Прибыльность производственного процесса тесно связана с количеством произ­водимой продукции. В отношении процесса экструзии это означает, что достигаемая производительность оборудования является одним из основных факторов, оказыва­ющих решающее влияние на экономический успех производства. Однако при экст­рузии профилей производительность линии определяется не только экструдером, но и эффективностью калибрующего устройства и системы охлаждения, устанавливае­мых за экструдером. Как уже отмечалось ранее, калибрующее и охлаждающее устрой­ства не должны превышать определенную длину. Причиной этого является недопусти­мость высоких сил трения между профилем и калибратором. Кроме того, важно обеспечить быструю и без затруднений протяжку экструдата через калибратор. [3].

При конструировании калибрующего устройства нужно определить необходимую длину калибратора. При расчете длины калибратора рекомендуется начинать с допу­щения (см. рис. 11.1), что будет охлажден до температуры ниже температуры затверде­вания только относительно тонкий наружный слой экструдируемого профиля, проч­ности которого достаточно для сохранения профилем формы и размеров [1,21—23].

При выходе из калибратора толщина затвердевшего (несущего) слоя должна быть достаточной для противодействия тяговому усилию, или, как при наружном калиб­ровании сжатым воздухом, действию тангенциальных напряжений, возникающих в стенках профиля из-за внутреннего давления.

Поэтому прежде всего следует проанализировать силы, действующие на профиль, и определить площадь поперечного сечения затвердевшего профиля (или толщину затвердевшего слоя), через которые осуществляется противодействие возникающим силам с учетом температурной зависимости прочностных и деформационных харак­теристик материала. В работах [21,22] такой анализ проведен на примере наружного калибрования профиля сжатым воздухом. В этих же работах действующие на про­филь силы оценивают с точки зрения возможных деформаций профиля.

В общем случае па профиль могут действовать следующие силы: давление калибро­вания, собственный вес профиля, выталкивающая сила при охлаждении профиля в во­дяной ванне, тяговое усилие от тянущего устройства, силы трения по поверхности калиб­рования, силы сжатия от гидростатического давления охлаждающей среды [21,22].

Силы, действующие на экструдат, можно разделить на:

• продольные силы, вызванные действием сил трения по поверхности контакта между экструдатом и калибратором, которые подлине участка калибрования суммируются с равнодействующей силой тяги;

• поперечные силы, вызываемые разностью давления внутри полых профилей и снаружи (при калибровании сжатым воздухом или вакуумом) или силами тяжести (собственный вес профиля, выталкивающая сила в охлаждающей ванне).

Поперечные силы действуют по нормали к поверхности канала калибратора или поверхностям поддержки профиля (например, роликовым) и они не суммируются по длине калибрующего участка, но могут влиять на величину сил трения.

Сила трения между поверхностями экструдата и калибратора определяется изве­стным выражением

^friction ~~ ^normal 01 1)

где ц — коэффициент трения, типичный для пары полимер-металл; Fnomal — нормаль­ная сила к поверхности контакта.

Коэффициент трения обычно зависит от температуры (рис. 11.14) [21], и из гра­фиков видно, что понижение температуры контакта (в частности, при входе в калиб­ратор) приводит к снижению силы трения.

О 100 200 *С 300

Температура Т

Рис. 11.14. Коэффициенты трения для различных комбинаций материалов [21]: 1— ПЭ;2 — ПВХ средней твердости

Известная склонность полиолефинов к прилипанию к металлам объясняется их исключительно высоким коэффициентом трения при температурах в области 100 °С.

Если толщина затвердевшего слоя каким-либо способом рассчитана или извест­на на основе практических данных, то длину калибратора, необходимую для обеспе­чения этой толщины (при заданной скорости экструзии), можно определить несколь­кими различными методами.