В формующих инструментах осуществляется формование поступающего из экструдера гомогенного расплава: ему придаётся форма соответствующего готового изделия, причём в некоторых случаях окончательное формование и фиксаци формы производится в калибрующих устройствах.
   Основные требования к формующему инструменту: обеспечение равномерности подачи расплава полимера к оформляющим каналам (к выходу); исключение нарушения стабильности процесса; равенство скоростей потока по ширине и периметру выходной щели; исключение колебаний температуры, перегрева перерабатываемого материала и т.д.
   Для конструирования формующего инструмента необходимо знать реологические свойства перерабатываемого материала.
   В зависимости от формы экструдата различают: формующий инструмент с замкнутым формующим контуром поперечного сечения канала (для получения полых профилей, труб, раздувных плёнок, покрытий проводов и кабелей) и с открытым контуром поперечного сечения канала (дл получения сплошых профилей, листов, плоских плёнок).
   Формующий инструмент первого типа характеризуется наличиемспециальных элементов (дорнов), которые обтекаются (омываются) расплавом полимера с разделением потоков и их последующим соединением. Это обстоятельство создаёт определённые технические трудности при конструировании формующего инструмена. По сособу крепления дорна различают формующий инструмент с неподвижным креплением дорна в специальных дорнодержателях и с креплением дорна без дорнодержателя.

Рис. 1. Прямоточная трубная головка: 1 - корпус головки; 2 - фланец; 3 - дорн; 4 - мундштук; 5 - дорнодержатель; 6 - наконечник дорна; 7 - нагревательный элемент; 8 - штуцер для сжатого воздуха; 9 - ребро дорнодержателя.

   В формующем инструменте первого типа дорн посредством звездообразного дорнодержателя с радиально расположенными рёбрами крепится к корпусу формующего инструмента, а рёбра дорнодержателя рассекают расплав полимера. Такие головки применяются при производстве труб (рис.1), полых профилей и рукавных плёнок (рис.2).

Рис.2. Угловая экструзионная головка для получения рукавной плёнки: 1 - кольцо орна; 2 - мундштук; 3 - дорн; 4 - обойма мундштука; 5 - решётка; 6 - дорнодержатель; 7 - штуцер для подвода сжатого воздуха; 8 - переходник; 9 - вращающийся диск; 10 - зубчатая передача; 11 - привод; 12 - скользящее кольцо; 13 - вращающаяся вулка; 14 - уплотнительные шайбы; 15 - поворотная деталь; 16 - фильтр; 17 - переходник; 18 - электронагреватели; I, II, III - входная, переходная и формующая зоны соответственно.

   Существуют головки с дорном, который крепится не при помощи дорнодержателя, а с помощью фланцев, расположенных на дорне (рис.3). Такие головки применяюся в производстве рукавных плёнок.

Рис.3. Экструзионная головка для получения рукавной плёнки с центральным питанием и регулируемым давлнием: 1 - формующее кольцо; 2 - мундштук; 3 - дорн; 4 - корпус мундштука; 5 - крепёжные болты; 6 - термопары; 7 - штуцер для подвода сжатого воздуха; 8 - переходная втулка; 9  - крапёжная шайба; 10 - дроссель; 11 - фильтр; 12 - переходник; 13 - крепёжная втулка; 14 - болт регулировки кольцевого зазора.

    На рис. 4 и 5 представленны головки для нанесения покрытий на кабели или провода и для производства рукавных плёнок. В таких головках дорн крепится к специальному полому стержню, имеющему возможность осевого перемещения. В этих головках происходит боковое питане расплавом, а между дорном и корпусом головки имеется распределительный канал, предназначенный для обеспечения равномерного подвода расплава полимера к оформляющей щели. При этом возникает проблема выравнивания линейных скоростей потока по периметру оформляющей щели.

Рис.4. Кабельная головка: 1 - переходник; 2 - корпус головки; 3 - регулировочный болт; 4 - гайка; 5 - мундштук; 6 - дорн; 7 - сопло для подвода окрашенного расплава; 8 - подводящий канал; 9 - регулирующая втулка; 10 - гильза.

