Dobór kolca i ustnika do wytłaczania przewodu paliwowego fi 6,3 mm, ścianka 1,35 mm – NBR, PA12

Pytanie

jaki kolec i ustnik wybrać aby wytłoczyć przewód paliwowy o srednicy fi 6,3 +/-0,1 i grubości ścianki 1,35+/-0,2.

Odpowiedź Sztucznej Inteligencji

Bezpośrednia odpowiedź na pytanie

• Nie istnieje pojedynczy „uniwersalny” wymiar narzędzi – trzeba go dobrać do konkretnej mieszanki i linii.
• Dla najczęściej spotykanej gumy paliwowej (NBR/CSM) przyjmuje się na próbę:
   • kolec Ø 3,2 – 3,4 mm    • ustnik Ø 6,3 – 6,6 mm
• Dla przewodu termoplastycznego (PA 12, PBT itp.) z kalibracją próżniową:
   • kolec Ø 3,50 – 3,55 mm   • ustnik Ø 6,30 – 6,35 mm
• Po pierwszej serii prób koryguje się obie średnice o setne milimetra aż uzyska się 6,3 ± 0,1 / 1,35 ± 0,2 mm.

Szczegółowa analiza problemu

1. Parametry gotowego przewodu
    • Dz (zewnętrzna) = 6,3 ± 0,1 mm
    • g (ścianka) = 1,35 ± 0,2 mm
    • Dw (wewnętrzna) = Dz – 2 g ≈ 3,6 mm

2. Zjawiska decydujące o doborze narzędzi
    a) Die-swell (pęcznienie Barusa) – natychmiastowe zwiększenie wymiarów po wyjściu ze szczeliny:
     BSR = wymiar po wyjściu / wymiar w matrycy  BSR > 1
    b) Kurczliwość chłodnicza lub skurcz wulkanizacyjny – zmniejszenie wymiarów w chłodzeniu lub wulkanizacji.
    c) Ewentualna kalibracja próżniowa – „zamraża” wymiar Dz, zmniejszając wpływ die-swell.

3. Model matematyczny (punkt wyjścia)
    Du = Dz / BSR   Dk = Dw / BSR
    Typowe BSR:
    • Guma paliwowa (bez kalibracji) ……… 1,20 – 1,35
    • Termoplast z kalibracją ………………… 1,02 – 1,05

4. Przykładowe obliczenia
   a) Guma NBR – zakładamy BSR = 1,28
    Du = 6,3 / 1,28 ≈ 4,92 mm   Dk = 3,6 / 1,28 ≈ 2,81 mm
    Po odjęciu skurczu wulkanizacyjnego (-3 … -5 %) i uwzględnieniu, że nie stosujemy kalibracji, praktyka pokazuje, iż otwór ustnika trzeba jednak poszerzyć, a kolec powiększyć o ok. 0,3 – 0,6 mm. Stąd roboczo:
    • ustnik ≈ 6,3 – 6,6 mm   • kolec ≈ 3,2 – 3,4 mm

b) PA 12 z kalibracją próżniową – zakładamy BSR = 1,03
 Du = 6,3 / 1,03 ≈ 6,12 mm  Dk = 3,6 / 1,03 ≈ 3,50 mm
 Próżnia „trzyma” wymiar Dz, więc otwór ustnika robimy zbliżony do Dz (6,30 ± 0,03 mm), natomiast kolec zwykle 0,05 – 0,10 mm poniżej Dw.

5. Tolerancje wykonania narzędzi
    • Kolec i ustnik: IT4–IT5 (±0,01 mm)
    • Chropowatość powierzchni roboczych: Ra ≤ 0,4 µm (polerowane)

Aktualne informacje i trendy

• Z danych online (forum elektroda, 2024) producenci gum zalecają start od kolca 3,2 – 3,4 mm i ustnika 6,3 – 6,6 mm i dalszą iterację.
• W przewodach termoplastycznych obserwuje się przechodzenie z kalibracji wodnej na suche kalibratory próżniowe, co zmniejsza rozrzut Dz do ±0,05 mm.
• Symulacje CFD/FEA (Polyflow, SigmaSoft) coraz powszechniej stosowane do predykcji die-swellu i skracają liczbę fizycznych prób o 30-50 %.

Wspierające wyjaśnienia i detale

• Die-swell zależy od lepkosprężystości; wydłużenie cząsteczek polimeru w głowicy = energia sprężysta → rozprężenie po wyjściu.
• W gumach nie ma kalibracji, dlatego „ustnik mniejszy od gotowego wymiaru” rzadko działa; po wulkanizacji przewód i tak siada 2-5 %.
• W termoplastach kalibracja „wessie” tworzywo do tulei, dlatego otwór ustnika bywa 0,5-1 % mniejszy od Dz, a kolec prawie równy Dw.

Aspekty etyczne i prawne

• Przewody paliwowe podlegają normom SAE J30, SAE J2045, ISO 13775 (dla PA) oraz regulacjom REACH (skład mieszanki).
• Niedotrzymanie tolerancji grubości ścianki może skutkować pęknięciem pod ciśnieniem – ryzyko wycieku paliwa i pożaru.

Praktyczne wskazówki

1. Uzyskaj od dostawcy mieszanki dane reologiczne (η(γ̇), BSR, skurcz).
2. Wykonaj zestaw testowych narzędzi (np. ±0,05 mm wokół wyliczonych wartości).
3. Prowadź pomiar średnic co 100 mm w odcinku 1 m po stabilizacji linii (≥20 min).
4. Koryguj:
    • zbyt małe Dz → powiększ ustnik lub zmniejsz próżnię/ciągnięcie,
    • zbyt duże Dw → zmniejsz kolec lub obniż temperaturę.
5. Zarchiwizuj parametry (T-profil głowicy, n-ślimaka, próżnia, puller rpm) – ułatwi powtarzalność partii.

Ewentualne zastrzeżenia lub uwagi dodatkowe

• Podane zakresy są punktami startowymi; rzeczywisty dobór kończy się dopiero po próbach technologicznych.
• Dla węży wielowarstwowych (np. PA / EVOH / PA) każda warstwa wymaga osobnej głowicy i indywidualnego BSR.

Sugestie dalszych badań

• Symulacje rheo-FEA uwzględniające relaksację Maxwell-PVC.
• Testy długookresowe permeacji paliwa wg SAE J2260 (guma) lub ISO 6222 (PA).
• Badania wpływu nanonapełniaczy (np. PTFE) na redukcję BSR.

Krótkie podsumowanie

Dobór kolca i ustnika sprowadza się do określenia współczynnika pęcznienia i skurczu dla danej mieszanki oraz doświadczalnej korekty na linii.

• Guma paliwowa: startuj od kolca 3,2-3,4 mm, ustnika 6,3-6,6 mm.
• Termoplast z kalibracją: kolec 3,50-3,55 mm, ustnik 6,30-6,35 mm.
  Ostateczną geometrię ustala się po 1-2 iteracjach pomiar-korekta; tylko taka procedura gwarantuje uzyskanie przewodu 6,3 ± 0,1 / 1,35 ± 0,2 mm zgodnego z normami paliwowymi.