طراحی قالب اکستروژن ورق: رخت آویز، تی دای و سیستم های توزیع

موثر فن آوری اکستروژن ورق از قالب آغاز می شود - جزء شکل دهنده نهایی که در آن پلیمر مذاب به یک شبکه مسطح و پیوسته تبدیل می شود. طراحی قالب اکستروژن ورق تعیین می‌کند که آیا این شبکه با ضخامت یکنواخت، لبه‌های صاف و کیفیت سطح ثابت خارج می‌شود یا با نوارهای گیج، مهره‌های لبه و علائم جریانی که به مشکلات پردازش پایین‌دست تبدیل می‌شوند.

هندسه منیفولد کت آویز و توزیع جریان

منیفولد رخت آویز نام خود را از کانال جریان مثلثی متمایز گرفته است که شبیه یک رخت آویز به صورت وارونه است. مذاب پلیمری از طریق یک ورودی مرکزی وارد می شود و به دو مسیر جریان متقارن تقسیم می شود که به سمت لبه های قالب جدا می شوند. ویژگی حیاتی در مقطع مخروطی تدریجی نهفته است: عمق کانال از مرکز به سمت هر لبه کاهش می یابد، در حالی که طول مسیر جریان کلی افزایش می یابد. این هندسه اختلاف فشار بین مسیر کوتاه‌تر مرکز و مسیرهای لبه بلندتر را جبران می‌کند و تضمین می‌کند که مذاب به طور همزمان در سراسر عرض کامل به لبه‌های قالب می‌رسد.

دقت توزیع جریان در طراحی کت آویز به زاویه منیفولد، میزان کاهش عمق کانال و رابطه بین طول پیش زمین و انحنای منیفولد بستگی دارد. شبیه‌سازی دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) تا حد زیادی جایگزین آزمون و خطای تجربی برای بهینه‌سازی این پارامترها شده است. مهندسان اکنون رفتار غیر نیوتنی گریدهای پلیمری خاص - از جمله ویژگی‌های نازک شدن برشی و ویسکوزیته وابسته به دما - را برای پیش‌بینی پروفیل‌های سرعت و توزیع زمان ماند قبل از برش فولاد مدل می‌کنند.

طراحی رخت آویز با پلیمرهایی که حساسیت ویسکوزیته متوسطی نسبت به نرخ برش از خود نشان می دهند برتری دارد. برای موادی مانند پلی استایرن، ABS و PETG، رفتار جریان قابل پیش بینی به هندسه منیفولد اجازه می دهد تا خروجی یکنواخت را با حداقل تنظیم خارجی حفظ کند. با این حال، هنگام پردازش مواد با تغییرات ویسکوزیته شدید - مانند ترکیبات پر شده یا نمرات بسیار نازک شونده - حتی یک منیفولد رخت آویز خوب طراحی شده ممکن است به تعادل جریان اضافی نیاز داشته باشد.

پیکربندی T-Die: Simplicity and Tradeoffs

یک T-die پلیمر را از طریق یک کانال منیفولد مستقیم که عمود بر جهت خروجی است تغذیه می کند. مذاب از یک انتها (یا گاهی از مرکز) وارد می شود و برای رسیدن به هر نقطه در امتداد عرض قالب باید مسافت های مختلفی را طی کند. از آنجایی که افت فشار ذاتاً غیریکنواخت است - بیشترین مقدار در نزدیکی ورودی، کمترین در انتهای آن - T-dies برای جبران عدم تعادل جریان به میله‌های محدودکننده با دقت طراحی شده و لبه‌های قابل تنظیم متکی هستند.

پیکربندی‌های T-die در مقایسه با طرح‌های رخت آویز، تولید ساده‌تر و تمیز کردن آسان‌تر را ارائه می‌دهند. کانال منیفولد مستقیم را می توان در عملیات کمتری ماشینکاری و پرداخت کرد که هزینه ساخت را کاهش می دهد. برای کاربردهای با عرض باریک - معمولاً کمتر از 1000 میلی متر - اختلاف فشار در سراسر منیفولد قابل کنترل است و یک نوار محدود کننده به خوبی تنظیم شده می تواند یکنواختی ضخامت قابل قبولی را بدون دخالت بیش از حد اپراتور به دست آورد.

