Cabeza transversal de extrusión: tipos, diseño, flujo de materiales e impacto en la calidad del cable

Dónde se decide realmente la calidad de la pared del cable

Del canal de refrigeración sale un cable de construcción de 0,5 mm² aislado con PVC con una diferencia de 0,02 mm entre el punto más fino y el más grueso de su circunferencia. La extrusora es nueva. El complejo ha pasado la inspección entrante. La velocidad del tornillo, la temperatura del cilindro y la velocidad de la línea son estables. Después de dos horas de resolución de problemas, el técnico abre la cruceta y encuentra que la punta guía está a 0,15 mm descentrada porque el soporte de la punta no se volvió a apretar después del cambio de color anterior. Esa pequeña desalineación convierte una producción que de otro modo sería buena en un cable rechazado.

La cruceta de extrusión es el componente que la mayoría de los operadores verifican en último lugar y culpan primero. Se encuentra entre el cilindro de la extrusora y el canal de enfriamiento, y realiza el trabajo final de dar forma al polímero fundido alrededor de un conductor en movimiento. Cuando la geometría de la cruceta es incorrecta, ningún controlador de temperatura o ajuste de velocidad de línea puede compensar el resultado.

En términos prácticos, la cruceta decide tres valores de salida: concentricidad de la capa aislante, espesor de pared extendido alrededor de la circunferencia y calidad de la superficie del extruido. Esos tres valores determinan el rendimiento eléctrico y mecánico del cable terminado.

¿Qué es una cruceta de extrusión y cómo funciona?

Una cruceta de extrusión es un conjunto de distribución de material fundido montado en el extremo de descarga del cilindro del extrusor. Su trabajo principal es cambiar el flujo axial de la masa fundida, que sale del tornillo en línea recta, en un flujo anular uniforme alrededor del conductor que pasa por el centro de la cabeza.

El camino de fusión se ve así. El polímero ingresa a través de la brida de entrada en la parte posterior del cabezal, golpea el distribuidor, se divide en dos o más canales separados, se recombina dentro de una cámara en forma de anillo alrededor del soporte de la punta guía y luego viaja a lo largo de la superficie anular entre la punta guía y el casquillo del troquel. A la salida, la masa fundida se enrolla alrededor del conductor en movimiento y es arrastrada hacia la sección de enfriamiento.

Una cruceta típica consta de estas partes:

• Cuerpo y anillo de sujeción que bloquean el cabezal a la brida del cilindro del extrusor.
• Distribuidor, a veces llamado esparcidor o deflector, que guía y divide el flujo de fusión
• Punta guía, también llamada tubo central, que sostiene y posiciona al conductor en el centro.
• Casquillo de matriz, que establece el diámetro exterior del aislamiento o funda.
• Tornillos de ajuste radial y axial para desplazar la punta o el troquel durante el ajuste de concentricidad
• Bandas calefactoras y tomas de termopar para control de temperatura.
• Puertos opcionales para transductores de presión y temperatura para monitoreo de procesos

Si necesita comprender cómo funciona este conjunto junto con el tornillo, el cilindro y el sistema de calefacción, nuestro desglose detallado de los componentes de una máquina de extrusión Explica cada sección en orden.

Por qué la cruceta controla más de lo que cree

La mayoría de los ingenieros de procesos dedican su presupuesto y atención al tornillo y al compuesto. La cruceta recibe mucha menos atención, pero es el único componente que da forma físicamente a la masa fundida en los últimos milisegundos antes de que aterrice sobre el conductor.

Concentricidad y espesor mínimo de pared

Una punta descentrada produce una pared delgada en un lado y una pared gruesa en el otro. El lado delgado es el que no pasa la prueba dieléctrica, porque la distancia entre el conductor y la superficie exterior simplemente no es suficiente. En el funcionamiento normal de la línea, un cabezal bien centrado mantiene el espesor extendido dentro de la ventana diseñada del cable. Cuando la extensión se mueve fuera de esa ventana, la primera verificación es siempre el centrado mecánico de la punta de la guía y el troquel.

El centrado no es una configuración única. Cada vez que el operador retira el cabezal para limpiarlo o cambia una punta y un juego de matrices, se debe volver a verificar el centrado. La expansión térmica durante el calentamiento también cambia ligeramente la posición de la punta, razón por la cual un buen diseño de cabeza integra tornillos de ajuste a los que se puede acceder mientras la cabeza está caliente.

Uniformidad de temperatura y presión de fusión

La cruceta es también un intercambiador de calor y un pequeño recipiente a presión. La masa fundida puede pasar desde unos pocos segundos hasta más de un minuto dentro del cabezal, dependiendo de la producción y el volumen del cabezal. Durante ese tiempo, cualquier rincón muerto crea una bolsa de material que se mueve lentamente y que se degrada, se convierte en carbono y luego se suelta como una mota en la superficie del cable.

