Производственная практика на «ОАО Беларускабель»

смотреть на рефераты похожие на "Производственная практика на «ОАО Беларускабель» "

2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1. Основы процесса получения кабельных изделий

В основе действия червячных прессов лежит способность полимеров протекать в расплавленном состоянии через узкие каналы под действием выдавливающего усилия.

Полимерные материалы в виде мелких гранул подаются в загрузочную зону пресса. Основной рабочей частью пресса является червяк. Он размещен в цилиндре пресса, имеет винтовую нарезку и, вращаясь, захватывает нагревающийся материал, уплотняет его и подает в головку пресса, где расположен формующий инструмент.

Для уплотнения материала объем витка червяка на выходе делается меньше объема витка на входе. Отношение этих объемов называется компрессией
(степенью сжатия). Компрессия достигается или путем уменьшения глубины нарезки при постоянном шаге, или путем уменьшения шага резьбы по длине червяка. Причину осевого перемещения материала в прессе можно сравнить с перемещением гайки по винту. Внешней силой, удерживающей материал от вращения с червяком, является сила трения между червяком и стенками цилиндра пресса. Эта сила должна быть возможно большей, в то время как трение между пластмассой и поверхностью червяка - минимальной. В загрузочной зоне это достигается поддержанием определенных температур цилиндра и червяка, т. к. коэффициент трения полимера по стали зависит от температуры. В результате создается выдавливающее усилие, вызывающее перемещение материала от зоны загрузки к головке, по мере которого материал все более разогревается и уплотняется и в последней зоне, дозирующей, полностью переходит в состояние расплава.

Поступая из цилиндра в головку и проходя через кольцевой зазор между дорном и матрицей, полимер формируется в цилиндрический слой изоляции или оболочки.

Стенки червяка и цилиндра, каналы головки, различные детали, встречающиеся на пути потока (фильтрующие сетки, решетки, выравниватели направления потока) оказывают сопротивление течению расплава. Это ведет к увеличению давления внутри пресса, которое становится максимальным примерно в конце дозирующей зоны перед головкой. Таким образом, между концом цилиндра (максимальное давление) и началом цилиндра (атмосферное давление) существует разность давления, превышающие в несколько десятков раз атмосферное.

За счет давление материал сжимается и получается монолитная масса без воздушных включений.

Процессы наложения изоляции и оболочки на червячных прессах весьма

схожи, однако имеют и различия. Прежде всего различают формующий инструмент
(дорн и матрицу) при изолировании и ошлангировании.

При наложении изоляции обычно требуется ее плотное прилегание к токопроводящей жиле, обеспечивающее отсутствие воздушных включений у поверхности жилы. Это можно достигнуть взаимным расположением между дорном и матрицей рис. 2.1.

Чем больше расстояния между дорном и началом цилиндрической части матрицы, тем большим обжатием накладывается изоляция. Однако увеличивающееся давление при этом может привести к нарушению эксценриситета и обрыву жилы.

Угол между конусными поверхностями дорна и матрицы составляет 1-3°.

При наложении оболочки обычно требуется ее наложение в виде трубки, свободно располагающейся поверх изделий. Здесь уже наоборот, чем больше расстояние между дорном и матрицей, тем меньше обжатие оболочки /4/.

Схемы наложения полимерных покрытий

а - плотное наложение, б - свободное наложение, 1-дорн, 2-матрица, 3- заготовка, 4 - расплав

Рис.2.1

Схема технологических процессов изготовления кабельных изделий показана в приложении 3.

Поступающие материалы из автотранспорта, контейнеров выгружаются и размещаются в складах предприятия рабочими транспортного участка и складского хозяйства.

ПЭ и ПВХ всех марок, полиэтиленовые концентраты пигментов и суперконцентраты полиэтиленовые, ПВХ концентрированно-окрашенный, поступающие на предприятие в герметично закрытых бумажных, ПЭ мешках, контейнерах должны храниться по партиям и маркам в закрытом помещении, исключающем попадание прямых солнечных лучей, на расстоянии не менее 1 м от нагревательных приборов. Температура хранения должна быть не выше плюс 25
°С при относительной влажности воздуха 40-80%.

