Ручной сварочный экструдер своими руками

Ручной сварочный экструдер своими руками больше не является фантазией. С развитием технологий, появилась реальная возможность создать этот агрегат самостоятельно.

Разберемся для начала, что это такое и для чего необходимо. Именно с помощью этого агрегата получают полимерные изделия без ограничений по длине. Это имеет свои сферы пользования и применения. Ручной экструдер своими руками — простота и удобство сборки и последующей эксплуатации.

Процесс выделки

Верхняя часть, так же именуемая «головкой экструдера», перемещает плавкий полимер в следующую камеру, иначе именуемую «формовкой», с должным для выбранного изделия профилем. Описанный способ один из наиболее распространенных методов. Сравнить с ним можно только способ изготовления пластмасс «литьевой».

Какие полимеры особенно ярко взаимодействуют с экструзией:

Что ж, непосредственный процесс довольно прозрачен, стоит рассмотреть поближе собственно экструдер.

Конструкция и действие

Самой идее уже больше шестидесяти лет, не удивительно, что за прошедшее время она претерпела некоторые изменения и стала почти идеальной. С течением времени появилось большое количество машин обладающих разным способом воздействия и почти одинаковыми в области получаемых изделий.

Что нагревает основу будущего изделия? Здесь все довольно просто, энергия от механических процессов становится теплом, что равно помогает нагреву пластика. Так же возможно внешнее тепловое воздействие. Здесь по большей части идет зависимость от изначальной конструкции экструдера.

Изменчивые элементы обработки пластика при помощи экструзии:

• состав;
• природа;
• влажность;
• интенсивность;
• продолжительность;
• давление и температура.

Работа экструдера

Экструдер достаточно простой агрегат, и все технические вариации можно поделить на три группы. Группы разделяются по рабочим моментам:

• формовка холодная;
• экструзия горячая;
• тепловая обработка.

Наиболее востребованный элемент в данное время это горячая формовка. Этот процесс сопровождается высоким давлением и скоростью. Для реализации необходим экструдер именуемый шнековым. У таких агрегатов основным элементом служит шнек особого вида. Здесь процесс формовки расположен на выходе. Сырье загружается в специализированную камеру, точно так же как и выбранные добавочные компоненты. Эти агрегаты имеют заводскую возможность оснастки шнеков особыми элементами. От этого зависит смешивание состава и его перемещение.

Как устроен экструдер

Экструдер, его рабочую часть, можно условно разделить на трое:

Процесс пользования экструдером

Зерновой агрегат осуществляет свою работу за счет камер закрытого типа и зерен в них располагающихся. Внутреннее давление возрастает благодаря выпариванию влаги. Чтобы осуществить увеличение объема смеси пара и воздуха осуществляется резкая разгерметизация. А разгерметизация в свою очередь повышает объем зерен.

Производство

Ручной экструдер для полипропилена своими руками — это один из простых способов приобретения подобного агрегата. Следует отметить, что процесс сборки не так сложен, как может показаться, и вполне по силам любому.

Производство экструдеров довольно интересный процесс, напрямую зависящий от конфигурации и назначения агрегата. Производственные различия:

• количество рабочих камер;
• наличие дополнительных систем;
• конструктивное исполнение элементов.

Единственное что неизменно – цилиндрическая форма. На сегодняшний день она полагается наиболее технологичной, а потому остается собой.

Технологические различия

Процесс создания и работы экструдера достаточно понять. Но осталось несколько важным моментов, которые следует осветить. В частности, освещения требует процесс сухой экструзии. Почему именно так? Сухая экструзия завязана на тепле, выделяемом агрегатом самостоятельно, за счет непосредственного процесса работы. При этом остается возможность привнесения в работу пара, для этого имеет особая камера. Для чего необходим пар? Именно благодаря ему повышается износостойкость агрегата.

Особое отличие этого способа – скорость. Процесс длиться всего лишь полминуты. За это время агрегат успевает:

• измельчить;
• обезводить;
• смешать;
• обеззаразить;
• стабилизировать и увеличить объем.

Ручной сварочный экструдер своими руками требует приобретения нескольких элементов из которых и производится сборка. Перечень необходимых для сборки элементов:

• шнек должной конфигурации;
• электрический двигатель;
• корпус прибора;
• емкость для подачи и выходная емкость;
• вакуумная камера.

Альтернативный агрегат

Ручной экструдер для полиэтилена так же относится к общей когорте экструдеров, хоть и имеет несколько иное назначение. Для чего применяется такой агрегат? Для соединения различных полимерных изделий. Особенно хорош в этой области сварочный экструдер, применимый к различным материалам. Этот агрегат существенно облегчает работу с мелкими и очень мелкими пластиковыми изделиями.