Una diferencia de temperatura de sólo unos pocos grados a través de la masa fundida que sale del troquel cambia la viscosidad lo suficiente como para cambiar el equilibrio del espesor de la pared. Por este motivo, las zonas calefactoras de una cruceta no son decorativas. Cada zona debe controlarse de forma independiente y el termopar debe ubicarse cerca del canal de fusión en lugar de en la superficie exterior de la banda calentadora.

Acabado superficial y líneas de soldadura

Cuando la masa fundida se divide en dos canales y se recombina en la cámara, los dos frentes de flujo forman una línea de soldadura. Una línea de soldadura que no se fusiona correctamente tiene una orientación molecular ligeramente diferente y, a veces, aparece como una franja mate en la superficie del cable. La longitud del terreno, el ángulo de entrada y la temperatura de fusión afectan la forma en que se sueldan los dos frentes. Aumentar la longitud de la superficie o reducir el ángulo de entrada le da a la masa fundida más tiempo para adherirse antes de salir del troquel.

Un borde de matriz desgastado o dañado produce una línea mecánica que corre a lo largo de todo el cable. La línea no se puede eliminar ajustando la temperatura. La única solución es pulir o reemplazar el troquel. El mismo principio se aplica a la punta.

Tipos de crucetas que encontrará en líneas de aislamiento y revestimiento

Hay tres familias funcionales de crucetas. La familia correcta depende de lo que quiera que suceda en la superficie del conductor.

Crucetas tipo presión

Los cabezales de presión mantienen el troquel apretado contra el conductor, de modo que la masa fundida entre en contacto con la superficie del conductor bajo presión antes de salir del troquel. Esto produce una fuerte adhesión entre el aislamiento y el conductor, razón por la cual los cabezales de presión dominan las aplicaciones de aislamiento sólido, como cables individuales aislados con PVC y cables de datos aislados con PE.

Cabezas transversales tipo tubo

Los cabezales tipo tubo crean un tubo de masa fundida que sale primero del troquel y luego desciende hacia el conductor con la ayuda de vacío o presión de aire. El conductor no toca la masa fundida hasta después de la salida de la matriz. Este diseño reduce la fricción y permite que la velocidad de desenrollado del núcleo sea diferente de la velocidad de fusión. Los cabezales tipo tubo son comunes en líneas de revestimiento y en líneas de aislamiento de espuma donde la estructura de espuma debe permanecer intacta.

Cabezales transversales de coextrusión multicapa

Los cabezales multicapa alimentan dos o tres corrientes de material fundido en el mismo cuerpo del cabezal y los combinan en una sola pared. Una construcción típica de tres capas es pantalla conductora, aislamiento y pantalla aislante en una sola pasada. Los cabezales multicapa reducen el espacio del piso y la longitud de la línea de paso, pero requieren un equilibrio cuidadoso de cada corriente de fusión porque la presión de una capa empuja a las otras antes de que salga la matriz.

También escuchará los términos cabeza de 90 grados y cabeza de 45 grados. Un cabezal de 90 grados gira la masa fundida en ángulo recto, lo cual es compacto y funciona bien para la mayoría de los diámetros de aislamiento. Un cabezal de 45 grados realiza un giro más suave y se prefiere para compuestos de baja resistencia al fundido que tienden a rasgarse o fracturarse durante el giro, pero necesita más longitud de cuerpo y un conjunto de herramientas más complejo.

La compatibilidad de materiales cambia el diseño de la cruceta

Una cruceta no puede procesar bien todos los compuestos. Cada familia de materiales impone sus propios requisitos en cuanto a la geometría del canal, el acabado de la superficie, la longitud del terreno y la protección contra la corrosión. Hacer coincidir la cabeza con el compuesto es tan importante como hacer coincidir el tornillo.

La tabla muestra un patrón claro: no existe una cabeza universal. Para los procesadores de fluoropolímeros, un ejemplo práctico es el Extrusora de aislamiento de alambre central de alta temperatura FEP/PFA , donde la cruceta está diseñada con superficies resistentes a la corrosión y una estrategia de calentamiento que se adapta a temperaturas de fusión superiores a 300 °C.

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Cómo evaluar el rendimiento de la cruceta antes de comprar

Ya sea que compre una línea de extrusión completa o un cabezal de repuesto para una máquina existente, se aplican los mismos criterios de aceptación. No estás comprando simplemente un bloque de metal. Usted está comprando la capacidad de centrar las herramientas, limpiarlas rápidamente y monitorear lo que sucede en el interior.