Мешки с ПЭ укладываются в штабеля в перевязку по высоте не более 15 рядов на деревянные или металлические поддоны для обеспечения погрузочно- разгрузочных работ механизированным путем.

Материалы должны поступать в цех рассортированными по партиям в закрытой заводской упаковке и должны быть выдержаны не менее 12 часов в производственном помещении перед пуском в переработку.

Допускается выдержка перед пуском в переработку менее 12 часов, если температура материала не ниже температуры производственного помещения или материалы перед переработкой подвергаются сушке (подогреву).

Переработка материалов при отсутствии централизованной системы их подачи к экструдерам должна производится раздельно по партиям /9/.

Технология изготовления изделий в кабельном производстве складывается из ряда основных процессов: волочение, отжиг проволоки, лужение, скрутка, изолирование, перемотка, испытания, упаковка и сдача на склад.

Волочением называется способ обработки металлов давлением, при котором металл в виде проволоки протягивается через отверстие, поперечные размеры которого меньше, чем размеры исходного поперечного сечения протягиваемого металла. В кабельной промышленности волочением получают проволоку из меди, алюминия и из сплавов цветных металлов.

Отжиг проволоки. При волочении медной и алюминиевой проволоки изменяются свойства протягиваемого металла: прочность увеличивается, а пластичность и электропроводность снижаются. Для повышения пластичности и электропроводности волоченной проволоки производят ее отжиг, т. е. нагрев при определенной температуре.

Лужением называют операцию покрытия поверхности металлического изделия слоем олова. Лужение медной проволоки в кабельной промышленности применяют для защиты от окисления и для улучшения припайки провода к наконечникам. В связи с дефицитностью и дороговизной олова для лужения применяют сплавы олова со свинцом.

Скрутка - это процесс скрутки отдельных проволок в токопроводящую жилу. По направлению различают правую и левую скрутку. На заводе применяется только левая в первом повиве. Проволоки в жиле идут справа - вверх - налево.

Изолирование - это наложение изоляционных и защитных оболочек из пластмасс. Изолирование (или ошлангование) осуществляют на червячных прессах путем выдавливания расплава полимера, находящегося в вязкотекучем состоянии. Этот способ обеспечивает высокую производительность, непрерывность процесса, широкую возможность автоматизации и создания поточных линий совмещенных процессов.

Перемотка с испытанием на проход напряжением с бухтовкой.
Используется аппарат ЗАСИ.

При необходимости проводят водные испытания. Затем готовый кабель упаковывают и сдают на склад /2/.

Технология изготовления провода с медной жилой с поливинилхлоридной изоляцией повышенной гибкости марки ПВС ГОСТ 7399 состоит из следующих стадий:

1. Входной контроль:
- катанка медная марки МКЛПС ТУ 16.К71-003-87;
- пластикат ПВХ марок И40-13, О-40, ИО45-12 ГОСТ 5960;
- пластикат ПВХ концентрировано-окрашенный ТУ 6-01-747-77, импортный краситель для ПВХ.

2. Приготовление волочильной эмульсии.

3. Грубое волочение медной катанки (с 8мм до 1,76мм).

4. Среднее волочение медной поволоки (с 1,76мм до 0,52мм).

5. Тонкое волочение (с 0,52мм до 0,2мм).

6. Отжиг медной проволоки.

7. Скрутка токопроводящих жил.

8. Наложение изоляции на токопроводящие жилы с одновременным испытанием на проход.

9. Перемотка изоляционной жилы с испытанием.

10. Скрутка изолированных жил.

11. Наложение оболочки МЕ-90,МЕ-125 с бухтовкой.

12. Испытание напряжения на испытательном стенде.

13. Перемотка шнура в бухты.

14. Упаковка.

15. Вывоз готовой продукции на склад.

Таблица 2.1.