محدودیت اولیه در عرض تولید بیشتر ظاهر می شود. با افزایش عرض قالب بیش از 1000 میلی‌متر، اختلاف فشار بین ورودی و انتهایی مشخص‌تر می‌شود و نیاز به تنظیم بیشتر نوارهای محدودکننده دارد و پنجره‌های پردازشی باریک‌تری تولید می‌کند. T-dies همچنین زمان ماندگاری طولانی تری را در انتهای منیفولد نشان می دهند که می تواند نگرانی های تخریب حرارتی را برای مواد حساس به حرارت مانند PVC یا پلیمرهای زیست تخریب پذیر ایجاد کند.

میله های محدود کننده و مکانیزم های تنظیم لب

صرف نظر از نوع منیفولد، تنظیم دقیق جریان خروجی به دو سیستم تنظیم مکمل نیاز دارد: میله محدودکننده داخلی و لبه قالب خارجی.

نوار محدود کننده در داخل بدنه قالب، درست در بالادست قسمت نهایی زمین قرار دارد. این یک شکاف قابل تنظیم را تشکیل می دهد که جریان را در مناطقی که تحویل پلیمر اضافی باعث افزایش ضخامت موضعی می شود، محدود می کند. اپراتورها نوار محدود کننده را با استفاده از یک سری پیچ و مهره که در عرض قالب قرار دارند، معمولاً در فواصل 30 تا 0 میلی متر تنظیم می کنند. نزدیک‌تر کردن میله به سطح مخالف، مقاومت جریان موضعی را افزایش می‌دهد و خروجی را در آن موقعیت کاهش می‌دهد. تنظیمات نوار محدود کننده بر الگوی توزیع جریان داخلی بدون تغییر مستقیم سطح ورق نهایی تأثیر می گذارد.

تنظیم شکاف قالب در لبه قالب بر اساس یک اصل متفاوت عمل می کند. لبه انعطاف پذیر - یک نوار فولادی نازک در امتداد لبه خروجی - تحت فشار پیچ های تنظیم یا محرک های حرارتی به سمت داخل یا خارج خم می شود. تنظیم لب به طور مستقیم شکاف فیزیکی که پلیمر از آن خارج می شود را تغییر می دهد و آن را به پاسخگوترین ابزار برای اصلاح انحرافات ضخامت موضعی در طول تولید تبدیل می کند.

قالب های تولید مدرن اغلب هر دو سیستم را ترکیب می کنند: میله محدود کننده تعادل جریان درشت را در طول راه اندازی خط کنترل می کند، در حالی که لبه انعطاف پذیر اصلاح ضخامت را در زمان واقعی ارائه می دهد. این رویکرد لایه ای، کل محدوده تنظیم مورد نیاز هر سیستم را کاهش می دهد، عمر سرویس را افزایش می دهد و وضوح تنظیم را بهبود می بخشد.

ملاحظات طراحی کانال جریان برای پلیمرهای خاص

رئولوژی پلیمر اساساً بر عملکرد قالب تأثیر می گذارد. یک منیفولد بهینه شده برای مواد با ویسکوزیته پایین مانند پلی پروپیلن، در صورت تغییر به ترکیب ABS با ویسکوزیته بالا بدون طراحی مجدد، تغییرات ضخامت قابل توجهی ایجاد می کند. پارامترهای اصلی مواد شامل شاخص قانون قدرت، انرژی فعال سازی برای وابستگی ویسکوزیته به دما و رفتار ویسکوزیته کششی است.

ناپایداری‌های جریان مذاب - از جمله پوست کوسه، شکستگی مذاب و رزونانس کششی - اغلب در خروجی قالب یا نزدیک آن ایجاد می‌شوند. این عیوب با رابطه بین تنش برشی دیوار در زمین قالب و آستانه تنش بحرانی پلیمر ارتباط دارد. افزایش طول زمین حافظه الاستیک ذخیره شده در مذاب را کاهش می دهد، که می تواند پوست کوسه را سرکوب کند اما به قیمت افت فشار بیشتر و تخریب حرارتی بالقوه از زمان ماندگاری طولانی مدت.

