Обычно для упрощения вводятся обозначения

л/)Л8тФ 12L,2

я)stgф

12*.L,2

(5.32)

Поэтому уравнение (5.30) может быть представлено следующим образом:

Q = An-{B + C)Aplii. - (5.33)

Коэффициенты А, В я С определяются только геометрией червяка и цилиндра, т. е. они постоянны для данного типа экструдера при использовании одного и того же червяка. Противодавление Ар зависит от параметров головки экструдера.

Известно, что количество массы, проходящей через формующий инструмент в головке, прямо пропорционально перепаду давления в головке и обратно пропорционально эффективной вязкости материала и сопротивлению протекания, которое зависит от профиля и размеров данного канала.

Поэтому производительность экструдера может быть определена как

Q = Ap/iiR, (5.34)

где R-сопротивление протекания в канале.

При расчетах чаще пользуются, однако, величиной, обратной сопротивлению протеканию k=l/R, так называемой постоянной сопротивления канала. Тогда

Q=Apk/ii.

(5.35)

Принимая, что перепады давлений и вязкость расплава по длине дозирующей зоны и длине головки равны, и приравнивая (5.33) и (5.35), получаем

(5.36)

Из выражения (5.36) нетрудно видеть, что производительность экструдера при сделанных допущениях определяется только частотой вращения и геометрией червяка, головр и формующего инструмента.

Когда вязкость расплава в дозирующей зоне щ и головке неодинакова, что обычно и бывает на практике, система

решаемых уравнений приобретает следующий вид:

,ерв=«-(5+С)Лр/ц,;

егол=АМ/цг- 1

в этом случае, приравнивая б„ерв и Q„

(5.37)

получаем

(5.38)

Это выражение позволяет несколько уточнить результаты, полученные при использовании (5.36). Из анализа (5.36) следует, что если головка отсутствует и масса вытекает свободно (Д/ = 0), то имеет место случай максимальной теоретической производительности экструдера:

Qmax = An.

ЧНаоборот, если головка закрыта(6 = 0). то

An = {B+C)Ap/ii. В этом случае противодавление максимально:

Ар„„ = Ап\1/{В+С). (5.39)

Выражение (5.39) используется при расчете крепления головки к экструдеру.

Имеется ряд уточненных методов расчета производительности экструдера, позволяющих учесть влияние некоторых факторов, не учитываемых при расчете производительности в соответствии с (5.38).

Например, если значения Ь и а соизмеримы, а это справедливо для некоторых случаев экструзии полимерных материалов, то

Dh{l-b/а) sin (f> cos (f

nDh(\-b/a)sb(fi

(5.40)

Еще более точные результаты могут быть получены, если Учитывать зависимость вязкости расплава полимера от градиента скорости, или скорости сдвига, однако при этом необ-ЗДдимо иметь более широкий спектр экспериментальных дан-Чь1х и проведение расчетов существенно усложняется.

с учетом вышеизложенного расчета производительность экструдера при изготовлении кабельных изделий состоит cлeyющиx этапов.

1. В соответствии с требованиями технической докумен. тации на заданный кабель, провод или полуфабрикат определи, ются диаметры токопроводящей жилы и диаметр по изоляцщ (при изолировании) или диаметр кабельной заготовки под оболочкой и наружный диаметр по оболочке (при ошлангова. нии). По конструктивным параметрам выбирается тип экст-рудера, так как каждый тип экструдера можно использовать для изолирования токопроводящих жил или ошлангования заготовок на определенном диапазоне диаметров.

2. На основании технических характеристик экструдера выбираются следующие параметры: частота вращения червяке и, длина дозирующей зоны L12, глубина нарезки червяка в дозирующей зоне Л, шаг нарезки а, ширина гребня нарезкя Ь, зазор между гребнем нарезки и втулкой цилиндра 5, угол нарезки ф, температурный режим по зонам экструдера.

3. В соответствии с рекомендациями, содержащимися в гл. 5, 6, выбираются рабочий инструмент, а также конструктивные размеры дорна, матрицы, решетки и сеток.

4. Предварительно рассчитывается производительность экструдера в соответствии с (5.36). Сначала определяются значения коэффициентов А, В ъ С. Значение постоянной головки, входящей в (5.36), рассчитывается как

где ki-к-постоянные решетки, кольцевого конического перехода дорна, цилиндрического зазора между дорном и матрицей.

