Что такое Экструзионное формование?
Экструзионное формование — это эффективный и широко применяемый производственный процесс. Основной принцип заключается в подаче нагретого, размягченного или расплавленного сырья в бункер машины. Материал с силой проталкивается вперед в цилиндре экструдера вращающимся шнеком. В ходе этого процесса, благодаря теплу, выделяемому внешним нагревом и сдвиговыми движениями шнека, материал полностью пластифицируется и плавится.
Однородный расплав под давлением шнека проходит через форму с определенным отверстием. Материал, непрерывно экструдируемый из головки матрицы, приобретает фиксированную форму поперечного сечения, соответствующую форме отверстия матрицы, подобно тому, как зубная паста выдавливается из тюбика. Экструдированные профили охлаждаются и формируются, затем выпрямляются с помощью тягового устройства и разрезаются на необходимую длину, в конечном итоге получая непрерывные изделия с фиксированной формой поперечного сечения.
Как работает экструзионное формование?
Добавить материалы
Пластиковые гранулы или порошок подаются в бункер экструдера и непрерывно и стабильно поступают в цилиндр экструдера. Под действием силы тяжести сырье падает в цилиндр и захватывается вращающимся шнеком. Вращение шнека не только продвигает материал вперед, но и начинает его первоначально сжимать и предварительно нагревать, подготавливая к последующей стадии плавления.
Плавление материала
Когда материал продвигается вперед в цилиндре с помощью шнека, он подвергается интенсивному нагреву и сдвиговым воздействиям. Тепло поступает от электрических нагревательных элементов, обернутых вокруг внешней поверхности цилиндра, которые нагревают его до температуры, точно превышающей температуру плавления материала.
Сам материал подвергается огромному сдвиговому и силовому трению между туго затянутой резьбой и стенкой цилиндра. Эта механическая энергия преобразуется в тепло, в результате чего материал полностью и равномерно плавится изнутри, превращаясь в вязкую жидкость. Этот процесс называется «пластификацией».
Повышение давления
Расплавленный материал быстро сжимается под давлением шнека. Цель этого этапа — устранение пузырьков в расплаве, смешивание любых пигментов или добавок, которые могут присутствовать, и обеспечение достижения вязкости, температуры и давления расплава до полностью однородного и стабильного состояния перед прохождением через форму, что закладывает основу для высококачественной экструзии.
Шейпинг
Полностью гомогенизированный высокотемпературный расплав под мощным давлением, непрерывно создаваемым шнеком, продавливается через форму, установленную в передней части цилиндра. Внутренние каналы формы точно спроектированы и отполированы, а форма их отверстий определяет поперечное сечение конечного продукта.
Будь то круглая трубка, сложный полый профиль или плоский лист, когда расплав протекает через форму, он точно повторяет форму внутреннего отверстия формы, завершая превращение аморфного расплава в определенный профиль.
Охлаждение
Профили, экструдированные из формы, должны быть немедленно охлаждены и затвердевать. В зависимости от изделия методы охлаждения различаются: трубы или профили часто охлаждаются с помощью резервуаров с холодной водой; для листовых материалов может использоваться набор холодных валков.
Система охлаждения должна быть эффективной и равномерной, чтобы обеспечить быстрое принятие формы изделием, предотвратить его провисание или скручивание, а также зафиксировать его точные размеры и форму.
Резка
После охлаждения и затвердевания профиля его необходимо с постоянной скоростью отвести от отверстия формы, и эта задача выполняется с помощью тягового устройства.
Прижимные устройства обычно представляют собой одну или несколько пар направляющих или роликов, которые мягко, но прочно удерживают изделие и обеспечивают плавное усилие натяжения. Это усилие натяжения должно быть идеально синхронизировано со скоростью экструзии шнека, чтобы предотвратить скопление изделия или чрезмерное растяжение. Наконец, непрерывно экструдированные изделия поступают на станцию резки, где они автоматически разрезаются пильными полотнами или режущими станками в соответствии с заданной длиной для получения готовой продукции.
Какие материалы чаще всего используются при экструзионном формовании?
Полиэтилен (ПЭ)
Полиэтилен — один из наиболее часто используемых экструдированных пластиков, который в основном подразделяется на полиэтилен высокой плотности и полиэтилен низкой плотности.