1. Rango de ajuste de centrado: un diseño utilizable ofrece al menos /- 0,25 mm de movimiento radial en cada eje, con tornillos de ajuste que se pueden girar en caliente.
2. Tiempo de cambio de herramientas: un cambio completo de punta y matriz debería tomar menos de 30 minutos en una línea de aislamiento, incluyendo sujeción y centrado.
3. Disposición de la zona de calentamiento: busque al menos dos zonas controladas independientemente en el cabezal, con enchufes para termopar que se monten cerca del canal de fusión.
4. Puertos de instrumentación: los puertos del transductor de presión y temperatura le permiten monitorear la condición real de la fusión en lugar de adivinar desde el barril.
5. Tratamiento del material y de la superficie: confirme que el material humedecido sea compatible con los compuestos que utiliza, especialmente para materiales libres de halógenos y de alta temperatura.
6. Esfuerzo de desmontaje: menos pernos, llaves estándar y un orificio interno limpio marcan una diferencia significativa durante los cambios de turno.

Hay otro punto que los compradores suelen pasar por alto. Una cruceta se adapta a un tornillo y a un cilindro en términos de nivel de corte y tiempo de residencia. Si la cabeza es demasiado pequeña para la salida del tornillo, la masa fundida se sobrecalentará. Si es demasiado grande, la masa fundida permanecerá demasiado tiempo y se degradará. Por este motivo, muchos compradores experimentados prefieren evaluar el tren de extrusión completo en lugar de mezclar componentes de diferentes proveedores. Para los fluoropolímeros, por ejemplo, la razón por la que la extrusión de fluoropolímeros requiere un enfoque de equipo diferente va mucho más allá del cabezal, y hemos cubierto esas diferencias en un artículo separado.

Defectos comunes de la cruceta y cómo prevenirlos

Líneas de troquel

Una línea fina continua en la superficie del cable generalmente proviene de un borde de matriz dañado, un borde de punta dañado o un pequeño trozo de carbón alojado junto a la base de la matriz. Una línea de troquel se repite exactamente en el mismo ángulo en cada revolución y es fácil de detectar bajo una lámpara potente. La solución es quitar el cabezal, inspeccionar los bordes con una lupa y pulir o reemplazar la pieza dañada.

Manchas y geles de carbón

Las manchas negras en el aislamiento casi siempre son el resultado de la degradación del material dentro de la cabeza. La degradación comienza en un rincón muerto donde la masa fundida deja de moverse, se carboniza y luego se rompe. Las partículas de gel tienen un origen similar pero provienen de material no fundido o reticulado. La prevención es una geometría del cabezal sin esquinas afiladas y un procedimiento de limpieza que se realiza según lo previsto, no después de que el cliente se queja.

Deriva del espesor de la pared

Cuando el espesor cambia lentamente a lo largo de varias horas, aunque el cabezal estuviera correctamente centrado en el arranque, la causa suele ser térmica o mecánica. Una zona del calentador que se ha desviado, un soporte de punta flojo o una variación de la velocidad del tornillo debido a cojinetes desgastados son todas causas comunes. Verificar la alineación del cabezal al principio y a la mitad de cada turno ayuda a detectar la deriva antes de que produzca largos tramos de cable rechazado.

Fractura de fusión

Si la superficie se vuelve rugosa y ondulada a alta velocidad de la línea, la causa suele ser una fractura por fusión. El material fluye más rápido de lo que la superficie de la matriz puede relajar la tensión interna. Aumentar la longitud del terreno, aumentar la temperatura de la masa fundida dentro de la ventana del proceso o reducir la velocidad de la línea puede eliminar la rugosidad. La solución adecuada depende del material.

Reglas prácticas de mantenimiento que funcionan en líneas de producción reales:

• Limpie la punta y el troquel después de cada trabajo que involucre compuesto coloreado.
• Inspeccione los bordes de la base con una lupa para detectar mellas antes de volver a ensamblar.
• Verifique la salida de la banda calefactora y el contacto del termopar al menos una vez por semana.
• Verifique el centrado de la punta en cada arranque, incluso después de una parada menor.
• Utilice el compuesto de purga correcto cuando cambie entre materiales incompatibles.

Estas reglas parecen elementales, pero en la mayoría de las líneas de producción la cruceta recibe menos atención que el tornillo. La línea que trata la cruceta con la misma disciplina que el tornillo producirá consistentemente una mejor geometría.

La cruceta solo funciona tan bien como toda la línea

Una nueva cruceta montada en una extrusora vieja puede solucionar un síntoma y crear otro. La cruceta interactúa con todas las demás partes de la línea de extrusión: el tornillo suministra la masa fundida, el cilindro controla la entrada de calor, el canal de enfriamiento establece el punto de congelación y el sistema de recogida controla la tensión en el conductor. Si alguno de estos está desequilibrado, la salida de la cruceta será incorrecta incluso si la cabeza misma está perfecta.

