Оснащение линий для экструзии алюминиевых профилей
Оснащение линий для экструзии алюминиевых профилей
На прошедшей этим летом в Санкт-Петербурге IV Международной конференции и выставке «Алюминий 21/Прессование» представитель фирмы BWF Tec. GmbH, (Германия) Владимир Лапин выступил с докладом «Выбор и оснащение изделиями из технических войлоков Extru-Line BWF линий для экструзии алюминиевых профилей».
До сих пор не раскрыты все преимущества технического текстиля, применяемого при экструзии алюминиевых профилей. Возможно, это связано с тем фактом, что не ясно, кто несет ответственность за его применение на предприятии. Иногда это может быть снабженец, ремонтный или производственный персонал, а иногда и руководитель, который берет на себя ответственность за определение лучших технических характеристик и подбор изделий из технического текстиля для транспортирования профилей. Также это может быть связано с тем, что по этой теме мало публикаций, и существует не очень много возможностей и времени для получения основной информации, а еще меньше шансов для обмена опытом по этой теме на выставках, конференциях или технических семинарах.
С другой стороны, в связи с новыми научными разработками, в частности с более глубокой переработкой волокон, возможно получение все новых и новых свойств у технического текстиля, который применяется в системно-ориентированной продукции и новых областях, для которых, соответственно, разрабатываются новые стандарты. В своем докладе Владимир Лапин дает краткий обзор новых требований и достижений в области производства технического текстиля и некоторые базовые критерии для достижения двух главных целей в процессе транспортирования и перекладки профиля: эффективность и качество.
Сравнение технического текстиля с графитом
Хотя недостатки графита хорошо известны, но, как и 10–20 лет назад, до сих пор при экструзии алюминиевого профиля используют изделия из графита (пластины, бруски), чтобы транспортировать и перекладывать готовый алюминиевый профиль.
Графит — это твердый и шероховатый материал с низкой способностью гасить удары. Удары, отскоки и царапины на графите могут оставлять отметки на поверхности экструдированного алюминиевого профиля. Профиль может быть загрязнен частицами графита (графитовой пылью). Это может привести к дополнительным затратам по очистке профилей от пыли.
Металлургическое непостоянство может возникнуть в результате концентрации тепла на графитовой пластине или бруске. Этот эффект приводит к образованию темных участков.
По сравнению с графитом, технический текстиль, особенно, технические войлоки, изготовленные из температуростойких волокон, имеют преимущества в изоляции и теплопередаче, ровную мягкую поверхность и высокую способность гасить удары. Т. е. температуростойкие волокна не имеют такого же воздействия на алюминий, как графит. Единственный аргумент, который часто трактовался в пользу графита, — что после выхода профиля из пресса изделия из текстиля не могут выдерживать высокую температуру без разрушения. Однако последние доводы в пользу графита были опровергнуты разработкой высокотехнологичного волокна PBO (полифенилен-бензобис-оксазол) под торговым названием Zylon («Зайлон»).
Приблизительно 20 лет назад первые технические войлоки были доработаны до требований конечного потребителя для изготовления алюминиевых профилей более высокого качества, особенно, для применения в строительстве и изготовлении конструкций. С того времени многое изменилось. Изготовители выходных столов для прессовых линий пришли к новым системам, например, полностью состоящим из роликов для короткого и выходного столов, и ленточных ремней для зоны охлаждения, усовершенствованных системами охлаждения, двойными пуллерами и мн. др.
Войлочные (нетканые) или тканые изделия?
Технический текстиль для экструзионной алюминиевой промышленности может быть тканым или войлочным (нетканым). Приблизительно 80% производителей алюминиевого профиля методом экструзии в Западной Европе используют изделия из войлоков. Войлок состоит из мягких текстильных волокон и имеет ровную гладкую поверхность, структуру без плетеного рисунка, которая может поцарапать или повредить профиль. Кроме того, войлок имеет так называемую «самовосстанавливающуюся структуру», уникальную для изделий из войлока. Структура волокон такая тонкая, что порезы острыми краями могут происходить без повреждения или изменения ровной поверхности войлока.