Полиэтилен высокой плотности обладает высокой прочностью и химической стойкостью и часто используется в производстве водопроводных и газопроводных труб, а также крупногабаритных контейнеров. Полиэтилен низкой плотности более мягкий и прозрачный, и часто используется для изготовления пленок, полиэтиленовых пакетов и изоляционных слоев для проводов. Его превосходная текучесть и обрабатываемость делают его очень подходящим для высокоскоростной экструзионной обработки.
Поливинилхлорид (ПВХ)
Поливинилхлорид — многофункциональный материал, твердость которого можно регулировать с помощью добавок.
Жесткий поливинилхлорид обладает высокой прочностью и коррозионной стойкостью и широко используется в дверных и оконных профилях, трубах и полах в строительной отрасли. Мягкий поливинилхлорид является гибким и часто используется в оболочках проводов и кабелей, шлангах и водонепроницаемых мембранах.
Для предотвращения разложения поливинилхлорида и образования вредных газов в процессе механической обработки требуется точный контроль температуры.
Полипропилен (ПП / PP):
Полипропилен обладает превосходной термостойкостью и химической стабильностью, а его плотность относительно низка. Он часто используется для производства контейнеров для упаковки пищевых продуктов, автомобильных деталей и предметов домашнего обихода, таких как коробки для хранения и посуда.
Процесс экструзии полипропилена требует относительно высокой температуры расплава, но при этом скорость усадки также достаточно высока. Поэтому особое внимание следует уделять стабильности размеров и контролю деформации на этапах охлаждения и формования.
Полистирол (ПС)
Полистирол делится на полистирол общего назначения и ударопрочный полистирол. Полистирол общего назначения прозрачен и относительно хрупкий, и часто используется для изготовления одноразовой посуды, футляров для компакт-дисков и подставок для демонстрации товаров. Ударопрочный полистирол, благодаря своей повышенной прочности, часто используется в качестве внутренней облицовки холодильников и внешней оболочки игрушек.
При экструзии полистирола следует учитывать, что его прочность в расплаве относительно низка, и он не подходит для производства толстостенных или сложных полых профилей.
Акрилонитрилбутадиенстирол (АБС / ABS):
АБС-пластик сочетает в себе прочность, износостойкость и блеск поверхности, являясь конструкционным пластиком. Он широко используется в автомобильных деталях, таких как приборные панели, корпуса бытовой техники и детали конструктора Lego.
При экструзии АБС-пластика необходимо строго контролировать условия сушки из-за его высокой гигроскопичности. Остаточная влага может вызывать образование пузырьков или серебристых полос на поверхности изделия во время механической обработки, что влияет на качество готового продукта.
Термопластические эластомеры (TPE)
Термопластичные эластомеры обладают эластичностью резины и технологичностью пластика, и могут быть сформированы методом экструзии без вулканизации. Они широко используются в уплотнительных лентах, шлангах, рукоятках и спортивном оборудовании.
Термопластичные эластомерные материалы чувствительны к температуре в процессе экструзии. Чрезмерно высокие температуры могут привести к деградации, а чрезмерно низкие — к ухудшению текучести. Поэтому для обеспечения высоких эксплуатационных характеристик продукта необходима точная система контроля температуры.
В чём преимущества экструзионного формования?
Высокая эффективность
Экструзионное формование позволяет осуществлять непрерывное производство в течение 24 часов без перерыва. Весь процесс, от подачи сырья до резки готовой продукции, полностью автоматизирован, что обеспечивает чрезвычайно высокую эффективность производства. Оно особенно подходит для изготовления профилей, труб, листов и т. д. большого диаметра. В отличие от литья под давлением, оно не требует многократных циклов открытия и закрытия пресс-формы. Поэтому производительность экструзионного формования в единицу времени высока, что делает его подходящим для производства крупномасштабной стандартизированной продукции.
Низкая стоимость производства
Экструзионное формование — это непрерывный процесс с высокой скоростью производства, что снижает удельное потребление оборудования и энергии. Конструкция пресс-формы относительно проста, а стоимость пресс-формы значительно ниже, чем при литье под давлением и других процессах. При этом коэффициент использования сырья высок, а отходы можно измельчить, напрямую переработать и использовать повторно, что еще больше снижает материальные затраты.
