Калибрование экструдированных строительных ПВХ профильных изделий

Для производства качественных строительных ПВХ профилей огромное значение имеет не только правильно выбранный экструдер, высококачественная экструзионная фильера, но и процесс калибрации ПВХ профилей.



Как уже указывалось ранее, при изготовлении профильных изделий заготовка, выдавливаемая из фильеры, поступает в специальное калибрующее устройство, в котором ей придаются окончательные размеры и форма. Этот процесс, следующий непосредственно за процессом продавливания термопласта через фильеру, принято называть калиброванием.

Устройства и приспособления, применяемые при калибровании, можно различать:

• по способу осуществления контакта изделия с калибрующей поверхностью;
• по способу охлаждения изделия при калибровании;
• по конструктивным признакам.

Калибрование осуществляется посредством контакта движущейся полимерной заготовки с охлаждаемыми металлическими поверхностями. Такой контакт обеспечивается либо давлением воздуха, подаваемого в полости изделия, либо с помощью вакуума, создаваемого между стенками изделия и калибрующей поверхностью, либо путем обжатия экструдата при протяжке его через щель или при прокатке между фигурными валками. Контакт изделия с калибрующими поверхностями может осуществляться также при одновременном или последовательном действии двух или более перечисленных факторов в различных комбинациях. Например, калибрование труб может осуществляться с одновременным использованием вакуума и давления. Калибрование большинства профильных изделий представляет значительные трудности по сравнению, например, с калиброванием труб или листов.

При разработке конструкции калибрующего устройства следует принимать во внимание следующее:

1. Изделия, изготавливаемые из материалов с высокой вязкостью и формоустойчивостью расплава (например, композиции из пластифицированного ПВХ и других резиноподобных материалов, имеющих высокий коэффициент трения расплава по металлу), не требуют применения специальных калибрующих устройств;
2. Для предотвращения искажений экструдата под действием собственной массы можно применять простейшие поддерживающие охлаждаемые устройства в виде пластин, планок, плит и т.д.
3. Для изготовления изделий с точной формой и размерами необходимо применять устройства, в которых обеспечивается принудительный контакт экструдата с калибрующими поверхностями. При этом давление, создающее этот контакт, должно строго контролироваться и регламентироваться.

В зависимости от конструкции калибрующие устройства можно разделить на следующие типы:

• длинномерные калибры;
• калибрующие пластины и втулки;
• калибрующие ролики и валки;
• комбинированные калибрующие устройства (например, калибрование труб последовательно по внутреннему и наружному диаметрам с помощью охлаждающего дорна и
• калибрующих пластин, калибрование с помощью вакуума и давления, и прочее).

Некоторые калибрующие устройства осуществляют изменение формы заготовки после выхода ее из фильеры. Это позволяет получать профильные изделия сложной формы из заготовок с более простым поперечным сечением. Так, например, фасонные трубы (квадратные, прямоугольные и т.п.) можно получать из заготовки кольцевого сечения. Принудительный контакт с металлом должны иметь только основные участки профиля, к точности размеров или чистоте поверхности которых предъявляются повышенные требования. Для неответственных участков следует предусматривать возможность поперечного перетекания материала при обжатии экструдата.

Конструкция калибрующего устройства должна разрабатываться совместно с конструкцией формующей головки. При проектировании головки и калибрующего устройства необходимо предусматривать их взаимную соосность. Обычно соосность, (центровку) осуществляют с помощью центровочных поясков (или лапок) и выступов (или штифтов). Центровка целесообразна не только в том случае, когда калибр устанавливают вплотную к мундштуку, но и тогда, когда их в рабочем положении устанаваливают с большим зазором (например, при калибровании под вакуумом). Небольшие калибры типа насадок обычно крепят на экструзионной головке или на охлаждающей ванне, неразъемные вакуумные калибры, как правило, крепят на передней стенке охлаждающей.

Длинномерные вакуумные калибрующие устройства устанавливают на специальном монтажном столе. Последний представляет собой массивную станину, на которой располагаются водокольцевой вакуумнасос, панель разводки воды, сжатого воздуха, вакуума, электрическая панель управления агрегатом. Опора, на которой крепится калибр, должна иметь возможность продольного, поперечного, а в некоторых случаях и углового перемещения. Рабочие органы калибрующих устройств обычно изготавливают из теплопроводных материалов: латуни, бронзы, дуралюминия, силумина, нержавеющей стали.

При калибровании пластинами или дисками, установленным в ванне с водой, калибрующие пластины могут быть изготовлены из стали с защитными покрытиями (обычно слоем хрома). Изностойкие хромовые покрытия применяют и для длинномерных калибров, изготовленных из латуни или бронзы. В крупнотоннажных производствах ответственных изделий (оконные профили) применяют износостойкие стальные длинномерные калибры. При изготовлении изделий из ПВХ, АБС-пластика, полиацеталей ПЭНД и других жестких термопластов рабочие поверхности калибрующх устройств должны быть полированы. Для изделий из ПЭВД применяют калибры с матовой рабочей поверхностью с чистотой обработки поверхностей 2.5- 1.25 мкм.

Калибрующие втулки и пластины

Количество втулок или пластин, их конструкция, расположение и расстояние от головки для конкретного профильного изделия устанавливают опытном путем. При калибровании несложных трубообразных профилей пластины или втулки обычно устанавливают в водяной вакуумной ванне. Количество их принимают равным 3-5. Толстостенные изделия пропускают иногда через большое количество пластин, установленных так, чтобы постепенно достигалась требуемая форма изделия. При этом пластины могут иметь неодинаковую форму калибрующего отверстия. Пластины с разной формой отверстия чередуются между собой, что обеспечивает прохождение изделия через них и уменьшает вероятность защемления изделия. Пластины или вакуумные втулки для профилей сложного сечения, как правило, делают с разъемом в горизонтальной плоскости. Толщина разъемных пластин составляет 6-10 мм. Неразъемные пластины (для простых изделий) изготавливают толщиной 3-6 мм. Для получения труб и трубообразных профилей пластины имеют толщину 3-4 мм, их количество может достигать двух десятков и более.