Высокотехнологичные/температуростойкие волокна
Название волокна |
Температурная стойкость при кратковременном контакте1, оС |
Механическая стойкость (абразивная устойчивость) |
Сложность производства:
|
Кремнезем |
1100 |
средняя |
очень сложн |
Керамика |
900 |
низкая |
очень сложн |
Металл |
700 |
низкая |
очень сложн |
PBO |
550 |
высокая |
сложно |
Стекло |
500 |
низкая |
сложно |
PBI |
500 |
низкая |
нормально |
Параарамид |
500 |
высокая |
сложно |
Полиоксидиазол |
300 |
низкая |
нормально |
PTFE |
280 |
низкая |
очень сложн |
P84 |
280 |
средняя |
нормально |
Preox |
250 |
низкая |
нормально |
Метаарамид |
250 |
средняя |
нормально |
1 С сокращением срока службы
В представленной таблице показаны многие высокотехнологичные и температуростойкие волокна. Конечно, этот список не полон, есть еще много других материалов, в том числе и асбест, который является температуростойким волокном, однако, в Западной Европе он запрещен. Температурная стойкость множество указанных волокон выше самых высоких температур в экструзионной алюминиевой промышленности. Но важна не только температурная стойкость, но и прочность, а также абразивная устойчивость. Из некоторых волокон, указанных в этой таблице, невозможно изготавливать ленточные ремни и рукава для роликов. Например, кремний, керамика и стекловолокна имеют высокую температурную стойкость, но их механические свойства, особенно абразивная устойчивость, недостаточна, и со временем волокна становятся хрупкими и разрушаются под нагрузкой. То же самое происходит с волокнами металла — из них сложно и трудно изготавливать изделия. Согласно этой таблице, лучшими материалом для экструзии алюминия является PBO (поли [п-финилен-2,6 бензобисоксазол]) под названием «Зайлон»® (Zylon®).
Особенности PBO
Волокно PBO с его способностью совмещать высокую температурную стойкость с механической прочностью было первоначально разработано для костюмов пожарных и производства оболочек кабелей. Вскоре также поняли, что PBO с высокой температурной и механической стойкостью является идеальным материалом для передаточных систем при экструзии алюминия.
Чтобы понять одну из характеристик PBO, следует рассмотреть представленный график термогравиметрического анализа PBO на воздухе по сравнению с параарамидными волокнами (измерение изменений массы вещества, вызванных его тепловой обработкой):
Как видно на графике, PBO имеет пик температурной стойкости на 100–150 оС выше, чем параарамиды типа «Кевлар»®.
Абразивная устойчивость
Сравнение абразивной устойчивости волокна PBO с пара- и метаарамидами: испытание проводилось при выдержке темп. 450 оС в течение 20 мин., нагрузке 300 г/см2 и скорости 300 рад./мин. согласно тесту EU ISO Martindale. Волокно PBO имело лучший результат.
Результаты этих испытаний подтвердили высокую прочность изделий из волокон PBO при более высоких температурах, при которых параарамид уже утратил свои качества.
Современные выходные столы и совершенствующиеся системы охлаждения позволяют полностью убрать графит из передаточных систем при экструзии алюминиевых профилей.
Механическая прочность
Другой важной характеристикой PBO является высокая прочность на разрыв, в отличие от других известных синтетических волокон. Нить из этого волокна самая прочная в мире. Например, если сравнивать прочность PBO со сталью при одинаковой нагрузке, то PBO оказывается в 10 раз прочнее стали и вдвое прочнее параарамида «Кевлар»®. Это делает PBO лучшим выбором при высоких механических нагрузках, например, когда профили постоянно скатываются на боку или там, где по роликам перемещаются профили с острыми краями.
Краткое заключение
Изучение применения этого материала при экструзии алюминия показали, что срок службы изделий из PBO при высоких температурах в 2–4 раза дольше, чем изделий из параарамида. И он также зависит от веса профиля, его формы и также от конструкции выходных столов и системы охлаждения. Это означает, что чем больше проблем в системе перекладки (т. е. высокая температура прессования, только воздушное охлаждение, большой вес, плоский профиль или с острыми краями), тем больше преимуществ при использовании изделий из волокон PBO, в том числе, и реже их замена.
Волокно PBO является лучшими материалом для производства алюминия способом экструзии, но можно ли оснастить все транспортно-передаточное оборудование материалами из волокон PBO? Технически это возможно! Но никто, наверное, еще не видел полностью оснащенный выходной стол материалами из волокон PBO из-за его высокой стоимости. Стоимость PBO значительно выше, чем пара- или метаарамид. На участках с более низкими температурами также хорошо могут служить изделия из таких материалов.
