии шнека таким образом, что между дном отверстия и нижней частью обтекателя обеспечивается зазор, равный по величине диаметру входного отверстия обтекателя, а на другом конце обтекателя его входные отверстия совмещены с подводящими каналами хладагента, а шлицевые пазы, длиной 9/10 длины обтекателя на его наружной поверхности в крайней своей точке совмещены с отводящими каналами хладагента.The technical result is achieved in that a fairing made of polymer is installed in the blind hole of the screw, which has an inlet axial hole for supplying coolant and slotted grooves on the outer surface for removing said coolant. In this case, the total cross-sectional area of the grooves is 2 times the cross-sectional area of the inlet. The fairing is fixed in the blind hole of the auger in such a way that between the bottom of the hole and the lower part of the fairing, a gap equal to the diameter of the fairing inlet is provided, and at the other end of the fairing its inlets are aligned with the coolant supply channels, and the slotted grooves are 9/10 the length of the fairing on its outer surface at its extreme point is aligned with the outlet channels of the coolant.

В качестве варианта шлицевые пазы на наружной поверхности обтекателя могут быть выполнены винтовыми с шагом, не менее величины шага шнека, установленного в корпусе экструдера.As an option, the slotted grooves on the outer surface of the fairing can be made screw-type with a pitch not less than the pitch of the screw installed in the extruder body.

На фиг. 1 изображен общий вид предлагаемой конструкции экструдера.FIG. 1 shows a general view of the proposed design of the extruder.

Экструдер содержит корпус 1 в котором установлен шнек 2 с обтекателем 3. Загрузка материала осуществляется через воронку 4. Нагрев производится хомутовыми нагревателями 5. Подвод и отвод хладагента выполняется соответственно через штуцеры 6 и 7, закрепленные на цилиндрической поверхности корпуса 1.The extruder contains a housing 1 in which a screw 2 with a fairing is installed 3. The material is loaded through a funnel 4. Heating is carried out by clamp heaters 5. The supply and removal of coolant is carried out, respectively, through the fittings 6 and 7, fixed on the cylindrical surface of the housing 1.

В глухом отверстии шнека 2 установлен обтекатель 3 из полимера, имеющий входное осевое отверстие 8 для подачи хладагента и шлицевые пазы 9 (не менее шести) на наружной поверхности для отвода указанного хладагента. При этом суммарная площадь сечения пазов в 2 раза превышает площадь сечения входного отверстия. Обтекатель 3 закреплен в глухом отверстии шнека 2 таким образом, что между дном отверстия и нижней частью обтекателя обеспечивается зазор 10, равный по величине диаметру входного отверстия обтекателя, а на другом конце обтекателя его входные отверстия 11 совмещены с подводящими каналами 12 хладагента через штуцер 6. Шлицевые пазы 9, длиной 9/10 длины обтекателя 3 на его наружной поверхности в крайней своей точке совмещены с отводящими каналами 13 хладагента и со штуцером 7.In the blind hole of the screw 2, a fairing 3 made of polymer is installed, which has an axial inlet hole 8 for supplying coolant and slotted grooves 9 (at least six) on the outer surface for removing said coolant. In this case, the total cross-sectional area of the grooves is 2 times the cross-sectional area of the inlet. The fairing 3 is fixed in the blind hole of the auger 2 in such a way that a gap 10 is provided between the bottom of the hole and the lower part of the fairing, equal in size to the diameter of the inlet of the fairing, and at the other end of the fairing its inlets 11 are aligned with the supply channels 12 of the coolant through the fitting 6. Slotted grooves 9, 9/10 length of the fairing 3 on its outer surface at their extreme point are aligned with the outlet channels 13 of the refrigerant and with the fitting 7.

В качестве варианта шлицевые пазы 9 на наружной поверхности обтекателя могут быть выполнены винтовыми с шагом, не менее величины шага шнека 2, установленного в корпусе 1 экструдера.As an option, the slotted grooves 9 on the outer surface of the fairing can be made helical with a pitch not less than the pitch of the screw 2 installed in the body 1 of the extruder.