Длинномерные калибры

В длинномерных калибрах длительность контакта охлаждаемого изделия с металлической поверхностью должна быть достаточной для образования на поверхности изделия охлажденного твердого слоя, предохраняющего от искажения формы изделия в процессе дальнейшего охлаждения. Однако чрезмерно большая длина калибрующих поверхностей нежелательна, поскольку увеличивается сила трения и возникает потребность в более мощном тянущем устройстве, поэтому стремятся принимать длину их минимально возможной. Обычно рабочая длина калибров составляет 180-400 мм. Калибры других длин могут применяться при производстве изделий повышенной точности и при использовании мощных тянущих устройств. К длинномерным калибрующим устройствам относят вакуумные калибры, калибрующие втулки, калибровочные дорны.

Вакуум-калибры

Вакуумные калибры устанавливают на расстоянии 30-120 мм и более от фильеры. Калибр по длине обычно имеет 2 или 3 вакуумные зоны. Между вакуумными зонами размещают каналы водяного охлаждения. Первую вакуумную зону следует располагать на расстоянии 50-80 мм от входа. Участок входа должен интенсивно охлаждаться. В некоторых случаях перед входом в калибр целесообразно располагать зону воздушного предварительного охлаждения профиля. При этом следует иметь в виду, что отверстия должны располагаться таким образом, чтобы поток воздуха был направлен под некоторым углом в сторону входа в калибр. Это позволит избежать охлаждения головки. Для сложных или разнотолщинных профилей может понадобиться дифференциальное предварительное воздушное охлаждение. В этом случае зону воздушного охлаждения следует выполнить из отдельных секций. Длина зоны воздушного охлаждения 20-50 мм. Эта зона может быть выполнена как участок длинномерного калибра, либо в виде металлической рамки или трубки с отверстиями. В последнем случае следует предусмотреть возможность регулировки положения рамки (трубки) по отношению к профилю. Острые кромки на входе в длинномерный калибр должны быть скруглены. Заходный участок длиной 20-50 мм должен иметь уклон не более 3-5 к оси экструзии. Длинномерные калибры для калибрования большинства профильных изделий следует выполнять разъемными. Основание калибра, содержащее зоны охлаждения и вакуумные зоны, следует выполнять в виде одного блока, установленного на монтажном столе на опорах. Крышку калибра выполняют такой же длины, что и основание или в виде отдельных коротких блоков длиной 50-200 мм, содержащих зоны охлаждения или (и) вакуума и стягиваемых в рабочем состоянии с основанием с помощью винтов. Для удобства работы целесообразно блоки крышки выполнять откидывающимися. При калибровании сложных профилей в калибрующем устройстве следует предусматривать регулировку положения деталей, осуществляющих формование элементов профиля. Перемещаемые детали на входе и выходе должны иметь скругленные кромки. Подвод вакуума, воздуха, воды к секциям калибра следует осуществлять от отдельных коллекторов. Целесообразно контролировать расход или давление воздуха и величину разряжения в каждой секции.

Калибровочные дорны (для калибрования по внутренним поверхностям)

Охлаждаемый калибровочный дорн применяют как с угловыми, так и с прямоточными головками. Конструкция угловой головки позволяет легче осуществить подвод и отвод охлаждающей среды. Однако, для работы с нетермостабильными материалами предпочтение отдают прямоточным головкам. Охлаждаемый дорн должен быть хорошо изолирован от остальной части головки. Калибровочный дорн имеет небольшой уклон (или конусность) в направлении движения изделия, учитывающий усадку материала при охлаждении. При получении профильных изделий с простым сечением (например, прямоугольных), калибровочный дорн соответствующего сечения можно использовать с фильерой кольцевого сечения (т.е. с обычной трубной головкой). Калибровочные дорны применяются когда внутренний размер профиля (диаметр, высота) не менее 25 мм, при меньших размерах внутрь него трудно разместить детали охлаждения. В настоящее время калибровочные дорны применяются сравнительно редко, т.к. они требуют довольно сложной конструкции экструзионной головки. Их применение целесообразно при комбинированном калибровании полых профилей, когда охлаждению подвергаются одновременно внутренняя и наружная поверхности.

Калибровочные ролики и валки

Некоторые профильные изделия калибруют парными профильными роликами с индивидуальным охлаждением. В конструкции парных роликов предусматривают регулировку рабочего зазора между ними. При калибровании профильных изделий с помощью роликов следует иметь ввиду, что одновременное обжатие экструдата со всех сторон в отверстии, образованном парой роликов, может привести к поверхностным дефектам вследствие большой разницы скоростей на боковых и лицевых поверхностях. Прокатка в многовалковых калибрах с приводными роликами, позволяет получать малоориентированные изделия высокого качества вследствие трехмерного характера течения материала при калибровании. Метод калибрования в многовалковых калибрах считается весьма перспективным и требует детального изучения, хотя и имеет недостатки (ограничивает производительность вследствие малого времени контакта расплава с охлаждаемыми валками). Остается только добавить, что, к сожалению, в СНГ никто не производит подобных устройства (калибраторов для строительных профилей), все закупается за рубежом и в больших объемах, хотя для их изготовления в СНГ есть все возможности, знания, умения, материалы, специалисты и т.п.