Технологические параметры
|Конструкция жилы |Толщина изоляции, |Размеры |Техноло-ги|
| |мм |технологического |ческая |
| | |инструмента, мм |скорость, |
| | | |м/мин |
|Сечение,|Число и |Расчет-н|Мини-мал|Номи-нал|Дорн |Матрица | |
|мм2 |диаметр |ый |ьный |ьный | | | |
| |прово-ло|диаметр | | | | | |
| |к, мм |жилы, мм| | | | | |
|1,0 |160|1,20 |0,35 |0,5 |1,30 |2,20 |80-500 |
| |,2 | | | | | | |
|0,75 |230|0,94 |0,35 |0,5 |1,05 |1,95 |80-500 |
| |,2 | | | | | | |

Технические требования:

1. Распределение температур по зонам червячного пресса, °С: I-120-

140; II-140-150; III-150-160; IV-160-170; шейка-170-180; головка-170-180. Допускается другое распределение температур по зонам при условии получения качественной изоляции.

2. На поверхности изоляции не должно быть вмятин, наплывов, ребристости, выводящих размеры заготовки за пределы допусков, пузырей, трещин видимых без применения увеличительных приборов.

3. Расстояние между верхним рядом изолированной жилы и краем шейки барабана должно быть не менее 20 мм.

4. На сопроводительном ярлыке должно быть указано количество связок с указанием длины заготовки между связками и количество прогаров. Если при изолировании имели место прогары изоляции, заготовка подлежит обязательной перемотке с испытанием.

Барабаны с заготовкой, на которой имеются только связки, поступают на операцию наложения оболочки.

Для каждого оборудования и материала устанавливается технологический режим работы.

При переработке ПЭ температурный режим по зонам обогрева:

1-я зона 100-120° С

2-я зона 120-150° С

3-я зона 150-170° С

4-я зона 180-190° С

Шейка 190-200° С

Головка 200-210° С

Охлаждение наложенного слоя ПЭ производится постепенно, по зонам.
Постепенное охлаждение ПЭ необходимо при изготовлении изделий с толстым слоем изоляции или оболочки. ПЭ имеет большой температурный коэффициент расширения (усадки) при низкой теплопроводности. Поэтому при резком охлаждении наружные слои, охлаждаясь, деформируются и воздействуют на внутренние, находящиеся еще в расплавленном состоянии. Возможно образование внутренних напряжений в толще изоляции, а также появление воздушных пустот в результате усадки внутренних слоев при сформировавшихся ранее наружных.

В связи с усадкой ПЭ при охлаждении диаметр матрицы выбирается несколько большим, чем требуемый диметр по изоляции.

При переработке ПВХ температурный режим по зонам обогрева:

1-я зона 100-120° С

2-я зона 120-140° С

3-я зона 140-160° С

4-я зона 160-180° С

Шейка 180-190° С

Головка 180-190° С

Диаметр матрицы принимается равным диаметру изоляции или оболочки по поверхности.

Охлаждающая ванна с холодной водой.

Кабели (провода) изготовляют в соответствии с действующими государственными стандартами (ГОСТ), отраслевыми стандартами (ОСТ) и техническими условиями (ТУ).

На основе государственных и отраслевых стандартов и технических условий разрабатывают конструкцию на все выпускаемые типы кабелей и виды исполнения. В конструкциях приводят необходимые геометрические размеры всех конструктивных элементов с допусками, требуемые материалы и расход их на 1 км кабеля, провода или шнура или на 1 т проводов.

На типовые технологические процессы, применяемые при производстве кабелей и проводов, разрабатывают отраслевые стандарты по единой системе технологической подготовки производства (ЕСТПП). ОСТ на типовые технологические процессы отражают достижения, которые обязательны для всех предприятий. Отраслевые стандарты на типовые технологические процессы утверждаются на 5 лет, по истечении которых должны пересматриваться с учетом новых достижений в области технологии. На технологические процессы, применяемые только на одном предприятии, разрабатываются стандарты предприятия.

