خط اکستروژن سیم و کابل

دانش صنعت

چگونه طراحی پیچ بر کیفیت خروجی سیم تأثیر می گذارد و خط اکستروژن کابل

پیچ اکسترودر قلب هر کدام است خط اکستروژن سیم و کابل ، با این حال هندسه آن اغلب به عنوان یک پارامتر ثابت به جای یک متغیر قابل تنظیم در نظر گرفته می شود. در عمل، طراحی پیچ – از جمله نسبت L/D، نسبت تراکم، گام پرواز، و پیکربندی ناحیه مانع – مستقیماً همگنی مذاب، سرعت خروجی و قوام ضخامت دیواره عایق را تعیین می‌کند. برای مثال، پیچی که برای ترکیبات PVC طراحی شده است، در هنگام اجرای XLPE یا TPE، حتی در تنظیمات RPM یکسان، دمای ذوب و نرخ برش قابل توجهی متفاوت ایجاد می کند. درک این روابط به مهندسان تولید این امکان را می دهد که تصمیمات آگاهانه ای در مورد انتخاب پیچ اتخاذ کنند، به جای پیش فرض هر چیزی که با دستگاه همراه است.

نسبت L/D (طول به قطر) متداول ترین پارامتر پیچ است. نسبت L/D بالاتر - معمولاً 25:1 تا 30:1 برای کاربردهای عایق کابل - زمان ماندگاری بیشتری را برای مذاب پلیمر فراهم می کند و اختلاط و یکنواختی حرارتی را بهبود می بخشد. با این حال، پیچ‌های بلندتر نیز ورودی گرمای برشی را افزایش می‌دهند، که می‌تواند برای ترکیبات حساس به حرارت مانند مواد LSZH (هالوژن کم دود صفر) مشکل‌ساز باشد. در این موارد، طراحی پیچ مانع با یک بخش اختلاط اختصاصی در نزدیکی منطقه اندازه‌گیری راه‌حل بهتری ارائه می‌دهد: فازهای جامد و مذاب را زودتر در بشکه جدا می‌کند و آلودگی گلوله ذوب نشده را بدون برش بیش از حد کاهش می‌دهد.

Shanghai Yessjet Precise Machinery Co., Ltd. هندسه پیچ را بر اساس خانواده ترکیب خاص و محدوده خروجی هدف برای خط اکستروژن کابل هر مشتری پیکربندی می کند. به جای ارائه یک پیچ جهانی، تیم مهندسی منحنی های ویسکوزیته پلیمر، پنجره های دمای پردازش و سرعت خط مورد نیاز را قبل از تعیین نسبت تراکم و هندسه پرواز ارزیابی می کند. این رویکرد یک منبع رایج تغییر ضخامت دیوار را که اپراتورها اغلب به اشتباه به مسائل مربوط به مرکز قالب یا کنترل کشش نسبت می دهند، حذف می کند.

مشخصات دما در مناطق بشکه: چرا مناطق بیشتر به معنای کنترل بیشتر است

پیکربندی‌های خط اکستروژن کابلی مدرن معمولاً بشکه اکسترودر را به پنج تا هشت ناحیه گرمایش کنترل‌شده مستقل، به‌علاوه نواحی دای و کراس‌هد جداگانه تقسیم می‌کنند. هدف از این تقسیم بندی صرفاً گرم کردن پلیمر تا دمای مذاب مورد نظر نیست - بلکه مدیریت گرادیان حرارتی در طول کل مسیر پلاستیک سازی است به طوری که مذاب در حالت ثابت و بدون حباب با ویسکوزیته مناسب برای ضخامت دیواره هدف و سرعت خط به قالب برسد.

یک تصور غلط رایج این است که تمام مناطق بشکه باید در دماهای یکسانی کار کنند و تنها با افزایش اندک نسبت به قالب کار کنند. در عمل، پروفیل بهینه بسیار وابسته به مواد است. برای پلیمرهای نیمه کریستالی مانند HDPE، یک نمایه در حال افزایش - منطقه تغذیه خنک تر، منطقه اندازه گیری به تدریج گرمتر - باعث ذوب تدریجی می شود و خطر ذوب زودرس را کاهش می دهد که خوراک را مسدود می کند. برای مواد آمورف مانند پی وی سی سفت و سخت، یک پروفیل صاف تر با شیب جزئی در ناحیه اندازه گیری از تخریب ناشی از تجمع گرمای برشی بیش از حد جلوگیری می کند. اشتباه گرفتن این نمایه باعث ایجاد ضایعات میکروژل یا نقص‌های سطحی می‌شود که فقط در طول آزمایش جرقه یا در طول آزمایش مصرف نهایی مشتری آشکار می‌شوند.

