Come equipaggiamento centrale per la produzione di prodotti plastici vuoti, le macchine di estrusione e formaggio in bolla realizzano la trasformazione di materiali termoplastici quali polietilene, polipropilene e policloruro di vinile in prodotti vuoti vari attraverso un processo continuo di “plastificazione della materia prima – estrusione del parison – incernimento e blocco del molde – formaggio in bolla – raffreddamento e demolimaggio”. La loro progettazione strutturale deve garantire uniformità della plastificazione, precisione dimensionale del parison, stabilità del formaggio e efficienza della produzione. Comprendono principalmente tre unità centrali: il sistema di estrusione, il sistema di incernimento e il sistema di formaggio in bolla, nonché un sistema di controllo e dispositivi accessori. Tutti gli elementi collaborano sinergicamente per formare un circuito chiuso di produzione completo. Di seguito viene analizzato in dettaglio la composizione, le funzioni e i punti tecnici chiave di ogni modulo strutturale.
I. Core Power Unit: Sistema di estrusione
Il sistema di estrusione è il “cuore della macchina di estrusione e formaggio in bolla”. La sua funzione centrale è quella di convertire grumi di plastica solida in massa fondente uniformemente e estruderla continuamente e stabilmente per formare un parison tubolare. Le prestazioni di questo sistema determinano direttamente la qualità della massa, che a sua volta influisce sulle proprietà meccaniche e sull'accuratezza dell'aspetto dei prodotti. Si compone principalmente di un rullo e di un cilindro, di dispositivi di riscaldamento e raffreddamento, di un dispositivo di trasmissione e di un dispositivo di alimentazione.
1. Screw and Barrel: Core Plasticizing Components
L'accuratezza di corrispondenza tra rullo e cilindro è fondamentale per l'effetto di plastificazione, e i due formano uno spazio di sosta e di fusione della materia chiuso. Come componente in movimento centrale, il rullo è suddiviso in due strutture in conformità delle caratteristiche dei materiali lavorati: il tipo di cambio graduale ed il tipo di cambio repentino. Il rullo di tipo cambio graduale è adatto ai plastici cristallini, come il polietilene, che consentono una fusione stabile grazie all'andamento lento della profondità della fessura del rullo; il rullo di tipo cambio repentino è adatto ai plastici non cristallini, come il policloruro di vinile, ed aumenta il riscaldamento della trazione dando un cambiamento repentino della profondità della fessura del rullo per migliorare l'efficienza della fusione. Nel contesto della produzione industriale, il rapporto lunghezza/diametro del rullo (relazione tra la lunghezza effettiva e il diametro) è generalmente regolato tra i valori 20:1 e 30:1, e il rapporto compressione (relazione tra la profondità della fessura della sezione di alimentazione e quella della sezione di taglio) è 2,5:1 a 4:1. Ad esempio, quando si processa il polietilene ad alta densità (HDPE), la selezione di un rullo con un rapporto lunghezza/diametro di 28:1 e un rapporto compressione di 3,5:1 può migliorare l'uniformità della massa del 15%.
Il cilindro è un cilindro in metallo di alta resistenza, sul quale è nitridato o nerizzato l'interno della parete. La durezza deve superare i 900 HV per resistere all'abrasione del materiale. Il margine tra il cilindro e il rullo è regolato entro il range 0,1-0,3mm per garantire l'efficienza di trasporto del materiale e l'effetto di trazione.
2. Dispositivi di riscaldamento e raffreddamento: controllo preciso della temperatura
Per ottenere una fusione graduale e una plastificazione stabile dei materiali, la parte esterna del cilindro viene riscaldata da serpentine elettriche segmentate con una densità di potenza di 1,5-3,0W/cm², divise in genere in 3-5 segmenti per il controllo autonomo della temperatura. La temperatura di differenti fasi di lavorazione deve essere accuratamente abbinata alle caratteristiche del materiale. Ad esempio, quando si processa il polipropilene (PP), la temperatura della sezione di alimentazione è regolata a 160-180℃, la sezione di compressione a 180-200℃ e quella di taglio a 200-220℃. L'oscillazione della temperatura deve essere regolata strettamente entro i ±2℃ per evitare la decomposizione della massa dal sovrasciolamento o la debolezza della plastificazione.