На каждую марку кабеля, провода или шнура, каждые сечение или диаметр и вид исполнения при использовании ЭВМ разрабатывают маршрутную карту. В маршрутной карте приводятся все технологические процессы в последовательности их выполнения, указываются используемые технологическое оборудование, оснастка, инструмент и средства контроля. В маршрутной карте отражают также трудовые затраты на изготовление кабеля. Допускается разработка маршрутных карт на отдельные технологические процессы; конечные данные из них переносят в основную маршрутную карту на отдельный кабель.
Маршрутная карта в соответствии с ГОСТ 3.1102 является обязательным технологическим документом.

На основное оборудование разрабатывают технологические инструкции, содержащие кинематическую схему машины или агрегата, их описание и порядок подготовки к работе, включения машины и работы на ней, а также элементы ТБ.
Технологическая инструкция может включать таблицы режима работы машины /9/.

2.2. Организация контроля готовой продукции

Готовая продукция упаковывается и отправляется на хранение.

Изделия в зависимости от вида и строительной длины наматывают на барабаны или в бухты.

Изделия должны наматываться на барабаны и в бухты без ослабления и перепутывания витков.

При упаковке изделий, намотанных на барабан, деревянные барабаны должны соответствовать ГОСТ 5151, металлические – нормативно-технической документации. Барабан с изделием должен быть обшит сплошным рядом досок.

При упаковке изделий в бухты, бухты должны быть перевязаны не менее чем в трех местах, приблизительно равномерно распределенных по окружности.
Бухты проволоки должны быть перевязаны мягкой проволокой, а катанка – отходами проволоки, соответствующими материалу изделия.

Бухты упаковывают в ящики, мешки, в ПЭ пакеты на поддонах или укладывают в контейнеры, а также могут упаковываться в ПЭ термоусадочную пленку. При мелких отправках железнодорожным транспортом мешки должны быть зашиты машинным способом. Масса груза в мешке должна быть не более 80 кг.

Условия хранения и сроки сохраняемости изделий должны быть установлены в нормативно-технической документации на изделие. При хранении барабаны не должны лежать на щеке. Допускается хранение барабанов с кабелями связи на открытых специально оборудованных площадках в течение срока, не превышающего 6 мес. Концы кабелей при хранении должны быть защищены от попадания влаги специальными колпачками.

При хранении изделия должны быть защищены от механических воздействий, паров кислот, щелочей и других агрессивных сред, вредно действующих на тару и изделие, а также от солнечных лучей, атмосферных осадков и пыли.

Виды и причины брака, способы его устранения для изделий из ПЭ и ПВХ указаны в таблице 2.2.

Таблица 2.2.

Виды и причины брака, способы его устранения

В производствах переработки пластмасс основными показателями использования сырья и материалов являются расходный коэффициент К, вычисляемый по формуле (2.1) и коэффициент использования материала К- величина, обратная расходному коэффициенту, вычисляемый по формуле (2.2)

К=,

(2.1)

К=,

(2.2) где Н- норма расхода сырья, кг/км;

Р- чистый вес в единице готовой продукции без учета арматуры, кг.

На предприятии рассчитываются коэффициенты использования следующих основных материалов для производства кабельных изделий: меди, олова, пластиката ПВХ, ПЭ, припоя, фольги алюминиевой, ленты стальной, проволоки стальной, битум дорожный, нить лавсановая, нить хлопчатобумажная, пленка
ПЭТФ.

Например, для изделий КСПП, КСПЗП коэффициенты использования равны: медь жила =0,9482; экран =0,9580; припой экран=0,8738; фольга алюминиевая=0,9689;

ПЭ изоляционный=0,968; шланговый=0,9775; битум дорожный=0,97; заполнитель гидрофобный=0,95.

Отходы цветных металлов собираются и сдаются на склад отходов цветных металлов, а отходы ПЭ и ПВХ пластиката, прошедшие предварительную переработку, после положительного заключения ЦЗЛ используется для производства товаров народного потребления.

Качество продукции контролируется путем проведения испытаний.
Испытания и проверка качества выполняются как цеховым персоналом, так и аппаратом отдела технического контроля (ОТК). Основная задача технического контроля производства кабелей и проводов – обеспечение уровня качества выпускаемой продукции в соответствии с действующей нормативно-технической документацией (государственными и отраслевыми стандартами, техническими условиями, конструкциями, маршрутными картами, технологическими инструкциями и др.).

