4.2. Классификация экструзионного инструмента

Головки отличаются большим разнообразием типов и конструкций, которые могут быть классифицированы следующим образом. По направлению выхода изделия:

1) прямоточные головки (например, на рис. 4.1) с направлением выхода изделия вдоль оси червяка (головки для труб, шлангов, стержней);

2) угловые головки, осуществляющие поворот потока расплава и соответственно изменяющие направление выдачи изделия на опреде­ленный угол по отношению к оси червяка (головки для покрытия проводов, кабелей и каких-либо сердечников изоляцией или защит­ной оболочкой, головки для рукавной пленки, головки для экструзии с раздувом и др.).

Прямоточные головки просты по конструкции, условия течения расплава в их каналах, как это будет показано ниже, максимально благоприятны. В связи с этим при выборе конструкции им следует отдавать предпочтение, однако в приведенных в пункте 2 примерах их использование невозможно. Например, при наложении слоя полимера на сердечник из дерева направление ввода сердечника в головку должно совпадать с направлением выхода изделия из нее, так что ввод расплава в головку неизбежно должен быть осуществлен под некоторым углом к этому направлению. Трубчатая заготовка расплава для последующего ее формования в изделие методом раздува должна выдаваться из головки в вертикальном направлении вниз, чтобы сила собственного веса не приводила к существенному искажению конфи­гурации заготовки за время ее выдачи, вместе с тем направление оси пластикационного цилиндра экструдера (а следовательно, ввода расплава в головку), как правило, горизонтальное.

По конфигурации формующей щели:

1) плоскощелевые;

2) головки с кольцевым поперечным сечением канала (головки для цилиндрических стержней, трубные головки, головки для экструзии с раздувом, головки для получения рукавной пленки);

3) профильные головки, имеющие сложный контур поперечного сечения формующего канала и различающиеся по конфигурации попе­речного сечения изделия (рис. .4.3) на головки для изделий открытого типа, закрытого типа, смешанного типа, специальные головки и голов­ки для изделий из вспененных материалов.

Особенностью плоскощелевых головок является необходимость очень существенного преобразования конфигурации поперечного сече­ния потока расплава: круглое сечение канала головки на входе в нее преобразуется, например, в плоский щелевой канал с высотой 1 мм и шириной иногда более 1 м на выходе. При этом возникает проблема равномерного распределения потока по всей ширине щели, которая решается специфическими для этого типа головок приемами.

Для кольцевых головок, как и дня головок, формующих изделия типа приведенных на рис. 4.3, бив, обязательно наличие такой детали, как дорн, формующий одну или несколько полостей в изделии (см. рис. 4.1). Очевидно в данном случае, что дорн не должен касаться рабочих поверхностей переходного и формующего каналов, и в связи с этим возникает проблема его крепления в канале, конструктивное

решение которой просто только на первый взгляд (например, ребра дорнодержателя в конструкции на рис. 4.1) и может быть неоднознач­ным в зависимости от типа полимера и формуемого изделия. Такой проблемы нет у головок для изделий открытого типа (см. рис. 4.3,о), так как элемент головки, формующий у изделия незамкнутую по­лость, если он выполнен в виде самостоятельной детали, может и должен иметь контакт с рабочей поверхностью мундштука вплоть до выхода из него.

Общей особенностью головок третьего типа (по отношению к пер­вым двум) в рамках данного классификационного признака является большая сложность конфигурации поперечного сечения формуемого изделия и, следовательно, геометрии рабочей поверхности переход­ного канала. Правильный выбор этой геометрии является наиболее ответственным этапом работы конструктора при проектировании головки и должен осуществляться не только с точки зрения обеспече­ния оптимальных условий течения расплава в переходном и формую­щем каналах, но и с учетом конкретных возможностей изготовления подобных сложных поверхностей.

Представленная на рис. 4.3 классификация профильных изделий со сложной конфигурацией сечения выполнена таким образом, что каждой группе их (и в рамках группы - преимущественно каждой подгруппе) соответствует тип головки или калибрующего устройства, имеющий ту или иную конструктивную особенность. Особенности головок для изделий групп "а"и"б"уже рассмотрены выше. Головки для группы "в" сочетают в себе эти особенности.

