Extrusion Die Head Explained: Function, Types, Materials, Selection, and Maintenance

Что такое экструзионная головка?

Экструзионная экструзионная головка представляет собой прецизионный блок распределения потока, установленный на разгрузочном конце одношнекового или двухшнекового экструдера. При производстве кабелей он оборачивает расплавленный полимер вокруг движущегося проводника непрерывным концентрическим слоем без появления линий сварки, мертвых зон или температурных градиентов.

Его работа не ограничивается формированием. Хорошо спроектированная головка также способствует стабильной работе винта за счет создания противодавления, выравнивает колебания давления и температуры, исходящие от винта, и поддерживает течение расплава с одинаковой скоростью по всей окружности проводника.

Что он делает на линии экструзии кабеля

• Равномерно распределяет расплав вокруг провода или жилы кабеля.
• Контролирует соотношение толщины стенки посредством геометрии матрицы и наконечника.
• Сохраняет концентричность на скоростях выше 1000 м/мин.
• Создает достаточное противодавление, чтобы обеспечить стабильную производительность винта.
• Поддерживает однородную температуру полимера по всему каналу потока.

Ключевые компоненты экструзионной головки

Хотя конструкции головок различаются у разных производителей машин, основные элементы одинаковы. Каждый компонент выполняет определенную задачу, и небольшой износ или ошибка в выравнивании любого из них сразу же проявляется в готовом кабеле.

Эти части работают вместе как система. Если направляющий сердечник центрирован, но кольцо матрицы изношено на 0,02 мм с одной стороны, изменение толщины стенки может превысить /-0,03 мм на тонком слое FEP, чего достаточно, чтобы сдвинуть емкость за пределы требований заказчика.

Вы можете увидеть, как каждый из них вписывается в полную проводную линию, в нашей предыдущей разбивке. компоненты, из которых состоит экструдер .

Как работает экструзионная головка

Расплав поступает в головку из фланца экструдера, проходит через разделительную пластину, а затем обтекает распределитель. Распределитель перераспределяет полимер из кругового потока в кольцевое кольцо, окружающее направляющий наконечник. Проводник проходит через центр головки, а плашка на выходе контролирует конечный диаметр.

Три переменные конструкции имеют наибольшее значение:

• Длина участка : прямой участок на выходе из матрицы. Более длинный участок стабилизирует поток, но увеличивает перепад давления.
• Угол уклона : конус, ведущий к земле. Слишком крутой угол приводит к сильному сдвигу и нагреву; слишком мелкий конус приводит к образованию толстого и медленно движущегося пограничного слоя.
• Баланс каналов потока : путь расплава должен быть симметричен вокруг проводника. Даже разница в длине канала в 10% создает ощутимую разницу в толщине.

Для высокотемпературной изоляции FEP типичная температура плавления составляет от 380 до 420°C. Стальное кольцо диаметром 100 мм может расширяться примерно на 0,4 мм при переходе от комнатной температуры к рабочей температуре, поэтому головке необходимо дать возможность достичь полного теплового равновесия, прежде чем будет произведена окончательная регулировка концентричности.

Расплав выходит в виде трубки, размер которой больше проводника. Затем экструдированную трубку вытягивают до необходимого конечного диаметра. Взаимосвязь между геометрией матрицы, просадкой и скоростью вытягивания определяет окончательную толщину стенки.

Типы экструзионных головок и их применение

Различные конструкции кабелей требуют разных концепций головок. Выбор влияет не только на стоимость инструмента, но также на допуск толщины стенки и максимальную скорость линии, которую вы можете достичь.

Напорные головки

В головке напорного типа расплавленный полимер встречается с проводником внутри головки и выходит в виде связанного слоя. Такая конструкция обычно используется для оболочек и оболочек, где требуется сцепление между полимером и жилой кабеля. Давление удерживает полимер в контакте с поверхностью проводника.

Резьбовые головки трубчатого типа

В головке трубчатого типа сначала формируется трубка расплавленного полимера, а затем прикладывается к проводнику после выхода из головки, часто с помощью вакуума. Этот тип предпочтителен для тонких слоев изоляции, поскольку он снижает растягивающее напряжение на проводнике и обеспечивает более высокую скорость линии.

Высокотемпературные головки для FEP и PFA

Фторполимерам необходим устойчивый к коррозии путь потока и точный контроль нагрева. Головка должна быть изготовлена ​​из материалов, выдерживающих непрерывную эксплуатацию при температуре 400°C и выше без образования накипи. Gemwell объединяет свои Высокотемпературный экструдер для изоляции жил из FEP/PFA с головкой, которая удерживает отклонение температуры расплава в пределах /-5°C, что критично, когда толщина стенки всего 0,09 мм .