На предприятии разработан стандарт предприятия на входной контроль, производственный контроль, контроль готовой продукции.

Согласно СТП К31.01.110, задачами входного контроля являются:

-проверка наличия сопроводительной документации, удостоверяющей качество продукции;

-контроль параметров продукции, определяющих ее работоспособность в изделиях;

-накопление и анализ статистических данных и результатов входного контроля о фактическом уровне качества продукции, для определения видов и планов контроля при установленном уровне качества, разработка предложений по повышению качества и, при необходимости по пересмотру требований научно- технической документации (НТД);

-своевременное составление актов на забракованные материалы, передача их заинтересованным службам, а также в техбюро ОТК;

-периодический контроль за соблюдением правил и сроков хранения материалов;

-контроль за порядком и очередностью выдачи материалов в производстве.

Используемые при входном контроле средства измерений и испытательное оборудование должны соответствовать требованиям НТД на методы испытаний и измерений параметров продукции.

Входной контроль продукции осуществляется работниками коммерческого отдела (КО), группой входного контроля ОТК и заводской лабораторией с привлечением, при необходимости, других подразделений предприятия, научно- исследовательских центров, предприятий-изготовителей, специализированных предприятий.

Согласно ГОСТ 5960 пластикат поливинилхлоридный принимают партиями.
Партией считают количество пластиката одной марки, сорта и цвета, изготовленное из одной марки полимера и сопровождаемое одним документом о качестве. Документ о качестве должен содержать: наименование предприятия- изготовителя или его товарный знак; условное обозначение продукта; массу нетто; номер партии; дату изготовления; результаты проведенных испытаний или подтверждение о соответствии пластиката требованиям стандарта; вид тары и количество упаковочных единиц в партии.

Для проверки качества пластиката отбирают 5% мешков или 30% контейнеров от партии.

Для проверки соответствия качества пластиката требованиям стандарта устанавливаются следующие категории испытаний по ГОСТ 16504: приемо- сдаточные, периодические и типовые. Во время их проведения осуществляется проверка количества посторонних включений, удельного объемного электрического сопротивления при 20°С и при 70°С, определяется прочность при разрыве, относительное удлинение, плотность.

За посторонние включения принимают непрозрачные инородные частицы размером в наибольшем измерении от 0,2 мм.

Для определения применяют световой ящик, с внутренней стороны окрашенный в белый цвет. В раму ящика вставлено стекло. На дне ящика по центру установлена электрическая лампа мощностью 40 Вт. Из средней пробы гранул готовят образец пленки размером 300х200х0,5 мм. Этот образец помещают на стеклянную крышку светового ящика, включают лампу и в течение 2 мин просматривают пленку, отмечая посторонние включения, видимые невооруженным глазом на всей площади пленки на расстоянии глаз от пленки около 300 мм. С помощью измерительной лупы определяют размер отмеченных включений и подсчитывают их количество.

Удельное объемное электрическое сопротивление при 20°С определяют на трех образцах в виде диска диаметром 150±1 и толщиной 1±1 мм. Перед испытанием образцы выдерживают в течение 24 ч при 20°С в дистиллированной воде. Затем фильтровальной бумагой или хлопчатобумажной тканью воду с образцов удаляют так, чтобы не осталось ворса, и образцы протирают этиловым спиртом. Испытания проводят не позднее чем через 5 мин после извлечения образцов из воды. Измерение проводят при 20°С при одном из испытательных напряжений 100, 500 или 1000 В, применяя металлические электроды.

Измерение при повышенных температурах производят после выдержки образцов в дистиллированной воде в течение 24 ч следующим образом: в термостат, нагретый вместе с электродами до заданной температуры, помещают образец и выдерживают при этой температуре в течение 1 ч. Затем, не вынимая образец из термостата, измеряют объемное сопротивление. При невозможности немедленного испытания при повышенных температурах образцы должны храниться в эксикаторе над водой не более 24 ч при комнатной температуре.