سیستم‌های اکستروژن ورق پمپ مذاب که بین اکسترودر و قالب نصب شده‌اند، فشار ورودی پایداری را فراهم می‌کنند که عملکرد قالب را از نوسانات سرعت پیچ جدا می‌کند. این پایداری فشار به قالب اجازه می دهد تا در رژیم جریان طراحی شده خود کار کند و فرکانس و مقدار اصلاحات ضخامت مورد نیاز در طول تولید در حالت پایدار را کاهش می دهد.

عملکرد قالب مستقیماً یکنواختی ضخامت ورق و کیفیت لبه را در عرض کامل تولید تعیین می کند. JWELL قالب های اکستروژن ورق خود را با استفاده از نرم افزار شبیه سازی کانال جریان اختصاصی مهندسی می کند و هندسه منیفولد را برای مشخصات ویسکوزیته خاص هر پلیمر بهینه می کند. این روش قالب هایی را تولید می کند که به تغییرات ضخامت در عرض ± 2٪ در عرض تا 2500 میلی متر دست می یابد - که زمان تنظیم دستی را که اپراتورها معمولاً در هنگام راه اندازی و تعویض مواد صرف می کنند کاهش می دهد.

انتخاب مواد: فولادهای ابزار و عملیات سطحی

بدنه های قالب به موادی نیاز دارند که در برابر تغییر شکل در دمای عملیاتی 200-00 درجه سانتیگراد و فشارهای داخلی به 200-00 بار مقاومت کنند. فولادهای ابزار آهنگری مانند P20 یا H13 ترکیب لازم از سختی، هدایت حرارتی و ماشین کاری را فراهم می کنند. عملیات سطحی - از جمله نیتریدینگ، آبکاری کروم، و پوشش‌های نیکل بور - باعث کاهش اصطکاک، جلوگیری از چسبندگی پلیمر و افزایش عمر مفید هنگام پردازش ترکیبات پر ساینده می‌شود.

سطوح جریان داخلی نیاز به تکمیل در سطح آینه دارند. زبری سطح زیر 0.2 میکرومتر Ra اختلالات جریان را به حداقل می رساند و از قطع شدن پلیمر که منجر به لکه های تخریب می شود جلوگیری می کند. مشخصات پولیش برای تولید ورق با درجه نوری بسیار مهمتر می شود، جایی که عیوب سطحی در قالب مستقیماً به عیوب قابل مشاهده در محصول نهایی تبدیل می شود.

سوالات متداول

تفاوت اصلی بین قالب چوب لباسی و قالب تی چیست؟

یک قالب آویز از یک منیفولد مثلثی مخروطی استفاده می کند که طول مسیر جریان و فشار را در عرض کامل قالب برابر می کند. یک T-die از یک منیفولد مستقیم عمود بر خروجی استفاده می کند، که اختلاف فشار ذاتی ایجاد می کند که نیاز به جبران میله محدودکننده دارد.

پهنای قالب چوب لباسی را می توان ساخت؟

قالب های رخت آویز به طور معمول تا عرض 3500 میلی متر برای ورق بسته بندی گیج نازک تولید می شوند و طرح های سفارشی بیش از 5000 میلی متر برای کاربردهای تخصصی ساخته شده است. عملکرد در عرض های شدید به شدت به رئولوژی پلیمر و دقت بهینه سازی منیفولد مبتنی بر CFD بستگی دارد.

چه چیزی باعث تغییر ضخامت در لبه های قالب می شود؟

مهره لبه - افزایش ضخامت موضعی در نزدیکی لبه‌های ورق - ناشی از عدم وجود محدودیت جریان در انتهای قالب است. فشار مذاب در نزدیکی لبه ها کاهش می یابد و باعث کاهش سرعت جریان و تورم جزئی می شود. پین های لبه، پروفیل لب، و مناطق گرمایش لبه اختصاص داده شده از اقدامات متقابل رایج هستند.

سطوح قالب را هر چند وقت یک بار باید دوباره جلا داد؟

فواصل پرداخت مجدد به سایندگی مواد فرآوری شده بستگی دارد. پلیمرهای کالای پر نشده ممکن است بین 12 تا 8 ماه بین پرداخت مجدد فاصله داشته باشند، در حالی که ترکیبات پر شده با الیاف شیشه یا مواد معدنی می توانند هر 3 ماه یکبار نیاز به ترمیم سطح داشته باشند.