Testa a croce di estrusione: tipi, design, flusso di materiale e impatto sulla qualità del cavo

Dove viene effettivamente decisa la qualità della parete dei cavi

Un filo da costruzione isolato in PVC da 0,5 mm² esce dalla vasca di raffreddamento con una differenza di 0,02 mm tra il punto più sottile e quello più spesso sulla sua circonferenza. L'estrusore è nuovo. Il complesso ha superato l'ispezione in entrata. La velocità della vite, la temperatura del cilindro e la velocità della linea sono tutte stabili. Dopo due ore di risoluzione dei problemi, il tecnico apre la testa a croce e trova la punta della guida posizionata a 0,15 mm dal centro perché il supporto della punta non è stato serrato nuovamente dopo il precedente cambio di colore. Quel singolo piccolo disallineamento trasforma una produzione altrimenti buona in un cavo scartato.

La testa a croce di estrusione è il componente che la maggior parte degli operatori controlla per ultimo e incolpa per primo. Si trova tra il cilindro dell'estrusore e la vasca di raffreddamento e svolge il lavoro finale di modellare il polimero fuso attorno a un conduttore in movimento. Quando la geometria della testa a croce è sbagliata, nessun controller della temperatura o impostazione della velocità della linea può compensare il risultato.

In termini pratici, la testa a croce decide tre valori di output: concentricità dello strato isolante, diffusione dello spessore della parete attorno alla circonferenza, e qualità della superficie dell'estruso. Questi tre valori determinano le prestazioni elettriche e meccaniche del cavo finito.

Cos'è una testa a croce di estrusione e come funziona?

Una testa a croce di estrusione è un gruppo di distribuzione della fusione montato sull'estremità di scarico del cilindro dell'estrusore. Il suo compito principale è trasformare il flusso assiale del materiale fuso, che lascia la vite in linea retta, in un flusso anulare uniforme attorno al conduttore che passa attraverso il centro della testa.

Il percorso di fusione è simile a questo. Il polimero entra attraverso la flangia di ingresso nella parte posteriore della testa, colpisce il distributore, si divide in due o più canali separati, si ricombina all'interno di una camera a forma di anello attorno al supporto della punta della guida, quindi viaggia lungo il terreno anulare tra la punta della guida e la boccola della matrice. All'uscita, la massa fusa si avvolge attorno al conduttore in movimento e viene aspirata nella sezione di raffreddamento.

Una tipica testa a croce è composta da queste parti:

• Corpo e anello di serraggio che bloccano la testa alla flangia del cilindro dell'estrusore
• Distributore, talvolta chiamato diffusore o deflettore, che guida e divide il flusso del materiale fuso
• Punta guida, detta anche tubo centrale, che sostiene e posiziona il conduttore al centro
• Boccola della matrice, che imposta il diametro esterno dell'isolamento o della guaina
• Viti di regolazione radiale e assiale per spostare la punta o la matrice durante la regolazione della concentricità
• Fasce riscaldanti e prese termocoppia per il controllo della temperatura
• Porte opzionali per trasduttori di pressione e temperatura per il monitoraggio del processo

Se hai bisogno di capire come funziona questo assieme con la vite, il cilindro e il sistema di riscaldamento, il ns analisi dettagliata dei componenti di una macchina di estrusione spiega ogni sezione in ordine.

Perché la testa a croce controlla più di quanto pensi

La maggior parte degli ingegneri di processo spende il proprio budget e la propria attenzione sulla vite e sul composto. La testa a croce riceve molta meno attenzione, ma è l'unico componente che modella fisicamente la massa fusa negli ultimi millisecondi prima che raggiunga il conduttore.

Concentricità e spessore minimo della parete

Una punta decentrata produce una parete sottile su un lato e una parete spessa sull'altro. Il lato sottile è il lato che non supera il test dielettrico, perché la distanza tra il conduttore e la superficie esterna semplicemente non è sufficiente. Nel normale funzionamento della linea, una testa ben centrata trattiene lo spessore distribuito all'interno dell'apposita finestra del cavo. Quando lo spread si sposta al di fuori di tale finestra, il primo controllo è sempre il centraggio meccanico della punta della guida e della matrice.