Прочность при разрыве и относительное удлинение при разрыве определяют при 20°С на образцах, вырезанных (вырубленных) из пластин, изготовленных вальцевым или вальцево-прессовым методом вдоль направления вальцевания или экструзии. Скорость раздвижения захватов испытательной машины должна быть 100 мм/мин.

Плотность определяют методом гидростатического взвешивания в дистиллированной воде при температуре 20°С на образцах, вырезанных из пленки толщиной 1-2 мм, изготовленной вальцевым методом вдоль направления вальцевания.

Производственный контроль контролирует правильность ведения технологических процессов. Он состоит в систематическом надзоре за соблюдением установленных режимов, зафиксированных в маршрутных картах и технологических инструкциях. Систематический контроль за соблюдением режимов производства - одна из основных обязанностей рабочих, мастеров, технологов и администрацию цеха, которые несут полную ответственность за квалификацию и качество работы рабочих. Периодический контроль за соблюдением технологических режимов осуществляется отделом главного технолога (технического отдела), проводящим выборочные контрольные проверки соблюдения технологических режимов производства.

Контроль за состоянием оборудования возлагается на обслуживающих его рабочих, не имеющих право работать на неисправном оборудовании как с точки зрения обеспечения необходимого качества продукции, так и с точки зрения соблюдения правил техники безопасности.

При контроле готовой продукции проводят приемо-сдаточные, периодические и типовые испытания. Все испытания, если в их описании нет особых указаний, должны проводиться в нормальных климатических условиях по
ГОСТ 20.57.406.

Для приемо-сдаточных испытаний, провода предъявляются к приемке партиями объемом от 0,5 до 20 км. Осуществляется проверка элементов конструкции проводов и их размеров, измерение электрического сопротивления жилы, испытание на проход напряжением переменного тока, проверка маркировки и упаковки.

Периодические испытания должны проводится на трех бухтах или барабанах проводов. В выборку включают образцы, отобранные от последней партии, прошедшей приемо-сдаточные испытания. Периодические испытания проводятся один раз в шесть месяцев. Осуществляются испытания плотности прилегания изоляции и оболочки к токопроводящей жиле, испытания напряжением, измерение электрической емкости, испытания на кратковременное воздействие повышенной и пониженной температуры.

При типовых испытаниях количество образцов, подвергаемых испытаниям, должны устанавливаться в программе, составленной изготовителем и согласованной с разработчиком и основным заказчиком. Объем испытаний должен устанавливаться в зависимости от степени возможного влияния предлагаемых изменений на качество выпускаемых проводов. Результаты испытаний должны быть оформлены протоколом, в котором должно быть дано заключение о результатах испытаний и целесообразности внесения изменений в технические условия. Протокол испытаний высылают потребителю по его требованию /9/.

Большую роль в обеспечении высокого уровня качества изготовляемых кабелей и проводов играет состояние измерительных инструментов и приборов, применяемых как при контроле готовой продукции, так и в процессе ее производства. Для обеспечения необходимого уровня техники измерений и состояния измерительных приборов и инструмента на заводе имеется отдел главного метролога, обеспечивающий ремонт и проверку применяемых приборов и измерительных инструментов.

В процессе производства кабелей для автоматического контроля и управления температурными режимами технологических процессов и дистанционной передачи показаний в качестве датчиков применяют термометры сопротивления и термоэлектрические преобразователи температуры (термопары).
Такие датчики не являются самостоятельными приборами, а работают только со специальной группой измерительных приборов (вторичными приборами для измерения температуры).

Термометры сопротивления и термоэлектрические преобразователи температуры имеют разные выходные величины (у первых – электрическое сопротивление, у вторых – термо-ЭДС). Для измерения температуры объектов в комплекте с указанными датчиками используют специальные приборы с однозначной измеряемой физической величиной. В качестве таких приборов на заводе используются милливольтметры типа Ш-4501, которые являются приборами магнитоэлектрической системы. Они имеют равномерную шкалу, высокую точность и чувствительность.

Для контроля готовой продукции, в качестве контрольно-измерительных приборов применяют микрометры типа МК-25-2 ГОСТ 6507 и МР-25 ГОСТ 6507.

