En tant qu'équipement de base pour la production de produits plastiques creux, les machines de moulage par extrusion soufflamment réalisent la transformation de matières plastiques thermoplastiques telles que le polyéthylène, le polypropylene et le polyvinylchlorure en différents produits creux par un processus continu qui comprend la plastification de la matière première, l'extrusion du parison, le verrouillage et le serrage du moule, le moulage par soufflage, le refroidissement et le dessouchage. Leur conception structurelle doit garantir une uniformité de plastification par fusion, une précision dimensionnelle du parison, une stabilité du moulage et une efficience de production. Elles sont principalement composées de trois modules principaux : le système d'extrusion, le système de serrage et le système de moulage par soufflement, ainsi que d'un système de commande et de dispositifs accessoires. Tous les modules coopèrent en synergie pour former un cycle de production complet. Voici une analyse détaillée de la composition, des fonctions et des points techniques clés de chaque module structurel.
I. Core Power Unit: Système d'extrusion.
Le système d'extrusion est le « cœur puissant » de la machine d'extrusion sous pression. Sa fonction principale consiste à convertir les granulés de plastique solides en matériau fondue homogène, afin de les extruder en continu et de manière stable pour former un parison tubulaire. Les performances de ce système déterminent directement la qualité de la matière fondue, qui à son tour affecte les propriétés mécaniques et la précision d'aspect des produits. Il est principalement composé d'un axe et d'un baril, de dispositifs de chauffage et de refroidissement, d'un dispositif de transmission et d'un dispositif de charge.
1. Vis et barillet : composants de plastification du noyau
La précision de correspondance de la vis et du tambour est cruciale pour l'effet de plastification, et les deux forment un espace fermé de transport et de fusion des matériaux. En tant que composant mobile du cœur, la vis peut être divisée en deux structures selon les caractéristiques des matériaux traités : la vis à changement progressif et la vis à changement brutal. La vis à changement progressif est adaptée aux plastiques cristallins, tels que le polyéthylène, permettant une fusion stable grâce au changement lent de la profondeur du groove de la vis ; la vis à changement brutal est adaptée aux plastiques non cristallins, tels que le polyvinyl chloride, améliorant le réchauffement par frottement grâce au changement brutal de la profondeur du groove de la vis pour améliorer l'efficacité de la fusion. Dans les applications industrielles, le rapport longueur-diamètre de la vis (rapport de la longueur effective au diamètre) est généralement contrôlé entre 20 : 1 et 30 : 1, et le rapport de compression (rapport de la profondeur du groove de la section d'amenée à la section de dosage) est de 2,5 : 1 à 4 :
Par exemple, lors du traitement du polyéthylène à haute densité (HDPE), le choix d'une vis dont le rapport longueur-diamètre est de 28 : 1 et un rapport de compression de 3,5 : 1 peut améliorer l'uniformité de la fusion de 15 %.
2. Appareils de chauffage et de refroidissement : Garantie de contrôle précis de la température
Pour parvenir au fondre progressif et à une plasticisation stable des matériaux, la partie extérieure du bac est chauffée par des serpents de chauffage électriques segmentés avec une densité de puissance de 1,5-3,0 W/cm², généralement divisés en 3 à 5 segments pour un contrôle autonome de la température. La température des différents stades de traitement doit être ajustée exactement aux caractéristiques du matériau. Par exemple, pour le PP (polypropylène), la température de la section d'alimentation est réglée à 160-180°C, celle de la section de compression à 180-200°C et celle de la section de dosage à 200-220°C. Les fluctuations de température doivent être strictement contrôlées à ±2°C pour éviter la décomposition par surchauffage du fondant ou une mauvaise plasticisation.
Le système de refroidissement coopère avec le dispositif de chauffage pour atteindre un équilibre de température ; on utilise généralement le refroidissement par air ou par eau. La température de l'eau doit être maintenue inférieure à 30°C. Sa fonction principale est de refroidir les matériaux dans la section d'alimentation afin d'empêcher leur fondre prématurément et entraîner une alimentation non homogène. Cela permet également d'ajuster l'exactitude de la température de chaque section du bac pour assurer un fonctionnement stable du fondant.