Il sistema di raffreddamento collabora con il dispositivo di riscaldamento per raggiungere l'equilibrio della temperatura, adottando in genere il raffreddamento con aria o con acqua. La temperatura dell'acqua deve essere regolata sotto i 30℃. La sua funzione principale è quella di raffreddare i materiali nella sezione di alimentazione per evitare la fusione precoce che induce una distribuzione inesatta. Al tempo stesso si può regolare l'accuratezza della temperatura di ciascuna sezione del cilindro per garantire la stabilità delle prestazioni della massa.
3. Dispositivi di trasmissione e alimentazione: garanzia di potenza e di alimentazione
Il dispositivo di trasmissione è composto da un motore della frequenza di cambio, da un diminuente e da un collegamento, e fornisce un'alimentazione stabile per la rotazione del rullo. La potenza del motore è abbinata al diametro del rullo. Ad esempio, un rullo Φ65mm è generalmente dotato di un motore della frequenza di cambio di 30-45kW, ed il range di regolazione della velocità è 10-100r/min. L'accuratezza di regolazione del volume di estrusione può essere ottenuta attraverso il controllo della frequenza di cambiamento. Il rapporto del diminuente è in genere 10:1 a 20:1. L'accuratezza di allineamento del collegamento deve essere ispezionata regolarmente per garantire che la deviazione radiale sia ≤0,1mm e la deviazione del piano finale ≤0,05mm, evitando l'usura del rullo dovuta alle vibrazioni di trasmissione.
Il dispositivo di alimentazione è centrato su una cisterna, dotato di una macchina automatica di aspirazione per garantire un approvvigionamento continuo. La capacità di trasporto è di 500-2000kg/h, e il volume della cisterna è generalmente di 50-200L. Per i materiali assorbenti l'umidità, come il poliestere, deve essere abbinato un secatore. La temperatura di seccatura è di 80-120℃, e il tempo di seccatura è di 4-6 ore per garantire che il contenuto in umidità delle materie prime sia ≤0,1%, evitando le travi nella massa che influiscono sulla qualità dei prodotti.
II. Molding Accuracy Guarantee Unit: Sistema di serraggio
Il sistema di incernimento è responsabile delle funzioni di chiusura del molde, incernimento, apertura e demolimaggio dei prodotti. Il suo grado di stabilità influisce direttamente sull'accuratezza dimensionale dei prodotti, sulla durata del molde e sulla sicurezza della produzione. Si compone principalmente di modelli e pilastri di guida, un mecanismo di incernimento del molde e dispositivi di protezione di sicurezza.
1. Modelli e pilastri guida: fondamento di guida e posizione
Il modello mobile e il modello fisso sono i vettori per l’installazione del molle, generalmente realizzati in acciaio Q235 o 45 con un’epidermide di 200-500 mm e assicurano una guida e una connessione precise tramite pilastri guideri. Il diametro del pilastro guidero è compreso tra Φ50-150 mm, la lunghezza tra 1000 e 3000 mm, l’esattezza richiesta è ≤0,02 mm/m e la durezza superficiale HRC50-55, assicurando un parallelo del movimento del modello inferiore a ≤0,1 mm/m, evitando l’effetto flash del prodotto o il differenziale dimensionale derivante da una sbilanciamento del molle durante il fissaggio. In applicazioni pratiche, i pilastri guideri devono essere lubrificati regolarmente con una grassella a base di litio a temperatura alta, una volta ogni 200 ore, per evitare graffi sulla superficie causati da attrito a secco.