La centratura non è un'impostazione una tantum. Ogni volta che l'operatore rimuove la testa per la pulizia o cambia un set ugello e matrice, è necessario ricontrollare il centraggio. Anche l'espansione termica durante il riscaldamento sposta leggermente la posizione della punta, motivo per cui un buon design della testa integra viti di regolazione che possono essere raggiunte mentre la testa è calda.

Uniformità della pressione e della temperatura di fusione

La testa a croce è anche uno scambiatore di calore e un piccolo recipiente a pressione. La fusione può trascorrere da pochi secondi a più di un minuto all'interno della testa, a seconda della produzione e del volume della testa. Durante questo periodo, qualsiasi angolo morto crea una sacca di materiale che si muove lentamente che si degrada, si trasforma in carbonio e successivamente si stacca come un granello sulla superficie del cavo.

Una differenza di temperatura di soli pochi gradi attraverso la massa fusa in uscita dallo stampo modifica la viscosità abbastanza da spostare l'equilibrio dello spessore della parete. Questo è il motivo per cui le zone riscaldanti sulla testa a croce non sono decorative. Ciascuna zona deve essere controllata in modo indipendente e la termocoppia deve essere posizionata vicino al canale di fusione anziché sulla superficie esterna della fascia riscaldante.

Finitura superficiale e linee di saldatura

Quando il materiale fuso si divide in due canali e si ricombina nella camera, i due fronti di flusso formano una linea di saldatura. Una linea di saldatura che non si fonde correttamente ha un orientamento molecolare leggermente diverso e talvolta appare come una striscia opaca sulla superficie del cavo. La lunghezza del terreno, l'angolo di ingresso e la temperatura di fusione influiscono tutti sulla completezza della saldatura tra i due fronti. Aumentando la lunghezza della parte interna o riducendo l'angolo di entrata si dà alla massa fusa più tempo per legarsi prima di lasciare lo stampo.

Un bordo della matrice usurato o danneggiato produce una linea meccanica che corre lungo l'intera lunghezza del cavo. La linea non può essere rimossa regolando la temperatura. L'unica soluzione è lucidare o sostituire la fustella. Lo stesso principio vale per la punta.

Tipi di teste a croce che incontrerai sulle linee di isolamento e guaina

Esistono tre famiglie funzionali di teste a croce. La famiglia corretta dipende da cosa vuoi che accada sulla superficie del conduttore.

Teste a croce a pressione

Le teste del tipo a pressione mantengono la matrice aderente al conduttore, quindi la massa fusa entra in contatto con la superficie del conduttore sotto pressione prima di uscire dalla matrice. Ciò produce una forte adesione tra isolamento e conduttore, motivo per cui le testine a pressione dominano le applicazioni di isolamento solido come i fili singoli isolati in PVC e i cavi dati isolati in PE.

Teste a croce di tipo tubolare

Le teste a tubo creano un tubo di fusione che esce prima dallo stampo e viene poi attirato sul conduttore con l'aiuto del vuoto o della pressione dell'aria. Il conduttore non tocca la massa fusa fino a dopo l'uscita dallo stampo. Questo design riduce l'attrito e consente che la velocità di ritorno del nucleo sia diversa dalla velocità di fusione. Le teste del tipo a tubo sono comuni sulle linee di guaina e sulle linee di isolamento in schiuma dove la struttura della schiuma deve rimanere intatta.

Teste a croce per coestrusione multistrato

Le teste multistrato alimentano due o tre flussi di materiale fuso nello stesso corpo della testa e li combinano in un'unica parete. Una tipica costruzione a tre strati comprende schermo conduttore, isolamento e schermo isolante in un unico passaggio. Le teste multistrato riducono lo spazio sul pavimento e la lunghezza della linea di passaggio, ma richiedono un attento bilanciamento di ciascun flusso di fusione perché la pressione di uno strato spinge contro gli altri prima dell'uscita dallo stampo.

