формующее устройство экструдера
Классы МПК: | B29C47/22 регулируемые B29C47/12 экструзионные насадки или фильеры |
Автор(ы): | Остриков А.Н., Абрамов О.В., Рудометкин А.С., Попов А.С. |
Патентообладатель(и): | Государственное образовательное учреждение Воронежская государственная технологическая академия |
Приоритеты: |
подача заявки:
2001-10-26 публикация патента:
20.07.2002 |
Изобретение относится к переработке термопластичных материалов и может быть использовано в отраслях промышленности, применяющих экструзию. Формующее устройство содержит рабочую камеру экструдера и экструзионную головку, состоящую из матрицы с каналами, дорна и диска с отверстиями. Диск установлен с возможностью поворота. В предматричной зоне рабочей камеры экструдера по направляющим установлен конусообразный обтекатель, контактирующий с дорном. Внутренняя часть обтекателя имеет седлообразную форму с конусом и двумя отверстиями. Дорн состоит из диска и цилиндрического вала с выступами. Диск имеет два овальных отверстия и упоры на боковой поверхности. В центре матрицы выполнено отверстие сложной формы, в которое входит цилиндрический вал дорна. Выступы вала образуют в отверстии матрицы овальные формующие каналы. В диаметральном кольцевом пазу матрицы установлены пружины, контактирующие одной стороной с упорами диска дорна, а другой - с упорными шайбами. Шайбы установлены в симметрично расположенных пазах матрицы и рабочей камеры так, что дорн имеет возможность кругового перемещения в матрице с образованием различного проходного сечения овальных формующих каналов. Изобретение обеспечивает стабилизацию давления в предматричной зоне экструдера при изменении технологических параметров процесса в ходе экструдирования различного исходного сырья. 7 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7
Формула изобретения
Формующее устройство экструдера, содержащее рабочую камеру экструдера, экструзионную головку, состоящую из матрицы с каналами, дорна и диска с отверстиями, установленного с возможностью поворота, отличающееся тем, что в предматричной зоне рабочей камеры экструдера по направляющим установлен конусообразный обтекатель, внутренняя часть которого имеет седлообразную форму с конусом и двумя отверстиями, обтекатель контактирует с дорном, который состоит из диска с двумя овальными отверстиями и упорами на боковой поверхности и цилиндрического вала с выступами, в центре матрицы выполнено отверстие сложной формы, в которое входит цилиндрический вал дорна, при этом выступы вала образуют в отверстии матрицы овальные формующие каналы, в диаметральном кольцевом пазу матрицы установлены пружины, контактирующие одной стороной с упорами диска дорна, а другой - с упорными шайбами, установленными в симметрично расположенных пазах матрицы и рабочей камеры так, что дорн имеет возможность кругового перемещения в матрице с образованием различного проходного сечения овальных формующих каналов.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к переработке термопластичных материалов и может быть использовано в отраслях промышленности, применяющих экструзию. Известен экструдер со шнеком, формующим мундштуком и расположенными между ними контактирующими подвижными и неподвижными пластинами с множеством мелких отверстий [Патент JР 6028577 В4, кл. А 23 Р 1/12,21.05.86]. Недостатком такого экструдера является невозможность обеспечения заданного регулирования величины давления материала без применения ручного труда при установке требуемого профиля получаемого изделия, что приводит к снижению эффективности его работы и нестабильности проведения процесса экструзии, в результате чего качество конечного продукта ухудшается. Известна экструзионная головка (формующее устройство экструдера) для изготовления трубчатых полимерных изделий, включающая корпус (матрицу), в котором выполнены кольцевые каналы, соединенные с источником подачи полимера (рабочей камерой) и объединенные на выходе в кольцевую фильеру, дорн и распределитель полимера, изготовленный в виде перфорированного диска (диска с отверстиями) с возможностью поворота и сообщения кольцевых каналов с источником подачи полимера через отверстия в нем [А. С. 722777, В 29 F 3/04, 25.03.80. Бюл. 11]. Недостатком данного устройства является невозможность "автоматического" регулирования давления расплава полимера (выставление заданного профиля производится вручную) на выходе из рабочей камеры экструдера, что может приводить к чрезмерному перегреву продукта, а следовательно, к ухудшению качества получаемого экструдата вследствие нестабильности процесса экструзии. Кроме того, известная экструзионная головка является узкоспециализированной, предназначенной только для изготовления трубчатых полимерных изделий, что ограничивает область ее применения. Технической задачей изобретения является стабилизация давления в предматричной зоне экструдера при изменении технологических параметров процесса в ходе экструдирования различного исходного сырья за счет заданного "автоматического" регулирования проходного сечения формующего канала. Поставленная задача достигается тем, что в формующем устройстве экструдера, содержащем рабочую камеру экструдера, экструзионную головку, состоящую из матрицы с каналами, дорна и диска с отверстиями, установленного с возможностью поворота, новым является то, что в предматричной зоне рабочей камеры экструдера по направляющим установлен конусообразный обтекатель, внутренняя часть которого имеет седлообразную форму с конусом и двумя отверстиями, обтекатель контактирует с дорном, который состоит из диска с двумя овальными отверстиями и упорами на боковой поверхности и цилиндрического вала с выступами, в центре матрицы выполнено отверстие сложной формы, в которое входит цилиндрический вал дорна, при этом выступы вала образуют в отверстии матрицы овальные формующие каналы, в диаметральном кольцевом пазу матрицы установлены пружины, контактирующие одной стороной с упорами диска дорна, а другой - с упорными шайбами, установленными в симметрично расположенных пазах матрицы и рабочей камеры, так что дорн имеет возможность кругового перемещения в матрице с образованием различного проходного сечения овальных формующих каналов. При нарушении устойчивого режима работы экструдера (например, пульсации давления, которые могут возникнуть при наличии недостаточной однородности состава смеси, изменении режима работы или при смене рецептуры исходного сырья и т.