押出ダイヘッドの機能、種類、材質、選び方、メンテナンスについて解説

押出ダイヘッドとは何ですか?

押出ダイヘッドは、単軸または二軸押出機の吐出端に取り付けられる精密流量分配ユニットです。ケーブル製造では、溶接線、デッドスポット、または温度勾配を生じさせることなく、連続した同心円状の層で移動する導体の周りに溶融ポリマーを巻き付けます。

その仕事は成形だけにとどまりません。また、適切に設計されたダイヘッドは、背圧を生成することでスクリューの安定した動作を促進し、スクリューからの圧力と温度の変動を均一にし、溶融物が導体の全周にわたって均一な速度で流れるように保ちます。

ケーブル押出ラインでの役割

• 溶融物をワイヤまたはケーブルコアの周囲に均一に分配します。
• ダイとチップの形状によって壁の厚さの比率を制御します。
• 1,000 m/分を超える速度でも同心度を維持します。
• スクリュー出力を安定させるのに十分な背圧を高めます。
• 流路全体のポリマー温度を均一に保ちます。

押出ダイヘッドの主要コンポーネント

ダイヘッドの設計は機械メーカーによって異なりますが、中心的な要素は同じです。各コンポーネントには特定の役割があり、それらのいずれかに小さな磨耗や位置合わせの誤差があると、完成したケーブルにすぐに現れます。

これらの部分はシステムとして連携して動作します。ガイドコアが中心にあるものの、ダイリングが片側で 0.02 mm 摩耗している場合、壁厚の変動は薄い FEP 層で /-0.03 mm を超える可能性があり、これは静電容量が顧客の要件の外にシフトするのに十分です。

これらのそれぞれが完全な配線にどのように適合するかは、以前に説明した内訳で確認できます。 押出機を構成するコンポーネント .

押出ダイヘッドの仕組み

溶融物は押出機のフランジからヘッドに入り、ブレーカープレートを通過して、スプレッダーの周りを流れます。スプレッダーは、ポリマーを円形の流れからガイド チップを囲む環状リングに再分配します。導体はヘッドの中心を通り、出口のダイリングが最終的な直径を制御します。

3 つの設計変数が最も重要です。

• ランド長さ ：金型出口の直線部。ランドが長いと流れが安定しますが、圧力損失が増加します。
• 抜き勾配角度 : ランドにつながるテーパー。角度が急すぎると、高いせん断力と熱が発生します。テーパーが浅すぎると、厚くて動きの遅い境界層が生成されます。
• 流路バランス : 溶融経路は導体の周囲で対称でなければなりません。チャネル長の 10% の違いでも、検出可能な厚さの違いが生じます。

高温 FEP 絶縁の場合、通常の溶融温度は 380 ～ 420°C です。 100 mm のスチール ダイ リングは、室温と動作温度の間で約 0.4 mm 膨張する可能性があるため、最終的な同心度調整を行う前に、ヘッドが完全な熱平衡に達するまで待つ必要があります。

溶融物は導体よりも大きいチューブとして排出されます。押し出されたチューブは、必要な最終直径まで引き抜かれます。ダイの形状、ドローダウン、および引き上げ速度の関係によって、最終的な壁の厚さが決まります。

押出ダイヘッドの種類と用途

ケーブル構造が異なれば、異なるダイヘッドのコンセプトが必要になります。この選択は、工具のコストだけでなく、壁厚の許容差や達成できる最大ライン速度にも影響します。

加圧式ダイヘッド

圧力タイプのヘッドでは、溶融したポリマーがヘッド内の導体と接触し、結合層として排出されます。この設計は、ポリマーとケーブルコアの間の接着が必要なシースおよびジャケットの用途に一般的です。圧力により、ポリマーは導体表面と接触した状態に保たれます。

チューブタイプダイヘッド

チューブタイプのヘッドでは、最初に溶融ポリマーのチューブが形成され、その後、多くの場合真空補助を使用して、ダイの出口後に導体に適用されます。このタイプは、導体にかかる引張応力を軽減し、より速いライン速度を可能にするため、薄い絶縁層に適しています。

FEPおよびPFA用高温ダイヘッド

フッ素ポリマーには耐食性の流路と正確な加熱制御が必要です。ヘッドは、400℃以上での連続運転にスケールを発生させずに耐えられる材料で作られていなければなりません。ジェムウェルはそれを組み合わせます FEP/PFA高温芯線絶縁押出機 溶融温度の偏差を /-5°C 以内に保つダイヘッドを使用すると、 壁の厚さがわずか 0.09 mm の場合は重要です .