Sentirai anche i termini testa a 90 gradi e testa a 45 gradi. Una testa a 90 gradi gira la massa fusa ad angolo retto, risultando compatta e adatta alla maggior parte dei diametri di isolamento. Una testa a 45 gradi effettua una svolta più delicata ed è preferita per i composti a bassa resistenza al punto di fusione che tendono a strapparsi o fratturarsi durante la svolta, ma richiede una maggiore lunghezza del corpo e un set di utensili più complesso.

La compatibilità dei materiali modifica il design della testa a croce

Una testa a croce non può elaborare bene ogni composto. Ciascuna famiglia di materiali impone i propri requisiti in termini di geometria del canale, finitura superficiale, lunghezza del terreno e protezione dalla corrosione. Abbinare la testa al composto è importante quanto abbinare la vite.

La tabella mostra uno schema chiaro: non esiste una testa universale. Per i processori di fluoropolimeri, un esempio pratico è il Estrusore per isolamento del filo con anima ad alta temperatura FEP/PFA , dove la testa a croce è progettata con superfici resistenti alla corrosione e una strategia di riscaldamento adatta a temperature di fusione superiori a 300 °C.

Produzione di linee di estrusione di isolamento per cavi ad alta temperatura FEP / PFA / ETFE / PEEK / PA Gemwell Electrical Technology Co., Ltd è un produttore cinese di linee di estrusione di isolamento per cavi ad alta temperatura FEP/PFA/ETFE/PEEK/PA... Visualizza il prodotto →

Come valutare le prestazioni della croce prima dell'acquisto

Sia che acquistiate una linea di estrusione completa o una testa sostitutiva per una macchina esistente, si applicano gli stessi criteri di accettazione. Non stai semplicemente comprando un blocco di metallo. Stai acquistando la possibilità di centrare gli utensili, pulirli velocemente e monitorare ciò che accade all'interno.

1. Campo di regolazione del centraggio: un design utilizzabile offre almeno /- 0,25 mm di movimento radiale su ciascun asse, con viti di regolazione che possono essere ruotate a caldo.
2. Tempo di cambio attrezzatura: un cambio completo di punta e matrice dovrebbe richiedere meno di 30 minuti su una linea di isolamento, compresi bloccaggio e centraggio.
3. Disposizione della zona di riscaldamento: cercare almeno due zone controllate in modo indipendente sulla testa, con prese per termocoppia montate vicino al canale di fusione.
4. Porte per la strumentazione: le porte per i trasduttori di pressione e temperatura consentono di monitorare l'effettiva condizione di fusione invece di fare supposizioni dalla canna.
5. Materiale e trattamento superficiale: verificare che il materiale bagnato sia compatibile con i composti utilizzati, in particolare per i materiali ad alta temperatura e privi di alogeni.
6. Fatica di smontaggio: meno bulloni, chiavi standard e un foro interno pulito fanno una differenza significativa durante i cambi di turno.

C’è un altro punto che spesso gli acquirenti trascurano. Una testa a croce è abbinata a una vite e a un cilindro in termini di livello di taglio e tempo di permanenza. Se la testa è troppo piccola per l'uscita della vite, il materiale fuso si surriscalderà. Se è troppo grande, la fusione rimarrà troppo a lungo e si degraderà. Questo è il motivo per cui molti acquirenti esperti preferiscono valutare il treno di estrusione completo invece di mescolare componenti di fornitori diversi. Per i fluoropolimeri, ad esempio, il motivo per cui l'estrusione di fluoropolimeri richiede un approccio diverso alle attrezzature va ben oltre la sola testa e abbiamo trattato queste differenze in un articolo separato.