Durante la puesta en servicio de la línea, ingenieros experimentados comienzan con el perfil térmico, luego ajustan la velocidad del tornillo y solo después ajustan la cruceta. También miden la temperatura de la masa fundida en la entrada del cabezal antes de realizar ajustes en las herramientas, porque una diferencia de temperatura de diez grados cambia tanto la viscosidad de la masa fundida que el centrado parece incorrecto aunque las herramientas sean correctas.

Para líneas de aislamiento de PVC, PE o poliuretano, el enfoque práctico es elegir una extrusora cuyo tornillo, cilindro y cabeza estén diseñados como un solo sistema. Una línea de aislamiento combinada como la Extrusora de aislamiento de alambre con núcleo de PVC/PE/PP/PU mantiene constante el tiempo de residencia de la masa fundida y le brinda al operador un único conjunto de parámetros para controlar.

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La extrusión de la funda es diferente. La pared es más gruesa, la velocidad de la línea suele ser menor y el material puede tener un índice de flujo de fusión completamente diferente. El utillaje y la geometría del cabezal para el revestimiento necesitan una cámara de distribución más grande y una configuración de terreno diferente. Puedes leer los detalles en nuestro base de conocimientos sobre extrusión de revestimientos de alambres y cables , y para materiales de revestimiento de poliuretano y elastómero termoplástico reticulado con bajo contenido de humo, una opción especialmente diseñada es el Máquina extrusora de funda de cable de alambre LSZH/XLPE/TPE/TPU .

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Preguntas frecuentes

Estas son las preguntas que los gerentes de plantas de cables y los ingenieros de procesos hacen con mayor frecuencia cuando evalúan el rendimiento de la cruceta.

P1. ¿Cuál es la función principal de una cruceta de extrusión?

La cruceta distribuye el polímero fundido uniformemente alrededor del conductor y da forma al aislamiento o funda al diámetro y concentricidad requeridos. Convierte el flujo de fusión en línea recta del tornillo en un perfil de flujo anular uniforme.

P2. ¿Cómo sé que la cruceta está provocando un aislamiento descentrado?

Si el punto más delgado siempre aparece en el mismo ángulo a lo largo de la longitud del cable, la causa es mecánica: una punta guía desalineada, un soporte de punta desgastado o una salida desigual del calentador en un lado del cabezal. Si la punta delgada se mueve alrededor de la circunferencia, es más probable que la causa esté en la sección de enfriamiento o recogida.

P3. ¿Cuál es la diferencia entre una cruceta de tipo presión y una de tubo?

Un cabezal de presión fuerza la masa fundida contra el conductor antes de que salga la matriz, lo que proporciona una fuerte adhesión. Un cabezal tipo tubo forma un tubo que se coloca sobre el conductor después de la salida de la matriz, lo que protege al conductor y se prefiere para revestimientos y aislamientos de espuma.

P4. ¿Puede una cruceta procesar PVC, PE y FEP?

No con las mismas herramientas. Cada familia de materiales requiere una geometría de flujo y un tratamiento superficial diferentes, y el rango de temperatura de funcionamiento es completamente diferente. Utilizar FEP en un cabezal de PVC estándar correría riesgo de corrosión y defectos superficiales graves.

P5. ¿Con qué frecuencia se debe limpiar una cruceta?

Limpie el cabezal después de cada cambio de color y siempre que cambie entre materiales incompatibles. En producción normal, inspeccione las superficies internas durante cada período de mantenimiento programado y revise la punta y los bordes del troquel en cada cambio de herramientas.

P6. ¿Qué debo comprobar al comprar una línea con una cruceta nueva?

Verifique el rango de ajuste de centrado, el tiempo de cambio de herramientas, el número y la posición de las zonas de calentamiento, la disponibilidad de puertos de transductores de presión y temperatura, el material húmedo del cuerpo del cabezal y la disponibilidad de puntas y troqueles de repuesto.

Conclusión final

La cruceta de extrusión es una pequeña parte de la línea, pero es la parte que establece la geometría del cable terminado. La concentricidad, la distribución del espesor de la pared, la calidad de la superficie e incluso el riesgo de falla dieléctrica se remontan a la cabeza. Préstale el mismo nivel de atención que al tornillo y al compuesto.

Cuando evalúe una nueva línea, solicite al proveedor las especificaciones del cabezal: rango de ajuste, zonas de calentamiento, protección contra la corrosión y tiempo de cambio de herramientas. Esos detalles le dicen más sobre la capacidad práctica de la línea que la potencia nominal del motor por sí sola.