В состав экструзионной линии, предназначенной для производства труб, профи­лей и других подобных полуфабрикатов, входят участки калибрования и охлажде­ния (рис. 11.1), располагаемые за головкой последовательно.

Основное назначение калибрования состоит в охлаждении и затвердевании рас­плава в результате контакта со стенкой калибратора до толщины, достаточной для передачи тягового усилия тянущего устройства и сохранения требуемых размеров экструдата. При прохождении через калибратор средняя температура профиля Тдол­жна снизиться ниже температуры затвердевания (диапазона плавления) ТЕ, чтобы избежать повторного разогрева и плавления уже затвердевших слоев. Температура профиля при достижении пилы или подвижного ножа должна быть ниже темпера­туры плавления, [1]. То есть калибрующеее устройство служит для фиксирования размеров экструдата и, следовательно, является составной частью технологической оснастки.

В настоящее время жесткие пластмассовые профили при экструзии почти всегда калибруются. Только самые простые профили и профили из пластицированного ПВХ[34] не калибруют [2,3], а помещают на непрерывно движущийся ленточный транс­портер и охлаждают, например, методом орошения или сжатым воздухом.

Калибрование практически всегда предполагает протяжку экструдата через один или несколько блоков, называемых калибраторами, изготовленных из металла (в ос­новном из латуни, стали, алюминия). Поверхность калибратора, контактирующая с экструдатом, соответствует форме изделия.

Существуют два основных метода теплоотвода, использующихся в данном про­цессе: сухое и влажное калибрование. При сухом калибровании экструдат не имеет прямого контакта с хладоагентом, тепло отводится от экструдата через металличе­скую поверхность калибратора к охлаждающим каналам, а через них — к охлаждаю­щей среде.

При влажном калибровании тепло от экструдата отводится за счет прямого кон­вективного теплообмена с охлаждающей средой (по крайней мере, частично, в зави­симости от используемого метода конвективного теплообмена). Оставшееся тепло отводится через контактную поверхность с калибратором (или через пленочный слой хладоагента на его стенках).

Интенсивность косвенного охлаждения в калибраторе зависит от плотности тер­мического контакта между поверхностями экструдата и калибратора.

При такой схеме охлаждения важное значение имеет величина нормальной силы, возникающей при калибровании к поверхностям экструдата и калибратора. Эта нор­мальная сила создает силы трения, действующие при протягивании экструдата через калибратор и распределенные по всей длине калибратора. Для непрерывного отвода профиля действующие на экструдат силы трения должны быть преодолены тянущим устройством. Максимально допустимая сила определяется несущей способностью профиля, которая, в свою очередь, зависит от его поперечного сечения и от распреде­ления температур в экструдате.

В частности, на участке входа в калибратор, где температура экструдата еще отно­сительно высока и толщина несущего слоя мала (к данному моменту затвердела лишь небольшая часть толщины стенки профиля), тяговое усилие (пока еще относительно низкое) вызывает непрерывно возрастающее продольное растяжение экструдата (на рис. 11.2 это обозначается знаком +). Эти деформации не могут полностью релаксиро - вать вследствие последующего охлаждения, и поэтому остаются «замороженными».

Этот эффект часто называют «замороженным растяжением». Они оказывают суще­ственное влияние на продольную (ориентационную) усадку экструдата.

0 © 0

Из-за продольной деформации и термической усадки поперечные размеры экструдата уменьшаются (на рис. 11.2 это обозначается знаком -). Это приводит к уменьшению нормальных сил, действующих на стенки калибратора и, следователь­но, к снижению трения и ухудшению термического контакта.

Уменьшение размеров в поперечном направлении (толщины стенок, периметра профиля обычно компенсируют за счет припуска на усадку в зоне охлаждения калиб­ратора, что позволяет получать конечный продукт с заданными размерами.

Длинные калибраторы могут иметь небольшую конусность (или состоять из не­скольких последовательно соединенных блоков со ступенчато изменяющимися раз­мерами для каждого блока, соответствующими изменению размеров экструдата при постепенном охлаждении). Э го также позволяет получать на выходе продукт требуе­мых размеров. Поскольку силы, необходимые для отвода профиля, возрастают с уве­личением длины участка калибрования (вследствие возрастания трения на поверх­ностях), максимальная его длина определяется несущей способностью экструдата или его максимально допустимой продольной деформацией.

Даже при чрезвычайно интенсивном охлаждении экструдат должен оставаться в калибраторе до тех пор, пока его несущая способность не возрастет настолько, что он может противостоять внешним нагрузкам (силе тяжести, тяговому усилию, создава­емому тянущим устройством) и внутренним напряжениям без недопустимого изме­нения размеров. Наконец, минимальное время калибрования, устанавливаемое на основе сказанного выше, наряду с максимально допустимой длиной калибратора,
определяет линейную скорость отвода профиля и соответственно производитель­ность экструзионной линии.

Для достижения максимально возможных скоростей экструзии участок калиб­рования должен производить охлаждение:

• при минимальном трении:

• с максимально возможной интенсивностью.

Калибрование должно проводиться в соответствии со специальными требовани­ями к форме экструдата и теплофизическими свойствами используемого материала. В последующих нескольких разделах рассматриваются особенности различных ме­тодов калибрования.