Технические войлоки с различной механической и температурной стойкостью для обеспечения транспортирования экструдированного профиля
Технический текстиль для системы ремней
Для достижения поставленных целей — эффективности и качества — балки перекладчика все чаще и чаще заменяются системой ремней по двум главным причинам.
1. Оптимальное обеспечение качества на гладкой одноуровневой системе транспортирования. Это означает, что профили укладываются только один раз на ровный и ударопоглощающий текстильный ремень, а затем перемещаются на одном уровне. Это создает лучшие условия перемещения профилей, при которых удается избегать механических повреждений и дефектов, часто связанных с подъемами и опусканиями шагающих балок перекладчика.
2. Повышение производительности и качества возможно с помощью большого диапазона настроек. Это означает, что перемещение профилей с помощью системы ремней может лучше настроить работу пресса, систему охлаждения, правильно-растяжную машину, привести к лучшим результатам качества и производительности и, следовательно, повышению эффективности производства.
Возможность регулировать скорость движения ремней и даже осуществлять обратный ход позволяет в случае остановок или несчастных случаев удерживать профили на месте в течение длительного времени.
Возможно, третья причина, на которую следует обратить внимание, это снижение уровня шума. Там, где шум является проблемой, ремни являются альтернативой шагающим балкам перекладчика.
Характеристики различных типов ремней
В эксплуатации находятся различные типы ремней: тканые, ламинированные войлочные, прошитые по краям или нет, с замком-скрепкой или без, склеенные или сшитые, бесконечные (бесшовные) войлочные ремни.
Тканые ремни. Многие ремни этого типа при применении деформируются от чрезмерного растяжения и должны быть заменены, даже если не исчерпали свой ресурс. Они не могут быть натянуты с помощью регулировок. Также тканые структуры могут оставлять отпечатки плетеного рисунка на поверхности профиля.
Еще одно слабое место тканых ремней: если нить разрывается или режется острым краем профиля, то она начинает свободно свисать, и с этого момента ткань и ремень начинают разрушаться.
Ламинированные войлочные ремни. Эти ремни имеют мягкую поверхность, которая буквально «самозаживляется», т. е. самовосстанавливается. Незначительный порез будет уходить внутрь поверхности и не нарушит целостную структуру войлока. Слабость ламинированных ремней в самом ламинировании. Верхний войлочный материал является достаточно термостойким, а не клей для ламинирования и не полиэфирная ткань или полиуретановая подложка под ним. Если тепло проникнет вовнутрь, то клей расплавится и произойдет отслоение покрывного материала. Также слабым местом таких ремней является соединение краев, которые сшиты или соединены с помощью замка-скрепки.
Таким образом, для ламинированных ремней необходим тщательный контроль температуры. Диаметр шкива должен быть достаточно большим, чтобы их можно было использовать. Все это может быть решающим аргументом при принятии решений для инвестиций по модернизации или установке новой системы ремней.
Бесконечные/бесшовные 100%-ные войлочные ремни. Основываясь на опыте, изложенном выше, важным достижением в продукции этой группы стала разработка прочных, бесконечных/бесшовных ремней из 100%-ного технического войлока. Такие ремни изготовлены из термостойкого длинноволокнистого войлока с очень малым удлинением при растяжении и очень плотной структурой без соединения или стыка. Эти ремни могут использоваться на шкивах малых диаметров и сложной геометрической системой. Они могут быть сделаны из любых, включая PBO, высокотехнологичных волокон, перекрывающих весь температурный интервал.
Диаграмма деформирования различных типов ремней
0 |
20 |
40 |
60 |
80 |
100 |
120 |
140 |
1% |
2% |
3% |
4% |
Бесконечный/бесшовный параарамидный войлочный ремень |
Ламинированный войлоком ремень |
Тканый ремень |
Удлинение,% |
Усилие, даН/cм |
Поиск дополнительных преимуществ
Выявление дополнительных преимуществ часто упускается в определении возможностей технического текстиля, особенно при работе по модернизации. Однако эти, пусть незначительные на первый взгляд, преимущества позволяют повысить производительность или облегчить обслуживание оборудования.