2. Sistema di fissaggio del molle: potenza di blocco del core
La funzione principale del sistema di fissaggio del molle è fornire una forza di fissaggio sufficiente per resistere alla forza di estensione dell’aria compressa sul molle durante il processo di blow molding, assicurando che il molle sia tenuto saldamente chiuso. Tecnicamente, vengono utilizzati principalmente sistemi di fissaggio del molle ad acqua o ad acqua/mescolaro (tipi scatto): il fissaggio del molle ad acqua consente il trasferimento di energia attraverso un cilindro ad acqua di diametro compreso tra Φ100-300 mm e la pressione operativa oscilla tra 16 e 25 MPa. Per il calcolo della forza di fissaggio si applica la formula “Forza di fissaggio = Area proiettata del prodotto × Forza di fissaggio mq”, e la forza di fissaggio dell’ unità materica è generalmente compresa tra 3 e 5 ton/mq. Il fissaggio di tipo scatto amplifica il taglio ad acqua per 3-5 volte attraverso un meccanismo a barra di traverso, che consente di risparmiare del 20-30% sui consumi energetici, ma il vuoto tra le parti del giunto tipo scatto deve essere regolarmente controllato per assicurarsi che sia minore di 0,2 mm, in modo tale da evitare un fissaggio poco saldato del molle.
3. Protezioni di sicurezza Devices: Key to Production Protection
Per garantire la sicurezza dell’impianto e dei lavoratori, il sistema di fissaggio è dotato di diversi dispositivi protezionistici: il protettore del molle rileva la presenza di qualsiasi oggetto estraneo prima della chiusura del molle attraverso un sensore ad infrarossi, evitando danni agli impianti causati dall’inclusione di frammenti metallici e altri detriti all'interno del molle. Il protezione dalla sovraccarico ad acqua è reso possibile mediante un rilevatore di pressione e la parametrazione stabilisce il valore a 110% della massima forza di fissaggio per evitare deformazioni del meccanismo in conseguenza di sovraccarichi. Un’azienda ha recentemente subìto una perdita diretta di circa
000 Yuan a causa dei danni al molle per mancanza del dispositivo di protezione, sottolineando il requisito dei supporti di sicurezza.
III. Unità di esecuzione del molle: sistema di blow molding
1. Blow Pin: Introduzione del gas al nucleo
Il blow pin è una struttura di tubi d'acciaio vuoti con un diametro esterno di Φ5-20mm e una spessa mura di 1-3mm. La punta è cuneica a 30°-60°, comoda per l'inserimento continuo nella parison e per evitare la perforazione della fusione. Il blow pin deve essere alineato con perfezione sul centro della parison, con una deviazione ≤ 1mm, e la profondità di inserimento è di 1/3-1/2 della lunghezza della parison. Ad esempio, quando la lunghezza della parison è 300mm, la profondità di inserimento viene controllata a 100-150mm. Un inserimento troppo superficiale può causare un prodotto non sgonfato in cima, e un inserimento troppo profondo può danneggiare la parison.
2. Dispositivo di controllo del circuito di aria: Garanzia per la fabbricazione a bagnomollo stabile
Il sistema di circuito dell'aria è responsabile della fornitura di aria compressa stabile. I componenti principali includono un compressore di aria, un serbatoio per lo stoccaggio dell'aria, una valvola elettromagnetica e un sensore di pressione. Il dislocamento del compressore di aria è compreso tra 0,5-5 m³/min e la pressione di lavoro è 0,8-1,2 MPa; Il volume del serbatoio per lo stoccaggio dell'aria è compreso tra 0,5-2 m³, utilizzato per stabilizzare la pressione della risorsa di aria e evitare fluttuazioni della pressione durante il processo di bilanciatura; Il tempo di risposta della valvola elettromagnetica è ≤50ms, garantendo il controllo preciso del momento di fulminazione; L'accuratezza del sensore di pressione è di ±0,01 MPa, il monitoraggio in tempo reale della pressione di fulminazione.
I parametri di fulminazione devono essere regolati in funzione delle caratteristiche del materiale: la pressione di fulminazione per i prodotti in polietilene (PE) è di 0,3-0,6 MPa e per i prodotti in policarbonato (PC) è di 0,8-1,0 MPa; Il tempo di fulminazione varia con lo spessore della parete del prodotto, circa 3 secondi per uno spessore di 2 mm e 8 secondi per uno spessore di 5 mm, garantendo che il prodotto sia completamente espanso e che lo spessore della parete sia omogeneo.