Difetti comuni della testa a croce e come prevenirli

Linee di morte

Una linea sottile continua sulla superficie del cavo solitamente deriva da un bordo della matrice danneggiato, da un bordo della punta danneggiato o da un piccolo pezzo di carbonio depositato vicino alla parte della matrice. Una linea di fustellatura si ripete con lo stesso identico angolo ad ogni giro ed è facile da individuare sotto una lampada potente. La soluzione consiste nel rimuovere la testa, ispezionare i bordi con una lente d'ingrandimento e lucidare o sostituire la parte danneggiata.

Macchie e gel di carbonio

Le macchie nere sull'isolamento sono quasi sempre il risultato del degrado del materiale all'interno della testa. Il degrado inizia in un angolo morto dove la massa fusa smette di muoversi, si carbonizza e successivamente si rompe. Le particelle di gel hanno un'origine simile ma provengono da materiale non fuso o reticolato. La prevenzione è una geometria della testa senza spigoli vivi e una procedura di pulizia che avviene nei tempi previsti, non dopo il reclamo del cliente.

Deriva dello spessore della parete

Quando lo spessore cambia lentamente nell'arco di diverse ore, anche se la testa era centrata correttamente all'avvio, la causa è solitamente termica o meccanica. Una zona del riscaldatore che si è spostata, un supporto della punta allentato o una variazione della velocità della vite dovuta a cuscinetti usurati sono tutte cause comuni. Controllare l'allineamento della testa all'inizio e a metà di ogni turno aiuta a catturare la deriva prima che produca lunghi tratti di cavo di scarto.

Frattura da fusione

Se la superficie diventa ruvida e ondulata ad alta velocità della linea, la causa è solitamente la frattura della fusione. Il materiale scorre più velocemente di quanto il terreno dello stampo possa allentare lo stress interno. Aumentando la lunghezza del tratto, aumentando la temperatura di fusione all'interno della finestra del processo o riducendo la velocità della linea è possibile eliminare la rugosità. La soluzione giusta dipende dal materiale.

Regole pratiche di manutenzione che funzionano su linee di produzione reali:

• Pulisci la punta e muori dopo ogni lavoro che coinvolge composto colorato.
• Ispezionare i bordi del pezzo con una lente d'ingrandimento per individuare eventuali intaccature prima del riassemblaggio.
• Controllare l'uscita della fascia riscaldante e il contatto della termocoppia almeno una volta alla settimana.
• Verificare la centratura della punta ad ogni avvio, anche dopo un piccolo arresto.
• Utilizzare il composto di spurgo corretto quando si passa da materiali incompatibili.

Queste regole sembrano elementari, ma nella maggior parte delle linee di produzione la testa a croce riceve meno attenzione della vite. La linea che tratta la testa a croce con la stessa disciplina della vite produrrà costantemente una geometria migliore.

Solo la testa a croce funziona bene come l'intera linea

Una nuova testa a croce montata su un vecchio estrusore può correggere un sintomo e crearne un altro. La testa a croce interagisce con ogni altra parte della linea di estrusione: la vite fornisce il materiale fuso, il cilindro controlla l'apporto di calore, la vasca di raffreddamento imposta il punto di congelamento e il sistema di avvolgimento controlla la tensione sul conduttore. Se qualcuno di questi è sbilanciato, l'uscita della testa della croce sarà sbagliata anche se la testa stessa è perfetta.

Durante la messa in servizio della linea, ingegneri esperti iniziano con il profilo termico, quindi regolano la velocità della vite e solo successivamente regolano la testa a croce. Misurano anche la temperatura del fuso all'ingresso della testa prima di apportare modifiche all'attrezzatura, poiché una differenza di temperatura di dieci gradi cambia la viscosità del fuso a tal punto che il centraggio appare sbagliato anche se l'attrezzatura è corretta.

Per le linee di isolamento che utilizzano PVC, PE o poliuretano, l'approccio pratico è quello di scegliere un estrusore la cui vite, cilindro e testa sono progettati come un unico sistema. Una linea isolante abbinata come Estrusore per isolamento filo con anima in PVC/PE/PP/PU mantiene costante il tempo di permanenza della fusione e fornisce all'operatore un unico set di parametri da controllare.