Рис.5. Экструзионная головка для получения рукавных плёнок с боковым питанием расплавом: 1 - переходник; 2 - фильтр; 3 - корпус головки; 4 - термопары; 5 - штуцер для подвода сжатого воздуха; 6 - коллекторный канал; 7 - затвор(сужение); 8 - выравнивающий канал; 9 - электронагреватели; 10 - дорн; 11 - болт для регулирования степени дросселирования; 12 - болт для регулирования величины формующего зазора; 13 - дросселирующее кольцо; 14 - мундштук; 15 - крепёжная втулка; 16 - крепёжный болт.

   Независимо от назначения головок (головки для экструзии гранул, труб, профилей, листов, плоских и рукавных плёнок) в них имеются следующие зоны: 1) входная зона (переход от экструдера к головке), в которой происходит изменение конфигурации поперечного сечения подводящих каналов - круглая (в случае одночервячных экструдеров)форма и форма восьмёрки (для двухчервячных экструдеров) преобразуется в большинстве случаев в прямоугольный или овальный каналы непосредственно на входе в головку;2) переходная зона или участок распределения расплава, в которой прямоугольная или овальная формы поперечногосеченя потока расплава трансформируются в форму поперечного сечения соответствующего полуфабриката непосредственно на входе в оформляющий канал; 3) оформляющая (формующая) зона, в которой из полимера формуется изделе или полуфабрикат требуемого профиля.
   Проектирование и расчёт эктрузионных головок производят в следующей последовательности:

1. определение размеров оформляющих зазоров; при этом необходимо учитывать степень вытяжки и разбухания экструдата;
2. расчленение каналов сложной геометрии на участки простой геометрии поперечного сечения и определение соответствующих элементарных расходов через эти участки;
3. определение скоростей сдвига γ для данной температуры переработки и эффективной вязкости по кривым течения;
4. расчёт коэффициентов сопротивления K_i для каждого из элементарых участков сечеия оформляющих каналов; при этом используется известное соотношение между объёмной производительностью и перепадом давления для данной геометрии оформляющих каналов. Коэффициент K_i  зависит от геометрических размеров и формы каналов;
5. расчёт перепада давления;
6. сравнение перепада давления отдельных участков. В случае большого различия в перепадах давлени задают новые размеры сечений участков и расчёт повторяют;
7. оценка повышения температуры Δθ вследствие диссипативного тепловыделения при сдвиговом течении в адиабатическом приближении:
    Δθ=η_эγ^2t/cρ

   Для расчёта общего перепада давления применяются следующие формулы:

при последовательном соединении участков каналов

при параллельном соединении
                                Δр=Δp_i=Δp₁=Δp₂=...=Δp_k

где k - число участков; Δр - суммарный перепад давления; Δp_i - перепад давления на отдельных участках.
   При конструировании экструзионных головок необходимо обеспечивать выполнение следующих основных требований:

1. реологически благоприятные условия течения расплава полимера по каналу за счёт плавного изменения поперечного сечения (угол наклона при коническом переходе должен быть ≤30^о );
2. постоянство размеров оформлющих каналов с целью исключеня локальных деформаций расплава на оределённых участках головки, приводящих к искажению размеров экструдата;
3. точная воспроизводимость фиксации положения отдельных деталей головки;
4. возможность доработки отдельных деталей с целью корригирования потоков расплава;
5. лёгкий монтаж, демонтаж, обслуживание и ремонт головки;
6. экономия материала при изготовлении экструзионных головок.

   Экструзионные головки рзличаются по способу крепления к цилиндру экструдера (с помощью фланцев, байонетных затворов и откидных болтов), по расположению оси головки относительно оси червяка (угловые, прямоточные и офсетные) и по типу нагревателей (с нагревателями сопротивления и нагревом жидкими теплоносителями).

Источник: Техника переработки пластмасс