Extrusion Russian Edition 6-2021

25 ЭКСТРУЗИЯ ТРУБ ЭКСТРУЗИЯ 6/2021 этот метод по причине высокой терми- ческой нагрузки на материал не подхо- дит для термочувствительного сырья. Еще один способ состоит в том, чтобы переместить линию спая таким образом, чтобы она проходила по периметру по- тока, что можно реализовать, например, с помощью спиральных канавок на дорне и корпусе с противоположным направле- нием витков, тангенциального располо- жения спиц дорнодержателя или их рас- положения со смещением [4]. Данный метод был реализован в конструкциях головок с различными типами спиц дор- нодержателя, адаптированных для стати- ческого смешения расплава. Подробнее с процессом их разработки и испытаний можно познакомиться в статье «Новая конструкция спиц дорнодержателя для повышения качества труб» («Экстру- зия». —№6, 2020, с. 24-27). Разработка и моделирование новой конструкции спиц Статические смесительные элементы используются в переработке пластмасс для гомогенизации расплава в соответ- ствии с температурой переработки и со- ставом. Статический смеситель состоит, как правило, из трубы, в которой друг за другом установлены одинаковые смеси- тельные элементы. Они расположены по одному или в группах и смещены на 90 градусов по отношению друг к дру- гу [11]. Эти смесительные элементы вызывают многократное разделение и соединение потока расплава, в резуль- тате чего достигается так называемое распределительное смешение. Одновре- менно расплав подвергается сильному воздействию сил растяжения и сдви- га, что приводит и к дисперсионному смешению расплава. Для достижения смешения используется энергия потока протекающей жидкости (расплава) [7]. В экструзии хорошо зарекомендовали себя смесители типов X, Kenics и LPD [1, 6, 7, 11]. На базе различных концеп- ций смешения были разработаны новые спицы дорнодержателя с целью созда- ния поперечных потоков за участком нахождения спиц. Поперечные потоки расплава в сочетании с его прилипани- ем к поверхности спиц создают благо- приятные условия для оптимального в структурно-механическом отношении смещения линий спая (рис. 1). Чтобы при разработке спиц можно было проверить все возможные варианты геометрии, для практических испытаний их производили с помощью технологии аддитивного производства — селектив- ного лазерного спекания (SLM). Но этот метод требует соблюдения различных указаний по проектированию, таких как, например, минимальная толщина стенки, радиус и размер монтажного простран- ства [8, 9]. Кроме того, для практических испытаний, а именно для производства образцов труб с внешним диаметром 32 мм и толщиной стенки 2 мм, был за- действован модульный дорнодержатель со сменным блоком спиц производства компанииG&GExtrusionstechnikGmbH (Германия), который также ограничивал возможные размеры изготавливаемых образцов спиц. Таким образом, блок спиц имел максимальную длину 30 мм, внутренний радиус 35 мм, а внешний ра- диус 55 мм. Спроектированные варианты дорно- держателей были первоначально прове- рены с помощью методов вычислитель- ной гидродинамики (CFD) посредством программного пакета OpenFOAM (OpenFOAM Foundation Ltd, Велико- британия). Результаты моделирования показали, что потеря давления на спи- цах, сконструированных на основании смесителя типа X, увеличилась в 9 раз по сравнениюс традиционной конструкцией спиц [2]. Попытки варьировать ширину спиц или их количество не смогли в до- статочной степени компенсировать рост давления [5]. В результате дальнейшие практическиеиспытанияфокусировались на конструкции спиц, подобных спицам в смесителях Kenics и LPD (рис. 2). Дорнодержатель в варианте LPD (A) имеет, как и конструкции спиц типа LPD, две перекрещивающиеся пласти- ны, фиксирующие дорн. Однако угол скрещивания пластин был уменьшен со стандартных 90 до примерно 52 гра- дусов из-за ограниченности простран- ства для монтажа. Так как в результате первого компьютерного моделирования в этой конструкции были зафиксирова- ны зоны застоя за спицами и высокие по- тери давления [2], то спицы доработали четырьмя отверстиями диаметром 4 мм каждое (рис. 2). Для второго варианта конструкции LPD (B) количество спиц было увеличено до трех, и они получили гидродинамически-эффективный про- филь. Длина спиц была адаптирована к имеющемуся пространству в дорнодер- жателе. Третий вариант спиц LPD (C) состоит из четырех толстых спиц, имею- щих одинаковую толщину. Четвертая Рисунок 2. Новые варианты конструкции спиц дорнодержателя [5] Традиционная конструкция Тип LPD Тип Kencis