Dispositifs de transmission et d'alimentation : garantie de puissance et d'alimentation
Le dispositif de transmission est composé d'un moteur à variateur de fréquence, d'un réducteur et d'un train d'engrenages ; il fournit une puissance stable pour la rotation du marteau. La puissance du moteur est adaptée en fonction du diamètre du marteau. Par exemple, pour un marteau de diamètre 65 mm, on utilise généralement un moteur à variateur de fréquence de 30 à 45 kW, et la plage de réglage de la vitesse est comprise entre 10 et 100 tr/min. Un contrôle par variateur de fréquence permet d'adapter precieusement le volume d'extrusion. Le rapport de réduction est généralement de 10 : 1 à 20 :
L'exactitude des alignements du train d'engrenages doit être vérifiée régulièrement afin de garantir que la déformation radiale est ≤0,1 mm et que la déformation à la face d'extrémité est ≤0,05 mm, de façon à éviter une usure du marteau due aux vibrations transmises.
II. Molding Accuracy Guarantee Unit: Système de serrage
Le dispositif d'alimentation est centré sur un bac, équipé d'un appareil d'aspiration automatique pour une alimentation continue. La capacité de convoyage varie de 500 à 2000 kg/h, et le volume du bac varie de 50 à 200 l. Pour les matériaux absorbants d'humidité, comme le nylon, il convient d'adapter un séchoir. La température de séchage est comprise entre 80 et 120 °C, et le temps de séchage varie de 4 à 6 heures pour garantir que le taux d'humidité des matériaux de base est ≤0,1 %, évitant ainsi les bulles dans le fondant, qui affectent la qualité du produit.
1. Modèles et piliers guides : Fondation de la guidage et du positionnement
Le modèle mobile et le modèle fixe sont les supports d'installation du moule, généralement fabriqués en acier Q235 ou 45 d'une épaisseur de 200 à 500 mm, et réalisent un guidage et une connexion précis par des piliers guides. Le diamètre des piliers guides est de 50 à 150 mm, la longueur est de 1 000 à 3 000 mm, les exigences en matière de raideur sont inférieures à 0,02 mm/m et la dureté de surface est comprise entre 50 et 55 HRC, garantissant que la parallélisme du déplacement du modèle est inférieur à 0,1 mm/m pour éviter la projection de produit ou des déviations dimensionnelles dues à un mauvais alignement du moule au moment du serrage. Dans les applications pratiques, les piliers guides doivent être régulièrement lubrifiés à l'aide d'une graisse à base de lithium haute température, une fois tous les 200 heures, afin d'éviter les rayures de surface dues à un frottement sec.
2. Mécanisme de serrage du moule : puissance de verrouillage du noyau
La fonction centrale du mécanisme de serrage du moule est de fournir une force de serrage suffisante pour résister à la force d'étalement de l'air comprimé sur le moule pendant le processus de moulage par soufflement, garantissant que le moule est bien fermé. Dans l'industrie, on utilise principalement des mécanismes de serrage hydrauliques ou composites à mécanisme décalé (de type toggler). Le serrage hydraulique fournit la puissance au moyen d'un cylindre d'huile d'un diamètre de 100 à 300 mm et à une pression de travail de 16 à 25 MPa. Le calcul de la force de serrage se fait à l'aide de la formule suivante : « Force de serrage = Surface projetée du produit × Force de serrage unitaire », et la force de serrage unitaire est généralement de 3 à 5 tonnes par mètre carré. Le serrage à mécanisme décalé amplifie la poussée hydraulique de 3 à 5 fois par l'intermédiaire d'un mécanisme à bielle, ce qui permet de réduire la consommation d'énergie de 20 à 30 %, mais la marge d'écartement du joint déclassé doit être vérifiée régulièrement afin d'être inférieure à 0,2 mm pour éviter un serrage lâche du moule.
3. Dispositifs de protection de la sécurité : clé de la protection de la production
Pour assurer la sécurité des équipements et des opérateurs, le système de serrage est équipé de plusieurs dispositifs de protection : le protège-moule détecte la présence d'objets étrangers avant la fermeture du moule grâce à un capteur infrarouge, ce qui évite les dommages aux équipements provoqués par la présence dans le moule de fragments métalliques et autres débris. La protection contre le dépassement de charge hydraulique est réalisée par un relais de pression, et la valeur définie est de 110 % de la force de serrage maximale pour éviter la déformation du mécanisme en cas de surcharge. Une entreprise a subi des pertes directes d'environ 80 000 yuans en raison de dommages au moule parce que le protège-moule n'a pas fonctionné, ce qui souligne l'impérieuse nécessité de disposer de dispositifs de protection.