Экструзионная линия для производства высокотемпературной изоляции жил из FEP/PFA/ETFE/PEEK/PA Manufa Gemwell Electrical Technology Co., Ltd является китайским производителем экструзионной линии для производства высокотемпературной изоляции жил из FEP/PFA/ETFE/PEEK/PA... Посмотреть продукт →

Пенообразующие головки

Процессы химического вспенивания требуют тщательно контролируемого профиля давления через головку, чтобы пенообразователь не расширялся преждевременно. Давление напора должно оставаться достаточно высоким, чтобы подавить расширение газа до тех пор, пока расплав не покинет фильеру. Вот почему в линиях с вспененной изоляцией из ПЭ/ПП/ПУ используется головка специальной геометрии вместо головки с твердой изоляцией.

Многослойные и коэкструзионные головки

Для многослойных кабелей, таких как изоляция из вспененного материала или конструкция с приклеенной оболочкой, требуется головка для совместной экструзии, которая объединяет два или более потоков расплава в одном канале. Геометрия головки должна сохранять параллельность и однородность каждого слоя до их слияния, а на границе между слоями не должно быть выступов или волнистости.

Крестовина против сквозной конструкции

В большинстве линий изоляции и оболочки кабелей используется траверса, в которую проводник входит под углом 90° к оси экструдера. Прямоточные головки чаще используются для экструзии стержней и профилей и редко используются для покрытия проволоки. Изгиб траверсы под углом 90° является потенциально мертвой зоной, поэтому канал потока должен быть спроектирован с большими радиусами и плавными переходами, чтобы избежать деградации полимера.

Материалы, используемые в конструкции головки

Выбор материала для головки сводится к трем требованиям: износостойкость, коррозионная стойкость и стабильность размеров при рабочей температуре.

• Инструментальная сталь H13 является наиболее широко используемым материалом для изготовления корпусов, поскольку он сохраняет твердость до 500°C и обладает хорошей ударной вязкостью.
• легированная сталь 4140 используется для более крупных тел, которые не подвергаются сильному износу, но имеют преимущества за счет более легкой обработки.
• Нержавеющие стали такие как 17-4 PH или 431, используются для поверхностей потока, подвергающихся воздействию фторполимеров.
• Азотирование или хромирование. улучшает износостойкость. Азотированная поверхность H13 может достигать твердости более 1000 HV.
• Вставки из карбида вольфрама используются в зонах с наибольшим износом, таких как матрица на высокоскоростных линиях FEP.

Для повседневных сердечников из ПВХ, ПЭ, ПП или ПУ можно использовать один и тот же корпус головки из инструментальной стали, но обработка поверхности потока и допуски по-прежнему должны соответствовать условиям применения. Сборка Gemwell завершена Экструдеры для изоляции проводов с твердой жилой из ПВХ/ПЭ/ПП/ПУ с головками, соответствующими диапазону мощности винта и диапазону размеров проволоки, которую вы планируете использовать.

Производители экструзионных линий для производства изоляции жил из ПВХ/ПЭ/ПП/ПУ, завод - Gemwe Gemwell Electrical Technology Co., Ltd является китайским производителем экструзионной линии для изоляции проводов с сердечником из ПВХ/ПЭ/ПП/ПУ и фабрикой OEM/ODM, мы ... Посмотреть продукт →

Для LSZH и других высоконаполненных компаундов коррозия и абразивный износ более агрессивны, чем для чистых полиолефинов. Головка, которая хорошо работает для полиэтилена, может показать значительный износ плашек в течение шести месяцев при LSZH, особенно если содержание минерального наполнителя превышает 40%.

Факторы, влияющие на производительность головки

Производительность головки зависит от реологии расплава, геометрии инструмента и практики эксплуатации. Наиболее влиятельными факторами являются:

Помимо этого, необходимо учитывать скорость линии и коэффициент просадки. Если коэффициент вытяжки слишком высок, расплав чрезмерно растягивается между матрицей и проводником, что приводит к сужению и изменению диаметра.

Как выбрать правильную экструзионную головку

Выбор головки не является отдельным решением от выбора экструдера. Головка должна соответствовать диаметру винта, производительности, семейству полимеров и конструкции кабеля. Головка, которая слишком велика для маленького экструдера, приводит к длительному времени пребывания; слишком маленький напор приводит к чрезмерному падению давления и высокой температуре плавления.

Контрольный список выбора

1. Определите конструкцию кабеля: сплошная изоляция, вспененная изоляция или оболочка.
2. Подтвердите семейство полимеров и максимальную температуру обработки.
3. Определите диапазон толщины стенки и требуемый допуск на концентричность.
4. Определите максимальную скорость линии и соответствующую производительность расплава.
5. Проверьте диаметр шнека экструдера и размеры фланца.
6. Выбирайте между головкой напорного и трубчатого типа в зависимости от структуры слоев.