В практике производственной деятельности небольших предприятий, занимающихся упаковкой различной продукции, а также при прокладке пластиковых труб необходим инструмент, при помощи которого можно было бы надёжно соединять между собой материалы, имеющие низкую температуру плавления. Класс таких материалов велик – это полиэтилен низкого давления (ПНД), полихлорвинил (ПВХ), полипропилен и т. д. Со всеми этими работами справляется ручной сварочный экструдер.

Конструкция и принцип работы

Ручной сварочный экструдер представляет собой термомеханической устройство, последовательно осуществляющее два процесса – нагрев легкоплавящегося пластика до вязкого состояния, и последующего выдавливания массы на поверхность в зоне стыка. Там ПНД, ПВХ и прочие легкоплавкие пластические массы застывают, образуя прочный сварочный шов.

Для компактности и удобства использования рассматриваемая техника обычно оформляется в виде пистолета с ручкой (в которой монтируется приводной электродвигатель) и верхней насадкой для нагрева рабочей смеси. Состоит сварочный экструдер из следующих узлов:

1. Электромотора.
2. Питателя.
3. Экструзионной камеры.
4. Дробильного шнекового устройства.
5. Камеры для расплавления пластика.
6. Термонагревателя.
7. Сварочного сопла.
8. Системы управления.

Для функционирования устройство предварительно заправляется присадочным прутком из того материала, которым будет выполняться сварка. Процесс происходит следующим образом. На верхней панели экструдера размещается приёмная втулка с отверстием, куда пропускается присадочный пруток. Заправка должна быть такой, чтобы свободный конец прутка попал в зону его захвата шнеком. При включении электродвигателя происходят два процесса: нагрев присадочного прутка концентрированной струёй горячего воздуха, и – спустя некоторое время, которое определяет датчик прибора – подача прутка в зону его измельчения.

Там вращающийся шнек выполняет дробление пластика прутка, превращая его в гранулированную массу. Последняя при нагреве плавится, и, перемещаясь далее, попадает в зону плавления. В этой зоне гранулят уже механически и гомогенно однороден. Под воздействием давления от шнека, он проходит в сварочную зону, поступает в сварочное сопло и в процессе прижима к поверхности свариваемых изделий выдавливается наружу однородной полосой, ширина которой зависит от конфигурации сопла. Поскольку внешняя температура намного меньше той, что создаётся термонагревателем, то материал присадочного прутка мгновенно застывает, образуя сварочный шов.

В менее компактных, но более производительных моделях экструдеров, нагрев присадочного прутка выполняется при помощи внешнего термонагревателя, а воздух туда подаётся от небольшого компрессора. Конструктивные различия могут иметься и в способе нагрева присадочного материала: иногда нагрев производится кольцевыми нагревательными элементами, коаксиально размещёнными в корпусе термонагревателя.

Система управления ручным сварочным экструдером выполняет следующие функции:

• Предварительную установку температуры нагрева, которая определяется температурой плавления пластика (как известно, ПНД плавится при 120…130ºС, ПВХ – при 150…220ºС, а полипропилен – при 170…190ºС).
• Включение термонагревателя;
• Запуск привода шнекового измельчителя;
• Блокировку «холодного старта», когда шнек может перемещать ещё неоднородный присадочный материал;
• Отключение термонагревателя при ещё вращающемся шнеке, что исключает прилипание остатков гранулята в сварочной камере.

Правила эксплуатации и выбор модели ручного сварочного экструдера

Перед использованием требуется выполнить ряд условий, обычных для пластика: очистить поверхность соединяемых изделий от внешних загрязнений и не допускать работу с влажным материалом.

Успех работы зависит также от разницы в значениях температур плавления соединяемых материалов, если они обладают различным химическим составом. Например, ПНД с полипропиленом можно сваривать рассматриваемым способом, поскольку диапазоны температур их плавления полностью, либо частично перекрываются. Наоборот, сварка ПНД с ПВХ, и, тем более – с полипропиленом, проблематична или вовсе невозможна. В таких случаях сварочный экструдер можно применять лишь для соединения изделий, изготовленных из одинаковых материалов.

Компактность ручного сварочного экструдера позволяет его эффективное использование даже без прекращения работы соединяемых устройств. В частности, при сварке полипропиленовых труб необязательно отключать подачу воды по ним.