III. Unité d'exécution de la fabrication : système de moulage par soufflage
Le système de moulage par soufflage est l'unité centrale qui transforme le parison tubulaire en la forme du produit cible. En introduisant de l'air comprimé dans le parison, la matière fondante se dilate et serre étroitement la paroi interne du moule, formant un produit creux après refroidissement et polymérisation. Elle est principalement composée d'une tige de soufflage, d'un dispositif de commande du circuit air et d'une structure d'extraction du moule.
1. Tige de soufflage : noyau d'introduction de l'air
La tige de soufflage est une structure tubulaire en acier creux dont le diamètre extérieur varie de Φ5 à 20 mm et dont l'épaisseur de paroi varie de 1 à 3 mm. Sa tête est conique de 30° à 60°, ce qui est pratique pour une insertion en douceur dans le parison et pour éviter de percer la matière fondante. La tige de soufflage doit être alignée précisément au centre du parison, avec une déviation ≤1 mm, et la profondeur d'insertion est de 1/3 à 1/2 de la longueur du parison. Par exemple, lorsque la longueur du parison est de 300 mm, la profondeur d'insertion est réglée entre 100 et 150 mm. Un insertion trop superficielle peut entraîner un sommet du produit non soufflé, et une insertion trop profonde peut endommager le parison.
2. Dispositif de contrôle du circuit d'air : garantie de moulage sous pression stable
Le système de circuit d'air est chargé d'assurer un alimentation en air comprimé stable. Les composants principaux comprennent un compresseur d'air, un réservoir de stockage de l'air, une vanne électromagnétique et un capteur de pression. La vitesse de déplacement du compresseur d'air est de 0,5 à 5 m³/min et la pression de travail est de 0,8 à 1,2 MPa ; Le volume du réservoir de stockage de l'air est de 0,5 à 2 m³, utilisé pour stabiliser la pression de la source d'air et éviter les fluctuations de pression pendant le processus de moulage sous pression ; Le temps de réponse de la vanne électromagnétique est inférieur à 50 ms afin de garantir un contrôle précis du moment d'injection d'air ; L'exactitude du capteur de pression est de ±0,01 MPa, permettant un contrôle en temps réel de la pression d'injection.
Les paramètres de soufflage doivent être ajustés conformément aux caractéristiques du matériau : La pression de soufflage pour les produits en polyéthylène (PE) est de 0,3 à 0,6 MPa, et pour les produits en polycarbonate (PC) est de 0,8 à 1,0 MPa ; Le temps de soufflage varie en fonction de l'épaisseur de la paroi du produit, environ 3 secondes pour une épaisseur de 2 mm et 8 secondes pour 5 mm, ce qui garantit que le produit est entièrement gonflé et que l'épaisseur de la paroi est uniforme.
3. Structure de l'évacuation du moule : Garantie de la qualité de l'apparence
La cavité du moule doit être équipée de trous d'évacuation distribués de manière uniforme avec un diamètre de Φ0,5-1,0 mm et une distance d'espacement de 5 à 10 mm, utilisés pour évacuer l'air contenu dans la cavité durant le processus d'expansion du parison, évitant les dépressions de la surface du produit qui sont dues à la rétention d'air. Parallèlement, la position du port de soufflage doit éviter les ribs ou les structures couturées du produit pour éviter les déformations causées par une pression locale excessive.
IV. Unité de commande centrale : système de commande
Le système de commande est le « cerveau » de la machine de moulage par soufflage et extrudeur, chargé de coordonner le travail collaboratif de divers systèmes, de contrôler de manière précise les paramètres du processus tels que la température, la pression, la vitesse et le temps, et d'assurer la stabilité et la reproductibilité du processus de production. Il est principalement constitué d'une unité de commande électrique, d'une interface homme-machine et de composants d'exécution.
1. Module de contrôle de précision : fonction de régulation centrale
Le contrôle de la température adopte un contrôleur PID (Proportional-Integral-Derivative) pour effectuer un contrôle de température segmenté sur le tube d'extrusion, le moule et d'autres pièces. Chaque segment est équipé d'un capteur de résistance thermique d'une précision de ±0,5 °C, et la puissance du serpentin chauffant est ajustée par l'intermédiaire d'un relais à étatin, avec une précision de contrôle de la température de ±1 °C. La pression du système hydraulique est contrôlée par une vanne proportionnelle d'une précision d'ajustement de ±0,5 MPa. La vitesse de serrage adopte un contrôle en trois niveaux de «lente-rapide- lente», avec une vitesse faible de ≤5 mm/s et une vitesse élevée de 50 à 100 mm/s, afin d'éviter les collisions du moule. La pression du circuit d'air de soufflage est ajustée par l'intermédiaire d'une vanne proportionnelle électropneumatique, et le temps de stabilisation de la pression est inférieur à 0,1 seconde, de manière à garantir une expansion uniforme de la matrice.