т % t/oTB 128А„

(5.42)

где т-число отверстий в решетке; 4)тв-диаметр отверстия; Ар-толщина решетки.

81,2

р4 р4 (.н.ср .вн. ср) ,

К. п. со

вн. ср

(5.43)

(5.44)

Обозначения очевидны из рис. 5.12.

з = я,рА12„.

Вязкость расплава зависит от скорости сдвига, и эти зависимости экспериментально определены для всех матери 142

лов, перерабатываемых в кабельной промышленности методом экструзии.

Скорость сдвига в канале червяка

jnDnjh. (5.45)

Для определения Цг и Ич в первом приближении считаем скорости сдвига в канале червяка и головке примерно равными.

После предварительного расчета производительности экструдера е„р значения

¥кс. 5.12. Схема дорна и матрицы и обо-, значения, используемые при расчете по-

стоянных и fej

скоростей сдвига и вязкости по участкам головки уточняются.

В решетке скорость сдвига рассчитывается следующим образом:

yi = 32Q„Jmnd

отв-

(5.46)

По значению по экспериментальным графикам определяется уточненное значение Hi (в решетке) и, следовательно, перепад давления расплава в решетке:

Арреш = епрИ1/1- (5-47)

Аналогично для конического перехода скорость сдвига

24е„р

У 2 =

П {Rep. вх + Rep. .ых) (Sbx + 5вых)

и для конического перехода, как и для решетки,, определяются вязкость расплава Ц2 и перепад давления:

А/юн. пер ~ епрИ2/2- (5.49)

Соответственно для матрицы в зоне цилиндрического перехода

AKde+A)

А;7„„р = (2„рЦз/з-Общий перепад давления в головке

(5.50) (5-51)

(5.52) Г43

Уточненное значение производительности экструдера

(5.53)

Полученное значение Q должно отличаться от gnp не более чем на 10%. Если отличие превышает 10%, то проводится второе уточнение расчета скоростей сдвига и вязкостей расплава до тех пор, пока расхождение полученных результатов превышает 10%.

5. По полученному значению производительности экстру, дера рассчитывается линейная скорость наложения полимерного покрытия v„:

(5.54)

где S-поперечное сечение накладываемого покрытия.

После проведения расчета производительности проверяется, не превышает ли рассчитанное значение Q паспортной производительности выбранного экструдера. Если полученное значение Q превышает паспортную производительность пресса, необходимо либо снизить частоту вращения червяка и, если это возможно, либо провести расчет повторно и выбрать экструдер с большим диаметром червяка.

5.4. КЛАССИФИКАЦИЯ ЭКСТРУДЕРОВ И ИХ КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ

В кабельной промышленности используются одночервячные прессы, которые в зависимости от взаимного положения центральных осей червяка и токопроводящей жилы или заготовки, проходящих через головку, могут быть разделены на экструдеры с прямоугольной головкой, с косоугольной головкой и прямоточные.

Экструдеры с прямоугольной головкой чаще применяют на кабельных заводах, так как они наиболее удобны в эксплуатации, их легко выполнить откидными, что обеспечивает смену формующего инструмента, фильтрующих сеток и решетки. При применении прямоугольных головок, в которых угол между осью червяка и жилы заготовки составляет 90°, проще производить чистку червяка и головки. Схема прямоугольной головки и общий вид экструдера с прямоугольной головкой показаны на рис. 5.13. Однако в прямоугольной головке поток перерабатываемого материала испытывает поворот на 90 > что осложняет центровку изоляции.

Ось косоугольной головки экструдера (рис. 5.14) расположена по отношению к оси червяка под углом 40-60°. Это

Рис. 5.13. Схема прямоугольной головки и общий вид экструдера с прямо-

угольной головкой:

/-дЪре; 2-матрица; i-перерабатываемый материал; -червяк; 5-цилиндр; б- токопроводящая жила или заготовка

позволяет уменьшить угол поворота расплава при выходе из цилиндра, несколько выравнивает путь расплава. Однако косоугольные головки имеют увеличенный объем. Так же как и прямоугольные, они должны быть откидными для удобства в эксплуатации.

При увеличении объема головки в целом одновременно увеличивается и объем каналов, через которые проходит

40* }- Схема и общий вид экструдера с косоугольной головкой: РН, 2-матрица; перерабатываемый материал; ¥ -червяк; 5-цилиндр;

токопроводящая жила или заготовка