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発泡ダイヘッド

化学発泡プロセスでは、発泡剤が早期に膨張しないように、ヘッドを通過する圧力プロファイルを注意深く制御する必要があります。ヘッド圧力は、溶融物がダイから出るまでガスの膨張を抑制するのに十分な高さを維持する必要があります。これが、PE/PP/PU 発泡断熱ラインが固体断熱ヘッドの代わりに専用のダイヘッド形状を使用する理由です。

多層および共押出ヘッド

発泡スキン絶縁体や接着ジャケット構造などの多層ケーブルには、単一のフロー チャネル内で 2 つ以上の溶融ストリームを組み合わせる共押出ヘッドが必要です。ヘッドの形状は、各層が結合する前に平行かつ均一に保つ必要があり、層間の界面にこぶやうねりが発生してはなりません。

クロスヘッド設計とストレートスルー設計

ほとんどのケーブルの絶縁および被覆ラインでは、導体が押出機の軸に対して 90° で入るクロスヘッドが使用されます。ストレートスルーヘッドはロッドや異形押出成形によく使用され、ワイヤーコーティングにはほとんど使用されません。クロスヘッドの 90° の曲がりは潜在的なデッド スポットであるため、ポリマーの劣化を避けるために、流路は十分な半径とスムーズな移行を考慮して設計する必要があります。

ダイヘッドの構造に使用される材料

ダイヘッドの材料の選択は、耐摩耗性、耐食性、動作温度での寸法安定性という 3 つの要件によって決まります。

• H13工具鋼 500℃まで硬度を保ち、靭性に優れているため、最も広く使用されているボディ材料です。
• 4140合金鋼 大きなボディに使用され、深刻な磨耗は見られませんが、機械加工が容易になります。
• ステンレス鋼 17-4 PH や 431 などは、フッ素ポリマーにさらされる流れ表面に使用されます。
• 窒化またはクロムメッキ 耐摩耗性が向上します。窒化された H13 表面は 1,000 HV を超える硬度に達することがあります。
• 炭化タングステンインサート 高速FEPラインのダイランドなど、摩耗が最も激しい領域で使用されます。

一般的な PVC、PE、PP、または PU コアの場合、同じ工具鋼ヘッド本体を使用できますが、流動面の仕上げと公差は用途に適合する必要があります。 Gemwell ビルドが完了しました PVC/PE/PP/PU ソリッドコアワイヤー絶縁押出機 ネジの出力範囲と使用する予定のワイヤ サイズ範囲に合わせたダイヘッドを使用します。

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LSZH およびその他の高充填コンパウンドの場合、純粋なポリオレフィンよりも腐食と摩耗が激しくなります。 PE に適切に機能するヘッドでも、LSZH では、特に鉱物フィラーの含有量が 40% を超える場合、6 か月以内に重大なダイリング摩耗が発生する可能性があります。

ダイヘッドの性能に影響を与える要因

ダイヘッドの性能は、メルトレオロジー、工具の形状、および操作方法の結果です。最も影響力のある要因は次のとおりです。

これらに加えて、ライン速度とドローダウン率も考慮する必要があります。ドローダウン比が高すぎると、溶融物がダイと導体の間で過剰に引き伸ばされ、ネックインや直径の変動が発生します。

適切な押出ダイヘッドの選択方法

ダイヘッドの選択は、押出機の選択とは別の決定ではありません。ヘッドは、ネジの直径、出力レート、ポリマー ファミリ、およびケーブルの構造に適合している必要があります。小型押出機にはヘッドが大きすぎると滞留時間が長くなります。ヘッドが小さすぎると、過剰な圧力降下が発生し、溶融温度が高くなります。

選択チェックリスト

1. ケーブルの構造を定義します: 固体絶縁体、発泡絶縁体、またはジャケット。
2. ポリマーファミリーと最高加工温度を確認してください。
3. 壁の厚さの範囲と必要な同心度の公差を定義します。
4. 最大ライン速度と対応する溶融出力を決定します。
5. 押出機のスクリュー径とフランジ寸法を確認してください。
6. 層構成に応じて圧力式ヘッドとチューブ式ヘッドを選択してください。

1 つのワークショップで複数の断熱材を使用する場合は、ヘッド全体を交換するのではなく、ガイド チップとダイ リングのみを交換できるモジュラー ヘッド設計を検討してください。

ジャケット層と厚肉シースについては、0.3 mm 絶縁層の流量要件が 1.5 mm ジャケットの流量要件と完全に異なるため、Gemwell は別個のヘッド設計を推奨します。私たちの LSZH/XLPE/TPE/TPU ワイヤーおよびケーブル シース押出機 より大きな流路と異なるダイランドアプローチを使用して、高出力時の過剰な圧力を回避します。