2.3. Конструкция и работа основного и вспомогательного оборудования

Основное технологическое оборудование – это экструзионные агрегаты. К вспомогательному оборудованию относится отдающее устройство, устройство подогрева жилы, охлаждающие ванны, тяговое устройство, контрольно- измерительная аппаратура.

Применяемые отдающие устройства могут быть как осевого, так и пинольного типа, причем пинольные полуоси могут перемещаться в вертикальном и горизонтальном направлениях, что необходимо для установки барабанов различных габаритов. Кроме того, широко используются отдающие устройства безинерционного типа.

Устройство подогрева жилы имеет контактные ролики, через которые подводится ток к участку движущейся жилы, огибающей эти ролики.
Предварительный подогрев жилы обеспечивает лучшую адгезию изоляции к жиле и позволяет поднять скорость изолирования благодаря тому, что исключается недопустимое охлаждение расплава полимера в головке экструдера при входе в головку неизолированной жилы.

В кабельной промышленности используются одночервячные прессы, которые в зависимости от взаимного положения центральных осей червяка и токопроводящей жилы или заготовки, проходящей через головку, могут быть разделены на экструдеры с прямоугольной головки, с косоугольной головкой, прямоточные. Наиболее широко применяются прямоугольные головки, которые весьма удобны в эксплуатации, легко выполняются откидными, что облегчает смену формующего инструмента, фильтрующих сеток и решеток, чистку червяка и головки.

Основной рабочей частью экструдера является рабочий цилиндр, внутри которого размещается втулка, выполненная из специальных износоустойчивых легированных сталей, стойких к коррозии. Втулка плотно запрессована в цилиндр и имеет обогрев при помощи электрических или индукционных нагревателей. Предусматривается также внешнее охлаждение цилиндра экструдера воздухом от вентилятора или водой.

Главнейшим рабочим инструментом экструдера является червяк. Червяк имеет винтовую спиральную нарезку, которая расположена на рабочей части червяка, занимающей значительную длину.

В зависимости от характера процессов, протекающих в экструдере, а также от физического состояния полимера внутри цилиндра в шнековых
(червячных) экструзионных машинах обычно выделяют три рабочие зоны: загрузки, плавления и дозирования. Такое разделение носит несколько условный характер, поскольку отсутствуют четкие границы раздела; например, плавление полимера начинается в зоне загрузки, а заканчивается в зоне дозирования. Тем не менее, в существующих конструкциях машин имеется геометрическое разделение на зоны, обусловленное размерами шнека. Истинную границу зон в зависимости от состояния полимера можно установить экспериментально или математическими расчетами с учетом конкретных условий работы агрегата.

За зону загрузки обычно принимают длину шнека от загрузочного отверстия до места появления слоя расплава на поверхности цилиндра или шнека. Зона плавления — это участок шнека от начала плавления до полного расплавления слоя гранул или неполного плавления, но разрушения оставшегося твердого слоя гранул на части, распределения их в расплаве и перехода на движение в результате вязкого течения. В зоне дозирования происходит окончательное плавление оставшихся частиц, выравнивание температуры расплава полимера по сечению и его гомогенизация, т. е. тщательное перемешивание расплава и придание ему однородных свойств за счет сдвиговых деформаций вязкого течения в каналах шнека.

В зону питания полимер поступает из бункера машины в виде порошка, гранул или ленты, захватывается нарезкой шнека и перемещается вдоль цилиндра. Движение полимера, находящегося в твердом состоянии, обусловлено разностью крутящих моментов, возникающих от сил трения между поверхностью шнека и полимером и поверхностью цилиндра и полимером. При этом для перемещения полимера необходимо, чтобы крутящий момент от действия силы трения на поверхности цилиндра был больше, чем на поверхности шнека. Это условие обеспечивается, например, изменением температуры цилиндра или шнека, в результате чего меняются коэффициенты трения. Вначале с ростом температуры коэффициент трения повышается, а выше температуры плавления полимера понижается, что можно объяснить появлением пристенного вязкого течения расплава и уменьшением сил трения. Поэтому для достижения максимальной разности крутящих моментов сил трения температура поверхности цилиндра должна быть близкой к температуре плавления полимера, а температура шнека Тш на 30—40°С ниже температуры поверхности цилиндра Тц.
Для этого цилиндр нагревается, а внутрь шнека подается охлаждающая вода.