Самоклеящаяся подложка.
Самоклеящаяся подложка (двусторонний скотч) на текстильных пластинах или полосах особенно удобна для цепных конвейеров или на балках перекладчика. Этот легкий и быстрый метод монтажа исключает подбор необходимого клея и привлечение персонала для его нанесения и фиксации на носителе, а также сокращает затраты времени, которые уходят на ожидание затвердевания клея.
Что надо учитывать при применении самоклеящейся подложки?
Не рекомендуется использовать ее на деревянной основе или носителе, особенно там, где применяются высокие температуры или водяное охлаждение. Дерево, особенно когда достаточно изношено, имеет зернистую и часто грубую поверхность, которая не позволяет получить хорошую адгезию. Также изменения температуры и влажности вызовут расширение или сужение дерева больше, чем у покрывных текстильных изделий.
Поэтому лучше использовать старые стальные или алюминиевые пластины на балках перекладчика, предварительно очистив их от пыли и смазки. Также самоклеющаяся подложка не должна использоваться при длительном контакте с водой. При выполнении этих условий она даст прочное и надежное соединение.
Обработка смолой
В зависимости от диапазона веса и формы выпускаемых профилей образуются продавливания — на покрытиях выходного стола по краям, но в большей степени в середине. Обработка смолой, что означает уплотнение или отвердение из-за компонентов смолы, поможет избегать появления следов от профиля и дольше сохранять покрытия выходного стола в хорошем состоянии. Это не подходит для легких профилей, но может помочь при прессовании ответственных профилей, т. к. тяжелые трубы, шины и тяжелые профили с острыми краями чаще или дольше прессуются. Для профилей, вес которых около или выше 7 кг/п. м, изделия рекомендуется обрабатывать смолой для повышения производительности и более долгой службы. Для пластин перекладчика, которые служат для охлаждения и постоянно подвергаются механическим воздействиям, обработка смолой является особенно экономически эффективной.
Уменьшение трения
Обработка смолой, помимо защиты от механических повреждений, придает текстильным изделиям более гладкую и скользкую поверхность.
Низкое трение и высокая механическая прочность являются существенным преимущественным фактором для покрытий балок перекладчика, где профили собираются и поднимаются вручную в дополнение к перемещению самих балок перекладчика.
Что требуется учитывать при обработке смолой? Существуют различные процессы обработки текстиля смолой. Следует проверить, является ли смола только поверхностным покрытием, как краска, делающая поверхность достаточно твердой, но и ломкой. Такое поверхностное покрытие обычно через некоторое время будет изнашиваться, и текстильный материал под разрушенным покрытием будет усиливать трение, вызывая нежелательные последствия.
Лучшим способом обработки смолой является полное проникновение компонентов смолы внутрь технического текстиля. Это гарантируют однородность и высокую твердость продукта при сохранении гладкой поверхности для оптимальной защиты также и тонкостенных профилей.
Выбор правильного сочетания изделий
Каковы критерии выбора оснащения оборудованием системы транспортировки и перекладки прессовой линии? Принимая во внимание, что каждая прессовая линия и выходной стол уникальны для выпуска профилей определенной номенклатуры, есть два критерия, которые надо учитывать при выборе технического текстиля для замены изношенных изделий или модернизации оборудования: температурная стойкость и механическая стойкость.
Температурная стойкость определяется температурами в различных зонах выходного стола. Со стороны текстиля температурная стойкость определяется типом используемого волокна и выбранной конструкции, например, когда два слоя различных материалов соединены вместе (сэндвич-конструкция).
В качестве третьего пункта можно было бы проверить, возможно ли сформировать ремонтные наборы для снижения затрат и облегчения технического обслуживания. Концепция состоит в том, что часть покрытий для роликов или балок перекладчика может заменяться частично в местах большего износа. Например, возможно, для центральной части широких выходных столов, где износ больше, чем по краям, использовать более стойкий материал. Части должны плотно прилегать друг к другу, чтобы между ними не образовывались зазоры, куда могут попасть профили.
Кроме того, покрытия для балок перекладчика можно разделить на ремонтные участки, разрезав их под углом 45о для оптимального перекрытия балки.