Struttura di esaurimento del mappatura: garanzia della qualità dell'apparenza
La cavità del stampo deve essere fornita di orifizi di scarico distribuiti uniformemente con un diametro di Φ0.5-1.0mm e una distanza di 5-10mm, utilizzati per scaricare l'aria all'interno della cavità durante il processo di espansione del prototipo, evitando depressioni sulla superficie del prodotto dovute alla retrazione dell'aria. Al contempo, la posizione del portale di sopralluogo deve evitare gli striati o le strutture a filo del prodotto per prevenire deformazioni causate da una pressione locale eccessiva.
IV. Unità di controllo centrale: sistema di controllo
Il sistema di controllo è il "cerebro" della macchina per l'estrusione con molatura a vuoto, responsabile della coordinazione del lavoro collaborativo di diversi sistemi, della realizzazione di un controllo preciso dei parametri del processo come temperatura, pressione, velocità e tempo e della garantia della stabilità e della ripetibilità del processo produttivo. È principalmente composto da una unità di controllo elettrica, da un'interfaccia uomo-macchina e da componenti esecutivi.
1. Modulo di controllo preciso: funzione di regolazione fondamentale La gestione della temperatura prevede un controller PID (Proporzionale-Integrato-Derivativo) per eseguire la gestione della temperatura segmentata sull'asta dell'espositore, sulla matrice e su altre parti. Ogni segmento è dotato di un sensore di resistenza termica con una precisione di ±0,5 °C, e la potenza della bobina riscaldante viene regolata tramite un relè a stato solido, con una precisione di controllo della temperatura di ±1 °C; La pressione del sistema idraulico viene regolata tramite una valvola proporzionale con una precisione di regolazione di ±0,5 MPa. La velocità di compressione adotta un controllo a tre livelli di "lente-fastu-sumably", con una velocità minima di ≤5 mm/s e una velocità elevata di 50-100 mm/s per evitare le collisioni della matrice; La pressione del circuito d'aria di soppressione viene regolata attraverso una valvola proporzionale elettropneumatica e il tempo di stabilizzazione della pressione è ≤0,1 secondi per garantire uno sviluppo uniforme del pazzzo.
Il controllo della temperatura adotta un controller PID (Proportional-Integral-Derivative) per il controllo diviso della temperatura del cilindro dell’estrusore, del mould e delle altre parti. Ogni segmento è equipaggiato con un sensore di resistenza termica con una precisione di ±0,5°C e la potenza del spago riscaldante viene regolata tramite un relè a stato solido, con una precisione di controllo della temperatura di ±1°C; la pressione del sistema idraulico viene controllata da una valvola proporzionale con una precisione di regolazione di ±0,5 MPa. La velocità di pressione adotta un controllo a tre livelli “lenta-fastenta-lenta”, con una velocità bassa di ≤5 mm/s e una velocità alta di 50-100 mm/s per evitare la collisione del mould; la pressione del circuito dell’aria dello stampaggio è regolata tramite una valvola proporzionale elettropneumatica, e il tempo di stabilizzazione della pressione è ≤0,1 secondi per garantire un'allargamento uniforme del parison.
2. Interfaccia uomo-macchina e monitoraggio delle anomalie: garanzia di funzionamento e protezione
L’interfaccia uomo-macchina generalmente adotta un display touch da 7 a 15 pollici. Gli operatori possono impostare i parametri del processo, come la velocità di estrusione, la forza di fissaggio e il tempo di fiammata, e visualizzare in tempo reale i dati di stato della produzione, come curve termiche e valori di pressione. Il sistema dispone di una funzione completa di allarme di malfunzionamento, che può far avvertire in tempo e spegnere la macchina per condizioni anormali come temperatura elevata, pressione bassa e oggetti estranieri nel molla e registrare le informazioni di guasto per facilitare la risoluzione dei problemi. La gestione degli accessi implementa una gestione in gerarchie: gli operatori ordinari possono solo modificare i parametri del processo, mentre gli amministratori possono regolare il programma di controllo per prevenire qualsiasi errore operativo.