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ジャケット重ね着に合わせて頭のサイズを決める方法の詳細については、こちらの記事をご覧ください。 ケーブルシース押出機のナレッジベース 、構造と典型的な工具の形状を比較します。

メンテナンスと一般的なダイヘッドの問題

ダイヘッドは何ヶ月も注意を払わずに稼働することがありますが、問題が発生する場合は突然発生する傾向があります。最も一般的な症状は、壁の厚さの変化、黒い斑点、流れ線、表面の粗さです。

予防保守

• キャンペーンを延長するたびにヘッドを分解し、流れ面を掃除してください。
• ランドとガイド先端に傷やエッジの丸みがないか検査します。
• 再組み立てする前に、流れ面を Ra 0.4 μm 以上に研磨してください。
• ヒーターバンドにコールドスポットがないか確認し、熱電対を校正済みのユニットと交換します。
• 動作温度に達したら、ヘッドボルトを推奨値に再度締めます。

完全な 押出機の日常的な操作、メンテナンス、修理スケジュール したがって、ダイヘッドはスクリューやバレルとは摩耗の仕方が異なるため、別個の検査項目として含める必要があります。

よくある問題と解決策

押出ダイヘッドに関するよくある質問

押出ダイと押出ダイヘッドの違いは何ですか?

ダイヘッドは溶融物を分配する完全なアセンブリですが、ダイ自体は通常、最終的な外径を定義する出口の交換可能なリングです。日常の作業現場の言葉では、オペレータはヘッド全体を意味するときに「ダイ」とよく言いますが、金型は形状を制御するいくつかの部品の 1 つにすぎないため、工具設計では区別が重要です。

固体絶縁体と発泡絶縁体に同じダイヘッドを使用できますか?

通常ではありません。発泡断熱材には、溶融物がダイから出るまで発泡剤を圧縮し続ける圧力プロファイルが必要です。固体絶縁体にはこの制約は必要ありません。固体層に発泡ヘッドを使用すると、過剰な圧力が発生し、表面が粗くなる可能性があります。泡立てにソリッドヘッドを使用すると、チャネル内で早期に膨張する可能性があります。

押出ダイヘッドはどれくらいの頻度で掃除する必要がありますか?

洗浄間隔はポリマーによって異なります。 PVC などの熱可塑性材料はゆっくりと劣化する傾向があるため、1 ～ 2 週間ごとに頭を拭く必要がある場合があります。フッ素ポリマーおよび高充填 LSZH コンパウンドはより頻繁なチェックが必要であり、20 分を超える停止や目に見える圧力上昇がある場合は、ヘッドを開けて流れ表面を検査する必要があります。

ケーブル押出機で絶縁体が偏心する原因は何ですか?

偏心絶縁は、ほとんどの場合、ガイド コアの位置ずれ、ダイ リングの磨耗、または導体とガイド チューブの位置のずれによって発生します。また、ヘッド周囲のヒーター温度が不均一であることによっても発生し、流路の両側に粘度差が生じます。

低煙ハロゲンフリー (LSZH) コンパウンドにはダイヘッドの材質が重要ですか?

はい。 LSZH 化合物は多くの場合、鉱物フィラー含有量が高く、酸性分解生成物を生成します。標準の H13 ヘッドは摩耗が早くなり、腐食する可能性があります。窒化処理またはステンレス鋼の流れ面は、特に高出力速度において、LSZH にとってより信頼性の高い選択肢です。

ダイヘッドが押出機に対して大きすぎるかどうかを確認するにはどうすればよいですか?

滞留時間と圧力損失が主な指標です。色の変化から出口で新しい色が現れるまでに長い遅延が見られる場合、またはヘッドの溶融圧力が低すぎてスクリューを安定化できない場合は、流路が用途に対して大きすぎる可能性があります。

結論

押出ダイヘッドは、ケーブル押出ラインの中で最も目立たないものの、最も影響力のある部分です。高速ラインが、オペレータの継続的な介入なしで、厳密な肉厚公差、きれいな表面、および安定した直径を維持できるかどうかを決定します。

新しい押出機を選択するときは、スクリューやドライブと同じくらい慎重にダイヘッドを評価してください。ポリマーファミリー、肉厚範囲、最大ライン速度に合わせてください。次に、操作変数 (溶融温度、ヘッド圧力、ツールの位置合わせ、表面状態) を制御します。

既存のラインの公差問題を追跡している場合は、ダイヘッドから調査を開始してください。多くの場合、 ネジが根本的な原因ではありません。ダイヘッドが磨耗していたり、位置がずれていると、 。 Gemwell は、特定のヘッドと工具セットを中心に各押出機を設計しています。そのため、ケーブル メーカーは、一貫した形状が重要な用途に当社のラインを使用しています。