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L'estrusione della guaina è diversa. La parete è più spessa, la velocità della linea è spesso inferiore e il materiale può avere un indice di fluidità completamente diverso. L'attrezzatura e la geometria della testa per la guaina necessitano di una camera di distribuzione più ampia e di una diversa configurazione del terreno. Puoi leggere i dettagli nel nostro base di conoscenza sull'estrusione di guaine per cavi e fili e per i materiali con guaina in elastomero termoplastico, reticolato, a bassa emissione di fumi e in poliuretano, un'opzione appositamente realizzata è la Macchina per estrusore per guaina per cavi metallici LSZH/XLPE/TPE/TPU .

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Domande frequenti

Ecco le domande che i responsabili degli impianti di cavi e gli ingegneri di processo si pongono più spesso quando valutano le prestazioni delle teste a croce.

Q1. Qual è la funzione principale di una testa a croce di estrusione?

La testa a croce distribuisce il polimero fuso in modo uniforme attorno al conduttore e modella l'isolamento o la guaina secondo il diametro e la concentricità richiesti. Converte il flusso di fusione rettilineo dalla vite in un profilo di flusso anulare uniforme.

Q2. Come faccio a sapere che la testa a croce sta causando un isolamento decentrato?

Se il punto più sottile appare sempre con la stessa angolazione lungo la lunghezza del cavo, la causa è meccanica: una punta della guida disallineata, un supporto della punta usurato o un'emissione del riscaldatore non uniforme su un lato della testa. Se la punta sottile si sposta attorno alla circonferenza, la causa è più probabile nella sezione di raffreddamento o di avvolgimento.

Q3. Qual è la differenza tra una testa a croce del tipo a pressione e quella a tubo?

Una testa a pressione spinge la massa fusa contro il conduttore prima dell'uscita dello stampo, garantendo una forte adesione. Una testa a tubo forma un tubo che viene disegnato sul conduttore dopo l'uscita dello stampo, che protegge il conduttore ed è preferito per guaine e isolamenti espansi.

Q4. Una testa a croce può lavorare PVC, PE e FEP?

Non con gli stessi strumenti. Ciascuna famiglia di materiali richiede una geometria del flusso e un trattamento superficiale diversi e l'intervallo di temperature operative è completamente diverso. L'utilizzo del FEP in una testa in PVC standard rischierebbe corrosione e gravi difetti superficiali.

Q5. Con quale frequenza è necessario pulire la testa a croce?

Pulisci la testina dopo ogni cambio di colore e ogni volta che passi da un materiale incompatibile all'altro. Nella produzione normale, ispezionare le superfici interne durante ogni finestra di manutenzione programmata e controllare la punta e i bordi della matrice ad ogni cambio di attrezzatura.

Q6. Cosa devo controllare quando acquisto un filo con una nuova testa a croce?

Controllare l'intervallo di regolazione della centratura, il tempo di cambio dell'utensile, il numero e la posizione delle zone di riscaldamento, la disponibilità delle porte del trasduttore di pressione e temperatura, il materiale a contatto con il fluido del corpo della testa e la disponibilità di punte e matrici di ricambio.

Asporto finale

La testa a croce di estrusione è una piccola parte della linea, ma è la parte che definisce la geometria del cavo finito. La concentricità, la distribuzione dello spessore delle pareti, la qualità della superficie e persino il rischio di guasto dielettrico risalgono alla testa. Dategli la stessa attenzione della vite e del composto.

Quando valuti una nuova linea, chiedi al fornitore le specifiche della testa: campo di regolazione, zone di riscaldamento, protezione dalla corrosione e tempo di cambio attrezzatura. Questi dettagli ti dicono di più sulla capacità pratica della linea rispetto alla sola potenza nominale del motore.