Если вы используете несколько изоляционных материалов в одной мастерской, рассмотрите модульную конструкцию головки, которая позволяет заменять только направляющий наконечник и плашки вместо замены всей головки.

Для слоев оболочки и толстостенной оболочки компания Gemwell рекомендует использовать головку отдельной конструкции, поскольку требования к потоку для изоляционного слоя толщиной 0,3 мм полностью отличаются от требований к потоку для оболочки толщиной 1,5 мм. Наш Экструдеры для проводов и кабельных оболочек LSZH/XLPE/TPE/TPU используйте канал потока большего размера и другой подход к матрице, чтобы избежать чрезмерного давления при высокой производительности.

Производители экструзионных линий для производства оболочек LSZH/XLPE/TPE/TPU, завод - Gemwell Electr Gemwell Electrical Technology Co., Ltd является китайским производителем линий экструзии оболочек LSZH/XLPE/TPE/TPU и заводом OEM/ODM. Мы специализируемся ... Посмотреть продукт →

Более подробную информацию о размерах головы для многослойных курток см. в нашей статье. База знаний о машинах для экструзии кабельной оболочки , в котором сравниваются конструкции и типичные геометрии инструментов.

Техническое обслуживание и распространенные проблемы с головкой

A die head can run for months without attention, but when problems appear, they tend to appear suddenly. The most common symptoms are wall-thickness variation, black specks, flow lines, and surface roughness.

Preventive Maintenance

• Disassemble the head and clean flow surfaces after every extended campaign.
• Inspect the land and the guide tip for scratches and edge rounding.
• Polish the flow surfaces to Ra 0.4 µm or better before reassembly.
• Check heater bands for cold spots and replace thermocouples with calibrated units.
• Re-torque head bolts to the recommended values after reaching operating temperature.

A complete routine operation, maintenance, and repair schedule for extrusion machines should therefore include the die head as a separate inspection item, because it wears differently from the screw and barrel.

Common Problems and Fixes

Frequently Asked Questions about Extrusion Die Heads

What is the difference between an extrusion die and an extrusion die head?

The die head is the complete assembly that distributes the melt, while the die itself is usually the replaceable ring at the exit that defines the final outside diameter. In daily shop-floor language, operators often say “die” when they mean the whole head, but in tooling design the distinction matters because the die is only one of several parts that control the geometry.

Can the same die head be used for solid insulation and foamed insulation?

Not normally. Foamed insulation requires a pressure profile that keeps the blowing agent compressed until the melt exits the die. Solid insulation does not need this constraint. Using a foaming head for solid layers can create excessive pressure and a rough surface; using a solid head for foaming can cause premature expansion inside the channel.

How often should an extrusion die head be cleaned?

The cleaning interval depends on the polymer. Thermoplastic materials such as PVC tend to degrade slowly and may require a head wipe-down every one to two weeks. Fluoropolymers and highly filled LSZH compounds need more frequent checks, and any stop of more than 20 minutes, or a visible pressure rise, is a reason to open the head and inspect the flow surfaces.

What causes eccentric insulation in a cable extruder?

Eccentric insulation is most often caused by a misaligned guide core, a worn die ring, or a misaligned conductor-guide tube. It can also come from uneven heater temperature around the head, which creates a viscosity difference between opposite sides of the flow channel.

Do die head materials matter for low-smoke halogen-free (LSZH) compounds?

Yes. LSZH compounds often have a high mineral filler content and generate acidic decomposition products. A standard H13 head will wear faster and may corrode. Nitrided or stainless-steel flow surfaces are a more reliable choice for LSZH, especially at high output rates.

How do I know if my die head is too large for the extruder?

Residence time and pressure drop are the main indicators. If you see a long delay between a color change and the new color appearing at the exit, or if the melt pressure at the head is too low to stabilize the screw, the flow channel is probably too large for the application.

Conclusion

The extrusion die head is the least visible but most influential part of a cable extrusion line. It determines whether a high-speed line can hold tight wall-thickness tolerance, clean surface, and stable diameter without constant operator intervention.

When you select a new extruder, evaluate the die head as carefully as the screw and drive. Match it to the polymer family, the wall-thickness range, and the maximum line speed. Then control the operating variables: melt temperature, head pressure, tooling alignment, and surface condition.

If you are chasing a tolerance problem in an existing line, start your investigation at the die head. In many cases, the screw is not the root cause; a worn or misaligned die head is . Gemwell designs each extruder around the specific head and tooling set, which is why cable makers use our lines for applications where consistent geometry matters.