д.) требуется быстрое оперативное вмешательство, направленное на поддержание стабильного давления продукта за счет изменения проходного сечения формующих каналов. В этом случае в предлагаемом устройстве предусматривается "автоматическое" регулирование давления расплава экструдата в предматричной зоне экструдера за счет изменения площади проходного сечения каналов формующего устройства. На фиг. 1 изображен общий вид предлагаемого формующего устройства экструдера; на фиг.2 - формующее устройство с регулируемым формующим каналом в сборе; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг.2; на фиг.4 - разрез Б-Б на фиг.2; на фиг. 5 - обтекатель: а) - общий вид, б) - с вырезом четверти; на фиг.6 - схема для расчета пружин; на фиг.7 - разрез В - В на фиг.6. Формующее устройство экструдера (фиг.1-4) содержит рабочую камеру экструдера 1, предматричная зона которого представляет собой усеченный конус. В пазы конуса по направляющим 18 установлен обтекатель 2 (фиг.5) с овальными отверстиями 19, выполненный в виде "седла" с внутренним конусом 17, вершина которого направлена в сторону загрузки продукта. К рабочей камере 1 крепится матрица 4 с выполненными в ней центральным цилиндрическим отверстием 12 и двумя сообщенными с ним сквозными отверстиями сложной формы 13, которые при сборке дорна 3 с матрицей 4 образуют каналы 9 для прохода продукта. Дорн 3 состоит из двух частей, жестко соединенных друг с другом:- цилиндрический вал 7 с выступами 8 по всей длине;
- диск 6 с отверстиями 11 и упорами 10. Цилиндрический вал 7 при сборке размещается в центральном цилиндрическом отверстии 12 матрицы 4, при этом выступы 8 располагаются в отверстиях 13. Вторая часть дорна 3 представляет собой диск 6 с отверстиями 11 и упорами 10 по внешней цилиндрической поверхности, причем отверстия 11 выполнены со скосом одной кромки со стороны выступа 8 под некоторым углом
![формующее устройство экструдера, патент № 2185286](/images/patents/285/2185044/946.gif)
l=mLвыст, (1)
где m - эмпирический коэффициент, зависящий от режима работы экструдера и вида исходного сырья (m=0,1...0,5); Lвыст - длина цилиндрической части дорна 3, м. Рассчитанная длина l позволяет подобрать пружины 5 с требуемыми характеристиками, обеспечивающими оперативное быстродействие, позволяющее стабилизировать величину давления в предматричной зоне экструдера при его отклонении от рабочего интервала. Сила Fпрод, образующаяся от действия давления расплава материала на выступ 8 дорна 3, вызывает соответствующий крутящий момент прод. При резком увеличии давления, момент, создаваемый продуктом, Mпрод, действующий на выступ 8 дорна 3, превышает момент от пружин 5 Мпруж и сил трения Мтрен, действующих на дорн 3,
Мпрод>Мпруж+Мтрен (2)
В результате чего дорн 3 поворачивается, увеличивая проходное сечение канала, что интенсифицирует отвод продукта через каналы 9, а следовательно, обеспечивает снижение давления. Это приводит к уменьшению крутящего момента, создаваемого продуктом, Мпрод, действующего на выступ 8 дорна 3, и тогда под действием момента от сил сжатия пружин 5 дорн 3 перемещается в обратном направлении
Мпруж>Мпрод+Мтрен (3)
При достижении баланса моментов от сил сжатия пружины и продукта дорн займет свое рабочее положение, соответствующее установившемуся режиму работы экструдера. Для определения моментов, действующих на дорн, применялись следующие зависимости. Момент от действия продукта на выступ дорна
Мпрод=4Plrотвr, (4)
где Р - давление продукта, Па; l - длина выступа, на котором происходит "регулирование" давления, м; rотв - радиус отверстия матрицы, м; r - плечо сил давления продукта, м. Момент от сил трения, действующих на дорн,
Mтрен = 4Pfrотвr
![формующее устройство экструдера, патент № 2185286](/images/patents/285/2185286/8706.gif)
![формующее устройство экструдера, патент № 2185286](/images/patents/285/2185041/960.gif)
![формующее устройство экструдера, патент № 2185286](/images/patents/285/2185029/945.gif)
![формующее устройство экструдера, патент № 2185286](/images/patents/285/2185044/946.gif)
где f - коэффициент трения диска с матрицей; r
![формующее устройство экструдера, патент № 2185286](/images/patents/285/2185286/8706.gif)
![формующее устройство экструдера, патент № 2185286](/images/patents/285/2185029/945.gif)
![формующее устройство экструдера, патент № 2185286](/images/patents/285/2185044/946.gif)
nk
![формующее устройство экструдера, патент № 2185286](/images/patents/285/2185032/916.gif)
где n - число пружин; k - жесткость пружины, Н/м;
![формующее устройство экструдера, патент № 2185286](/images/patents/285/2185032/916.gif)
оптимизировать процесс экструдирования различного исходного сырья за счет "автоматического" регулирования живого сечения по всей длине формующего канала;
расширить область применения за счет достигнутой универсализации механизма стабилизации давления при переработке различного сырья с нестабильными свойствами;
получать экструдаты высокого качества благодаря решению проблемы стабилизации давления, а следовательно, и температуры обработки.
Класс B29C47/12 экструзионные насадки или фильеры