V. Unità di garanzia per la produzione: dispositivi accessori
Anche se i dispositivi secondari non partecipano direttamente al processo di formazioni nucleare, sono cruciali per la continuità della produzione, la qualità dei prodotti e la protezione ambientale. Si tratta principalmente di un sistema di raffreddamento, di un dispositivo di separazione dalla molla, di un dispositivo per il trattamento delle bordure in eccesso e di un dispositivo di pretrattamento della materiaprima.
Il sistema di raffreddamento è suddiviso in raffreddamento della molla e raffreddamento del prodotto: il raffreddamento della molla utilizza l’acqua circolante a una temperatura compresa tra i 20 e i 30?C e i tubi della riserva d’acqua sono disposti vicino alla cavità a una distanza inferiore o uguale a 10mm, per garantire che la temperatura superficiale della molla sia inferiore di almeno 5?C. Il raffreddamento del prodotto può avvenire tramite una fiammata differita durante la formazione (pressione 0,2-0,4 MPa, ritardo 0,5-2 secondi) o un raffreddamento aerodinamico al di fuori della molla (velocità del vento 5-10 m/s), capace di ridurre il ciclo di formazionefino al 20%-30%. Il dispositivo di separazione dalla molla è principalmente un braccio robotico o un cilindro di estrattura con una forza di estrattura di 5-50 kN. La posizione di estrazione evita i componenti deboli del prodotto (come torni e angoli taglienti), per evitare danni al prodotto. Il dispositivo per il trattamento delle bordure in eccesso è composto di una macchina da taglio automatica e di un attrezzo per la triturazione. Il bordo dell’attrezzo da taglio ha una durezza di HRC55-60 e la distanza con la molla è inferiore o uguale a 0,1mm per garantire un taglio delle bordure in eccesso pulito. Il diametro delle particelle triturate è compreso tra 2 e 5mm, permettendo la riciclazione e il riciclo, ma la percentuale di riciclo non supera il 30%, per evitare impatti sulla prestazione del prodotto.
VI. Riassunto della Coordinazione Strutturale e dell’Ottimizzazione delle Prestazioni
La composizione strutturale delle macchine di formaggio a bolla per estrusione mostra le caratteristiche di “collaborazione di sistemi multipli e matching di alta precisione”: il sistema di estrusione garantisce un’uniformità della fusa, il sistema di fissaggio assicura la precisione della formazione, il sistema di formaggio a bolla realizza la formazione della forma, il sistema di controllo coordina l’intero processo e i dispositivi accessori garantiscono la continuità della produzione. Il matching dei parametri di ogni sistema determina direttamente l’efficienza della produzione e la qualità del prodotto, come ad esempio il matching del rapporto lunghezza-diametro della spina con le esigenze di plastificazione del materiale, il matching della forza di fissaggio con l’area progettata del prodotto e il matching della pressione di fiammata con la fluidità del materiale.
Con il sviluppo della tecnologia di fabbricazione intelligente, il design strutturale delle macchine moderne di formaggio a bolla per estrusione viene progressivamente aggiornato verso “precisione, automatizzazione e risparmio energetico”: migliorando l’efficienza di plastificazione ottimizzando la struttura del burro ed esattamente, riducendo il consumo energetico tramite l’adozione dei meccanismi di fissaggio della molla di tipo oscillante e introducendo sistemi di monitoraggio intelligenti per effettuare un ottimizzazione in tempo reale dei parametri del processo. In futuro, con l’integrazione della tecnologia dei materiali polimerici e della tecnologia della fabbricazione degli impianti, la struttura delle macchine di formaggio a bolla per estrusione si adatterà ulteriormente alle esigenze di produzione di prodotti complessi, come l’estrusione a due materiali, tubi sottoproletizzati e a larga scala, promuovendo lo sviluppo di alta qualità dell’industria dei prodotti in plastica sottili in cavo.