Высокая гибкость формы
Экструзионное формование позволяет получать различные сложные и непрерывные профили постоянного сечения, такие как полые, многогнездные и профили специальной формы, путем изменения типов отверстий пресс-формы. Толщина, ширина и форма изделия регулируются только в соответствии с пресс-формой и последующим вспомогательным оборудованием, что обеспечивает высокую гибкость.
Широкая совместимость материалов
Экструзионное формование применяется для подавляющего большинства термопластов, а также может использоваться для некоторых термореактивных пластмасс, резины, пищевого сырья, металлов и т. д. Путем регулирования параметров процесса можно получать материалы с различными реологическими свойствами.
Стабильное качество продукции
Экструзионное формование позволяет получать изделия с высокой степенью однородности размеров и физических свойств по всей длине при стабильных условиях процесса. В процессе экструзии расплав подвергается тщательному перемешиванию, сжатию и гомогенизации, что приводит к образованию плотной внутренней структуры изделия, отсутствию швов и надежной работе.
Высокая интеграция процессов
Производственная линия экструзионного формования позволяет удобно интегрировать несколько последовательных процессов для достижения «формования в одной линии». Например, во время экструзии можно одновременно выполнять онлайн-печать, тиснение и ламинирование, или же напрямую соединить ее с последующим формовочным и сварочным оборудованием, что снижает потребность в промежуточных звеньях и вторичной механической обработке.
Ограничения и проблемы Экструзионное формование
Ограничения формы изделия
Экструзионное формование, по сути, позволяет производить только непрерывные профили с постоянной формой поперечного сечения. Оно не способно изготавливать изделия с изменением поперечного сечения в продольном направлении или со сложными трехмерными структурами. Для производства таких изделий используются другие процессы, например, литье под давлением.
Проблемы точности размеров
Материал подвергается термическому расширению и сжатию при переходе из расплавленного состояния в охлаждаемое и формовочное, и на него влияют многочисленные факторы, такие как равномерность охлаждения и стабильность растяжения. Поддержание высокой точности размеров и стабильности формы изделия по всей длине представляет собой сложную задачу, а требования к контролю процесса и проектированию пресс-форм чрезвычайно строги.
Высокие требования к материалам
Экструзионное формование предъявляет определенные требования к термической стабильности, прочности расплава и текучести материалов. Например, некоторые материалы, чувствительные к высоким температурам, могут разрушаться, оставаясь в цилиндре. Материалы с низкой прочностью расплава могут не сохранять свою форму после извлечения из формы и склонны к провисанию или разрушению.
Начальные инвестиции
Хотя стоимость одного комплекта пресс-форм для экструзионного формования относительно невелика, общие первоначальные инвестиции в полную линию экструзионного производства довольно высоки. Кроме того, каждая замена изделия или пресс-формы требует трудоемкой корректировки параметров процесса и приводит к потерям материала, что делает мелкосерийное производство экономически нецелесообразным.
Высокая сложность управления технологическим процессом
Экструзия — это непрерывный динамический процесс, находящийся в состоянии равновесия. Многочисленные параметры, такие как температура, давление и скорость вращения шнека, взаимосвязаны и требуют точной координации. Даже малейшее колебание любого параметра может повлиять на размер, внешний вид или механические свойства конечного продукта, что предъявляет высокие требования к опыту операторов и требованиям к системе автоматического управления.
Качество поверхности
Поверхность экструдированных изделий подвержена дефектам, таким как следы текучести, волнистые узоры и неравномерный блеск. Эти дефекты обычно связаны с конструкцией литниковой системы, растрескиванием расплава, неравномерным охлаждением или присущими материалу свойствами. Получение высококачественной поверхности требует чрезвычайно точной обработки пресс-форм и контроля технологического процесса.