Предварительно выполняется ряд обязательных проверок (особенно, если экструдером ранее не пользовались):

1. Проверка прямолинейности подачи присадочного прутка во втулке экструдера: при высокой шероховатости образующей пруток может перемещаться не по прямой, а по винтовой линии, что ухудшит условия работы шнекового дробильного устройства и приведёт к образованию неоднородного по размерам гранулята.
2. Контрольная проверка эффективности температуры нагрева прутка до состояния его вязкотекучести: материал от разных производителей может иметь различный диапазон температур плавления.
3. Проверка надёжности прижима сварочного сопла к соединяемым поверхностям, особенно, если они обладают сложной конфигурацией. Многие модели ручных сварочных экструдеров с этой целью комплектуются сменными насадками.
4. Проверка возможности расплавления соединяемых материалов теплом от термонагревателя, без подачи присадочного прутка. Выполняется при отсутствии точных сведений о материале соединяемых таким способом изделий.

Выбор подходящей модели ручного экструдера производится по следующим параметрам:

• По производительности в единицу времени;
• По удобству управления параметрами процесса;
• По толщине свариваемых изделий;
• По комплектации устройства сменными приспособлениями
• По диапазону диаметров прутка.

Следует отметить, что большинство торговых марок предназначено для работ с присадочным материалом от конкретного производителя (часто того же, который занимается и выпуском экструдеров).

Теоретически возможен вариант изготовления бытового сварочного экструдера своими руками. Для этого к обычному промышленному фену присоединяют шнековый привод (например, для измельчения кормов), и оформляют оба узла в компактном виде. Вместо шнека иногда устанавливают более доступный плунжерный привод, однако такой вариант малонадёжен: всё зависит от гомогенности материала исходного прутка. Электродвигатель для привода подбирают коллекторного типа, который лучше переносит постоянные изменения в значениях крутящего момента.

Производители сварочных экструдеров

Наибольшей популярностью в данном сегменте рынка пользуются следующие устройства:

1. От торговой марки Munsch (Германия). Потребительские преимущества – удобство крепления всех узлов (что повышает ремонтопригодность), нетребовательность к размерам присадочного материала, наличие функции раздельного нагрева (полезно при использовании экструдера вне помещений в холодное время года), удобный набор сменных насадок, совершенная система управления и контроля. Плюс — традиционно высокое немецкое качество изготовления и сборки.
2. От торговой марки Leister (Швейцария). Производитель выпускает широкую линейку типоразмеров сварочных экструдеров: от небольших, производительностью до 0,8…1,2 кг/ч, до профессиональных, рассчитанных на переработку до 6 кг/ч. Устройства оснащаются современной системой управления и мониторинга за ходом сварки, эргономичны в употреблении. Качество также находится на высоком уровне. Есть специальная линейка аппаратов для сварки линолеума.

1. От торговой марки Dohle (Германия). Фирма известна как производитель строительных фенов, однако в последнее время активно позиционирует себя и в качестве изготовителя ручных сварочных экструдеров. В отличие от вышеперечисленных брендов, использует для привода покупные электродвигатели. Выпускает самый малогабаритный экструдер производительностью всего 0,5 кг/ч, который комплектуется шлангом и встроенным мини-компрессором.
2. От торговой марки Stargun (Италия). При малом диапазоне моделей экструдеры этой фирмы отличаются мощностью привода, и рассчитаны на использование преимущественно в профессиональных условиях. Изюминкой аппаратов является возможность локальной подсветки зоны сваривания.
3. Отечественные экструдеры типа РСЭ. Оснащаются приводом подачи присадочного материала, включают в себя большинство тех же опций, что уже были перечислены выше.

Цены на экструдеры зависят от их функциональности и производительности. В среднем стоимость отечественных устройств составляет от 30000 до 55000 руб., импортных – от 50000 руб. и более.

Слово «экструдер» в буквальном смысле означает «выталкиватель». Так называют группу аппаратов, предназначенных для выдавливания на поверхность различных полужидких масс, в том числе полимерных (пластиковых), резиновых и прочих. Экструдер для резиновой массы иногда называется также шприц-машиной.

Принцип действия

Сварочный экструдер — специализированный аппарат для так называемой экструзионной сварки, которая применяется для соединения полимерных материалов различных классов — полиэтилена высокой (ПВД) и низкой (ПНД) плотности, полипропилена, поливинилхлорида (ПВХ) и других наиболее часто применяемых в быту и промышленности пластиков.

Экструзионная сварка — это процесс соединения полимерных материалов с помощью расплавленной до консистенции густой сметаны массы из материала, однородного со свариваемыми или схожего с ними по физико-химическим свойствам.