2. Interface homme-machine et surveillance des défauts : garantie de fonctionnement et de protection
L'interface homme-machine utilise généralement un écran tactile de 7 à 15 pouces. Les opérateurs peuvent définir des paramètres de processus tels que la vitesse d'extrusion, la force d'emprise et le temps de soufflage, et visualiser en temps réel des données sur l'état de production, telles que les courbes de température et les valeurs de pression. Le système est doté d'une fonction d'alerte de panne complète, qui permet d'alerter rapidement et d'arrêter la machine en cas de conditions anormales telles que une température excessive, un manque de pression ou la présence d'objets étrangers dans le moule, et d'enregistrer des informations d'erreur pour faciliter le dépannage. L'autorisation d'exploitation met en place une gestion hiérarchique. Les opérateurs ordinaires peuvent uniquement modifier les paramètres de processus, et les administrateurs peuvent modifier le programme de contrôle pour éviter les erreurs d'exploitation.
V. Unité de garantie de production : Devices auxiliaires
Bien que les dispositifs auxiliaires ne participent pas directement au processus de moulage principal, ils sont essentiels à la continuité de la production, à la qualité du produit et à la protection de l'environnement. Ils comprennent principalement un système de refroidissement, un dispositif de démoulage, un dispositif de traitement des bords de rebut et un dispositif de prétraitement des matières premières.
Le système de refroidissement est divisé en refroidissement du moule et refroidissement du produit : le refroidissement du moule utilise de l'eau circulant à une température de 20-30°C, et les tuyaux d'eau sont disposés à proximité de la cavité à une distance de ≤10 mm pour s'assurer que la différence de température de la surface du moule est ≤5°C ; le refroidissement du produit peut être obtenu par un souffle en retard dans le moule (pression de 0,2 à 0,4 MPa, retard de 0,5 à 2 secondes) ou un refroidissement par air en externe (vitesse du vent de 5 à 10 m/s), ce qui peut réduire le cycle de moulage de 20 à 30%. Le dispositif de démoulage est principalement un bras robot ou un cylindre d'éjection doté d'une force d'éjection de 5 à 50 kN. L'emplacement d'éjection évite les parties faibles du produit (tels que les filets et les coins pointus) afin de prévenir les dommages au produit. Le dispositif de traitement des bords de rebut est composé d'un coupeur automatique et d'un broyeur. La dureté du bord du coupeur est de HRC55-60, et l'intervalle avec le moule est ≤0,1 mm pour garantir un coupeage propre des bords de rebut. La taille des particules broyées est de 2 à 5 mm, ce qui peut être recyclée et réutilisée, mais le taux de recyclage ne dépasse pas 30 % pour ne pas affecter les performances du produit.
VI. Résumé de la coordination structurelle et de l'optimisation des performances
La composition structurelle des machines d'extrusion et de soufflage présente les caractéristiques de «collaboration multisystèmes et adaptation de haute précision» : le système d'extrusion assure l'uniformité de la fonte, le système de serrage assure la précision du moulage, le système de soufflage réalise la formation de la forme, le système de contrôle coordonne globalement et les dispositifs auxiliaires assurent la production continue. L'adaptation des paramètres de chaque système détermine directement l'efficacité de la production et la qualité du produit, tels que l'adaptation du rapport longueur/régime de vis au type de matériau à plasticiser, l'adaptation de la force de serrage à la surface projetée du produit et l'adaptation de la pression de soufflage à la fluidité du matériau.
Avec le développement de la technologie de fabrication intelligente, le design structurel des machines d'extrusion et de soufflage modernes progresse vers la «précision, l'automatisation et l'économie d'énergie» : amélioration de l'efficacité de plasticisation par optimisation de la structure de la vis et de la cuve, réduction de la consommation d'énergie par adoption de mécanismes de serrage de moulage à action oscillante et introduction de systèmes de surveillance intelligents pour réaliser une optimisation en temps réel des paramètres du processus. À l'avenir, grâce à l'intégration de la technologie des matériaux polymères et de la technique de fabrication des équipements, la structure des machines d'extrusion et de soufflage s'adaptera encore mieux aux besoins de production de produits complexes, tels que l'extrusion à plusieurs matériaux, les produits à paroi mince et à grande échelle, favorisant le développement de grande qualité de l'industrie des produits en plastique creux.