Экструзионное формование против литья под давлением
| Аспект | Экструзионное формование | Литье под давлением |
| Принцип процесса | Непрерывно проталкивает расплавленный материал через фильеру для формирования постоянного профиля поперечного сечения. | Расплавленный материал впрыскивается в закрытую полость пресс-формы, затем охлаждается для образования отдельной детали. |
| Инструментальная оснастка (пресс-формы/штампы) | Относительно простая матрица; более низкая стоимость. | Сложная двухкомпонентная форма; более высокая стоимость. |
| Производительность линии | Высокая производительность для производства длинных, однородных изделий; непрерывная работа. | Подходит для массового производства идентичных деталей; циклический режим работы. |
| Гибкость материала | Подходит для широкого спектра термопластов и некоторых других материалов. | Очень широкий ассортимент термопластов, термореактивных пластмасс и эластомеров. |
| Гибкость дизайна | Ограничено постоянными поперечными сечениями. | Высокий уровень; позволяет создавать сложные трехмерные формы, подрезы и тонкие детали. |
| Начальные инвестиции | Более низкие затраты на оснастку, но полная линейка продукции может иметь значительные затраты. | Более высокая стоимость пресс-форм, но стоимость одной детали снижается при больших объемах производства. |
| Типичные применения | Трубы, оконные профили, пленки, стержни, листы. | Корпуса электронных устройств, автомобильные запчасти, игрушки и крышки от бутылок. |
Рекомендации по техническому обслуживанию экструзионного оборудования
Регулярная уборка
После каждой остановки оборудования или смены материала бункер, шнек и цилиндр необходимо тщательно очищать, чтобы предотвратить образование остатков материала и нагара. Особенно важна немедленная очистка после обработки термочувствительных материалов, таких как ПВХ. Литниковый канал следует очищать специальной медной щеткой или мягким инструментом, чтобы избежать царапин. Пыль на нагревательном змеевике и охлаждающем вентиляторе также необходимо регулярно удалять для обеспечения эффективного отвода тепла.
Контроль температуры
Ежемесячно калибруйте термопары и нагреватели в каждой температурной зоне, чтобы фактическая температура соответствовала отображаемому значению. Проверяйте герметичность нагревательного элемента, чтобы предотвратить локальный перегрев из-за плохого контакта. Канал охлаждающей воды должен оставаться свободным от препятствий. Фильтр следует регулярно очищать, чтобы предотвратить образование накипи, влияющей на эффективность охлаждения.
Техническое обслуживание системы смазки
Своевременно меняйте смазочное масло редуктора и ежедневно проверяйте уровень масла. Наносите на движущиеся части, такие как подшипники и направляющие, консистентную смазку соответствующего типа с предписанной периодичностью. Регулярно проверяйте натяжение и соосность ремня или муфты, чтобы предотвратить ненормальную вибрацию.
Проверки безопасности
Регулярно проверяйте стабильность тока двигателя, очищайте электрощит от пыли и затягивайте клеммные колодки. Проверяйте надежность и эффективность кнопки аварийной остановки, выключателя защитной двери, защиты от перегрузки и других устройств безопасности, чтобы убедиться в их соответствии требованиям безопасного производства.
Хранение плесени
После остановки станка и извлечения формы необходимо немедленно удалить остатки расплавленного материала, провести антикоррозийную обработку и поместить изделие на стеллаж в сухое место с постоянной температурой. Перед повторной установкой следует проверить нагревательный элемент и поверхность канала подачи расплава на наличие повреждений или пятен ржавчины.
Применение экструзионного формования
Строительство
Большое количество пластиковых профилей, используемых в строительстве, таких как дверные и оконные профили, а также декоративные элементы, изготавливаются методом экструзии. Благодаря конструкции пресс-формы можно получить сложные поперечные сечения, отвечающие требованиям прочности, теплоизоляции и эстетики. Процесс экструзии также позволяет создавать многокамерные конструкции и использовать технологию соэкструзии, что способствует снижению расхода материала и повышению общей производительности.
Провода и кабели
В производстве проводов и кабелей экструзионное формование используется для нанесения изоляционных слоев или оболочек на металлические проводники, например, из таких материалов, как ПВХ, сшитый полиэтилен (XLPE) и термопластичный полиуретан (TPU). Этот процесс позволяет получить непрерывное и равномерное покрытие, обеспечивая стабильные электрические характеристики. Он также обладает износостойкостью, огнестойкостью и устойчивостью к воздействию окружающей среды, что делает его ключевым процессом в областях электротехники, связи и автомобильной электропроводки.
Медицинская промышленность:
Одноразовые или долгосрочные медицинские расходные материалы, такие как инфузионные трубки и дыхательные трубки, часто изготавливаются методом экструзионного формования. Этот процесс обеспечивает высокую стабильность внутреннего диаметра и толщины стенок, соответствует строгим требованиям гигиены и биосовместимости и подходит для непрерывного производства в чистых условиях.