В отличие от более известной сварки металлов, соединение деталей из пластмассы экструзией не подразумевает расплавления кромок соединяемых деталей, хотя нагрев до определенной степени все равно происходит.

Шов образуется при отвердевании и схватывании с кромками полурасплавленной экструдированной массы. При этом достигается высокая прочность сварного соединения — до 0,8 от прочности основного материала.

Сварка пластика экструдером наиболее часто применяется в сантехнике — для соединения водопроводных труб, в строительстве, при различных работах, целью которых является изготовление любых пластиковых конструкций — баков, понтонов, теплиц.

Изготовление экструдируемой массы осуществляется либо из полимерных гранул — исходного материала для создания любых пластиков, либо из так называемых присадочных прутков, которые перемалываются до гранулированного состояния внутри самого экструдера.

В роли прутка в некоторых (не во всех) моделях может выступать узкий отрезок того же материала, который планируется сварить. Например, при сварке изделия из полипропиленовых листов можно применять в качестве прутка ненужный отрезок полипропилена, но не другого пластика.

Большинство сварочных экструдеров западного производства предназначены для использования с присадочным материалом от того же производителя. Отечественные разработки менее требовательны к присадке. Ручной сварочный экструдер в обиходе часто называют экструзионным пистолетом.

Конструкция

Любой сварочный экструдер — это сдвоенное устройство. Один из его узлов — мощный нагреватель с реле температуры, который предназначен для расплавления пластика. Другой является собственно выдавливающим устройством, снабженным шнековым механизмом, который подает расплав через сопло-насадку.

В зависимости от типа питания (пруток или гранулы) в составе экструдера может присутствовать измельчитель (дробилка). Твердый материал нагревается до нужного состояния дольше, и для его подачи нужна конструкция более сложного типа, чем традиционный недорогой и простой в эксплуатации шнек. Таким образом, менее сложные и менее дорогие экструдеры в большинстве своем сконструированы под питание гранулами.

В общем случае конструкция типового экструдера содержит, кроме вышеназванных, следующие узлы и элементы:

• асинхронный электродвигатель;
• «обойму» для питания;
• экструзионную камеру;
• камеру для расплавления;
• ТЭН;
• насадку-сопло (у хороших моделей — комплект из нескольких насадок);
• прямую и боковую рукоятки;
• блок управления с термостатом.

В зависимости от типа питания сварочного экструдера подаваемая присадка либо сразу попадает в камеру расплавления (сыпучие гранулы), либо поступает в экструзионную камеру, где подвергается предварительному нагреву, измельчению, и только после расплаву. Расплавленная масса через сопло подается на сварочный шов, где застывает за считаные секунды.

Для каких материалов применим

Качественный сварочный экструдер должен иметь блок регулировки с механическим, сенсорным или кнопочным управлением, которое позволит менять температуру нагрева смеси.

Дело в том, что разные пластики плавятся при различной температуре. Наименьшая она у ПНД — 120-130 °C (в зависимости от марки), наивысшая — у поливинилхлорида — до 220 °C. Остальные популярные промышленные полимеры имеют температуру плавления в пределах 170-200 °C.

Экструзионной сварке можно подвергать только пластики из группы термопластов. Материалы из группы реактопластов расплавлению с последующим восстановлением не подвергаются, при высокой температуре они просто начинают гореть.

Самодельное устройство

Сварочный экструдер относится к сложным механизмам для профессионального использования. Его цена начинается от 30 тысяч рублей за самую простую модель, и может доходить до ста тысяч и более за мощную и высокопроизводительную. Отечественные разработки также представлены на рынке, они на 10-20% дешевле импортных, но все равно стоят достаточно дорого.

Поэтому при возникновении разовой необходимости сварить, к примеру, две водопроводных трубы (их обычный материал изготовления — полипропилен) проще воспользоваться экструдером, сделанным своими руками. Самый простой вариант конструкции представляет собой мощный строительный фен, снабженный насадкой для прутка — либо самодельной, из жести, либо промышленного изготовления.

Подача прутка в этом случае будет производиться вручную. Мощности фена хватит для его расплавления, но качество шва, конечно, будет ниже, чем у промышленных моделей.

Если позволяют возможности, фен можно соединить со шнековым или плунжерным приводом для подачи питания. В этом случае, если смонтировать приемную камеру, можно будет использовать гранулированное сырье.

Двигатель для привода рекомендуется коллекторный, так как работа экструдера подразумевает постоянное изменение крутящего момента. Двигатели других типов хуже выдерживают такой режим работы.