استراتژی های معمول مشخصات دما بر اساس مواد

این پروفایل ها به عنوان مرجع شروع عمل می کنند، نه دستور العمل های ثابت. بهینه‌سازی در دنیای واقعی به فشارسنج‌های مذاب در ورودی قالب و یک دماسنج مذاب مادون قرمز برای تأیید دمای واقعی مذاب مستقل از نقاط تنظیم منطقه بشکه نیاز دارد - تمایزی که هنگام اجرای خطوط با سرعت بالای 200 متر در دقیقه اهمیت زیادی دارد.

کنترل کشش کاترپیلار و تأثیر آن بر ازدیاد طول هادی

در یک خط اکستروژن سیم و کابل، واحد حمل و نقل کاترپیلار چیزی بیش از کشیدن کابل تمام شده با سرعت تعیین شده انجام می دهد - این مکانیسم اولیه است که توسط آن ضخامت دیواره عایق در زمان واقعی تنظیم می شود. رابطه بین سرعت حمل و نقل و سرعت خروجی اکسترودر، نسبت افت را تعیین می کند، که به نوبه خود تعیین می کند که اکسترود چقدر بین خروجی قالب و نقطه انجماد کشیده می شود. حتی یک تغییر سرعت 1 تا 2 درصدی در حمل و نقل می تواند ضخامت اسمی دیواره را به خارج از باند تحمل مشخص شده توسط استانداردهایی مانند IEC 60227 یا UL 83 تغییر دهد.

یک پیامد کمتر مورد بحث تنش کشش، تأثیر آن بر خود هادی است. هنگامی که کشش بیش از حد باشد - معمولاً به دلیل فشار بیش از حد تسمه کاترپیلار یا عدم تطابق بین سرعت حمل و کشش تخلیه ایجاد می شود - هادی تحت کشش دائمی قرار می گیرد. در هادی‌های رشته‌ای، این ازدیاد طول سیم‌های جداگانه را فشرده می‌کند و مقاومت DC هادی را در واحد طول تغییر می‌دهد و به طور بالقوه آن را از انطباق با مقاومت در هر کیلومتر خارج می‌کند. این اثر به ویژه در سازه‌های سیم ریز زیر 0.5 میلی‌متر مربع که حاشیه‌های استحکام کششی رشته‌ها کوچک‌تر است، مشهود است.

پیکربندی مناسب کاترپیلار نیاز به تطبیق طول تماس و فشار تسمه با قطر خارجی کابل و سفتی ترکیب ژاکت دارد. ترکیبات نرم‌تر مانند سیلیکون یا TPU انعطاف‌پذیر به نیروی بستن کمربند کمتر و لنت‌های کمربند پهن‌تر برای جلوگیری از علامت‌گذاری سطح نیاز دارند. سیستم کنترل باید بازخورد موقعیت رول رقصنده را هم از بازپرداخت و هم از برداشتن یکپارچه کند تا یک پنجره تنش پایدار در تمام طول اجرا، از جمله در طول مراحل شتاب و کاهش سرعت در راه اندازی و خاموش شدن، حفظ شود.

مقاوم سازی خطوط قدیمی: چه چیزی را می توان و چه چیزی را نمی توان ارتقا داد

بسیاری از تولیدکنندگان کابل از تجهیزات Wire And Cable Extrusion Line استفاده می کنند که 15 تا 25 سال عمر دارند - از نظر مکانیکی سالم اما به دلیل معماری های کنترل قدیمی، کنترل کننده های دمای آنالوگ، و منطق توالی مبتنی بر رله که از ادغام با MES مدرن یا سیستم های جمع آوری داده ها جلوگیری می کند. جایگزینی کامل خط همیشه مقرون به صرفه ترین راه نیست. بهسازی های هدفمند می توانند 70 تا 85 درصد از قابلیت یک خط جدید را با 30 تا 50 درصد هزینه سرمایه بازیابی کنند، مشروط بر اینکه شرایط مکانیکی بشکه، پیچ و گیربکس اکسترودر با حداقل آستانه سایش مطابقت داشته باشد.

