Los tornillos de extrusión, incluso aquellos con diámetros menores de 50 mm (2 pulg), muy rara vez se rompen. Pero cuando lo hacen, cuáles son las causas? Tu primera aproximación podría ser que el tornillo se ha visto comprometido debido a un exceso de torque, pero en realidad la flexión causa más roturas que el exceso de torque.
Las fallas por exceso de torque casi siempre ocurren en la sección de alimentación, lo cual tiene sentido, ya que es la sección de tornillo más susceptibles al torque. Las fallas de torque tienen características que son fáciles de identificar. Siempre se inician a partir de la parte más externa del tornillo - la superficie de la aleta - y la grieta hacia el centro. Como resultado, tu verás grietas radiales en la superficie de la aleta alrededor de la ruptura. Además, el tornillo "terminará" como un resorte, y el paso de la aleta alrededor de la ruptura se reducirá de forma permanente (ver ilustración).
 |
| Las fallas de torque siempre se inician desde la porción más externa del tornillo - o la superficie de la aleta - y una grieta hacia el centro. Como resultado de ello hay grietas radiales en la superficie de la aleta alrededor de la ruptura. Además el tornillo "termina" como un resorte durante una falla de torque, y el paso de la aleta alrededor de la ruptura se reduce de forma permanente. |
A medida que el tornillo se termina y las grietas también crecen en diámetro, se hace muy difícil sacarlo del cilindro.
No hay cálculo exacto para la resistencia a la torsión del tornillo debido a la forma compleja o indeterminada de la zona de la sección transversal. Pero se puede estimar asumiendo que sólo el diámetro de la raíz lleva la carga de torque, aun cuando la aleta se suma a la resistencia a la torsión del tornillo.
He encontrado que un diseño seguro se puede calcular utilizando fórmulas simples de torque y suponiendo un esfuerzo cortante máximo permisible de 50,000 psi. Eso es un poco más de la mitad del límite elástico del acero 4140 con tratamiento térmico, del cual la gran mayoría de los tornillos de alimentación se hacen en EUA.
La fórmula es:
Ss = 16T/πD³
donde:
T = (HP x 63025) / max rpm tornillo= pulg-lb
D = Diámetro de la raíz de la sección de alimentación = pulg
Ss = esfuerzo cortante (<50.000) = lb / pulg. ²
Esta fórmula se aplica a un tornillo sin orificio de refrigeración. Si se utiliza un orificio de refrigeración la siguiente fórmula funciona:
Ss = esfuerzo cortante (<50.000) = lb / pulg. ²
Esta fórmula se aplica a un tornillo sin orificio de refrigeración. Si se utiliza un orificio de refrigeración la siguiente fórmula funciona:
El orificio de refrigeración tiene casi ningún efecto sobre la resistencia a la torsión debido a que el esfuerzo es máximo en la superficie exterior y cero en el centro o eje neutral donde se encuentra el orificio de refrigeración.
La flexión del tornillo o fallas de fatiga por lo general no muestran grietas radiales. Estas fallas generalmente se manifiestan por una sola grieta que va directamente a través del tornillo. Además, estas fallas no resultan en el efecto de "terminación" o una reducción del paso.
El doblado se produce ya sea de las fuerzas laterales que ejerce el polímero en el tornillo durante el fundido, o de un desalineamiento del cilindro. El doblado por cualquier mecanismo se denomina "doblado o flexión en reversa." Piense en la falla rápida que se produce cuando se rompe un alambre entre los dedos mediante la flexión hacia adelante y atrás.
A fin de que las presiones internas del cilindro causen una rotura del tornillo, el tornillo / cilindro primero deben desgastarse lo suficiente para proporcionar el espacio libre necesario para que se produzca la flexión . Esto puede tomar mucho tiempo, pero una vez que está presente la suficiente holgura, la rotura sigue rápidamente. He cubierto este tipo de desgaste localizado, llamado cuña, en las columnas anteriores (ver enlaces a estos artículos al final de esta página).
El tornillo también está bajo carga de torsión desde el mando del motor, sumándose al esfuerzo total, ya que tanto los esfuerzos de flexión y de torsión están en su máximo en la superficie exterior del tornillo. Con la combinación del esfuerzo de flexión reversible y el esfuerzo de torsión, la falla ocurrirá en muy pocos ciclos después de que se alcanza la tensión crítica en la superficie. Esto es típicamente a aproximadamente 40% de la resistencia normal de tracción, significando que la flexión en reversa reduce la resistencia a casi la mitad de la especificación del acero.
Las fallas de flexión debido al alineamiento del cilindro son similares, pero pueden ocurrir antes, porque no es necesario esperar a que el tornillo y el barril se desgasten. Curiosamente, los fallos de flexión por lo general ocurren en las secciones más fuertes del tornillo, porque allí es donde se necesita la máxima fuerza para doblarlo, con el mayor esfuerzo resultante en la superficie de la aleta. Cuando un tornillo se rompe en una de sus secciones más gruesas o más fuertes, es muy poco probable que fuera solo por una situación de exceso de torque.
Jim Frankland, Presidente de Frankland Plastics Consulting, LLC
Tecnología Plásticos - Agosto 2013
Referencias
‘Wedging’ Can Cause Severe Screw Wear
http://www.ptonline.com/columns/wedging-can-cause-severe-screw-wear
Dead Screw Talking
http://www.ptonline.com/columns/dead-screw-talking
The Cause of Catastrophic Screw Wear
Entradas
No hay comentarios.:
Publicar un comentario