Рабочие температуры различных типов волокон
PBO (Zylon®) |
до 550–600 оС |
Параарамиды «Кевлар»®, «Тварон»® |
500–550 оС |
Смесь: 70% параарамида и 30% Preox («зеленый материал») |
450 оС |
Метаарамиды Nomex® Teijin Conex® |
220–240 оС |
Полиэфир |
150–180 оС |
Достаточная прочность при кратковременном контакте |
Выбор изделий с правильной механической стойкостью определяется средним и максимальным весом, размером и формой профиля. Механическая стойкость изделий зависит также и от применяемых волокон, но главным является правильный выбор конструкции изделий и обработки (например, бесконечные/бесшовные ремни, обработка смолой для ответственных профилей).
Важны также и система охлаждения, и размер и форма профиля. Тонкостенные профили особенно нуждаются в бережном перемещении. Для этого не могут быть использованы твердые материалы. Никогда не применяйте твердые материалы для перемещения тонкостенных легких профилей.
Итак, некоторые рекомендации по применению различных материалов (это те же самые материалы, что используют передовые производители оборудования для прессования).
Начальная зона (короткий выходной стол). Используется волокно PBO оранжевого цвета (Zylon®). Количество роликов с рукавами из материала PBO будет зависеть от типа производимых профилей. Тяжелому профилю требуется большее количество таких роликов. Не рекомендуется устанавливать пластины (подушки) из волокон PBO в начальной зоне из-за низкой абразивной стойкости изделий, выполненных из технических войлоков.
Выходная зона. Первые ролики — с оранжевыми рукавами из волокон PBO, следующие — желтые из параарамида («Кевлар»® или «Twaron»®) или зеленые из смеси: 70% волокон параарамида и 30% Preox.
Такие же рекомендации и для начальной зоны и выходного стола цепных конвейеров.
Перекладчик и зона охлаждения. Для ленточных ремней лучше использовать параарамид. Для обшивки направляющих перекладчика —пластины из параарамида. Для тяжелых профилей имеют смысл ленточные ремни из волокон PBO или пластины сэндвич-структуры с параарамидом.
Зона вытяжки и перекладки. Оснащение зависит от веса выпускаемого профиля. Ленточные ремни или пластины из метаарамида (Nomex, Conex) могут быть использованы для тяжелых профилей, а полиэфирные ремни — для легких профилей.
Зона резки. Здесь рекомендуется использовать мягкие покрытия роликов из полиэфира.
Заключение
Максимальная производительность при производстве любых алюминиевых сплавов методом экструзии может быть достигнута при полном взаимодействии всех факторов производственного процесса. Перекладка экструдированного профиля после его выхода из пресса не является исключением из этого правила.
Профиль в процессе прессования подвергается правке с растяжением, резке, перемещению с выходного стола в зону охлаждения, при этом температура контролируется с помощью воздушной или водяной системы охлаждения. Это длительный процесс. Сбой или задержка в любой момент при перекладке профиля может вызвать незапланированные дорогостоящие остановки. Это может происходить в тот момент производства, когда профиль наиболее уязвим к повреждениям. Это приводит к дополнительному браку уже после того, как все предыдущие операции и работы были уже выполнены.
Применение изделий из технических войлоков — это необходимые вложения в качество, эффективность и производительность. Изделия из технических войлоков, изготавливаемых из температуростойких волокон, в настоящее время являются необходимыми для процесса экструзии алюминиевых профилей.
Конечно, короткий обзор материалов в данном докладе не может заменить конкретные консультации для обслуживающего и ремонтного персонала компаний. Но, возможно, может помочь тем, кто впервые познакомился с изделиями из технического текстиля и хочет получить возможность их лучше оценить и, в конечном счете, применить.
***
Редакция журнала «СтройПРОФИль» благодарит компанию «Алюсил-МВиТ» за организацию IV Международной конференции и выставки «Алюминий 21/Прессование».[1]
Подготовил Андрей РИККИНЕН
1 Хокуда Т., Ябуки К., Куроки Т. и Номура Д. «Свойства и применение волокон ПБО (поли [п-финилен-2,6 бензобисоксазол])»: 35-й Международный конгресс искусственных волокон. Дорнберн, Австрия, 25–27 сентября1996 г.
Автор: Андрей РИККИНЕН Дата: 22.11.2012 Журнал Стройпрофиль 102 Рубрика: металлические конструкции Внимание: Публикация является архивной и на текущий момент может быть не достоверной. |