ارزیابی اولویت بازسازی

• ارتقاء با ارزش بالا: جایگزینی PLC با پلت‌فرم‌های مدرن زیمنس S7 یا Allen-Bradley ControlLogix، صفحه نمایش لمسی HMI با مدیریت دستور العمل، کنترل قطر حلقه بسته با استفاده از گیج‌های لیزری، و حمل‌ونقل مبتنی بر سروو با بازخورد تنش
• ارتقاء با ارزش متوسط: جایگزینی کنترلرهای منطقه بشکه آنالوگ با واحدهای PID دیجیتال با تنظیم خودکار، ارتقاء اینورترهای درایو به درایوهای فرکانس متغیر نسل فعلی با ترمز بازیابی انرژی
• مقدار کمتر مگر اینکه معیوب باشد: جایگزینی گیربکس های مکانیکی سالم، بشکه های اکسترودر با سایش کمتر از 40 درصد در فاصله لاینر به پیچ، یا سازه های خنک کننده که بدون خوردگی هستند.
• با مقاوم سازی سازگار نیست: قاب های اکسترودر با اعوجاج قاب بیش از حد تحمل تراز، هدهای متقاطع با شکل های رزوه ای بر روی پیچ های مرکزی، یا قیف های تغذیه با سایش داخلی که جداسازی ترکیبات ترکیبی را ایجاد می کند.

Shanghai Yessjet Precise Machinery Co., Ltd. یک فرآیند ارزیابی مقاوم سازی ساختار یافته را برای مشتریانی که تجهیزات قدیمی خط اکستروژن کابل را کار می کنند، توسعه داده است. این ارزیابی شامل اندازه گیری ساییدگی پیچ و بشکه از طریق بورسکوپ، تست برگشت گیربکس، تصویربرداری حرارتی از عملکرد بخاری بشکه، و ممیزی سیستم کنترل برای شناسایی اجزای منسوخ شده بدون قطعات یدکی در دسترس است. این مرحله تشخیصی مانع از سرمایه گذاری مشتریان در ارتقاء کنترل بر روی پلتفرم های مکانیکی می شود که بدون در نظر گرفتن این موضوع، طی سه تا پنج سال به تعویض کامل نیاز دارند.

کنترل قطر حلقه بسته: چگونه کار می کند و محدودیت های آن کجاست

گیج های قطر لیزری که بلافاصله پس از مخزن خنک کننده قرار می گیرند، اکنون در اکثر تاسیسات جدید Cable Extrusion Line استاندارد هستند. گیج قطر بیرونی را به طور پیوسته اندازه گیری می کند - معمولاً با سرعت اسکن 500 تا 2000 هرتز - و اندازه گیری را به کنترل کننده سرعت خط یا درایو سرعت پیچ اکسترودر برمی گرداند تا انحرافات از قطر هدف را در زمان واقعی تصحیح کند. در سیستم‌هایی که به خوبی تنظیم شده‌اند، این معماری حلقه بسته می‌تواند تحمل قطر را در محدوده 0.02 ± میلی‌متر در خطوطی که با سرعت 100 تا 150 متر در دقیقه کار می‌کنند، حفظ کند، که الزامات اکثر استانداردهای سیم IEC و UL را بدون نیاز به مداخله اپراتور در طول تولید در حالت پایدار برآورده می‌کند.

با این حال، کنترل قطر حلقه بسته دارای محدودیت های مهمی است که همیشه توسط تامین کنندگان تجهیزات به وضوح بیان نمی شود. گیج قطر ژاکت بیرونی را اندازه گیری می کند - نمی تواند به طور مستقیم خروج از مرکز ضخامت دیوار را تشخیص دهد، که به یک ضخامت سنج دیواره اولتراسونیک یا یک مانیتور خروج از مرکز مبتنی بر خازن که در حفره آب قرار دارد نیاز دارد. اگر مرکز دای در طول مدت طولانی به دلیل انبساط حرارتی بدنه کراس هد، در یک مسیر طولانی حرکت کند، یک کابل می تواند در حین کار با خارج از مرکز 30 تا 40 درصد قطر بیرونی را اندازه گیری کند. تنها با تکیه بر گیج قطر برای کنترل فرآیند، بررسی های قطر بیرونی را انجام می دهد در حالی که موادی تولید می شود که در نازک ترین نقطه در حداقل ضخامت دیواره از بین می روند.