Пластиковая труба
Одним из наиболее типичных применений экструзионного формования являются различные пластиковые трубы, такие как трубы из ПВХ и ПП, которые широко используются в водоснабжении и водоотведении, газопроводах, сельскохозяйственном орошении, а также в электроэнергетике и телекоммуникациях. Этот процесс позволяет непрерывно производить трубы большого диаметра с равномерной толщиной стенок, стабильными размерами, высокой производительностью и удобен для удовлетворения различных требований к применению, таких как устойчивость к давлению, коррозионная стойкость и устойчивость к старению, путем корректировки рецептуры.
Благородный"Услуги экструзионного формования
Добро пожаловать в NOBLE, вашего надежного партнера в области решений для высокоточной экструзионной формовки. Мы специализируемся на преобразовании сырых пластиковых смол в высокоэффективные непрерывные профили, отвечающие самым высоким требованиям различных отраслей промышленности.
Основные возможности и сильные стороны:
- Широкий спектр экспертных знаний по материалам: Мы перерабатываем широкий спектр термопластов, включая ПВХ, ПЭ, ПП, АБС, ПС, ТПЭ и конструкционные марки.
- Индивидуальный дизайн профиля: Мы преуспеваем в производстве сложных профилей на заказ, от простых труб и стержней до многокамерных полых конструкций.
- Полномасштабное производство: Мы поддерживаем проекты самого разного масштаба, от создания прототипов до мелкосерийного производства.
- Точность и последовательность: Наш контролируемый производственный процесс и строгий контроль качества гарантируют, что каждый метр вашего профиля соответствует точным спецификациям по размерам, прочности и отделке.
- Услуги с добавленной стоимостью: Мы предлагаем дополнительные операции, такие как резка, сверление, штамповка, печать и сборка, для получения готовых компонентов.
FAQ
Какие основные типы экструзионных фильер существуют?
Трубная матрица формирует полые трубки, используя оправку для создания внутреннего диаметра. Матрица для плоских листов производит широкие тонкие листы с широким щелевидным отверстием. Профильная матрица имеет сложное отверстие для изготовления деталей нестандартной формы, таких как оконные рамы или террасная доска. Матрица для нанесения покрытия на проволоку наносит концентрический слой изоляции непосредственно на движущийся сердечник проволоки. Матрица для выдувной пленки представляет собой вертикальный цилиндр с круглым отверстием, используемый для изготовления пластиковой пленки.
Из каких материалов обычно изготавливаются экструзионные матрицы?
Штампы изготавливаются из высокопрочных, износостойких металлов, способных выдерживать высокое давление, температуру и воздействие абразивных пластмасс. В качестве материалов обычно используются инструментальные стали общего назначения, нержавеющая сталь для защиты от коррозии при работе с определенными материалами, а также закаленные сплавы. Критические поверхности часто хромируют или азотируют для повышения твердости, снижения трения и предотвращения прилипания материала, обеспечивая гладкую поверхность изделия и более длительный срок службы штампа.
Каковы общепринятые методы технического обслуживания экструзионных фильер?
Нанесение защитного антикоррозионного покрытия перед хранением предотвращает ржавление. Необходим регулярный осмотр важных поверхностей на предмет износа, царапин или коррозии. Штампы следует хранить в сухом, контролируемом помещении. Правильное обращение предотвращает появление зазубрин или вмятин на точных поверхностях.
Как долго обычно служит экструзионная фильера?
Срок службы штампа сильно варьируется в зависимости от обрабатываемого материала, объема производства, качества обслуживания и материала самого штампа. Хорошо обслуживаемый штамп, используемый для обработки неабразивных смол, таких как LDPE или HDPE, может прослужить много лет, даже десятилетий, при непрерывном производстве. Обработка абразивных материалов, таких как древесно-пластиковые композиты (WPC) или некоторые ПВХ-композиты, может значительно сократить этот срок службы, требуя ремонта или замены гораздо раньше.
Что такое «линии высечки» и как их можно минимизировать?
Линии от матрицы — это едва заметные, непрерывные вертикальные линии или отметины на поверхности экструдированного изделия, идущие в направлении движения машины. Часто они возникают из-за мелких царапин, дефектов или скопившихся остатков на кромке или рабочей поверхности матрицы. Чтобы свести их к минимуму, необходимо тщательно очистить и отполировать матрицу.
