О возможности изготовления экструзионного формующего инструмента в республике

Изделия фасонного профиля из термопластичных материалов находят все большее применение в самых различных отраслях промышленности. Широко применяются они и в строительстве для окон, отделочных панелей для стен и потолков, панелей для наружной отделки зданий, кабель-каналов, трубопроводов и т.д.

Отсюда - бесконечное разнообразие профилей, и если линия, на которой производятся вышеуказанные изделия, может быть одна (см. №38, с.15), то формующий инструмент для каждого профиля требуется оригинальный. Стоимость импортного формующего инструмента сопоставима со стоимостью самой линии и является одним из основных сдерживающих факторов в развитии экструзионных технологий в Беларуси и СНГ. У нас в республике существует ряд предприятий, которые располагают всем необходимым парком металлообрабатывающего оборудования для изготовления оснастки, и уровень исполнения получается не хуже, а где-то и превосходит импортные аналоги. Но самая большая проблема заключается не в изготовлении, а в проектировании инструмента. Если проектирование литьевых форм более или менее описывается в литературе и есть очень много специалистов-практиков, то по проектированию профильного экструзионного инструмента в литературе можно найти лишь общие слова, а специалистов-практиков у нас в республике нет вообще, в СНГ их можно пересчитать по пальцам. От инженера-конструктора требуется не только грамотно рассчитать инструмент, выбрать схему формовки, чувствовать реологию материала, но и уметь подобрать технологический режим, своими руками довести оснастку "до ума". Все это предполагает глубокие знания в каждой области. Чтобы не быть голословным, приведу приблизительную схему проектирования и последующей доводки формующего инструмента для практически любого профильного изделия.

Первый шаг - это анализ формы профиля на технологичность изготовления (возможность снижения дефектов в процессе изготовления за счет конструкции профиля ), подбор материала, выбор схемы изготовления.

В большинстве случаев формующий инструмент для профильных изделий состоит из фильеры и блока калибрации.

Фильера - формующая оснастка, которая крепится к выходному отверстию экструдера, через которую непрерывно продавливается расплав, принимая форму, близкую к конечной форме изделия. Блок калибрации необходим для придания конечных размеров и охлаждения изделия, состоит из металлических калибраторов и ванны охлаждения.

Расчет фильеры начинается с расположения на ее фасаде профильного отверстия, близкого к контуру изделия, но с скорректированными размерами, которые зависят от реологических характеристик материала, требуемой скорости экструзии, степени вытяжки и т.д.

Затем следуют расчеты длин формующих зон, подпиточных каналов, гидравлический расчет и расчет на прочность. Главная задача конструктора - обеспечить равномерный выход экструдата по всему фронту формующей щели (обеспечить равные скорости и равное падение давления). Для профилей сложной формы рассчитать скорость и падение давления в каждой точке практически невозможно. Поэтому производится приблизительный расчет с последующей доводкой в металле при запуске. Но в мире уже существуют расчетные программы, которые позволяют моделировать течение расплава в фильере и получать точную конфигурацию каналов, в этом случае доводка фильеры при запуске будет минимальной. После всех расчетов выпускаются рабочие чертежи (особое внимание обращается на технологичность изготовления, по возможности замену электроэрозионных работ на фрезерные, шлифовальные и др.)

Расчет блока калибрации состоит из расчета требуемой длины калибраторов, расчета размеров профильного отверстия и теплотехнического расчета. Главное правильно выбрать схему калибрования, от нее зависит конечный внешний вид изделия (шероховатость, коробление поверхностей, скорость экструзии).

При изготовлении изделий из ПВХ возникает еще одна проблема - долговечность инструмента. Через фильеру постоянно течет очень агрессивная среда, в результате появляется ржавчина, которая коренным образом меняет характер течения и как следствие происходит разбалансировка фильеры по скорости выхода. Калибраторы в меньшей степени подвержены коррозии, но их поверхность работает на истирание, в результате чего теряются требуемые конечные размеры изделия.

Таким образом, мало изготовить оснастку из нержавеющей стали - ее надо еще и грамотно защитить. Не все известные процессы нанесения защитных покрытий можно применить к экструзионному инструменту (недоступность некоторых мест, возможные поводки из-за высокой температуры, большая толщина слоя и т.д.), но в Белорусской академии наук разработаны технологии защитных покрытий, полностью удовлетворяющие необходимым требованиям. Другой путь - изготовление из нержавеющей стали специального состава с повышенным содержанием молибдена, но в СНГ такая сталь не выпускается (можно заказать плавку по известному химическому составу, но нет гарантии качества, и минимальный заказ - около 20 тонн).

Предположим, фильера и калибраторы изготовлены. Наступает момент испытания и доводки. На процесс доводки уходит от 20 до 50% стоимости инструмента. Для обкатки формующего инструмента требуется около тонны материала. Во-первых, балансируется фильера путем подпиливания подводящих каналов, до тех пор пока не будет достигнут равномерный выход экструдата. Во-вторых, подбирается технологический процесс: температура нагрева по зонам в цилиндре экструдера, температура охлаждения шнека и цилиндра, скорость вращения шнека, количество подаваемого материала из бункера, скорость вытяжки, температура охлаждения в блоке калибрации, степень вакуумирования, расположение калибраторов относительно фильеры, требуемые тянущие усилия. Операционными характеристиками стараются устранить все возникающие дефекты, если это не удается, корректируют профильные отверстия калибраторов. Если это не помогает, предстоит существенная переделка фильеры.

Так кратко выглядит процесс разработки и доводки формующего инструмента. Теперь понятна высокая стоимость такого инструмента на Западе: много ручной работы, риск изготовления инструмента в нескольких экземплярах, дорогостоящее оборудование для доводки (экструзионная линия).

Но исходя из опыта работы нашего предприятия, можно утверждать, что подобная работа при желании вполне по силам отечественным производителям полимерных строительных материалов.

Александр СЕЗОНЧИК
pb7251@belsonet.net