Подгруппы изделий "а-1", "а-2" и "б-l"составляют исключение из общего правила, заключающееся в том, что могут быть сформованы с использованием головки, конфигурация сечения формующего канала которой принципиально отлична от сечения изделия и, что важно, может быть гораздо более простой. Так, например, изделия группы "а-1", "б-l и "а-2" могут быть сформованы на головках с сечением формующего канала в виде круга, кольца и плоской щели (или также кольца) соответственно. Придание окончательной, требуемой конфи­гурации выходящей из головки заготовке расплава в этом случае осуществляется на калибрующем устройстве, конструкция которого должна обеспечивать выполнение этой операции. Пример рассматрива­емого варианта приведен на рис. 4.1: выходящая из кольцевого форму­ющего канала заготовка "надевается" на калибрующее устройство, конфигурация которого показана в разрезе А-А.

Конструкция головок для изделий типа "а-4" ничем принципиально не отличается от головок для типа "а-3", однако смыкание элементов профиля и надежный их взаимный прижим в месте контакта, как показано на рис. 4.3, должны обеспечиваться специальной конструк­цией калибрующего устройства.

Группа изделий "г" характеризуется тем, что в рамках каждой ее подгруппы соответствующий тип головки должен иметь как бы допол­нительные, специальные конструктивные элементы. Так, для подгруп­пы "гЛ" головки должны иметь устройство для подачи (и протяжки через ее канал) сердечника или спиральной арматуры; то же относится и к группе "г-5". Изделия типа "г-2 и "г-3" формуются на головках, дорн и мундштук которых имеют вращательное или возвратно-посту­пательное движение друг относительно друга и, следовательно, соответствующий привод этих элементов.

Изделия типа "г-4" могут формоваться на головках для обычных прутков или труб, но калибрующие устройства должны иметь подвиж­ные элементы с их приводом для формования волн на прутке и гофров на трубе.

По типу термостатирования корпуса головки:

1) с рубашками для обогрева (или охлаждения) жидкостями;

2) с электрическим обогревом нагревателями омического сопротив­ления или индукционного типа.

Из экструдера в головку материал подается, как правило, при той температуре, при которой он должен выдавливаться из формующего канала, так что сколько-нибудь значительного нагрева или охлажде­ния материала в головке происходить не должно. Общий тепловой баланс головки в этом случае определяется двумя составляющими: тепловыделениями в материале вследствие рассеивания работы его деформирования в каналах и теплоотдачей в окружающую среду. Если первая составляющая намного меньше второй (что, как правило, имеет место при экструзии термопластов, так как вязкость их расплавов относительно невелика, а температура головки должна быть намного больше температуры окружающей среды), то применяют второй тип термостатирования, более компактный и простой в обслуживании. Если же эти составляющие близки по значению или вторая превосходит первую (что характерно, например, для экструзии высоковязких резиновых смесей), то применяют первый тип термостатирования, который с равной эффективностью может осуществляться как подво­дом, так и отводом тепла от тела головки.

По общей конструкции корпуса головки:

1) литые;

2) сварно-литые;

3) разъемные, изготовленные механической обработкой из поковок и проката.

Тот или иной тип в данном случае выбирается преимущественно в зависимости от габаритов головки, а также с учетом программы производства (единичный экземпляр, несколько штук, мелкая серия) и конкретных технологических возможностей. В настоящее время применяется преимущественно третий тип корпусов.

По способу крепления к цилиндру экструдера:

1) с фланцевым соединением (головки съемные или откидные на петлях);

2) с байонетным соединением;

3) со стягиваемыми накидными полукольцами.

Выбор того или иного типа крепления, а также типа привода крепежных устройств (механического или ручного) определяется, во-пер­вых, габаритами головки, во-вторых, требуемой частотой съема головки.

По максимальному давлению в головке, обеспечи­вающему рабочую производительность:

1) головки низкого давления (до 6 МПа) для стержней диаметром более 5 мм, толстых труб и листов и других толстостенных профилей;

2) головки среднего давления (6- 20 МПа) для стержней диаметром 3-5 мм или труб и профилей с толщиной стенки около 1 мм;

3) головки высокого давления (свыше 20 МПа) для производства пленок, вытяжки нитей и т.д.