Работа устройства осуществляется следующим образом. Экструдер приводится в движение от мотор-редуктора посредством втулочно-пальцевой муфты (условно не показано). Загруженный материал через воронку 4 перемещается с помощью шнека 2 к выходному отверстию корпуса 1 - соплу. Одновременно с этим хладагент под действием давления, создаваемого, например, центробежным насосом, поступает через штуцер 6 в кольцевую канавку на шнеке 2, через четыре подводящих канала 12 в шнеке 2 и четыре входных отверстия 11 в обтекателе 3 перетекает в его входное осевое отверстие 8. Через входное осевое отверстие и зазор 10 между дном отверстия и нижней частью обтекателя 3 хладагент проходит по шлицевым пазам 9 обтекателя 3, охлаждая изнутри поверхность отверстия шнека 2, выходя через четыре отводящих канала 13 и штуцер 7. Во избежание попадания хладагента в рабочую зону шнека установлены уплотнительные кольца 14.The device operates as follows. The extruder is driven by a geared motor by means of a sleeve-finger coupling (not shown conventionally). The loaded material is transported through the funnel 4 by means of the auger 2 to the outlet of the housing 1 - the nozzle. At the same time, the coolant, under the action of pressure, created, for example, by a centrifugal pump, flows through the nozzle 6 into the annular groove on the screw 2, through four supply channels 12 in the screw 2 and four inlets 11 in the fairing 3 flows into its inlet axial hole 8. Through the inlet axial hole and the gap 10 between the bottom of the hole and the lower part of the fairing 3, the coolant passes through the slotted grooves 9 of the fairing 3, cooling the surface of the auger hole 2 from the inside, leaving through four outlet channels 13 and the fitting 7. To avoid the ingress of coolant into the working area of the auger installed O-rings 14.

В случае варианта исполнения шлицевых пазов 9 по винтовой линии на наружной поверхности обтекателя, интенсивность охлаждения шнека 2 существенно повышается за счет увеличения площади контакта хладагента с поверхностью отверстия указанного шнека.In the case of the embodiment of the slotted grooves 9 along the helical line on the outer surface of the fairing, the cooling intensity of the screw 2 is significantly increased due to the increase in the contact area of the coolant with the surface of the opening of the said screw.

Предлагаемая конструкция экструдера для обработки полимерных материалов в аддитивных технологиях обладает следующими преимуществами:The proposed design of an extruder for processing polymeric materials in additive technologies has the following advantages:

- позволяет существенно уменьшить усилия, необходимые для перемещения перерабатываемого материала через экструдер за счет эффективного охлаждения шнека, снижения сил трения между материалом и поверхностью шнека, а также минимизации налипания материала на шнек;- allows you to significantly reduce the efforts required to move the processed material through the extruder due to effective cooling of the screw, reducing the friction forces between the material and the surface of the screw, as well as minimizing the adhesion of material to the screw;

- повышает производительность процесса за счет его стабилизации и обеспечения оптимальных скоростных режимов при исключении параметрических и функциональных отказов;- increases the productivity of the process due to its stabilization and ensuring optimal speed conditions while excluding parametric and functional failures;

- обеспечивает высокую надежность устройства за счет упрощения его конструкции, компактности габаритов и компоновки установок с соосным приводом вращения шнека;- provides high reliability of the device by simplifying its design, compact dimensions and layout of installations with a coaxial screw rotation drive;

- легко реализуется в рамках модернизации существующих экструдеров с минимальными затратами путем изготовления предлагаемой формы обтекателя на 3D-принтере.- easily implemented as part of the modernization of existing extruders with minimal costs by manufacturing the proposed fairing shape on a 3D printer.

Claims

1. An extruder for processing polymeric materials in additive technologies, containing a housing with a screw installed in it, driven by a drive, a feed opening with attachment for a funnel for mixing components, channels for supplying a refrigerant, a fairing with channels on the outer surface, characterized by that in the blind hole of the auger a fairing made of polymer is installed, having an inlet axial hole for supplying coolant and slotted grooves on the outer surface for removing the specified refrigerant, while the total cross-sectional area of the slots is 2 times the cross-sectional area of the inlet, and the fairing is fixed in the blind hole in such a way that between the bottom of the hole and the lower part of the fairing there is a gap equal in size to the diameter of the fairing inlet, and at the other end of the fairing its inlets are aligned with the coolant supply channels, and slotted grooves 9/10 length of the fairing on its outer surface in extreme at their point are aligned with the outlet channels of the refrigerant.

2. An extruder for processing polymeric materials in additive technologies according to claim 1, characterized in that the slotted grooves on the outer surface of the fairing are made helical with a pitch not less than the pitch of the screw installed in the extruder body.