علاوه بر این، زمان پاسخ حلقه بازخورد با فاصله بین خروجی قالب و محل گیج محدود می شود. در خطوط با فرورفتگی خنک کننده طولانی - لازم برای کابل های هادی بزرگ که پلیمر به طول خنک کننده طولانی نیاز دارد - این تاخیر انتقال می تواند 15 تا 40 ثانیه در سرعت های خط معمولی باشد. در طول این تأخیر، اختلال در فرآیند (مثلاً افزایش فشار مذاب از یک بسته صفحه نمایش نیمه مسدود شده) قبلاً 25 تا 60 متر کابل خارج از تحمل را قبل از پاسخگویی سیستم کنترل ایجاد کرده است. درک این تاخیر و تنظیم پارامترهای باند مرده مناسب در الگوریتم کنترل برای جلوگیری از نوسان تصحیح بیش از حد ضروری است، که اغلب بیشتر از اختلال اصلی به سازگاری محصول آسیب می رساند.

کویلینگ خودکار و پالت سازی رباتیک: ملاحظات یکپارچه سازی برای اتوماسیون انتهایی خط

اتوماسیون پایان خط - شامل ماشین‌های کویلینگ خودکار، ایستگاه‌های تسمه‌بندی یا نواربندی، و سیستم‌های پالت‌سازی رباتیک - اغلب به‌عنوان افزوده‌ای در آینده در طول راه‌اندازی اولیه خط اکستروژن سیم و کابل برنامه‌ریزی می‌شود، سپس به دلیل محدودیت‌های سرمایه یا پیچیدگی یکپارچه‌سازی برای مدت نامحدود به تعویق می‌افتد. نتیجه این است که سیم پیچی دستی و پالت سازی به گلوگاه تولید تبدیل می شود و سرعت خط را نه با ظرفیت خروجی اکسترودر بلکه با سرعت فیزیکی که اپراتورها می توانند کویل های تمام شده را کنترل کنند محدود می کند. در خطوطی که سیم ساختمانی با گیج کوچک با سرعت‌های بالاتر از 300 متر در دقیقه تولید می‌کنند، سیم پیچ دستی به سادگی قابل دوام نیست - چرخه تغییر سیم پیچ نمی‌تواند با خروجی تولید همگام شود.

ادغام کویل های اتوماتیک در یک خط موجود نیازمند توجه به پارامترهای متعددی است که در سطح کنترل اکسترودر تنظیم شده اند: شمارش دقیق متر از رمزگذار حمل و نقل، سیگنال برش قابل اعتماد به چاقوی پرنده یا کاتر چرخشی، و توالی انتقال سیم پیچ که اجازه نمی دهد سستی کابل بین هسته برش سیم پیچ جدید جمع شود. اگر PLC خط اکسترودر با در نظر گرفتن این سیگنال‌های دست دادن طراحی نشده باشد، کویل‌های خودکار مقاوم‌سازی می‌توانند به بازسازی سیستم کنترل قابل توجهی فراتر از نصب سخت‌افزار کویلری نیاز داشته باشند.

Shanghai Yessjet Precise Machinery Co., Ltd. معماری های کنترل خط اکستروژن سیم و کابل را با ادغام اتوماسیون انتهای خط به عنوان یک قابلیت برنامه ریزی شده از ساخت اولیه طراحی می کند، حتی زمانی که مشتری بلافاصله تجهیزات کویلینگ و پالت سازی را خریداری نمی کند. ظرفیت ورودی/خروجی یدکی، بلوک‌های ترمینال از پیش سیم‌کشی‌شده برای ارتباطات کویلری، و نقشه‌های سیگنال مستند در بسته راه‌اندازی استاندارد گنجانده شده است - به مشتریان اجازه می‌دهد تا بعداً بدون بازگشت به کارخانه برای طراحی مجدد سیستم کنترل، پالت‌سازی رباتیک یا سیم‌پیچ خودکار را اضافه کنند. این رویکرد سازگار با آینده به طور قابل توجهی کل سرمایه گذاری مورد نیاز را زمانی که حجم تولید در نهایت اتوماسیون کامل پایان خط را توجیه می کند، کاهش می دهد.