При правильно выбранном технологическом режиме стенки цилиндра задерживают вращение гранул полимера, которые шнеком перемещаются вдоль оси. По мере продвижения под действием возникающего давления гранулы уплотняются и перемещаются в виде твердого слоя (винтовой пробки) без пересыпания в канале шнека. Поскольку твердый слой частично проскальзывает относительно поверхности цилиндра и шнека, то движение его происходит по винтовой линии относительно оси вращения.

Казалось бы, что чем сильнее охлажден шнек, тем ниже коэффициент трения полимера на его поверхности, тем выше разность крутящих моментов и тем лучше происходит движение полимера. Однако при очень сильном охлаждении шнека замедляется процесс плавления и гомогенизации полимера в последующих зонах, а это вызывает снижение производительности и повышение удельной мощности.

Для нахождения оптимальной температуры шнека и цилиндра при расчетах необходимо учитывать как изменение коэффициентов трения, так и скорость плавления гранул. На значения коэффициентов трения влияет также чистота обработки поверхности шнека и цилиндра. Для того чтобы уменьшить силы трения между полимером и шнеком, поверхность последнего полируют до достижения десятого или двенадцатого класса чистоты обработки, а поверхность внутри цилиндра должна иметь восьмой класс чистоты. В некоторых случаях для увеличения сил трения между полимером и цилиндром на внутренней поверхности цилиндра делают продольные или винтовые канавки. Это способствует увеличению производительности машины и улучшает стабильность ее работы.

Процесс перехода полимера в вязкотекучее состояние начинается на входе в зону плавления, когда вследствие теплоты трения и контакта материала с горячей поверхностью появляется слой расплава. Первоначальное появление расплава на поверхности шнека или цилиндра зависит от температуры и скорости скольжения материала, а также от возникающего давления.

В данном случае нагревание зависит от тепловых потоков, обусловленных теплопроводностью и диссипацией энергии трения. Обычно температура цилиндра выше, чем температура шнека, поэтому пленка расплава вначале появляется на поверхности цилиндра. На входе в зону плавления пленка имеет незначительную толщину и не срезается нарезкой шнека. Движение материала происходит за счет течения вязкой жидкости по поверхности цилиндра и скольжения слоя гранул по поверхности шнека. В зависимости от этой скорости развивается профиль скорости вязкого течения в пленке расплава. Поскольку объем, занимаемый гранулами, при плавлении уменьшается, шнек в зоне плавления обычно имеет уменьшающуюся глубину, что обеспечивает постепенное сжатие и уплотнение пористого слоя гранул. Под действием давления расплав частично заполняет воздушные полости между гранулами, что увеличивает коэффициент теплопроводности и повышает скорость плавления полимера. Изменение давления по длине канала шнека зависит от соотношения крутящих моментов, возникающих на поверхностях шнека и цилиндра.

В конце зоны плавления, когда основная часть канала шнека заполнена расплавом, слой гранул разрушается на отдельные части и движение полимера осуществляется за счет вязкого течения. Поскольку частицы твердого полимера сравнительно невелики, то они не оказывают существенного влияния на характер течения расплава. Большинство полимеров в вязкотекучем состоянии обладает адгезией к металлам, поэтому при течении они не проскальзывают относительно поверхностей каналов. В данном случае слой расплава, прилегающий к цилиндру, остается неподвижным, а расплав, находящийся около шнека, вращается вместе с ним. Часть расплава, которая остается неподвижной, срезается с поверхности цилиндра винтовым выступом нарезки шнека, вследствие чего по ширине канала возникает перепад давления.

Расплавленная масса проходит через ситосменное устройство, предназначенное для удаления механических включений, которые могут быть в сырье. Причем, для лучшей фильтрации массы темпе

Вернуться