Моделирование процесса экструзии профилированных изделий из резины

В.Д. Кошур, С.А. Мартьянов (Красноярск)

При изготовлении профилированных изделий из резины методом экструзии - продавливанием материала через отверстие определенной формы - происходят существенные искажения сечения полученного профилированного изделия. Определение формы отверстия фильеры, которая обеспечивала после продавливания и остывания материала (резины) получение изделия требуемой формы, является актуальной задачей. Для экструзии изделий из металлов эта проблема практически решена, так как при обработке металлов остаточные технологические напряжения не велики и искажения, как правило, незначительны.

При экструзии различных материалов и смесей искажения формы полученного профиля связаны с неравномерным распределением скоростей движения вещества через отверстие. В центре сечения скорость выше, чем у границ и в угловых зонах изделия, где движение выдавливаемого материала существенно замедляется трением о неподвижные поверхности фильеры. Разность скоростей движения в различных зонах приводит к сдвигу материала и скольжению, интенсивность которого определяется градиентом скорости. Для кругового сечения, ввиду симметрии, имеет место только равномерное расширение по радиусу, поэтому круговой профиль не искажается. Тогда как уже для отверстия прямоугольной формы имеет место неравномерное расширение материала, и в результате выдавливания резины получается профиль овальной формы. Поэтому чтобы получить прямоугольный профиль требуемого размера, необходимо найти форму отверстия с вогнутыми сторонами и меньшего размера. Практически эта задача решается путём опытного подбора вогнутости боковых граней отверстия и снижением трения на стенках формообразующей детали за счет введения модификаторов в резиновую смесь и воздействием на неё инфразвуковой (5-20 Гц) или ультразвуковой (104 Гц) частотой.

Для моделирования этой задачи в качестве основной причины искажений готового профиля рассматривается трение резины о стенки формующего отверстия, и решение задачи экструзии разбивается на два этапа: расчет поля скоростей течения резины в окне фильеры и расчет сечения профиля по заданному распределению скоростей. При моделировании используются гипотезы течения вязкой несжимаемой жидкости и гипотеза плоских сечений деформируемого тела. В качестве общего метода для построения численной модели использован дискретно - вариационный метод.